CH627719A5 - Sludge digestion process - Google Patents

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CH627719A5
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sludge
digestion
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oxygen
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CH142178A
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Michael Stephen Gould
Ladislas Charles Matsch
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Union Carbide Corp
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Description

L'invention concerne un procédé de digestion de boues à chaud, mis en œuvre dans des milieux aérobies et anaérobies. The invention relates to a hot sludge digestion process, implemented in aerobic and anaerobic environments.

Les problèmes associés à l'élimination des eaux usées croissent proportionnellement au développement constant de l'industrie et à l'accroissement de la population. Bien que des moyens de traitement physique, chimique et biologique aient été développés pour traiter efficacement les eaux polluées afin de produire un effluent pouvant être rejeté dans les eaux naturelles, la plupart des principaux moyens de traitement des eaux usées actuellement utilisés comprenant la clarification, la précipitation chimique, la filtration biologique et l'utilisation des boues activées, transforment les substances polluant l'eau en un concentré appelé boue. En ce qui concerne en particulier le procédé aux boues activées, qui est l'un des procédés le plus communément utilisé pour le traitement des eaux usées, il existe généralement une production positive, nette et sensible de solides volatiles en suspension, c'est-à-dire que la vitesse de la synthèse cellulaire est supérieure à celle de la destruction cellulaire. Il en résulte donc un accroissement constant du volume des boues, et les boues activées en excès doivent être éliminées en continu ou périodiquement. The problems associated with the disposal of wastewater are increasing in proportion to the constant development of the industry and the growth of the population. Although physical, chemical and biological treatment means have been developed to effectively treat polluted water in order to produce an effluent that can be discharged into natural water, most of the main waste water treatment means currently used, including clarification, chemical precipitation, biological filtration and the use of activated sludge, transform water polluting substances into a concentrate called mud. As regards in particular the activated sludge process, which is one of the most commonly used processes for the treatment of waste water, there is generally a positive, clean and sensitive production of volatile solids in suspension, that is to say that is, the speed of cell synthesis is greater than that of cell destruction. This therefore results in a constant increase in the volume of sludge, and excess activated sludge must be removed continuously or periodically.

Lorsque le volume global des eaux usées devant être traitées augmente, en particulier sous l'effet des réglementations de plus en plus sévères concernant le contrôle de la pollution, la quantité de boues à rejeter, produites par les procédés de traitement des eaux usées indiqués ci-dessus, croît d'une manière correspondante. Par conséquent, il est très souhaitable de traiter ces boues effluentes de manière qu'elles puissent être rejetées aisément et à bon marché sans polluer davantage l'environnement. Bien que de nombreux efforts aient porté sur l'amélioration de la technologie de traitement des boues ainsi que sur le perfectionnement des procédés existants de traitement des boues, il est encore nécessaire d'améliorer l'efficacité des installations de traitement des boues. As the overall volume of wastewater to be treated increases, in particular as a result of increasingly stringent pollution control regulations, the amount of sludge to be released produced by the wastewater treatment processes listed above above, grows correspondingly. Therefore, it is very desirable to treat this effluent sludge so that it can be disposed of easily and inexpensively without further polluting the environment. Although much has been done to improve sludge treatment technology as well as to improve existing sludge treatment processes, there is still a need to improve the efficiency of sludge treatment facilities.

Le but principal de tous les procédés de traitement des boues est de réduire et de stabiliser les solides des boues d'une manière peu coûteuse et efficace. De plus, il est souhaitable qu'une installation de traitement des boues fournisse également un produit final convenant totalement à un rejet définitif sans autre traitement physique ou chimique. Dans la pratique classique, l'évacuation des boues est généralement effectuée par déversement dans la mer, combustion ou épandage. Dans de nombreux cas, l'élimination en terre est utilisée et elle est particulièrement intéressante en raison de ses faibles effets à long terme sur l'environnement. En fait, l'épandage des boues peut être avantageux pour favoriser la reconstitution des sols. Cependant, l'utilisation de l'épandage comme procédé final d'évacuation des boues nécessite un produit final bien pasteurisé, de manière que la concentration en organismes pathogènes dans la boue soit suffisamment faible pour éviter tout danger pour la santé des personnes exécutant l'évacuation des boues. The main purpose of all sludge treatment processes is to reduce and stabilize the sludge solids in an inexpensive and efficient manner. In addition, it is desirable that a sludge treatment plant also provides a final product which is entirely suitable for final disposal without any other physical or chemical treatment. In conventional practice, sludge removal is generally carried out by dumping into the sea, combustion or spreading. In many cases, land disposal is used and is of particular interest because of its weak long-term effects on the environment. In fact, the spreading of sludge can be advantageous to favor the reconstitution of the grounds. However, the use of spreading as a final sludge disposal process requires a well pasteurized end product, so that the concentration of pathogenic organisms in the sludge is low enough to avoid any danger to the health of the people performing the sludge. sludge removal.

Trois procédés distincts ont été classiquement utilisés d'une manière très intensive pour le traitement des boues effluentes, à savoir l'utilisation d'étangs d'oxydation, la digestion anaêrobie et la digestion aérobie. Three distinct methods have been conventionally used in a very intensive manner for the treatment of effluent sludge, namely the use of oxidation ponds, anaerobic digestion and aerobic digestion.

Les étangs d'oxydation sont généralement utilisés sous la forme de bassins relativement peu profonds, creusés dans la terre et s'étendant sur une certaine surface du sol, de manière à retenir les eaux usées avant leur évacuation finale. Ces étangs permettent l'oxydation biologique des matières organiques par transfert naturel ou accéléré artificiellement de l'oxygène de l'air ambiant vers l'eau. Pendant le procédé de bio-oxydation, les matières solides présentes dans les eaux usées font l'objet d'une certaine dégradation biologique et finissent par se déposer sur le fond de l'étang où elles peuvent devenir anaérobies et peuvent être stabilisées. L'étang peut être drainé périodiquement et les boues déposées évacuées par dragage afin que la capacité volumétrique de l'étang soit renouvelée pour le traitement d'autres eaux usées. Les boues retirées sont utilisées pour le remblayage, par exemple. Les étangs d'oxydation constituent donc une installation fonctionnant simplement pour le traitement des eaux usées et des boues. Cependant, l'utilisation de ces étangs d'oxydation est limitée, car ils nécessitent de grandes surfaces au sol. De plus, ce procédé de traitement et d'évacuation ne permet pas une diminution sensible de la teneur en organismes pathogènes des boues. Oxidation ponds are generally used in the form of relatively shallow basins, dug in the ground and extending over a certain surface of the ground, so as to retain the wastewater before its final evacuation. These ponds allow the biological oxidation of organic matter by natural or artificially accelerated transfer of oxygen from the ambient air to water. During the bio-oxidation process, the solids present in the wastewater undergo some biological degradation and end up depositing on the bottom of the pond where they can become anaerobic and can be stabilized. The pond can be drained periodically and the deposited sludge removed by dredging so that the volumetric capacity of the pond is renewed for the treatment of other wastewater. The removed sludge is used for backfilling, for example. The oxidation ponds therefore constitute a facility operating simply for the treatment of wastewater and sludge. However, the use of these oxidation ponds is limited because they require large areas on the ground. In addition, this treatment and disposal process does not allow a significant reduction in the content of pathogenic organisms in the sludge.

La digestion anaêrobie est le procédé de digestion le plus utilisé pour stabiliser des matières solides organiques concentrées telles que celles retirées des bassins de sédimentation, des filtres biologiques et des installations à boues activées. Dans la pratique courante, les boues en excès sont accumulées dans des équipements de digestion à dôme de grande dimension où elles sont soumises à une fermentation anaêrobie pendant 20 à 30 j. Les principales raisons du succès industriel de la digestion anaêrobie des boues sont que ce procédé permet de stabiliser de grandes quantités de boues organiques diluées, n'entraîne qu'une faible production de matières de nature biologique (biomasse), permet d'obtenir des boues dont l'eau peut être relativement aisément éliminée et permet également la production de méthane. De plus, il a été plus ou moins affirmé que la digestion anaêrobie permet d'obtenir des boues pasteurisées. Bien que cette aptitude à la pasteurisation soit discutable, la digestion anaêrobie est largement utilisée en pratique, car elle permet de réduire les résidus solides à une forme relativement stable, leur permettant d'être rejetés sous forme de remblais sans créer une nuisance importante. La digestion anaêrobie est généralement effectuée dans des bassins de grande dimension, dans lesquels un malaxage plus ou moins important est réalisé soit par des moyens mécaniques, soit par recyclage de gaz comprimés de digestion. Ce malaxage accélère rapidement les réactions de stabilisation des boues en créant une grande zone de décomposition active. Anaerobic digestion is the most widely used digestion process to stabilize concentrated organic solids such as those removed from sedimentation tanks, biological filters and activated sludge plants. In current practice, excess sludge is accumulated in large dome digestion equipment where it is subjected to anaerobic fermentation for 20 to 30 days. The main reasons for the industrial success of anaerobic digestion of sludge are that this process makes it possible to stabilize large quantities of diluted organic sludge, only results in a low production of materials of biological nature (biomass), makes it possible to obtain sludge the water of which can be relatively easily removed and also allows the production of methane. In addition, it has been more or less asserted that anaerobic digestion makes it possible to obtain pasteurized sludge. Although this ability to pasteurize is questionable, anaerobic digestion is widely used in practice because it reduces solid residues to a relatively stable form, allowing them to be discharged in the form of embankments without creating a significant nuisance. Anaerobic digestion is generally carried out in large tanks, in which more or less significant mixing is carried out either by mechanical means or by recycling compressed digestion gases. This mixing rapidly accelerates the stabilization reactions of the sludge by creating a large zone of active decomposition.

Comme indiqué précédemment, la pratique courante de la digestion anaêrobie comprend de longs temps de séjour, de l'ordre de 20 à 30 j, sans apport de chaleur au système. Il est apparu dans l'art antérieur que des températures élevées, comprises dans la plage mésophile de 30 à 40°C, favorisent une diminution du temps de séjour qui peut être ramené à environ 12 à 20 j. Cette diminution du temps de traitement résulte du fait que la vitesse de l'activité des organismes responsables de la digestion dépend sensiblement de la As indicated previously, the current practice of anaerobic digestion includes long residence times, of the order of 20 to 30 days, without supplying heat to the system. It has appeared in the prior art that high temperatures, comprised in the mesophilic range of 30 to 40 ° C., favor a reduction in the residence time which can be reduced to approximately 12 to 20 days. This reduction in treatment time results from the fact that the speed of activity of the organisms responsible for digestion depends substantially on the

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température et que, dans une plage de températures de 30 à 40° C, les micro-organismes mésophiles très actifs constituent la souche microbienne dominante utilisée dans la digestion des boues. Les meilleures températures pour la digestion mésophile sont comprises entre environ 35 et 38°C, avec un temps minimal de séjour de l'ordre de 12 à 15 j. Des températures s'élevant jusqu'à 35°C entraînent un accroissement de la vitesse de digestion et peuvent permettre une diminution du temps de séjour, aux dépens, cependant, de la stabilité de fonctionnement du système, alors que les températures inférieures à 35°C nécessitent de plus longs temps de séjour. temperature and that, in a temperature range of 30 to 40 ° C, very active mesophilic microorganisms constitute the dominant microbial strain used in the digestion of sludge. The best temperatures for mesophilic digestion are between approximately 35 and 38 ° C, with a minimum residence time of the order of 12 to 15 days. Temperatures up to 35 ° C lead to an increase in the rate of digestion and can allow a reduction in residence time, at the expense, however, of the operating stability of the system, while temperatures below 35 ° C require longer residence times.

Du méthane gazeux est dégagé pendant la digestion anaêrobie et est généralement utilisé dans des dispositifs de chauffage à combustion pour compenser les pertes de chaleur de l'installation de digestion anaêrobie fonctionnant à température élevée. Cependant, les variations saisonnières de température et les fluctuations de la teneur en solides en suspension des boues afifiuentes ont un effet relativement important sur la production de méthane et sur la quantité de chaleur nécessaire au maintien de la zone de digestion à la température élevée et souhaitée de fonctionnement. Par conséquent, lorsque des températures élevées doivent être maintenues pendant toute l'année dans la zone de digestion anaêrobie, il est généralement essentiel que l'installation de digestion de boues comporte une source de chauffage auxiliaire. Methane gas is released during anaerobic digestion and is generally used in combustion heaters to compensate for heat losses from the anaerobic digestion plant operating at high temperature. However, seasonal temperature variations and fluctuations in the suspended solids content of the sludge have a relatively large effect on the production of methane and on the amount of heat required to maintain the digestion zone at the desired high temperature. Operating. Therefore, when high temperatures are to be maintained throughout the year in the anaerobic digestion zone, it is generally essential that the sludge digestion facility has an auxiliary heating source.

Etant donné que les vitesses de digestion anaêrobie et de dégagement de méthane qui en résulte dépendent fortement de la teneur des boues traitées en matières solides en suspension et de la température régnant dans la zone de digestion, il est en général souhaitable d'alimenter l'équipement de digestion avec une boue aussi concentrée que possible afin de diminuer les pertes de chaleur dans le courant effluent de boues stabilisées, sortant de l'équipement de digestion anaêrobie tout en portant à une valeur maximale la production de méthane dans cet équipement. Cependant, même en respectant ces paramètres, il est difficile de maintenir à bon marché, dans la zone de digestion anaêrobie, des températures élevées, en particulier pendant les mois d'hiver. En outre, des variations de température, même relativement faibles, dans la zone de digestion anaêrobie peuvent entraîner, d'une manière bien connue, un bouleversement disproportionné du procédé et une acidification du contenu de l'équipement de digestion. Since the anaerobic digestion and resulting methane release rates are highly dependent on the suspended solids content of the treated sludge and the temperature prevailing in the digestion zone, it is generally desirable to feed the digestion equipment with a sludge as concentrated as possible in order to reduce heat losses in the effluent stream of stabilized sludge, leaving the anaerobic digestion equipment while bringing to a maximum value the production of methane in this equipment. However, even within these parameters, it is difficult to maintain low temperatures in the anaerobic digestion area inexpensively, especially during the winter months. In addition, even relatively small variations in temperature in the anaerobic digestion zone can, in a well known manner, cause disproportionate disruption of the process and acidification of the contents of the digestion equipment.

