CH622756A5

CH622756A5 - Process for simultaneous removal of carbonaceous and nitrogenous pollution in aqueous effluents

Info

Publication number: CH622756A5
Application number: CH1457277A
Authority: CH
Inventors: Henri Moreaud
Original assignee: Omnium Assainissement
Priority date: 1976-11-30
Filing date: 1977-11-29
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2372121A1; BE861314A; ZA777008B; IT1088341B; ES464568A1; FR2372121B3

Description

La présente invention a trait au domaine du traitement des eaux usées et résiduaires par le procédé biologique dit aux boues activées dans des cuves ou bassins de fermentation où des cultures de micro-organismes, dispersées dans un milieu aqueux plus ou moins riche en éléments minéraux, se nourrissent d'un substrat organique ou micro-organique. Elle concerne plus spécialement un procédé d'épuration des eaux permettant d'éliminer simultanément les pollutions d'origine carbonée et celles d'origine azotée dans le même bassin de traitement. The present invention relates to the field of treatment of waste and waste water by the biological process known as activated sludge in fermentation tanks or basins where cultures of microorganisms, dispersed in an aqueous medium more or less rich in mineral elements, feed on an organic or micro-organic substrate. More specifically, it relates to a process for purifying water which makes it possible to simultaneously eliminate pollution of carbon origin and that of nitrogen origin in the same treatment basin.

Dans le but d'éliminer les pollutions d'origine carbonée et azotée dans les eaux résiduaires, on utilise actuellement des séries de bassins distincts de traitement, séparés par des décanteurs intermédiaires. With the aim of eliminating pollution of carbon and nitrogen origin in waste water, a series of separate treatment basins is currently used, separated by intermediate decanters.

Dans une première série de bassins, on utilise des bactéries hétérotrophes aérobies qui éliminent le carbone par utilisation de l'oxygène dissous dans le milieu aqueux, et des bactéries auto-trophes éliminant l'ammoniac en le transformant en nitrites et nitrates. Les bactéries autotrophes sont minoritaires par rapport aux hétérotrophes et, leur taux de croissance étant plus faible, In a first series of basins, heterotrophic aerobic bacteria are used which eliminate carbon by use of oxygen dissolved in the aqueous medium, and auto-trophic bacteria eliminate ammonia by transforming it into nitrites and nitrates. Autotrophic bacteria are a minority compared to heterotrophs and, their growth rate being lower,

elles ne peuvent se maintenir de façon stable dans la boue activée que si l'âge moyen de cette dernière est élevé (généralement entre 5 et 30 jours). Au cours de ce traitement, il faut éviter autant que possible le mélange de l'eau déjà épurée avec celle brute, admise dans le bassin. Le taux d'oxygène dissous est généralement voisin de 1 ppm (partie par million). they can only remain stable in activated sludge if the average age of the latter is high (generally between 5 and 30 days). During this treatment, it is necessary to avoid as much as possible the mixing of the already purified water with the raw water, admitted in the basin. The dissolved oxygen level is generally close to 1 ppm (parts per million).

Dans une seconde série de bassins, on emploie des bactéries hétérotrophes vivant en milieu anaérobie et qui sont capables d'assimiler le carbone en utilisant l'oxygène des nitrates, ce qui permet ainsi de dénitrifier les matières polluantes. Le taux d'oxygène dissous doit ici être très faible, (inférieur à 0,2 ppm) pour ne pas inactiver les enzymes dénitrifiantes. Le taux de dénitrification est fonction du temps de séjour dans les zones peu aérées ainsi que du rapport C/N du milieu; lorsque ce dernier atteint 7 à 10, la dénitrification est relativement rapide. In a second series of basins, heterotrophic bacteria are used which live in an anaerobic medium and which are capable of assimilating carbon using oxygen from nitrates, which thus allows denitrification of pollutants. The dissolved oxygen level must be very low here (less than 0.2 ppm) so as not to inactivate the denitrifying enzymes. The denitrification rate is a function of the residence time in poorly ventilated areas as well as the C / N ratio of the medium; when the latter reaches 7 to 10, denitrification is relatively rapid.