Dans le procédé de digestion anaêrobie, les matières solides des boues en cours de traitement sont soumises essentiellement à trois phases consécutives et distinctes de traitement, à savoir une période de solubilisation, une période de production d'acide intensive (acidification) et enfin une période de stabilisation et de digestion intensives (gazéification). Chacune de ces phases est caractérisée par la production de divers produits intermédiaires et finals dans la zone de digestion. Dans des conditions normales de fonctionnement, les trois phases se produisent simultanément. Les gaz primaires produits pendant la phase finale de gazéification comprennent du méthane et de l'anhydride carbonique qui constituent normalement plus de 95% des gaz dégagés, dont 65 à 70% sont constitués de méthane. La production de méthane à l'état gazeux pendant la digestion anaêrobie résulte de la décomposition de nombreux composés sous l'effet d'un grand nombre de réactions biochimiques dépendant les unes des autres et se déroulant d'une manière ordonnée et intégrée. Les corps organiques complexes contenus dans les boues sont transformés par diverses bactéries communes, appelées bactéries acidogènes, en alcools et acides volatils, sans production de méthane. Ces produits résultant de la phase acidogène sont ensuite transformés en méthane gazeux par une autre variété de bactéries appelées bactéries méthanogènes. In the anaerobic digestion process, the solids of the sludge being treated are essentially subjected to three consecutive and distinct phases of treatment, namely a period of solubilization, a period of intensive acid production (acidification) and finally a period intensive stabilization and digestion (gasification). Each of these phases is characterized by the production of various intermediate and final products in the digestion zone. Under normal operating conditions, the three phases occur simultaneously. The primary gases produced during the final gasification phase include methane and carbon dioxide which normally constitute more than 95% of the gases released, of which 65 to 70% consist of methane. The production of methane in the gaseous state during anaerobic digestion results from the decomposition of many compounds under the effect of a large number of biochemical reactions dependent on each other and taking place in an orderly and integrated manner. The complex organic bodies contained in the sludge are transformed by various common bacteria, called acidogenic bacteria, into alcohols and volatile acids, without producing methane. These products resulting from the acidogenic phase are then transformed into methane gas by another variety of bacteria called methanogenic bacteria.

Les bactéries acidogènes pouvant être utilisées dans la digestion anaêrobie sont très résistantes aux changements de conditions se produisant pendant le déroulement du procédé dans leur environnement. Par ailleurs, les bactéries méthanogènes exigent des conditions anaérobies et sont extrêmement sensibles aux variations de conditions du procédé dans leur environnement. Pour ces raisons, il est souhaitable que la zone de digestion anaêrobie ne contienne pas d'oxygène. L'introduction accidentelle d'air dans l'installation de digestion nuit à la fermentation provoquant le dégagement de méthane et crée également une situation dangereuse résultant de la combinaison de méthane gazeux combustible avec l'oxygène. De plus, les bactéries méthanogènes sont sensibles à des paramètres de traitement tels que les variations de pH et à la présence de métaux lourds, de détergents, d'oxyde d'ammonium et de sulfures. A cet égard, la stabilité de la température de la zone de digestion anaêrobie est particulièrement importante. Les bactéries méthanogènes nécessaires au procédé de digestion sont très sensibles aux variations de température qui diminuent leur activité et leur viabilité, ce qui entraîne une croissance relativement excessive des bactéries acidogènes. Il en résulte la production de boues mal stabilisées et de boues finales qui ne conviennent pas, sans autre traitement, au remblayage ou à d'autres formes d'évacuation. En outre, les bactéries méthanogènes ont une vitesse de croissance relativement faible et ce facteur nécessite les longues durées de séjour pratiquées au cours de la digestion anaêrobie, même à des températures mésophiles. En raison de cette faible vitesse de croissance, il existe un risque d'élimination des organismes méthanogènes de l'installation de digestion par lavage si le temps de séjour des matières solides des boues dans cette installation est ramené à une valeur inférieure aux limites indiquées précédemment. Attendu que le digesteur anaêrobie demande donc de longs temps de séjour pour assurer la présence d'organismes méthanogènes et que le débit d'écoulement des boues arrivant à la zone de digestion est en général très faible, il est nécessaire que ce digesteur ait une capacité de stockage très importante. Un fonctionnement à température élevée est donc difficile et il nécessite un apport important de chaleur au digesteur, ainsi qu'une régulation précise de la température de ce digesteur. Comme indiqué précédemment, on a utilisé dans l'art antérieur, en tenant compte de ces considérations, le méthane produit par le processus de digestion anaêrobie comme combustible de chauffage du digesteur afin de maintenir une température élevée constante, même lors de variations extrêmement importantes de la température ambiante. Cette utilisation du méthane s'est révélée efficace pour réduire la demande importante en énergie de chauffage du procédé. Acidogenic bacteria that can be used in anaerobic digestion are very resistant to changes in conditions occurring during the course of the process in their environment. In addition, methanogenic bacteria require anaerobic conditions and are extremely sensitive to variations in process conditions in their environment. For these reasons, it is desirable that the anaerobic digestion zone does not contain oxygen. The accidental introduction of air into the digestion system interferes with the fermentation causing the release of methane and also creates a dangerous situation resulting from the combination of combustible methane gas with oxygen. In addition, methanogenic bacteria are sensitive to processing parameters such as pH variations and to the presence of heavy metals, detergents, ammonium oxide and sulfides. In this regard, the temperature stability of the anaerobic digestion zone is particularly important. The methanogenic bacteria necessary for the digestion process are very sensitive to temperature variations which decrease their activity and their viability, which leads to a relatively excessive growth of the acidogenic bacteria. This results in the production of poorly stabilized sludge and final sludge which is unsuitable, without further treatment, for backfilling or other forms of disposal. In addition, methanogenic bacteria have a relatively slow growth rate and this factor requires the long residence times practiced during anaerobic digestion, even at mesophilic temperatures. Due to this low growth rate, there is a risk of elimination of methanogenic organisms from the digestion plant by washing if the residence time of the sludge solids in this plant is reduced to a value below the limits indicated above. . Whereas the anaerobic digester therefore requires long residence times to ensure the presence of methanogenic organisms and that the flow rate of the sludge arriving at the digestion zone is generally very low, it is necessary that this digester has a capacity very large storage. Operation at high temperature is therefore difficult and it requires a significant supply of heat to the digester, as well as precise regulation of the temperature of this digester. As indicated above, in the prior art, taking into account these considerations, the methane produced by the anaerobic digestion process has been used as heating fuel for the digester in order to maintain a constant high temperature, even during extremely large variations in Room temperature. This use of methane has been shown to be effective in reducing the significant demand for heating energy in the process.

En variante des procédés décrits ci-dessus, il est possible de réaliser une digestion aérobie des boues biodégradables. L'air a été communément utilisé à cet effet comme oxydant. Il est connu que la digestion aérobie se déroule plus rapidement aux températures élevées. Lorsque la température s'élève au-dessus de 35°C, la population des micro-organismes mésophiles diminue et les formes thermophiles augmentent. La plage de température comprise entre 45 et 75°C est souvent considérée comme la plage thermophile, dans laquelle les organismes thermophiles sont prédominants alors que la plupart des organismes mésophiles ont disparu. Au-dessus de cette plage, les organismes thermophiles diminuent et, à 90°C, le système devient essentiellement stérile. En raison de la vitesse d'oxydation des boues qu'elle permet, la digestion thermophile réalise une élimination des matières solides volatiles biodégradables en suspension plus complète que celle obtenue pendant la même période de digestion à la température ambiante. On obtient également un résidu plus stable qui peut être évacué sans nuisance. Il est également établi que la digestion thermophile réduit ou élimine efficacement les bactéries pathogènes présentes dans les boues, ce qui supprime les dangers pour la santé associés à l'évacuation de ces boues. As an alternative to the methods described above, it is possible to carry out aerobic digestion of the biodegradable sludge. Air has been commonly used for this purpose as an oxidant. It is known that aerobic digestion takes place faster at high temperatures. When the temperature rises above 35 ° C, the population of mesophilic microorganisms decreases and the thermophilic forms increase. The temperature range between 45 and 75 ° C is often considered the thermophilic range, in which thermophilic organisms are predominant while most of the mesophilic organisms have disappeared. Above this range, thermophilic organisms decrease and, at 90 ° C, the system becomes essentially sterile. Due to the speed of oxidation of the sludge that it allows, thermophilic digestion achieves a more complete elimination of volatile solid biodegradable in suspension than that obtained during the same digestion period at room temperature. A more stable residue is also obtained, which can be removed without nuisance. It is also established that thermophilic digestion effectively reduces or eliminates pathogenic bacteria present in the sludge, which eliminates the health dangers associated with the evacuation of this sludge.

Lorsque les dispositifs de diffusion d'air sont utilisés pour fournir l'oxygène utilisé lors de la digestion, les pertes de chaleur tendent à être très importantes. Par conséquent, la digestion aérobie utilisant de l'air est en général limitée à l'utilisation de micro-organismes mésophiles. Les installations utilisant de l'air ne peuvent donc fonctionner efficacement dans la plage de températures thermophiles. L'air ne contient que 21 % d'oxygène et environ 5 à 10% seulement du composant oxygène sont dissous. Par conséquent, une très grande quantité d'air doit être utilisée pour satisfaire aux besoins en oxygène, et la chaleur sensible de l'air usé et la chaleur latente nécessaire à la saturation de l'air usé en vapeur d'eau sont importan5 When air diffusion devices are used to supply the oxygen used during digestion, heat losses tend to be very large. Therefore, aerobic digestion using air is generally limited to the use of mesophilic microorganisms. Installations using air cannot therefore operate efficiently in the thermophilic temperature range. The air contains only 21% oxygen and only about 5-10% of the oxygen component is dissolved. Therefore, a very large amount of air must be used to meet oxygen requirements, and the sensible heat of the used air and the latent heat necessary to saturate the used air with water vapor are important.

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tes. A la température ambiante (20°C ou moins), le temps de séjour des boues dans le digesteur aérobie utilisant de l'air est généralement de 12 à 20 j, et de très grands bassins sont nécessaires pour contenir les boues. Bien que des mesures soient prises pour atténuer les pertes de chaleur par conduction, convection et rayonnement, la grande surface mise à découvert pour la transmission de chaleur entraîne des pertes de chaleur très importantes. your. At room temperature (20 ° C or below), the residence time of the sludge in the aerobic digester using air is generally 12 to 20 days, and very large tanks are necessary to contain the sludge. Although measures are taken to mitigate heat loss by conduction, convection and radiation, the large area uncovered for heat transmission causes very significant heat loss.

En raison des pertes de chaleur indiquées ci-dessus, se produisant au cours de la digestion à l'air, les effets du chauffage adiabatique sont faibles et une quantité coûteuse de chaleur extérieure est nécessaire au maintien des températures à des valeurs intéressantes. Due to the heat losses indicated above, occurring during air digestion, the effects of adiabatic heating are small and an expensive amount of outside heat is required to maintain temperatures at attractive values.

On sait qu'il est possible de réduire sensiblement les pertes de chaleur se produisant au cours d'une digestion aérobie par l'utilisation d'un gaz enrichi en oxygène à la place de l'air. Si l'oxygène est utilisé efficacement, la quantité de gaz devant être introduite dans le digesteur et devant en être évacuée est sensiblement plus petite que celle de l'air, car la plus grande partie ou la totalité de l'azote a été préalablement éliminée. Les pertes de chaleur dues à réchauffement sensible du gaz et à l'évaporation de l'eau dans le gaz sont diminuées. Ces réductions des pertes de chaleur sont suffisantes pour permettre à la chaleur adiabatique seule de maintenir la température à des valeurs sensiblement supérieures à la température ambiante, de sorte que la zone de digestion peut fonctionner efficacement dans la plage de température thermophile, avec un apport minimal de chaleur extérieure au procédé. La stabilisation thermophile étant beaucoup plus rapide que la stabilisation mésophile, le temps nécessaire de séjour dans la zone de digestion aérobie est sensiblement diminué en mode thermophile. Cela permet d'utiliser de plus petits bassins et, par conséquent, de diminuer les pertes de chaleur dans l'environnement. En raison de la plus grande vitesse d'oxydation de boues, la digestion aérobie à des températures thermophiles permet d'obtenir une diminution élevée et convenable des matières solides volatiles biodégradables, par exemple des taux de réduction de 80 à 90%, pendant des périodes de séjour des boues relativement courtes, de l'ordre de 3 à 10 j. It is known that it is possible to significantly reduce the heat losses occurring during aerobic digestion by using an oxygen-enriched gas instead of air. If oxygen is used efficiently, the amount of gas to be introduced into and removed from the digester is significantly less than that of air, since most or all of the nitrogen has been removed beforehand. . The heat losses due to appreciable heating of the gas and to the evaporation of water in the gas are reduced. These reductions in heat loss are sufficient to allow the adiabatic heat alone to maintain the temperature at values substantially above room temperature, so that the digestion zone can operate effectively in the thermophilic temperature range, with minimal intake of heat outside the process. As thermophilic stabilization is much faster than mesophilic stabilization, the time required to stay in the aerobic digestion zone is significantly reduced in thermophilic mode. This makes it possible to use smaller basins and, therefore, to reduce heat loss to the environment. Due to the higher speed of sludge oxidation, aerobic digestion at thermophilic temperatures achieves a high and suitable decrease in biodegradable volatile solids, for example 80-90% reduction rates, for periods residence of relatively short sludge, of the order of 3 to 10 days.

En dépit de son intérêt certain, la digestion aérobie thermophile présente plusieurs inconvénients par rapport à la digestion anaêrobie. En premier lieu, du fait que le procédé de digestion aérobie thermophile présente un caractère oxydant, il dégage un gaz résultant d'une réaction de bio-oxydation et contenant de l'anhydride carbonique et de la vapeur d'eau qui ne peuvent être utilisés, mais qu'il est plutôt souhaitable de rejeter dans l'atmosphère. Par contre, le procédé de digestion anaêrobie permet d'obtenir, comme sous-produit de réaction, du mélange gazeux pouvant être utilisé à l'extérieur de l'installation de traitement et également utile comme gaz de combustion pour satisfaire les besoins en énergie de chauffage associés à une digestion à des températures élevées. De plus, la zone de digestion aérobie demande une plus grande dépense d'énergie pour le malaxage et la mise en contact du gaz et des boues que celle nécessaire à une installation de digestion anaêrobie pour le malaxage du contenu du digesteur. Despite its definite interest, thermophilic aerobic digestion has several disadvantages compared to anaerobic digestion. Firstly, because the aerobic thermophilic digestion process has an oxidizing character, it gives off a gas resulting from a bio-oxidation reaction and containing carbon dioxide and water vapor which cannot be used , but which it is rather desirable to release into the atmosphere. On the other hand, the anaerobic digestion process makes it possible to obtain, as reaction by-product, a gaseous mixture which can be used outside the treatment installation and also useful as combustion gas to meet the energy needs of heating associated with digestion at high temperatures. In addition, the aerobic digestion zone requires a greater expenditure of energy for mixing and bringing the gas and sludge into contact than that required for an anaerobic digestion installation for mixing the contents of the digester.

L'invention concerne donc un procédé perfectionné de digestion de boues, et notamment un procédé réalisant une digestion aérobie et une digestion anaêrobie à chaud, afin d'utiliser les avantages de ces deux modes tout en atténuant leurs inconvénients. The invention therefore relates to an improved process for digestion of sludge, and in particular a process carrying out aerobic digestion and hot anaerobic digestion, in order to use the advantages of these two modes while attenuating their disadvantages.

Le procédé de digestion de boues selon l'invention est défini dans la revendication 1. A titre d'exemple, un mode de mise en œuvre de ce procédé consiste à introduire sous forme de fluides les boues et les gaz d'aération comprenant au moins 50% en volume d'oxygène dans une première zone fermée de digestion, à les malaxer pour maintenir la teneur des boues en oxygène dissous à au moins 2 mg/1 et la teneur totale de solides en suspension à au moins 20000 mg/1. Les boues sont maintenues dans la première zone de digestion pendant cette opération à une température comprise dans la plage thermophile, entre 45 et 75° C. The sludge digestion process according to the invention is defined in claim 1. By way of example, one embodiment of this process consists in introducing sludges and aeration gases comprising at least the fluids 50% by volume of oxygen in a first closed digestion zone, kneading them to maintain the content of dissolved oxygen sludge at least 2 mg / 1 and the total content of suspended solids at least 20,000 mg / 1. The sludge is kept in the first digestion zone during this operation at a temperature in the thermophilic range, between 45 and 75 ° C.

Le malaxage dans la zone de digestion, à la température thermophile, est poursuivi pendant la durée de séjour de la boue, qui est de 4 à 48 h, afin d'abaisser partiellement la teneur des boues, The mixing in the digestion zone, at the thermophilic temperature, is continued during the residence time of the mud, which is from 4 to 48 h, in order to partially lower the content of the mud,

introduites dans la première zone de digestion, en matières solides volatiles biodégradables en suspension. Ensuite, les boues partiellement stabilisées et le gaz de digestion appauvri en oxygène, de manière que son taux d'oxygène pur soit d'au moins 21 %, sont déchargés séparément de la première zone de digestion. Ces boues stabilisées, partiellement déchargées, sont ensuite introduites dans une seconde zone fermée de digestion. Les boues sont maintenues dans cette seconde zone de digestion dans des conditions anaérobies et à une température comprise entre 30 et 60° C, pendant une durée suffisante pour abaisser de nouveau la teneur des boues en matières solides biodégradables et volatiles en suspension à moins d'environ 40% de la teneur des mêmes matières solides présentée par les boues introduites dans la première zone de digestion. De plus, du méthane gazeux se dégage dans cette seconde zone de digestion. Ensuite, les boues davantage stabilisées et le méthane gazeux sont déchargés de la seconde zone de digestion. introduced into the first digestion zone, in volatile biodegradable solid matter in suspension. Then, the partially stabilized sludge and the oxygen-depleted digestion gas, so that its pure oxygen level is at least 21%, are discharged separately from the first digestion zone. This stabilized, partially discharged sludge is then introduced into a second closed digestion zone. The sludge is kept in this second digestion zone under anaerobic conditions and at a temperature of between 30 and 60 ° C., for a time sufficient to again lower the content of the sludge in biodegradable and volatile solid matter in suspension unless about 40% of the content of the same solids presented by the sludge introduced into the first digestion zone. In addition, methane gas is released in this second digestion zone. Then, the more stabilized sludge and the methane gas are discharged from the second digestion zone.

Les expressions boues et boues activées utilisées dans le présent mémoire désignent un mélange de solides et de liquide caractérisé par une phase solide constituée de boues et par une phase liquide associée et dans lequel les matières solides des boues sont au moins en partie biodégradables, c'est-à-dire qu'elles peuvent être décomposées sous l'action de micro-organismes vivants. Des boues biodégradables sont généralement caractérisées par leur teneur en matières solides volatiles biodégradables en suspension (VSS). L'expression «teneur en matières solides biodégradables et volatiles en suspension» désigne essentiellement la réduction maximale de matières solides pouvant être obtenue par aération des boues avec du gaz contenant de l'oxygène à la température ambiante, par exemple 20° C, et présentant une teneur en oxygène dissous d'au moins 2 mg/1. Une réduction maximale des matières solides est supposée être atteinte après 30 j d'aération. Des détails concernant cette détermination sont indiqués dans l'article «Water Pollution Control», de Eckenfelder, W. W. et Ford, D. L., «The Pemberton Press», 1970, p. 152. En déterminant les teneurs en matières solides volatiles en suspension de boues fraîches et de boues ayant été soumises à une aération de 30 j, la fraction biodégradable de la teneur totale en matières solides peut être calculée de la manière suivante: The expressions sludge and activated sludge used in the present specification designate a mixture of solids and liquid characterized by a solid phase consisting of sludge and by an associated liquid phase and in which the solids of the sludge are at least partially biodegradable, c ' that is, they can be broken down under the action of living microorganisms. Biodegradable sludge is generally characterized by its content of biodegradable volatile solids in suspension (VSS). The expression “content of biodegradable and volatile solid matter in suspension” essentially designates the maximum reduction in solid matter that can be obtained by aeration of the sludge with gas containing oxygen at ambient temperature, for example 20 ° C., and having a dissolved oxygen content of at least 2 mg / 1. A maximum reduction in solids is assumed to be achieved after 30 days of aeration. Details concerning this determination are given in the article "Water Pollution Control", by Eckenfelder, W. W. and Ford, D. L., "The Pemberton Press", 1970, p. 152. By determining the contents of volatile suspended solids in fresh sludge and sludge which has been subjected to aeration for 30 days, the biodegradable fraction of the total solid content can be calculated as follows:

VSS (fraîche) - VSS (30 j) VSS (fresh) - VSS (30 days)

VSS (fraîche) VSS (fresh)

L'expression boues stabilisées désigne des boues dont la teneur en matières solides biodégradables et volatiles en suspension a été réduite par un traitement de digestion. L'expression temps de séjour des boues utilisée dans le présent mémoire désigne la durée moyenne pendant laquelle les boues sont maintenues dans une zone donnée de digestion, cette durée étant calculée par la formule suivante: The term stabilized sludge designates sludge in which the content of biodegradable and volatile solid matter in suspension has been reduced by a digestion treatment. The expression sludge residence time used in this specification designates the average duration during which the sludge is maintained in a given digestion zone, this duration being calculated by the following formula:

Qs Qs

0U- t est la durée de séjour des boues 0U- t is the sludge residence time

(jours ou heures); (days or hours);

Vd est le volume des boues contenu dans la zone de digestion et en cours de traitement (m3); et Qs est le débit volumétrique d'alimentation en boues de la zone de digestion (m3/j ou m3/h). Vd is the volume of sludge contained in the digestion zone and during treatment (m3); and Qs is the volumetric flow rate for supplying sludge to the digestion zone (m3 / d or m3 / h).

L'invention repose sur la constatation étonnante qu'une zone de digestion aérobie, fonctionnant en régime de température thermophile, peut être associée à une zone de digestion anaêrobie placée en aval, de manière qu'une digestion partielle des boues soit réalisée dans chacune des zones successives. Cette association ou intégration de deux zones de digestion apporte un perfectionnement par rapport aux résultats que l'on prévoyait en considérant séparément les étapes respectives de digestion entrant dans le procédé de traitement comme décrit plus en détail ci-après. The invention is based on the astonishing observation that an aerobic digestion zone, operating in thermophilic temperature regime, can be associated with an anaerobic digestion zone placed downstream, so that a partial digestion of the sludge is carried out in each of the successive zones. This association or integration of two digestion zones provides an improvement over the results that were expected by considering separately the respective stages of digestion entering the treatment process as described in more detail below.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

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55 55

60 60

65 65

627 719 627,719

6 6

On n'a pas recherché, dans l'art antérieur et pour de nombreuses raisons, à associer les digestions aérobie et anaêrobie à température élevée des boues de la manière réalisée dans le procédé de l'invention. La première de ces raisons est que la capacité des bassins utilisés dans le procédé digestion anaêrobie est extrêmement grande, comme indiqué précédemment, et qu'il a été nécessaire de produire de grandes quantités de méthane utilisé comme combustible de chauffage pour assurer un fonctionnement peu coûteux des grands bassins de digestion. La combinaison d'un digesteur anaêrobie avec un digesteur aérobie apparaissait donc indésirable en considérant les exigences globales de contenance du procédé combiné, cette contenance étant considérée comme devant être supérieure à celle utilisée dans l'un ou l'autre, seul, des procédés de digestion. Cette association semble donc, apparemment, entraîner un simple doublement des fonctions normalement effectuées par chacun des procédés aérobie et anaêrobie de digestion, ce qui entraîne un accroissement du coût d'équipement sans augmentation prévisible de l'efficacité du traitement. No attempt has been made, in the prior art and for many reasons, to combine aerobic and anaerobic digestion at high temperature of the sludge in the manner carried out in the process of the invention. The first of these reasons is that the capacity of the tanks used in the anaerobic digestion process is extremely large, as indicated previously, and that it was necessary to produce large quantities of methane used as heating fuel to ensure an inexpensive operation. large digestion ponds. The combination of an anaerobic digester with an aerobic digester therefore appeared undesirable when considering the overall capacity requirements of the combined process, this capacity being considered to be greater than that used in one or the other, alone, of the digestion. This association therefore seems, apparently, to result in a simple doubling of the functions normally performed by each of the aerobic and anaerobic digestion processes, which leads to an increase in the cost of equipment without foreseeable increase in the effectiveness of the treatment.

En outre, l'association d'un digesteur anaêrobie avec un digesteur aérobie apparaissait indésirable en raison de l'impossibilité prévue pour le digesteur anaêrobie de ne réaliser qu'un traitement partiel de digestion des boues dans l'ensemble de l'installation, pendant des durées de séjour inférieures aux longues durées caractérisant les digesteurs anaérobies classiques fonctionnant seuls. Comme décrit précédemment, de longues durées de séjour sont nécessaires, lors de la digestion anaêrobie, pour l'obtention d'une stabilisation des boues et d'une production du méthane suffisantes. Si le temps de séjour dans le digesteur anaêrobie est réduit au-dessous de la durée normale correspondant au traitement complet dans un procédé combiné de digestion aérobie/anaérobie, afin de ne réaliser qu'une digestion partielle dans le mode anaêrobie, on peut prévoir un appauvrissement excessif des organismes méthanogènes pendant la courte durée du mode anaêrobie par perte des organismes correspondants à croissance lente dans l'effluent du digesteur avec, pour résultat, une mauvaise stabilisation des boues dans l'ensemble du procédé. In addition, the association of an anaerobic digester with an aerobic digester appeared undesirable because of the planned impossibility for the anaerobic digester to carry out only a partial treatment of sludge digestion throughout the installation, during residence times shorter than the long periods characterizing conventional anaerobic digesters operating alone. As described above, long residence times are necessary during anaerobic digestion to obtain stabilization of the sludge and sufficient methane production. If the residence time in the anaerobic digester is reduced below the normal duration corresponding to the complete treatment in a combined aerobic / anaerobic digestion process, in order to achieve only partial digestion in the anaerobic mode, provision may be made for excessive depletion of methanogenic organisms during the short duration of the anaerobic mode by loss of the corresponding organisms with slow growth in the digester effluent with, as a result, poor stabilization of the sludge throughout the process.