La technique connue précitée nécessite la construction, la mise en œuvre et la surveillance d'importantes installations dont les coûts et les frais de maintenance sont élevés. Il serait donc avantageux, à priori, de rechercher à éliminer dans un même bassin de traitement l'ensemble des pollutions carbonées et azotées, sans utilisation de décanteurs intermédiaires. Bien entendu, un tel procédé laisse supposer que l'on puisse maintenir en activité, dans ce même bassin, une culture mixte des trois catégories précitées de bactéries aérobies ou anaérobies. Or, cela est à priori contradictoire compte tenu des taux différents de développement de ces diverses bactéries. The aforementioned known technique requires the construction, implementation and monitoring of large installations whose costs and maintenance costs are high. It would therefore be advantageous, a priori, to seek to eliminate in the same treatment basin all of the carbon and nitrogen pollution, without the use of intermediate decanters. Of course, such a process suggests that one can maintain in activity, in this same basin, a mixed culture of the three aforementioned categories of aerobic or anaerobic bacteria. However, this is a priori contradictory given the different rates of development of these various bacteria.

L'invention apporte une solution à ce problème : elle se caractérise par un procédé d'épuration des eaux par boues activées avec élimination simultanée des pollutions d'origine carbonée et azotée dans le même bassin de traitement, en présence d'une culture mixte de bactéries dénitrifiantes et de bactéries nitrifiantes, le procédé étant caractérisé en ce qu'on limite l'aération de façon à avoir une teneur maximale en oxygène dissous, dans le bassin, de 1,5 ppm et en ce que l'on fait alterner plusieurs fois des zones normalement aérées et des zones à la limite de l'anaérobiose. The invention provides a solution to this problem: it is characterized by a process for purifying water by activated sludge with simultaneous elimination of pollution of carbon and nitrogen origin in the same treatment basin, in the presence of a mixed culture of denitrifying bacteria and nitrifying bacteria, the process being characterized in that the aeration is limited so as to have a maximum dissolved oxygen content, in the basin, of 1.5 ppm and in that one alternates several both normally ventilated areas and areas bordering on anaerobic conditions.

Appliqué à un type de bassin de traitement intégral, le procédé se caractérise en ce que les turbines d'aération de ce bassin sont disposées et régulées en régime de façon telle que les zones aérées soient séparées par des zones intermédiaires simplement brassées mais non oxygénées. Applied to a type of integral treatment tank, the method is characterized in that the aeration turbines in this tank are arranged and regulated in such a way that the aerated zones are separated by intermediate zones which are simply stirred but not oxygenated.

Une autre caractéristique du procédé est qu'il est mis en œuvre dans un bassin longiforme avec gradient de concentration en boues entre l'entrée et la sortie, où l'on crée une série de sections avec aération et de sections sans aération avec brassage lent, l'alimentation en eau à traiter s'effectuant en plusieurs points dans les sections non aérées et/ou dans les sections aérées, pourvu que la dernière section, qui précède le décanteur, soit une zone aérée sans admission d'eau brute. Another characteristic of the process is that it is implemented in a longiform basin with a gradient of mud concentration between the inlet and the outlet, where a series of sections with aeration and sections without aeration with slow mixing are created. , the water supply to be treated being carried out at several points in the non-aerated sections and / or in the aerated sections, provided that the last section, which precedes the decanter, is an aerated zone without admission of raw water.

Le procédé est encore caractérisé en ce que la communication entre les diverses sections du bassin longiforme s'effectue par surverse ou par sous-verse. The method is further characterized in that the communication between the various sections of the elongated basin is effected by overflow or by underflow.