Aux raisons indiquées ci-dessus s'ajoutent les inconvénients qu'une installation combinée de digestion aérobie/anaérobie semblait présenter du point de vue stabilité de fonctionnement, car chacune des opérations de digestion aérobie et anaêrobie exige, seule, un réglage précis de la température de travail lorsque les valeurs de température sont élevées, de sorte que l'association des deux procédés semblait nécessiter un réglage encore plus précis de la température et, par conséquent, semblait présenter un risque d'effets nuisibles accrus en raison d'une instabilité et de variations de température. In addition to the reasons given above, the disadvantages that a combined aerobic / anaerobic digestion installation seemed to present from the point of view of operating stability, since each of the aerobic and anaerobic digestion operations alone requires precise control of the temperature. working when the temperature values are high, so that the combination of the two methods seemed to require an even more precise adjustment of the temperature and, therefore, seemed to present a risk of increased harmful effects due to instability and temperature variations.

Enfin, un procédé combiné de digestion aérobie/anaérobie semblait être désavantageux lorsque l'on considérait le report possible de l'oxygène dissous résiduel de la digestion aérobie effectuée en amont vers la digestion anaêrobie effectuée en aval. Comme indiqué précédemment, les bactéries méthanogènes présentes dans la zone de digestion anaêrobie sont strictement anaérobies et extrêmement sensibles aux variations de leur environnement. Il est reconnu que toute introduction sensible d'oxygène dans la zone de digestion anaêrobie nuit à la stabilisation des boues par formation de méthane et crée un danger de passage de l'oxygène de la liqueur dans la phase gazeuse contenant du méthane, et de formation d'un mélange gazeux combustible dans le digesteur. Finally, a combined aerobic / anaerobic digestion process seemed to be disadvantageous when considering the possible transfer of residual dissolved oxygen from aerobic digestion performed upstream to anaerobic digestion performed downstream. As previously indicated, the methanogenic bacteria present in the anaerobic digestion zone are strictly anaerobic and extremely sensitive to variations in their environment. It is recognized that any significant introduction of oxygen into the anaerobic digestion zone harms the stabilization of the sludge by the formation of methane and creates a danger of passage of oxygen from the liquor into the gas phase containing methane, and of formation of a combustible gas mixture in the digester.

Contrairement aux prévisions indiquées ci-dessus, il est apparu que l'établissement d'une zone de digestion aérobie thermophile en amont d'une zone de digestion anaêrobie à température élevée et que l'utilisation de ces zones respectives selon le procédé de l'invention permettent non seulement d'obtenir une installation fonctionnelle et peu coûteuse de traitement des boues, mais résultent également, dans une installation de digestion présentant des perfectionnements généraux importants par rapport aux installations de l'art antérieur, du synergisme obtenu entre les modes de digestion aérobie et anaêrobie. Par exemple, le procédé selon l'invention permet d'obtenir une stabilité thermique de travail, dans l'ensemble de l'installation de digestion des boues, qu'il est impossible d'atteindre séparément dans l'une ou l'autre des formes de digestion. En outre, le procédé de digestion combinée selon l'invention permet d'obtenir une boue hautement stabilisée qui est également totalement pasteurisée, malgré une diminution du temps de séjour des boues au-dessous du temps minimal généralement considéré comme devant être respecté pour chacune des formes de digestion prise séparément. En particulier, il est apparu d'une manière surprenante que la zone de digestion anaêrobie utilisée dans le procédé selon l'invention peut travailler avec des temps de séjour des boues sensiblement inférieurs à ceux demandés pour obtenir une stabilisation totale des boues dans des digesteurs anaérobies classiques travaillant seuls, et que ce résultat est obtenu sans perte d'utilité ou d'efficacité du traitement, comme on aurait pu s'y attendre. A titre d'exemple de temps de séjour utilisés d'une manière convenable dans le procédé selon l'invention, une installation pilote, mettant en œuvre ce procédé, a travaillé d'une manière satisfaisante avec un temps de séjour des boues de 24 à 48 h dans le premier stade, ou stade travaillant en mode aérobie, et de 4 à 5 j dans le second stade, ou stade travaillant en mode anaêrobie. En plus des avantages indiqués ci-dessus, le procédé selon l'invention permet une diminution sensible de la capacité demandée par rapport à une installation classique de digestion anaêrobie, mais avec retenue d'une partie importante de la capacité de production de méthane du digesteur anaêrobie classique considéré seul, comme décrit plus en détail ci-après. Cependant, à titre d'exemple, l'installation selon l'invention peut utiliser environ 60% de la capacité demandée pour une zone de digestion anaêrobie de l'art antérieur, tout en conservant environ 75% de la capacité de production de méthane de cette zone. Un tel perfectionnement permet une production de méthane sensiblement supérieure à celle demandée pour le chauffage, de sorte que la quantité de méthane gazeux pouvant être utilisée à l'extérieur de l'installation de digestion des boues est très supérieure à celle pouvant être obtenue avec une installation de digestion anaêrobie de l'art antérieur. Enfin, aucun report important d'oxygène de la première zone de digestion vers la phase gazeuse présente dans la seconde zone de digestion n'est apparu dans le procédé selon l'invention. Contrary to the forecasts indicated above, it appeared that the establishment of an aerobic thermophilic digestion zone upstream of an anaerobic digestion zone at high temperature and that the use of these respective zones according to the process of invention not only make it possible to obtain a functional and inexpensive installation for treating sludge, but also result, in a digestion installation having significant general improvements compared to the installations of the prior art, from the synergism obtained between the digestion modes. aerobic and anaerobic. For example, the method according to the invention makes it possible to obtain thermal working stability, in the entire sludge digestion installation, which it is impossible to achieve separately in one or the other forms of digestion. In addition, the combined digestion process according to the invention makes it possible to obtain a highly stabilized sludge which is also completely pasteurized, despite a reduction in the sludge residence time below the minimum time generally considered to be respected for each of the forms of digestion taken separately. In particular, it has surprisingly appeared that the anaerobic digestion zone used in the process according to the invention can work with residence times of the sludges substantially shorter than those required to obtain total stabilization of the sludges in anaerobic digesters classics working alone, and that this is achieved without loss of usefulness or effectiveness of treatment, as might be expected. As an example of the residence times used in a suitable manner in the process according to the invention, a pilot installation, implementing this process, worked satisfactorily with a residence time of the sludges from 24 to 48 h in the first stage, or stage working in aerobic mode, and 4 to 5 days in the second stage, or stage working in anaerobic mode. In addition to the advantages indicated above, the method according to the invention allows a significant reduction in the capacity requested compared to a conventional anaerobic digestion installation, but with retention of a large part of the methane production capacity of the digester classical anaerobic considered alone, as described in more detail below. However, by way of example, the installation according to the invention can use approximately 60% of the capacity required for an anaerobic digestion zone of the prior art, while retaining approximately 75% of the methane production capacity of this zone. Such an improvement allows a production of methane appreciably greater than that required for heating, so that the quantity of methane gas which can be used outside the sludge digestion installation is much greater than that which can be obtained with a anaerobic digestion installation of the prior art. Finally, no significant transfer of oxygen from the first digestion zone to the gas phase present in the second digestion zone appeared in the method according to the invention.

Les raisons pour lesquelles le procédé selon l'invention présente les avantages inattendus indiqués ci-dessus ne sont pas totalement comprises. Il est possible que l'absence de report important d'oxygène de la première zone de digestion vers la seconde soit due au fait que les températures élevées régnant dans la seconde zone de digestion créent des conditions bactériologiques anaérobies suffisamment intenses pour épuiser totalement l'oxygène dissous dans les boues passant de la première à la seconde zone de digestion avant qu'il puisse se produire un passage relativement important de l'oxygène dissous vers la phase gazeuse présente dans la seconde zone de digestion. Le temps de séjour des boues étonnamment court dans le procédé selon l'invention, en particulier dans la zone de digestion anaêrobie, ainsi que la caractéristique de stabilité thermique du procédé et la capacité étonnamment élevée de production de méthane de la digestion anaêrobie peuvent être une conséquence d'une acclimatation chimique ou biologique des boues et des microorganismes dans la zone de digestion aérobie, entraînant un accroissement de l'efficacité du traitement anaêrobie consécutif. Néanmoins, il est évident que l'invention n'est pas limitée à une théorie particulière et que les explications précédentes ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif. The reasons why the method according to the invention has the unexpected advantages indicated above are not fully understood. It is possible that the absence of significant oxygen transfer from the first digestion zone to the second is due to the fact that the high temperatures prevailing in the second digestion zone create anaerobic bacteriological conditions sufficiently intense to completely exhaust the oxygen. dissolved in the sludge passing from the first to the second digestion zone before there can be a relatively large passage of the dissolved oxygen towards the gas phase present in the second digestion zone. The surprisingly short sludge residence time in the process according to the invention, in particular in the anaerobic digestion zone, as well as the characteristic of thermal stability of the process and the surprisingly high methane production capacity of anaerobic digestion can be a consequence of chemical or biological acclimatization of sludge and microorganisms in the aerobic digestion zone, resulting in an increase in the effectiveness of subsequent anaerobic treatment. Nevertheless, it is obvious that the invention is not limited to a particular theory and that the preceding explanations are given for information only and are in no way limitative.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and in which:

la flg. 1 est un schéma d'une première forme de réalisation d'une installation mettant en œuvre le procédé de digestion selon l'invention dans lequel de la chaleur est récupérée des courants effluents de chacune des première et seconde zones fermées de digestion; the flg. 1 is a diagram of a first embodiment of an installation implementing the digestion method according to the invention in which heat is recovered from the effluent streams from each of the first and second closed digestion zones;

la fig. 2 est un schéma d'une variante d'installation mettant en œuvre le procédé selon l'invention, dans laquelle le gaz de digestion appauvri en oxygène et déchargé de la première zone fermée de fig. 2 is a diagram of an alternative installation implementing the method according to the invention, in which the digestion gas depleted in oxygen and discharged from the first closed zone of

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digestion est utilisé pour une oxygénation de traitement secondaire d'eau présentant une demande biologique en oxygène; digestion is used for secondary treatment oxygenation of water with biological oxygen demand;

la fig. 3 est un schéma d'une autre forme de réalisation de l'installation selon l'invention, dans laquelle les boues provenant des étapes primaire et secondaire de traitement des eaux usées sont introduites dans les zones de digestion; fig. 3 is a diagram of another embodiment of the installation according to the invention, in which the sludge from the primary and secondary stages of wastewater treatment is introduced into the digestion zones;

la fig. 4 est un graphique montrant la température des boues arrivant à la première zone de digestion, qu'il est nécessaire de maintenir à une tempérautre de fonctionnement de 50°C, en fonction de la teneur totale en matières solides en suspension desdites boues, fig. 4 is a graph showing the temperature of the sludge arriving at the first digestion zone, which it is necessary to maintain at an operating temperature of 50 ° C., as a function of the total content of suspended solids in said sludge,

et la fig. 5 est un schéma d'une autre forme de réalisation de l'installation selon l'invention, dans laquelle une petite partie des boues arrivant à l'installation est déviée vers la seconde zone de digestion. and fig. 5 is a diagram of another embodiment of the installation according to the invention, in which a small part of the sludge arriving at the installation is diverted towards the second digestion zone.

La fig. 1 est un schéma d'une première forme de réalisation d'une installation mettant en œuvre le procédé selon l'invention et convenant au traitement des boues par une première digestion aérobie thermophile, suivie d'une digestion anaêrobie mésophile. Les boues, qui peuvent provenir d'une source telle qu'un bassin de sédimentation primaire, le bassin de clarification d'une installation de traitement des eaux usées à boues activées, un filtre percolateur ou toute autre installation de production de boues, arrivent à l'installation selon l'invention par une conduite 8 et sont chauffées successivement dans des échangeurs 22 et 15 de chaleur pour être portées, par exemple, à une température de 30 à 35°C, avant d'être introduites dans la première zone fermée 10 de digestion afin de maintenir la température de cette zone à un niveau thermophile compris entre 45 et 75°C. Les boues à la température ambiante présentes dans la conduite 8 sont d'abord chauffées dans l'échan-geur 22 de chaleur par échange indirect de chaleur à contre-courant avec les boues stabilisées provenant de la seconde zone fermée 20 de digestion et circulant dans une conduite 24. Ainsi, la chaleur des boues stabilisées est récupérée et lesdites boues stabilisées ainsi refroidies sont déchargées de l'échangeur 22 de chaleur en passant dans une conduite 25 pour être finalement évacuées ou autrement utilisées. Les boues stabilisées arrivant dans l'échangeur 22 de chaleur par la conduite 24 peuvent avoir avantageusement une température de 35 à 40°C, de manière que les boues affluentes, sortant de l'échangeur de chaleur par la conduite 9, soient portées à une température de 28 à 30° C. Les boues affluentes partiellement chauffées passant dans la conduite 9 sont chauffées davantage dans l'échangeur 15 qui les porte à une température de 30 à 35°C par échange de chaleur indirect à contre-courant avec les boues partiellement stabilisées, déchargées de la première zone 10 de digestion et passant dans une conduite 14, une conduite 16 faisant passer ces boues de l'échangeur 15 de chaleur dans la seconde zone 20 de digestion. Fig. 1 is a diagram of a first embodiment of an installation implementing the method according to the invention and suitable for the treatment of sludge by a first aerobic thermophilic digestion, followed by an anaerobic mesophilic digestion. The sludge, which can come from a source such as a primary sedimentation tank, the clarification tank of a wastewater treatment plant with activated sludge, a percolator filter or any other sludge production facility, arrives at the installation according to the invention via a pipe 8 and are heated successively in heat exchangers 22 and 15 to be brought, for example, to a temperature of 30 to 35 ° C, before being introduced into the first closed area 10 digestion in order to maintain the temperature of this zone at a thermophilic level between 45 and 75 ° C. The sludge at room temperature present in line 8 is firstly heated in the heat exchanger 22 by indirect exchange of heat against the current with the stabilized sludge coming from the second closed digestion zone 20 and circulating in a pipe 24. Thus, the heat of the stabilized sludge is recovered and said stabilized sludge thus cooled is discharged from the heat exchanger 22 passing through a pipe 25 to be finally discharged or otherwise used. The stabilized sludge arriving in the heat exchanger 22 via line 24 can advantageously have a temperature of 35 to 40 ° C., so that the tributary sludge, leaving the heat exchanger via line 9, is brought to a temperature from 28 to 30 ° C. The partially heated tributary sludge passing through line 9 is further heated in the exchanger 15 which brings them to a temperature of 30 to 35 ° C by indirect heat exchange against the current with the sludge partially stabilized, discharged from the first digestion zone 10 and passing through a line 14, a line 16 passing this sludge from the heat exchanger 15 into the second digestion zone 20.