Ce problème de l'élimination simultanée de l'azote et du carbone dans un seul bassin de traitement trouve une solution avantageuse par l'invention qui propose un procédé simple : les différents facteurs de développement des bactéries de plusieurs types sont optimisés de façon à obtenir dans le minimum de temps une répartition rationnelle des activités. Il a en effet été trouvé, à la suite d'une série d'expériences de la titulaire, que le temps nécessaire, tN pour éliminer l'ammoniac contenu dans une quantité donnée d'eau pouvait être nettement inférieur au temps de séjour ts normalement imposé, dans les bassins, à l'eau à traiter du fait de la nécessité d'avoir un âge minimum de boue, et que cette différence (ts-tN) pouvait être avantageusement mise à profit pour réduire les nitrates formés par les bactéries autotrophes. Il a, en outre, été constaté que, dans les flocs de boues activées en suspension, le taux de bactéries dénitrifiantes en activité variait en sens inverse du taux d'oxygène dissous dans le liquide interstitiel; en limitant donc ce taux à des valeurs très faibles, de l'ordre par exemple de 1 ppm, on peut obtenir simultanément la nitrification et la dénitrification de l'azote ammoniacal, respectivement à la périphérie puis à l'intérieur des flocs d'une culture mixte de bactéries. This problem of the simultaneous elimination of nitrogen and carbon in a single treatment tank finds an advantageous solution by the invention which proposes a simple process: the various factors of development of bacteria of several types are optimized so as to obtain in the minimum time a rational distribution of activities. It has in fact been found, following a series of experiments by the holder, that the time required, tN to remove the ammonia contained in a given quantity of water could be much less than the residence time ts normally imposed, in the basins, on the water to be treated because of the need to have a minimum age of mud, and that this difference (ts-tN) could be advantageously used to reduce the nitrates formed by autotrophic bacteria . It has also been found that, in the flocks of activated sludge in suspension, the level of denitrifying bacteria in activity varies in opposite direction to the level of oxygen dissolved in the interstitial fluid; thus limiting this rate to very low values, of the order for example of 1 ppm, it is possible simultaneously to obtain the nitrification and the denitrification of the ammoniacal nitrogen, respectively on the periphery then inside the flocs of a mixed culture of bacteria.

Compte tenu de ces considérations, le procédé selon l'invention consiste, dans sa forme générale, d'une part, à limiter l'aération de façon à avoir une teneur maximale en oxygène dissous, dans le bassin de traitement, de 1,5 ppm environ et, d'autre part, à faire alterner plusieurs fois des zones normalement aérées et des zones à la limite de l'anaérobiose. In view of these considerations, the process according to the invention consists, in its general form, on the one hand, of limiting the aeration so as to have a maximum dissolved oxygen content, in the treatment tank, of 1.5 ppm approximately and, on the other hand, to alternate several times zones normally ventilated and zones bordering on anaerobiosis.

En pratique, un tel procédé peut être mis en œuvre de diverses façons selon le type de bassin de traitement. In practice, such a method can be implemented in various ways depending on the type of treatment tank.

Selon un premier mode de réalisation où le bassin est du type à mélange intégral, c'est-à-dire où les particules d'eau déjà épurée sont mélangées avec l'eau brute admise dans le bassin, sous agitation et/ou aération on calcule l'emplacement des aérateurs (par exemple par turbines ou analogues) de façon à séparer les zones aérées par des zones intermédiaires brassées mais non According to a first embodiment where the basin is of the type with integral mixing, that is to say where the particles of already purified water are mixed with the raw water admitted into the basin, with stirring and / or aeration. calculates the location of the aerators (for example by turbines or the like) so as to separate the ventilated zones by intermediate zones which are stirred but not

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oxygénées. En outre, on effectue une régulation du régime des aérateurs de manière à réaliser une alternance de périodes où le taux d'oxygène dissous sera de l'ordre de 0,8 à 1,5 ppm et de périodes où l'on ne fournira que l'énergie minimum de brassage, nécessaire pour maintenir la culture de bactéries en suspension. s Par ailleurs, il est judicieux, dans ce cas d'application, de mettre en œuvre des dispositifs de brassage ou d'aération, non surdimen-sionnés et qui favorisent la formation de flocs de grande taille pour les raisons ci-dessus exposées. Enfin, si la dénitrification reste insuffisante dans la cuve d'aération, il est opportun de io sélectionner comme décanteur secondaire un appareil de type lamellaire, à faible temps de séjour du milieu aqueux, de façon à éviter les remontées de boues. oxygenated. In addition, the aerators are regulated so as to alternate between periods when the dissolved oxygen rate will be of the order of 0.8 to 1.5 ppm and periods when only the minimum stirring energy necessary to keep the culture of bacteria in suspension. s In addition, it is advisable, in this application case, to use stirring or aeration devices, not oversized and which favor the formation of large flocs for the reasons explained above. Finally, if the denitrification remains insufficient in the aeration tank, it is advisable to select as a secondary decanter a device of the lamellar type, with a short residence time of the aqueous medium, so as to avoid the rising of sludge.

Selon un autre mode de réalisation préférentiel et particulièrement avantageux, les opérations de nitrification / dénitrification 15 sont effectuées dans un bassin longiforme à sections multiples du type piston c'est-à-dire avec gradient de concentration en boues entre l'entrée et la sortie. Ce type de bassin permet de limiter le mélange de l'eau épurée avec l'eau admise et d'avoir ainsi en sortie une teneur en azote voisine de zéro. Un tel perfectionne- 20 ment comporte deux caractéristiques essentielles : According to another preferred and particularly advantageous embodiment, the nitrification / denitrification operations are carried out in a longiform basin with multiple sections of the piston type, that is to say with a mud concentration gradient between the inlet and the outlet. . This type of tank makes it possible to limit the mixing of purified water with the admitted water and thus to have a nitrogen content close to zero at the outlet. Such an improvement has two essential characteristics:

- une alimentation échelonnée en eau brute à divers points du bassin ce qui permet, notamment, de fractionner en plusieurs intervalles, le long du parcours, le temps tN nécessaire pour l'élimination de l'ammoniac et d'assurer une meilleure répartition 25 des nitrates libérés tout le long du bassin et d'améliorer la vitesse d'élimination de ces nitrates grâce à l'augmentation du taux de carbone aux divers points échelonnés d'admission de l'eau brute; - a staggered supply of raw water at various points in the basin, which allows, in particular, to split into several intervals, along the route, the time tN necessary for the elimination of ammonia and to ensure a better distribution of nitrates released throughout the basin and improve the rate of elimination of these nitrates by increasing the carbon content at the various staggered points of raw water intake;

- un partage de l'intervalle séparant deux points d'injection successifs d'eau brute entre au moins une zone peu aérée et au 30 moins une zone normalement aérée. a division of the interval separating two successive injection points of raw water between at least one poorly ventilated area and at least one normally ventilated area.

En pratique, le bassin longiforme comporte une série de sections qui sont maintenues à un niveau donné, constant ou non, de liquide à traiter par surverse ou sous-verse. Selon un premier mode de traitement, on fait alterner une section aérée et une 35 section non aérée, l'admission en eau brute s'effectuant soit dans les zones non aérées (donc une section sur deux) soit dans chacune des sections successives du bassin. Selon une variante, l'alternance des sections précitées n'est plus régulière : par exemple on prévoit en zones aérées la première section puis la troisième 40 In practice, the elongated basin comprises a series of sections which are maintained at a given level, constant or not, of liquid to be treated by overflow or underflow. According to a first treatment mode, an aerated section is alternated with a non-aerated section, the raw water intake being carried out either in the non-aerated zones (therefore one section in two) or in each of the successive sections of the basin. . According to a variant, the alternation of the above-mentioned sections is no longer regular: for example, the first section and then the third are provided in ventilated areas 40

puis la sixième, les sections intermédiaires étant non aérées. Dans tous les cas ci-dessus la dernière zone, qui précède le décanteur secondaire, doit être une section aérée, sans admission d'eau brute, de façon à éviter les remontées de boues dans le décanteur. L'amplitude du taux d'oxygène dissous, dans les sections aérées, est maintenue entre 0,5 et 1,5 ppm; on peut en effet faire agir simultanément, à l'intérieur de cette fourchette, des bactéries nitrifiantes à l'extérieur des flocs et des bactéries dénitrifiantes à l'intérieur de ceux-ci. Par ailleurs, on entend par sections non aérées des zones où il se produit un simple brassage, par exemple du fait de la mise en place de dômes poreux alimentés par une ' faible quantité d'air juste nécessaire pour mettre en circulation la culture de bactéries mais insuffisante pour assurer l'oxygénation. Enfin, le profil de l'admission de l'eau brute dans les différentes sections est, bien entendu, fonction de la DBO (demande biologique en oxygène) désirée en sortie. Dans la majorité des cas, il est avantageux de sélectionner des débits d'alimentation en eau dégressifs depuis la première section du bassin jusqu'à la dernière de façon à obtenir un profil d'admission sensiblement hyperbolique. then the sixth, the intermediate sections being unventilated. In all the above cases, the last zone, which precedes the secondary settling tank, must be an aerated section, without the admission of raw water, so as to avoid sludge rising into the settling tank. The amplitude of the dissolved oxygen rate in the aerated sections is maintained between 0.5 and 1.5 ppm; it is indeed possible to act simultaneously, within this range, nitrifying bacteria outside the flocs and denitrifying bacteria inside the latter. Furthermore, the term “non-ventilated sections” is understood to mean areas where simple mixing takes place, for example due to the placement of porous domes supplied with a small amount of air just necessary to circulate the culture of bacteria. but insufficient to ensure oxygenation. Finally, the profile of the raw water intake in the different sections is, of course, a function of the BOD (biological oxygen demand) desired at the outlet. In the majority of cases, it is advantageous to select decreasing water supply rates from the first section of the basin to the last so as to obtain a substantially hyperbolic intake profile.