En variante aux échanges de chaleur décrits ci-dessus, effectués avec les courants de boues stabilisées provenant des zones correspondantes de digestion, les boues affluentes peuvent être chauffées avant d'être introduites dans la première zone de digestion par échange indirect de chaleur avec un milieu chauffant convenable, provenant de l'extérieur, par exemple de la vapeur d'eau ou de l'eau chaude, As an alternative to the heat exchanges described above, carried out with the stabilized sludge streams coming from the corresponding digestion zones, the tributary sludges can be heated before being introduced into the first digestion zone by indirect heat exchange with a medium. suitable heating, coming from the outside, for example steam or hot water,

bien que la récupération de la chaleur des courants de boues chaudes provenant des zones de digestion soit préférée, car elle permet une conservation efficace de la chaleur à l'intérieur de l'installation et réduit les besoins de l'installation en énergie de chauffage. Bien que le chauffage des boues affluentes avant leur introduction dans la première zone de digestion ne soit pas essentiel dans la pratique générale du procédé selon l'invention, il peut être souhaitable, en fait, d'élever au maximum le rendement thermique du procédé à température élevée. Le caractère souhaitable de ce chauffage des boues dépend, comme décrit plus en détail ci-après, de la teneur en matières solides des boues affluentes, du temps de séjour des boues dans la zone de digestion aérobie et d'autres paramètres de traitement. although heat recovery from the hot sludge streams from the digestion zones is preferred, since it allows efficient heat conservation inside the installation and reduces the heating energy requirements of the installation. Although the heating of the tributary sludges before their introduction into the first digestion zone is not essential in the general practice of the process according to the invention, it may in fact be desirable to maximize the thermal efficiency of the process to high temperature. The desirability of this sludge heating depends, as described in more detail below, on the solids content of the tributary sludge, the sludge residence time in the aerobic digestion zone and other treatment parameters.

Les boues davantage chauffées, déchargées de l'échangeur 15 de chaleur en passant dans la conduite 11, pénètrent dans la première zone 10 de digestion avec un gaz d'aération arrivant par une conduite 17, ce gaz constituant le fluide de traitement utilisé dans la première étape de digestion. Le gaz d'aération de la conduite 17 comprend au moins 50% d'oxygène, en volume, et de préférence au moins 80% d'oxygène, afin d'exercer une force d'entraînement de transfert de masse convenablement élevée et d'avoir une grande vitesse de dissolution dans les boues aux hautes températures de ces dernières dans la première zone de digestion concernée. La conduite 17 est reliée à une source de gaz d'aération contenant de l'oxygène (non représentée) qui peut comprendre, par exemple, une installation de production d'oxygène cryogénique ou une bouteille d'alimentation ou un dispositif de séparation d'air par absorption et oscillations adiabatiques de pression, comme c'est généralement le cas pour assurer une alimentation en gaz contenant de l'oxygène. Comme représenté, le gaz d'aération de la conduite 17 peut également être chauffé par un dispositif 19, de manière que la température de la zone 10 de digestion puisse être maintenue aisément à la valeur souhaitée de traitement. The more heated sludge, discharged from the heat exchanger 15 passing through line 11, enters the first digestion zone 10 with an aeration gas arriving through a line 17, this gas constituting the treatment fluid used in the first stage of digestion. The aeration gas from line 17 comprises at least 50% oxygen, by volume, and preferably at least 80% oxygen, in order to exert a suitably high mass transfer driving force and have a high rate of dissolution in the sludge at the high temperatures of the latter in the first digestion zone concerned. Line 17 is connected to a source of aeration gas containing oxygen (not shown) which may include, for example, a cryogenic oxygen plant or a supply bottle or a separation device. air by absorption and adiabatic pressure oscillations, as is generally the case for supplying oxygen-containing gas. As shown, the aeration gas from line 17 can also be heated by a device 19, so that the temperature of the digestion zone 10 can be easily maintained at the desired treatment value.

Dans la zone 10 de distillation aérobie, les boues et le gaz d'aération sont mélangés et l'un de ces fluides est recyclé en même temps contre l'autre fluide en quantité et à un débit suffisants pour maintenir la teneur en oxygène dissous (DO) des boues à au moins 2 mg/1 et la teneur totale en matières solides en suspension (MLSS) des boues à au moins 20000 mg/1. Ce malaxage et ce recyclage des fluides sont effectués à l'aide d'un dispositif 12 de contact qui, en pratique, peut comprendre une turbine immergée et un compresseur de gaz, communiquant avec l'espace libre supérieur, contenant les gaz, de la zone de digestion et avec le dispositif d'injection de gaz pour remettre en circulation le gaz d'aération contenant de l'oxygène, à contre-courant des boues ou, en variante, avec un dispositif d'aération de surface qui recycle les boues contre le gaz d'aération présent dans l'espace supérieur libre de la zone 10 de digestion. La remise en circulation de l'un des fluides constitués par des boues et les gaz d'aération contre l'autre fluide dans la zone de digestion aérobie est avantageuse en pratique pour obtenir une forte teneur en oxygène dissous dans les boues et une utilisation efficace de l'oxygène présent dans le gaz d'aération. Néanmoins, cette remise en circulation n'est pas indispensable à la pratique générale de l'invention et, dans certains cas, il est possible d'obtenir une dissolution convenable de l'oxygène dans les boues et une utilisation très efficace de l'oxygène du gaz d'aération par traversée unique de la zone de digestion aérobie par le gaz d'aération. La teneur en oxygène dissous dans les boues présentes dans la première zone de digestion doit au moins être de 2 mg/1 pour que les micro-organismes thermophiles présents dans les boues disposent de suffisamment d'oxygène pour décomposer rapidement les constituants biodégradables des boues. La teneur totale de matières solides en suspension (MLSS) des boues est d'au moins 20000 mg/1, de manière que la biodégradation des boues dans la zone de digestion aérobie soit rapide, cette biodégradation étant basée sur des phénomènes cinétiques et, en même temps, de manière à maintenir également la chaleur totale de réaction de la digestion aérobie exothermique à un niveau suffisant pour maintenir la température des boues présentes dans la première zone de digestion dans la plage thermophile et pour obtenir un degré satisfaisant de stabilisation partielle des boues dans la zone de digestion, pour un faible temps de séjour. In the aerobic distillation zone 10, the sludge and the aeration gas are mixed and one of these fluids is recycled at the same time against the other fluid in an amount and at a rate sufficient to maintain the dissolved oxygen content ( DO) sludge at least 2 mg / 1 and the total suspended solids content (MLSS) of sludge at least 20,000 mg / 1. This mixing and recycling of the fluids is carried out using a contact device 12 which, in practice, may include a submerged turbine and a gas compressor, communicating with the upper free space, containing the gases, of the digestion zone and with the gas injection device to recirculate the oxygen-containing aeration gas, against the flow of sludge or, alternatively, with a surface aeration device which recycles the sludge against the aeration gas present in the free upper space of the digestion zone 10. The recirculation of one of the fluids constituted by sludge and the aeration gases against the other fluid in the aerobic digestion zone is advantageous in practice for obtaining a high content of dissolved oxygen in the sludge and efficient use. oxygen present in the aeration gas. However, this recirculation is not essential to the general practice of the invention and, in certain cases, it is possible to obtain a suitable dissolution of the oxygen in the sludge and a very efficient use of the oxygen. aeration gas by single crossing of the aerobic digestion zone by the aeration gas. The dissolved oxygen content in the sludge present in the first digestion zone must be at least 2 mg / 1 so that the thermophilic microorganisms present in the sludge have sufficient oxygen to rapidly decompose the biodegradable constituents of the sludge. The total content of suspended solids (MLSS) in the sludge is at least 20,000 mg / l, so that the biodegradation of the sludge in the aerobic digestion zone is rapid, this biodegradation being based on kinetic phenomena and, in at the same time, so as to also maintain the total heat of reaction of aerobic exothermic digestion at a level sufficient to maintain the temperature of the sludge present in the first digestion zone in the thermophilic range and to obtain a satisfactory degree of partial stabilization of the sludge in the digestion zone, for a short residence time.

Dans les conditions de traitement indiquées ci-dessus, les boues sont maintenues dans la première zone de digestion à une température comprise dans la plage thermophile de 45 à 75°C, afin que les matières solides volatiles s'oxydent rapidement. La digestion thermophile est prolongée pendant une durée de séjour dans la première zone de digestion de 4 à 48 h, afin d'abaisser partiellement la teneur en matières solides volatiles et biodégradables en suspension dans les boues introduites dans la première zone de digestion. Le temps de séjour des boues dans la zone de digestion aérobie doit être d'au moins 4 h pour l'obtention d'une stabilisation partielle suffisante dans la première zone de digestion. Lorsque le temps de séjour est inférieur à 4 h, l'importance de la stabilisation des boues devant être Under the processing conditions indicated above, the sludge is kept in the first digestion zone at a temperature in the thermophilic range of 45 to 75 ° C, so that the volatile solids oxidize quickly. The thermophilic digestion is extended for a period of stay in the first digestion zone from 4 to 48 h, in order to partially lower the content of volatile and biodegradable solid matter in suspension in the sludge introduced into the first digestion zone. The sludge residence time in the aerobic digestion zone must be at least 4 h to obtain sufficient partial stabilization in the first digestion zone. When the residence time is less than 4 h, the importance of the stabilization of the sludge must be

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15 15

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25 25

30 30

35 35

40 40

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8 8

effectuée pendant l'opération consécutive de traitement anaêrobie devient disproportionnée au niveau de stabilisation obtenu dans la première digestion aérobie et le temps de séjour global dans l'installation et la capacité de stockage demandés approchent ceux de l'installation classique de digestion anaêrobie, ce qui atténue les avantages présentés par le procédé selon l'invention lors des temps de séjour de 4 h ou plus. Pour des raisons analogues, le temps de séjour des boues dans la zone de digestion aérobie ne doit pas dépasser 48 h. Au-dessus de cette valeur, la stabilisation des boues réalisée dans la zone de digestion aérobie devient trop importante par rapport à la stabilisation qu'il reste à effectuer dans la zone de digestion anaêrobie située en aval, et les temps de séjour nécessaires dans cette dernière opération pour maintenir une population suffisamment importante d'organismes méthanogènes dans la zone de digestion tendent à devenir sensiblement plus longs que ceux souhaitables pour un fonctionnement efficace. De même que précédemment, il résulte une diminution des avantages présentés par le procédé selon l'invention concernant le temps de séjour dans l'ensemble de l'installation et les capacités de stockage lorsque le temps de séjour est compris entre 4 et 48 h. D'après les considérations précédentes, le temps de séjour est de préférence compris entre 12 et 24 h. performed during the subsequent anaerobic treatment operation becomes disproportionate to the level of stabilization obtained in the first aerobic digestion and the overall residence time in the installation and the storage capacity requested approach those of the conventional anaerobic digestion installation, which attenuates the advantages presented by the method according to the invention during residence times of 4 h or more. For similar reasons, the sludge residence time in the aerobic digestion zone should not exceed 48 h. Above this value, the stabilization of the sludge carried out in the aerobic digestion zone becomes too great compared to the stabilization that remains to be carried out in the anaerobic digestion zone located downstream, and the residence times required in this last operation to maintain a sufficiently large population of methanogenic organisms in the digestion zone tend to become significantly longer than those desirable for efficient operation. As previously, it results in a reduction in the advantages presented by the method according to the invention concerning the residence time in the entire installation and the storage capacities when the residence time is between 4 and 48 h. According to the preceding considerations, the residence time is preferably between 12 and 24 h.

Après la digestion aérobie décrite ci-dessus, les boues partiellement stabilisées sortent de la zone de digestion aérobie par la conduite 10 et le gaz de digestion appauvri en oxygène, contenant au moins 21 % d'oxygène pur et, de préférence, au moins 40% d'oxygène pur, est déchargé séparément de la zone de digestion aérobie par une conduite 18. Le niveau de pureté en oxygène des gaz sortant de la zone de digestion par le conduit 18 peut être aisément maintenu à la valeur souhaitée par un réglage convenable des débits relatifs d'introduction du gaz d'aération par la conduite 17 et de sortie par la conduite 18, par exemple à l'aide de robinets de réglage de débit montés dans l'une ou l'autre des conduites d'entrée ou de sortie et commandés par un appareil d'analyse de la pureté en oxygène, placé dans la conduite 18 de sortie, d'une manière connue de l'homme de l'art. After the aerobic digestion described above, the partially stabilized sludge leaves the aerobic digestion zone via line 10 and the digestion gas depleted in oxygen, containing at least 21% of pure oxygen and, preferably, at least 40 % of pure oxygen, is discharged separately from the aerobic digestion zone by a pipe 18. The level of oxygen purity of the gases leaving the digestion zone by the pipe 18 can be easily maintained at the desired value by a suitable setting relative flow rates for the introduction of the aeration gas via the line 17 and the outlet via the line 18, for example using flow control valves mounted in one or the other of the inlet lines or outlet and controlled by an oxygen purity analysis device, placed in the outlet line 18, in a manner known to those skilled in the art.