En travaillant dans un bassin longiforme aux caractéristiques précitées, avec une charge massique comprise entre 0,10 et 0,15 kg de. DBO / kg de matières en suspension et par jour, on a pu obtenir une très bonne épuration des eaux brutes en éliminant simultanément la DBO, avec un rendement supérieur à 95%, et l'azote, avec un rendement supérieur à 90% pour l'azote Kdjedhal et de l'ordre de 80%, selon le rapport carbone/azote et la température, pour l'azote global (incluant nitrites et nitrates). By working in a longiform basin with the above characteristics, with a mass load of between 0.10 and 0.15 kg of. BOD / kg of suspended matter and per day, we were able to obtain a very good purification of raw water by simultaneously eliminating BOD, with a yield greater than 95%, and nitrogen, with a yield greater than 90% for l 'Kdjedhal nitrogen and of the order of 80%, depending on the carbon / nitrogen ratio and the temperature, for global nitrogen (including nitrites and nitrates).

Le volume des sections anaérobies représentait au plus 30% du volume total du bassin car l'action dénitrifiante se poursuit en partie dans les sections aérobies si la teneur en oxygène dissous y est limitée par un dispositif de régulation. L'oxygène libéré par la décomposition des ions NO3 ~ est réutilisé immédiatement et avec un excellent rendement par les bactéries. The volume of the anaerobic sections represented at most 30% of the total volume of the basin because the denitrifying action continues in part in the aerobic sections if the dissolved oxygen content is limited there by a regulation device. The oxygen released by the decomposition of NO3 ~ ions is immediately reused and with an excellent yield by bacteria.

Le dispositif de régulation et une répartition judicieuse des débits d'alimentation permettent d'obtenir une bonne élimination des nitrates tout le long du bassin sans avoir besoin de recourir à des circuits supplémentaires de recirculation de la boue activée. The regulating device and a judicious distribution of the supply flow rates make it possible to obtain a good elimination of the nitrates all along the basin without the need to resort to additional circuits for recirculation of the activated sludge.

De ce fait, le procédé est économique sur le plan énergétique puisqu'on minimise les besoins en air et en énergie de pompage. Therefore, the process is economical from an energy point of view since it minimizes the air and pumping energy requirements.

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Claims

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1. Process for purifying water by activated sludge with simultaneous elimination of pollution of carbon and nitrogen origin in the same treatment basin, in the presence of a mixed culture of nitrifying bacteria and denitrifying bacteria, the process being characterized in that ventilation is limited so as to have a maximum dissolved oxygen content, in the basin, of 1.5 ppm and in that one alternates several times normally ventilated zones and zones at the limit of l anaerobic.

2. Method according to claim 1 for the purification of water in an integral type treatment basin, characterized in that the aeration turbines of this basin are arranged and regulated in such a way that the ventilated zones are separated by intermediate zones simply brewed but not oxygenated.

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3. Method according to claim 1, characterized in that it is implemented in a elongated basin with gradient of mud concentration between the inlet and the outlet, where a series of sections is created with aeration and sections without aeration with slow stirring, the water supply to be treated being carried out at several points in the non-aerated sections and / or in the aerated sections provided that the last section, which precedes the decanter, is an aerated zone without admission of raw water.

4. Method according to claim 1 and 3, characterized in that the communication between the various sections of the longiform basin is effected by overflow or by underflow.