Il est apparu qu'en maintenant les boues présentes dans la zone de digestion aérobie dans les conditions thermophiles déterminées selon l'invention, une pasteurisation à peu près complète de ces boues est obtenue. Les boues partiellement stabilisées, sortant de la zone 10 de digestion aérobie par la conduite 14, ont une température comprise dans la plage thermophile entre 45 et 75°C. Attendu que cette forme d'installation selon l'invention réalise une digestion anaêrobie mésophile dans la seconde zone fermée 20 de digestion, il est souhaitable qu'une certaine partie de la chaleur soit éliminée des boues partiellement stabilisées passant dans la conduite 14 afin d'assurer l'efficacité du traitement anaêrobie des boues. Par conséquent, les boues passant dans la conduite 14 traversent l'échangeur 15 de chaleur où elles réalisent un échange indirect de chaleur avec les boues affluentes partiellement chauffées qui arrivent dans cet échan-geur 15 par la conduite 9. Les boues partiellement stabilisées et refroidies, ayant été soumises au traitement aérobie, s'écoulent ensuite par la conduite 16 afin de pénétrer dans la seconde zone fermée 20 de digestion. En variante, les boues partiellement stabilisées passant dans la conduite 14 peuvent être refroidies par un milieu de refroidissement provenant de l'extérieur, par exemple l'effluent clarifié d'une installation de traitement des eaux usées. De plus, en hiver, il peut être inutile d'effectuer un échange de chaleur pour refroidir les boues partiellement stabilisées, car la chaleur perdue dans l'environnement par la seconde zone de digestion et par le courant de boues circulant de la première vers la seconde zone de digestion peut compenser d'une manière satisfaisante un tel refroidissement. It appeared that by maintaining the sludge present in the aerobic digestion zone under the thermophilic conditions determined according to the invention, an almost complete pasteurization of this sludge is obtained. The partially stabilized sludge, leaving the aerobic digestion zone 10 via line 14, has a temperature in the thermophilic range between 45 and 75 ° C. Whereas this form of installation according to the invention performs an anaerobic mesophilic digestion in the second closed digestion zone 20, it is desirable that a certain part of the heat is eliminated from the partially stabilized sludges passing through the pipe 14 in order to ensure the effectiveness of anaerobic sludge treatment. Consequently, the sludge passing through line 14 passes through the heat exchanger 15 where it performs an indirect heat exchange with the partially heated tributary sludge which arrives in this exchanger 15 through line 9. The sludge partially stabilized and cooled , having been subjected to aerobic treatment, then flow through line 16 in order to enter the second closed digestion zone 20. As a variant, the partially stabilized sludge passing through line 14 can be cooled by a cooling medium coming from the outside, for example the clarified effluent from a wastewater treatment installation. In addition, in winter, it may be unnecessary to carry out a heat exchange to cool the partially stabilized sludge, since the heat lost to the environment by the second digestion zone and by the sludge flow flowing from the first to the second digestion zone can satisfactorily compensate for such cooling.

Les boues partiellement stabilisées introduites dans la seconde zone de digestion par la conduite 16 sont maintenues dans cette zone dans des conditions anaérobies et à des températures de 30 à 40°C, pendant une durée suffisante pour que leur teneur en matières solides volatiles et biodégradables en suspension soit davantage réduite et ramenée à une valeur inférieure à environ 40%, et de préférence inférieure à 20%, de la teneur des mêmes matières solides présentée par les boues arrivant dans la première zone de digestion. De plus, ces conditions sont respectées pour permettre le dégagement de méthane gazeux. The partially stabilized sludge introduced into the second digestion zone via line 16 is maintained in this zone under anaerobic conditions and at temperatures of 30 to 40 ° C., for a sufficient time so that their content of volatile and biodegradable solids in the suspension is further reduced and brought to a value less than about 40%, and preferably less than 20%, of the content of the same solid materials presented by the sludge arriving in the first digestion zone. In addition, these conditions are met to allow the release of methane gas.

Dans la pratique générale du procédé selon l'invention, la température des boues présentes dans la seconde zone fermée de digestion est maintenue dans la plage de 30 à 60° C qui comprend à la fois la plage mésophile de 30 à 45° C et la plage thermophile de 45 à 60°C. Pour un fonctionnement très efficace, la zone anaêrobie utilisée en mode mésophile est maintenue à une température de traitement comprise entre 35 et 40°C, et de préférence entre 37 et 38°C. Une plage préférable de température utilisée pour la digestion thermophile anaêrobie est de 45 à 50°C. Un travail effectué dans les plages préférées de température indiquées ci-dessus produit une décomposition particulièrement rapide des solides volatiles biodégradables par les souches microbiennes concernées. In the general practice of the process according to the invention, the temperature of the sludge present in the second closed digestion zone is maintained in the range from 30 to 60 ° C which includes both the mesophilic range from 30 to 45 ° C and the thermophilic range from 45 to 60 ° C. For a very efficient operation, the anaerobic zone used in mesophilic mode is maintained at a treatment temperature between 35 and 40 ° C, and preferably between 37 and 38 ° C. A preferable temperature range used for anaerobic thermophilic digestion is 45 to 50 ° C. Work carried out in the preferred temperature ranges indicated above produces a particularly rapid decomposition of volatile solids biodegradable by the microbial strains concerned.

Dans le fonctionnement de la zone 20 de digestion anaêrobie, les éléments contenus dans cette zone sont mélangés en continu par un dispositif 21 d'agitation, de manière à former une grande zone de décomposition active et à accroître sensiblement la vitesse des réactions de stabilisation. Le temps de séjour des boues dans la seconde zone de digestion peut être avantageusement compris entre 4 et 12 j, et de préférence entre 5 et 9 j. Il est indésirable que les temps de séjour des boues dans la seconde zone de digestion soient inférieurs'à 4 j, car, au-dessous de cette valeur, le temps de séjour convient de moins en moins au maintien d'une grande population viable d'organismes méthanogènes dans la phase anaêrobie avec, pour conséquence, un effet nuisible sur la stabilisation globale des boues effectuée dans l'installation de digestion. Par ailleurs, lorsque les temps de séjour des boues dans la zone de digestion anaêrobie sont supérieurs à 12 j, ils sont inutilement longs et les avantages résultant à la fois des temps de séjour et des capacités réduites de stockage, présentés par le procédé combiné selon l'invention dans le cas où les temps de séjour sont compris entre 4 et 12 j, deviennent difficiles à obtenir. In the operation of the anaerobic digestion zone 20, the elements contained in this zone are continuously mixed by a stirring device 21, so as to form a large zone of active decomposition and to significantly increase the speed of the stabilization reactions. The residence time of the sludge in the second digestion zone can advantageously be between 4 and 12 days, and preferably between 5 and 9 days. It is undesirable for the sludge residence times in the second digestion zone to be less than 4 days, since below this value, the residence time is less and less suitable for maintaining a large viable population d methanogenic organisms in the anaerobic phase with, as a consequence, a harmful effect on the overall stabilization of the sludge carried out in the digestion installation. Furthermore, when the residence times of the sludge in the anaerobic digestion zone are greater than 12 d, they are unnecessarily long and the advantages resulting from both residence times and reduced storage capacities, presented by the combined process according to the invention in the case where the residence times are between 4 and 12 d, become difficult to obtain.

Après que les boues ont été soumises au traitement anaêrobie dans la seconde zone 20 de digestion, les boues stabilisées ainsi obtenues sont déchargées de cette seconde zone 20 par une conduite 24 et leur chaleur est récupérée en passant dans les boues affluentes, à l'intérieur de l'échangeur 22 de chaleur, avant que les boues stabilisées soient évacuées finalement de l'installation par la conduite 25. Le méthane gazeux produit dans la seconde zone 20 de digestion par les réactions biochimiques qui s'y déroulent est évacué de la zone de traitement anaêrobie par une conduite 23 portant un robinet 26 de réglage de débit. After the sludge has been subjected to anaerobic treatment in the second digestion zone 20, the stabilized sludge thus obtained is discharged from this second zone 20 by a pipe 24 and their heat is recovered by passing through the tributary sludge, inside from the heat exchanger 22, before the stabilized sludge is finally evacuated from the installation by line 25. The methane gas produced in the second digestion zone 20 by the biochemical reactions which take place there is evacuated from the zone anaerobic treatment by a line 23 carrying a valve 26 for adjusting the flow.

Comme décrit précédemment, un fonctionnement continu d'un digesteur anaêrobie à grand débit, travaillant à des températures optimales supérieures à la température ambiante, est difficile à maintenir dans la pratique classique. Les variations de la température ambiante entraînent généralement des variations de la température des boues affluentes et des pertes de chaleur du bassin de digestion, ce qui fait apparaître des variations indésirables de température à l'intérieur du bassin de digestion. Ces variations de température, comme décrit précédemment, ont un effet sur les vitesses relatives de croissance des bactéries acidogènes et méthanogènes. Les bactéries acidogènes sont généralement très résistantes et des variations modérées de température n'altèrent pas sensiblement leur activité métabolique. Par contre, les bactéries méthanogènes sont extrêmement sensibles aux conditions environnantes. Dans le cas où la température constante de la zone de digestion anaêrobie varie seulement de 2°C, une instabilité en résulte dans l'activité et la croissance des organismes méthanogènes. En conséquence, l'activité des organismes acidogènes devient prédominante et il en résulte une accumulation des produits intermédiaires acides de décomposition et un abaissement du pH dans la zone de digestion. Lorsque le pH diminue, l'activité des organismes méthanogènes diminue davantage et il se produit un bouleversement important du procédé. As described above, continuous operation of an anaerobic digester with a high flow rate, working at optimum temperatures above ambient temperature, is difficult to maintain in conventional practice. Variations in ambient temperature generally cause variations in the temperature of the tributary sludge and heat loss from the digestion tank, which results in undesirable changes in temperature inside the digestion tank. These temperature variations, as described above, have an effect on the relative growth rates of acidogenic and methanogenic bacteria. Acidogenic bacteria are generally very resistant and moderate variations in temperature do not significantly alter their metabolic activity. On the other hand, methanogenic bacteria are extremely sensitive to the surrounding conditions. In the case where the constant temperature of the anaerobic digestion zone varies only by 2 ° C, instability results in the activity and growth of methanogenic organisms. As a result, the activity of acidogenic organisms becomes predominant and this results in an accumulation of acidic decomposition intermediates and a lowering of the pH in the digestion zone. When the pH decreases, the activity of the methanogenic organisms decreases more and there is a major disruption of the process.

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15 15

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Un autre problème posé par les dispositifs de digestion anaêrobie classiques est la sensibilité de bactéries méthanogènes à la présence de métaux toxiques tels que le cuivre. Même de très faibles quantités de ces métaux dans les boues inhibent l'activité des organismes méthanogènes. De même que dans le cas précédent, après que la zone de digestion anaêrobie a reçu en continu des concentrations métalliques toxiques pendant un certain temps, les organismes acidogènes deviennent prédominants et provoquent la production d'un excédent de produits intermédiaires acides de décomposition, ce qui entraîne une diminution du pH dans la zone de digestion et inhibe davantage l'activité des organismes méthanogènes. Cet effet cumulatif conduit inévitablement à un bouleversement important du processus. Another problem with conventional anaerobic digestion devices is the sensitivity of methanogenic bacteria to the presence of toxic metals such as copper. Even very small amounts of these metals in the sludge inhibit the activity of methanogenic organisms. As in the previous case, after the anaerobic digestion zone has received toxic metal concentrations continuously for a certain time, the acidogenic organisms become predominant and cause the production of an excess of acidic decomposition intermediates, which causes a decrease in pH in the digestion zone and further inhibits the activity of methanogenic organisms. This cumulative effect inevitably leads to a major disruption of the process.

La solution portant sur les conditions de bouleversement du processus décrit ci-dessus dans la zone de digestion anaêrobie classique consiste généralement à introduire de grandes quantités de chaux dans le digesteur afin d'accroître l'effet de tamponnement et, par conséquent, d'élever le pH à l'intérieur du digesteur. Cette intervention peut donner satisfaction si le digesteur reçoit une charge importante de la matière d'inhibition et si cette matière peut ensuite être éliminée par lavage ou assimilée par le digesteur. De plus, en élevant le pH et en diminuant le débit d'alimentation en boues affluentes, il est parfois possible de remettre en fonctionnement le digesteur ayant subi un tel bouleversement. Cependant, les mesures de correction indiquées ci-dessus ne conviennent en général que pour les variations ou des bouleversements de processus de courte durée et ne sont généralement pas avantageuses dans le cas de variations ou de bouleversements de longue durée. The solution to the disruption conditions of the process described above in the conventional anaerobic digestion zone generally consists in introducing large amounts of lime into the digester in order to increase the buffering effect and, consequently, to raise the pH inside the digester. This intervention can be satisfactory if the digester receives a large load of inhibition material and if this material can then be removed by washing or assimilated by the digester. In addition, by raising the pH and decreasing the flow rate of supply of tributary sludge, it is sometimes possible to restart the digester having undergone such an upheaval. However, the corrective measures indicated above are generally only suitable for short-term process variations or disruptions and are generally not advantageous in the case of long-term variations or disruptions.

Le procédé selon l'invention permet de régler et de maintenir des températures élevées dans la zone de digestion avec des variations minimales, quelles que soient les conditions climatiques, par l'association de la phase de digestion aérobie thermophile avec une phase consécutive de traitement anaêrobie des boues. Dans le procédé selon l'invention, la phase de digestion aérobie thermophile permet en général de fournir une quantité de chaleur supérieure à celle suffisant à stabiliser thermiquement la phase anaêrobie, en raison de la chaleur du courant de boues partiellement stabilisées s'écoulant de la zone de digestion aérobie vers la zone de digestion anaêrobie. Par conséquent, les variations de température peuvent être théoriquement éliminées de la zone de digestion anaêrobie utilisée dans le procédé selon l'invention, par la variation de paramètres de traitement tels que le temps de séjour des boues dans la zone aérobie, la teneur en matières solides des boues arrivant à la zone aérobie et l'importance de l'échange de chaleur provoquant réchauffement des boues affluentes avant leur introduction dans la zone aérobie. La zone de digestion anaêrobie utilisée dans le procédé de l'invention peut fonctionner généralement, à un degré près, à la température optimale, quelles que soient les variations saisonnières de la température ambiante. The method according to the invention makes it possible to adjust and maintain high temperatures in the digestion zone with minimal variations, whatever the climatic conditions, by the association of the aerobic thermophilic digestion phase with a consecutive phase of anaerobic treatment. sludge. In the process according to the invention, the aerobic thermophilic digestion phase generally makes it possible to supply a quantity of heat greater than that sufficient to thermally stabilize the anaerobic phase, due to the heat of the stream of partially stabilized sludge flowing from the aerobic digestion zone towards the anaerobic digestion zone. Consequently, the temperature variations can be theoretically eliminated from the anaerobic digestion zone used in the process according to the invention, by the variation of treatment parameters such as the residence time of the sludge in the aerobic zone, the content of matter solids from the sludge arriving at the aerobic zone and the extent of the heat exchange causing heating of the tributary sludge before their introduction into the aerobic zone. The anaerobic digestion zone used in the process of the invention can generally operate, to the nearest degree, at the optimum temperature, whatever the seasonal variations in ambient temperature.

De plus, le procédé selon l'invention peut, dans de nombreux cas, présenter une tolérance accrue aux composants métalliques toxiques présents dans les boues arrivant à l'installation de digestion. Bien qu'une installation classique de digestion anaêrobie ne puisse tolérer la présence de métaux toxiques, lorsque de telles substances contaminantes sont présentes dans les boues arrivant à l'installation mettant en œuvre le procédé selon l'invention, leur effet sur la stabilité et la capacité de production du méthane lors de la digestion anaêrobie est relativement réduit. Cela indique que ces métaux ne sont toxiques que sous une forme ionique soluble. On pense que pendant la phase de digestion anaêrobie du procédé selon l'invention, ces ions métalliques forment des complexes avec les matières solides présentes dans les boues en cours de traitement avec, pour résultat, le maintien de ces corps métalliques sous une forme complexe pendant la phase anaêrobie du procédé. En conséquence, la phase anaêrobie du procédé combiné selon l'invention peut présenter une plus grande stabilité en ce qui concerne l'inhibition normalement associée à la présence de métaux lourds dans les boues affluentes à l'installation de traitement selon l'invention. In addition, the method according to the invention can, in many cases, have an increased tolerance to toxic metallic components present in the sludge arriving at the digestion plant. Although a conventional anaerobic digestion installation cannot tolerate the presence of toxic metals, when such contaminating substances are present in the sludge arriving at the installation implementing the method according to the invention, their effect on the stability and methane production capacity during anaerobic digestion is relatively reduced. This indicates that these metals are toxic only in a soluble ionic form. It is believed that during the anaerobic digestion phase of the process according to the invention, these metal ions form complexes with the solid materials present in the sludge being treated with, as a result, the maintenance of these metal bodies in a complex form for the anaerobic phase of the process. Consequently, the anaerobic phase of the combined process according to the invention may exhibit greater stability with regard to the inhibition normally associated with the presence of heavy metals in the sludge flowing to the treatment installation according to the invention.

Un autre avantage important présenté par le procédé combiné selon l'invention, outre celui imputable à la stabilité de la tempéra-, ture de travail et à la résistance aux effets inhibitoires des métaux toxiques, est son attitude à tolérer des bouleversements sporadiques, par exemple une charge périodique, sans perte d'efficacité. Dans une zone de digestion anaêrobie classique, non seulement la phase de solubilisation initiale du processus de digestion se produit rapidement, mais l'utilisation microbienne de cette matière par les bactéries mésophiles et, le cas échéant, acidogènes se produit également à grande vitesse. A l'apparition d'une charge élevée et soudaine de matières solides sur le dispositif de digestion anaêrobie classique, la solubilisation et l'acidification se produisent à une vitesse supérieure à celle à laquelle les bactéries méthanogènes peuvent utiliser les produits intermédiaires acides. Par conséquent, l'accumulation de constituants acides se produit dans la zone de digestion, le pH de celle-ci diminue et une acidification du contenu du digesteur tend à apparaître. Cependant, dans le procédé selon l'invention, la phase aérobie thermophile, effectuée en amont, non seulement favorise une solubilisation rapide des matières biodégradables présentes dans les boues, mais tend également à diminuer la population de bactéries acidogènes mésophiles. Ensuite, la phase de digestion anaêrobie permet un nouveau développement de ces organismes. Cependant, leur population est généralement inférieure à celle des organismes méthanogènes et plus équilibrée par rapport à celle-ci. Par conséquent, lors de l'apparition d'une charge périodique sur la zone de digestion aérobie, une solubilisation rapide se produit dans la digestion aérobie, ainsi qu'une stabilisation de la plus grande partie volatile des boues, ce qui atténue le choc et diminue sensiblement ses effets sur la zone anaêrobie située en aval. Lors de l'opération consécutive, la zone anaêrobie reçoit des boues partiellement stabilisées sur lesquelles les bactéries acidogènes et méthanogènes peuvent croître d'une manière équilibrée. Another important advantage presented by the combined process according to the invention, in addition to that attributable to the stability of the working temperature and to the resistance to the inhibitory effects of toxic metals, is its attitude to tolerate sporadic upheavals, for example periodic charging, without loss of efficiency. In a classic anaerobic digestion zone, not only does the initial solubilization phase of the digestion process occur quickly, but the microbial use of this material by mesophilic and, where appropriate, acidogenic bacteria also occurs at high speed. Upon the appearance of a sudden high load of solids on the conventional anaerobic digestion device, the solubilization and acidification take place at a rate higher than that at which methanogenic bacteria can use acid intermediates. Consequently, the accumulation of acid constituents occurs in the digestion zone, the pH of the latter decreases and an acidification of the contents of the digester tends to appear. However, in the process according to the invention, the aerobic thermophilic phase, carried out upstream, not only promotes rapid solubilization of the biodegradable materials present in the sludge, but also tends to decrease the population of acidophilic mesophilic bacteria. Then, the anaerobic digestion phase allows a new development of these organisms. However, their population is generally lower than that of methanogenic organisms and more balanced in relation to it. Consequently, upon the appearance of a periodic load on the aerobic digestion zone, rapid solubilization occurs in aerobic digestion, as well as stabilization of the greater volatile part of the sludge, which attenuates the shock and Significantly reduces its effects on the anaerobic zone located downstream. During the subsequent operation, the anaerobic zone receives partially stabilized sludge on which the acidogenic and methanogenic bacteria can grow in a balanced manner.

Attendu que la première phase du traitement des boues du procédé selon l'invention s'effectue dans une zone de digestion aérobie thermophile, le procédé décrit dans le brevet américain N° 3926794 peut être avantageusement utilisé avec le procédé selon l'invention pour le traitement d'eaux usées contenant des matières solides biodégradables en suspension, afin que leur demande biochimique en oxygène soit éliminée par la mise en œuvre du procédé à boues activées, et que les boues activées ainsi obtenues soient traitées par le procédé selon l'invention. Whereas the first phase of the sludge treatment of the process according to the invention is carried out in an aerobic thermophilic digestion zone, the process described in American patent N ° 3926794 can be advantageously used with the process according to the invention for the treatment wastewater containing biodegradable solid matter in suspension, so that their biochemical oxygen demand is eliminated by the implementation of the activated sludge process, and that the activated sludge thus obtained is treated by the process according to the invention.

A titre explicatif, le traitement secondaire des boues activées résultant des eaux usées est généralement effectué de la manière suivante. Des eaux usées présentant une demande biologique en oxygène, par exemple les eaux d'égout, peuvent d'abord être soumises à des opérations de traitement telles qu'un dessablement et une sédimentation primaire, au cours desquelles une boue primaire, comprenant des solides biodégradables en suspension, est séparée des eaux résiduaires, ces opérations permettant également d'obtenir un effluent primaire appauvri en matières solides, introduit ensuite dans un dispositif de traitement secondaire. Au cours du traitement secondaire, l'efBuent primaire et les boues recyclées sont mélangés et aérés à une vitesse suffisante et pendant une durée suffisante pour présenter une demande biochimique réduite en oxygène. Ensuite, la liqueur mélangée est séparée en un liquide purifié et en une boue activée dont au moins une partie importante est renvoyée pour être mélangée avec l'effluent primaire afin de constituer la boue recyclée indiquée ci-dessus. Ce traitement des eaux usées peut être convenablement utilisé avec le procédé selon l'invention, la boue primaire et la boue activée non renvoyée étant introduites dans la première zone de digestion utilisée dans le procédé selon l'invention, afin d'en constituer l'affluent. By way of explanation, the secondary treatment of activated sludge resulting from wastewater is generally carried out as follows. Wastewater with a biological oxygen demand, for example sewage, can first be subjected to treatment operations such as sand removal and primary sedimentation, in which a primary sludge, comprising biodegradable solids in suspension, is separated from the waste water, these operations also making it possible to obtain a primary effluent depleted in solid matter, then introduced into a secondary treatment device. During the secondary treatment, the primary efBuent and the recycled sludge are mixed and aerated at a sufficient speed and for a sufficient time to present a reduced biochemical oxygen demand. Then, the mixed liquor is separated into a purified liquid and into an activated sludge, at least a significant portion of which is returned to be mixed with the primary effluent in order to constitute the recycled sludge indicated above. This wastewater treatment can be suitably used with the process according to the invention, the primary sludge and the activated sludge not returned being introduced into the first digestion zone used in the process according to the invention, in order to constitute the tributary.

Comme décrit dans le brevet américain N° 3926794 précité, l'oxygène gazeux est utilisé pour la digestion thermophile des boues activées dans une zone fermée et chaude de digestion et les gaz sortant de cette zone de digestion sont utilisés de manière à constituer au moins la partie principale des gaz d'aération d'une zone fermée de refroidissement mise en œuvre dans le traitement secondaire des As described in the aforementioned US Patent No. 3,926,794, the gaseous oxygen is used for thermophilic digestion of activated sludge in a closed and hot digestion zone and the gases leaving this digestion zone are used so as to constitute at least the main part of the aeration gases from a closed cooling zone used in the secondary treatment of

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boues activées des eaux résiduaires. Le brevet américain précité indique que pour obtenir une force d'entraînement à transfert de masse élevé, nécessaire à une dissolution efficace de l'oxygène au cours d'une digestion aérobie à température élevée, de l'oxygène gazeux ayant une pureté relativement élevée doit être utilisé comme gaz d'aération lors de la digestion. Aux températures élevées, la vitesse accrue de la dégradation biochimique des boues dans la zone de digestion aérobie a pour effet de produire les quantités relativement importantes d'anhydride carbonique sous forme de produit gazeux de réaction. La solubilité d'anhydride carbonique étant relativement faible aux hautes températures utilisées lors de la digestion thermophile aérobie, une quantité importante de cet anhydride carbonique se dégage dans la phase gazeuse présente dans le digesteur aérobie et réduit donc la concentration effective d'oxygène dans le gaz d'aération contenu dans le digesteur. De plus, aux hautes températures thermophiles, la concentration de l'oxygène en phase gazeuse dans la zone de digestion est davantage réduite par la vapeur d'eau présente dans le gaz d'aération et résultant de la pression de vapeur d'eau relativement élevée rencontrée à de tels niveaux de température. activated sludge from wastewater. The aforementioned US patent indicates that in order to obtain a high mass transfer driving force, necessary for efficient dissolution of oxygen during aerobic digestion at high temperature, oxygen gas having a relatively high purity must be used as aeration gas during digestion. At elevated temperatures, the increased rate of biochemical degradation of sludge in the aerobic digestion zone has the effect of producing relatively large amounts of carbon dioxide as a gaseous reaction product. As the solubility of carbon dioxide is relatively low at the high temperatures used during aerobic thermophilic digestion, a significant amount of this carbon dioxide is released in the gas phase present in the aerobic digester and therefore reduces the effective concentration of oxygen in the gas aeration contained in the digester. In addition, at high thermophilic temperatures, the concentration of oxygen in the gas phase in the digestion zone is further reduced by the water vapor present in the aeration gas and resulting from the relatively high water vapor pressure. encountered at such temperature levels.

Les effets indiqués ci-dessus réduisent sensiblement la force d'entraînement pour le transfert de masse de l'oxygène de la phase gazeuse à la boue dans la zone de digestion thermophile. La force d'entraînement pour le transfert de masse de l'oxygène dans la phase liquide des boues est également diminuée, en raison de la faible solubilité de l'oxygène aux températures thermophiles élevées. Pour ces raisons, le brevet américain précité indique qu'il est souhaitable que le gaz contenant de l'oxygène qui a été introduit dans la zone de digestion thermophile ait une concentration en oxygène d'au moins 80% en volume. Dans de telles limites de travail, le gaz d'aération usé, provenant de la zone de digestion thermophile, peut être constitué avantageusement de gaz oxydant utilisé dans un dispositif de traitement secondaire des boues activées. La fig. 2 est un schéma d'une variante de l'installation mettant en œuvre le procédé selon l'invention. Cette figure montre comment le procédé décrit dans le brevet américain N° 3926794 précité peut être avantageusement utilisé avec le procédé selon l'invention. The effects indicated above significantly reduce the driving force for mass transfer of oxygen from the gas phase to the sludge in the thermophilic digestion zone. The driving force for mass transfer of oxygen in the liquid phase of the sludge is also reduced, due to the low solubility of oxygen at high thermophilic temperatures. For these reasons, the aforementioned US patent indicates that it is desirable for the oxygen-containing gas which has been introduced into the thermophilic digestion zone to have an oxygen concentration of at least 80% by volume. Within such working limits, the spent aeration gas, coming from the thermophilic digestion zone, can advantageously consist of oxidizing gas used in a device for secondary treatment of activated sludge. Fig. 2 is a diagram of a variant of the installation implementing the method according to the invention. This figure shows how the process described in the aforementioned American patent N ° 3926794 can be advantageously used with the process according to the invention.

Comme représenté sur la fig. 2, de l'eau ayant une certaine demande biochimique en oxygène, par exemple des eaux résiduaires, pénètre dans une zone 102 d'aération par un conduit 101. Un premier gaz, comprenant au moins 40% d'oxygène en volume, pénètre dans la zone 102 par un conduit 118 (représenté en traits pointillés) et des boues activées recyclées pénètrent également dans la zone 102 par un conduit 108 sur lequel une pompe 109 est montée. Le liquide surnageant provenant d'un épaississeur 151 de boues est également introduit dans la zone fermée 102 d'aération par un conduit 150. Sur cette figure, les conduits d'écoulement de liquides et de boues sont représentés en traits pleins, alors que les conduits d'écoulement de gaz sont représentés en pointillés. Pour plus de clarté, les vannes ne sont pas représentées. Leur utilisation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention est cependant évidente à l'homme de l'art. Les courants indiqués ci-dessus sont mélangés intimement dans la zone 102 d'aération par un dispositif mécanique 103 d'agitation. Ce dernier peut comprendre des rotors entraînés par moteur et placés à proximité de la surface du liquide ou au-dessous de cette surface. L'oxygène gazeux peut être introduit par les conduits 118, au-dessus ou au-dessous du liquide. Cet appareil est bien connu de l'homme de l'art et il doit être choisi de manière à établir une grande surface de contact entre les fluides, avec un travail minimal. Dans le cas où l'oxygène gazeux est injecté sous forme de bulles ou diffusé dans le liquide, les bulles doivent être petites afin que leur surface totale soit importante et que leur flottabilité soit faible. La dissolution de l'oxygène est également favorisée par immersion du dispositif de dispersion du gaz à une profondeur, dans le liquide, à laquelle l'effet hydrostatique est sensible. As shown in fig. 2, water having a certain biochemical oxygen demand, for example waste water, enters an aeration zone 102 through a conduit 101. A first gas, comprising at least 40% oxygen by volume, enters zone 102 by a conduit 118 (shown in dotted lines) and activated recycled sludge also enter zone 102 by a conduit 108 on which a pump 109 is mounted. The supernatant liquid coming from a sludge thickener 151 is also introduced into the closed aeration zone 102 by a conduit 150. In this figure, the liquid and sludge flow conduits are shown in solid lines, while the gas flow conduits are shown in dotted lines. For clarity, the valves are not shown. Their use for implementing the method according to the invention is however obvious to those skilled in the art. The currents indicated above are intimately mixed in the aeration zone 102 by a mechanical stirring device 103. The latter may include motor-driven rotors placed near or below the surface of the liquid. The gaseous oxygen can be introduced through the conduits 118, above or below the liquid. This device is well known to those skilled in the art and it must be chosen so as to establish a large contact surface between the fluids, with minimal work. In the case where the gaseous oxygen is injected in the form of bubbles or diffused in the liquid, the bubbles must be small so that their total surface is large and their buoyancy is low. The dissolution of oxygen is also favored by immersion of the device for dispersing the gas at a depth, in the liquid, to which the hydrostatic effect is sensitive.

Un dispositif assure en continu une remise en circulation d'un fluide contre les autres fluides dans la zone 102 d'aération. Par exemple, un compresseur (non représenté) peut être branché sur l'espace de la zone d'aération contenant les gaz, à l'aide d'un conduit convenable, afin de recycler les gaz d'aération vers la partie inférieure de la zone pour qu'ils soient libérés sous la forme de petites bulles par un dispositif classique. En variante, le dispositif de malaxage indiqué précédemment peut également être utilisé pour la remise en circulation d'un fluide, comme c'est le cas de rotors d'aération de surface. Les dispositifs d'aération sont généralement évalués par leur efficacité de transfert normalisée de l'air qui identifie la possibilité du dispositif à dissoudre l'oxygène de l'air dans de l'eau courante à teneur nulle en oxygène dissous, sous une pression de 1 bar et à 20°C. Des dispositifs convenant au procédé selon l'invention ont une efficacité de transfert normalisée de l'air d'au moins 0,875 kg de 02/kWh et de préférence d'au moins 1,75 kg de 02. A cet effet, la puissance utilisée lors de l'estimation du dispositif est la puissance totale consommée pour agiter la liqueur et pour établir le contact entre le gaz et la liqueur. A device provides continuous recirculation of a fluid against the other fluids in the aeration zone 102. For example, a compressor (not shown) can be connected to the space of the aeration zone containing the gases, using a suitable duct, in order to recycle the aeration gases to the lower part of the zone so that they are released in the form of small bubbles by a conventional device. As a variant, the kneading device indicated above can also be used for recirculating a fluid, as is the case with surface aeration rotors. Aeration devices are generally evaluated by their standardized air transfer efficiency which identifies the possibility of the device to dissolve the oxygen in the air in running water with zero dissolved oxygen content, under a pressure of 1 bar and at 20 ° C. Devices suitable for the method according to the invention have a standardized air transfer efficiency of at least 0.875 kg of 02 / kWh and preferably of at least 1.75 kg of 02. For this purpose, the power used when estimating the device is the total power consumed to stir the liquor and to establish contact between the gas and the liquor.

L'oxygène indiqué ci-dessus est introduit et l'un des fluides est recyclé en même temps et en continu contre les autres fluides, en quantité et à un débit suffisants pour maintenir la teneur en oxygène dissous (DO) de la liqueur mélangée à au moins 0,5 mg/1. De plus, la température de la liqueur est de préférence maintenue à au moins 15°C, de sorte qu'il peut être nécessaire, par temps froid, de mettre en œuvre un dispositif empêchant la température de descendre dans la zone 102 d'aération, par exemple un dispositif de chauffage des eaux résiduaires arrivant par la conduite 101. La conception et le fonctionnement de la zone 102 d'aération des eaux usées peuvent être comme décrit dans les brevets américains Nos 3547811, 3547812 et 3547815. The oxygen indicated above is introduced and one of the fluids is recycled at the same time and continuously against the other fluids, in sufficient quantity and at a rate to maintain the dissolved oxygen content (DO) of the liquor mixed with at least 0.5 mg / 1. In addition, the temperature of the liquor is preferably kept at least 15 ° C, so that it may be necessary, in cold weather, to implement a device preventing the temperature from falling in the aeration zone 102 , for example a device for heating waste water arriving via line 101. The design and operation of the waste water aeration zone 102 can be as described in American patents Nos. 3547811, 3547812 and 3547815.

La liqueur mélangée et oxygénée est déchargée de la zone 102 d'aération et passe dans un conduit 104 afin d'être séparée dans un bassin 105 de clarification en un liquide surnageant purifié et en boues activées. Le gaz non consommé, contenant de l'oxygène, est évacué de la zone 102 d'aération par un conduit 119 et peut être rejeté à l'atmosphère, par exemple. Ce gaz sort de la zone d'aération à un débit déterminé, de manière que sa teneur en oxygène ne dépasse pas 40% de la totalité de l'oxygène introduite dans la zone fermée de digestion aérobie (décrite ci-après). En ce qui concerne le bassin 105 de clarification, le liquide purifié surnageant s'en écoule par un conduit 106 et les boues activées en sont évacuées par un conduit 107 qui contient des micro-organismes dans une concentration correspondant à une teneur totale en matières solides en suspension (MLSS) d'environ 10000 à 40000 mg/1. La plus grande partie des boues activées, par exemple au moins 85%, est renvoyée par le conduit 108 et la pompe 109 vers la zone d'aération, de préférence à un débit tel, par rapport aux eaux usées présentant une demande biochimique en oxygène, que le rapport entre le volume de boues remises en circulation et celui des eaux usées soit compris entre 0,1 et 0,5. Les débits d'arrivée dans la zone fermée 102 d'aération sont de préférence tels que la concentration totale en matières solides en suspension (MLSS) soit de 4000 à 12000 mg/1 et que la teneur de matières solides volatiles en suspension (MLVSS) soit de 3000 à 10000 mg/1. Le temps de contact entre les liquides et les solides dans la zone 102 d'aération pour permettre une assimilation et une absorption organiques est compris entre 30 min et 24 h. Ce temps varie suivant la force (demande biochimique en oxygène) des eaux usées, le type de substances polluantes, le taux de matières solides en aération et la température, ces critères étant connus de l'homme de l'art. The mixed and oxygenated liquor is discharged from the aeration zone 102 and passes through a conduit 104 in order to be separated in a clarification tank 105 into a purified supernatant liquid and into activated sludge. The unconsumed gas, containing oxygen, is evacuated from the aeration zone 102 by a conduit 119 and can be discharged into the atmosphere, for example. This gas leaves the aeration zone at a determined flow rate, so that its oxygen content does not exceed 40% of the total oxygen introduced into the closed aerobic digestion zone (described below). With regard to the clarification tank 105, the purified supernatant liquid flows out through a line 106 and the activated sludge is evacuated therefrom through a line 107 which contains microorganisms in a concentration corresponding to a total solids content. suspension (MLSS) of approximately 10,000 to 40,000 mg / 1. Most of the activated sludge, for example at least 85%, is returned by the conduit 108 and the pump 109 to the aeration zone, preferably at such a rate, compared to the wastewater presenting a biochemical oxygen demand. , that the ratio between the volume of sludge recirculated and that of wastewater is between 0.1 and 0.5. The flow rates of arrival into the closed aeration zone 102 are preferably such that the total concentration of suspended solids (MLSS) is from 4000 to 12000 mg / 1 and that the content of volatile suspended solids (MLVSS) or from 3,000 to 10,000 mg / 1. The contact time between liquids and solids in the aeration zone 102 to allow organic assimilation and absorption is between 30 min and 24 h. This time varies according to the strength (biochemical oxygen demand) of the wastewater, the type of polluting substances, the rate of solid matter in aeration and the temperature, these criteria being known to those skilled in the art.

Les boues séparées dans le bassin 105 de clarification ne sont pas renvoyées en totalité vers la zone 102 d'aération pour deux raisons. La première de ces raisons est que le procédé aux boues activées permet une production excédentaire de micro-organismes, car la masse des nouvelles cellules développées à partir des impuretés présentes dans les eaux usées est supérieure à la masse des cellules s'oxydant d'elles-mêmes pendant le traitement. La seconde raison est que les eaux usées contiennent normalement des matières solides non biodégradables qui se déposent et s'accumulent avec la biomasse. Par conséquent, une petite fraction des boues activées doit être rejetée The separated sludge in the clarification tank 105 is not entirely returned to the aeration zone 102 for two reasons. The first of these reasons is that the activated sludge process allows an excess production of microorganisms, because the mass of new cells developed from impurities present in wastewater is greater than the mass of cells oxidizing them. - even during treatment. The second reason is that wastewater normally contains non-biodegradable solids which deposit and accumulate with biomass. Therefore, a small fraction of the activated sludge must be discharged

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afin d'équilibrer la population de micro-organismes et la fourniture en substances nutritives pour ces micro-organismes (demande biochimique en oxygène), et afin également de supprimer l'accumulation de matières solides inertes dans l'installation. Les boues rejetées constituent généralement moins de 3% et rarement plus de 15% de la totalité des boues séparées. in order to balance the population of microorganisms and the supply of nutrients for these microorganisms (biochemical oxygen demand), and also to suppress the accumulation of inert solid matter in the installation. The discharged sludge generally constitutes less than 3% and rarely more than 15% of the total separated sludge.

Bien que les boues rejetées constituent une petite fraction de la totalité des substances solides séparées dans le bassin de clarification, elles constituent néanmoins dans l'absolu, une quantité importante de matières. Quelle que soit cette quantité, l'évacuation de cette matière entre pour une part importante dans le coût du traitement des eaux usées et, de plus, elle pose un grave problème écologique. Les boues sont putrescibles et ont une grande activité biologique, et elles contiennent souvent des bactéries pathogènes. Les boues peuvent être utilisées comme engrais et/ou matériaux de remblaiement. Cependant, avant d'être ainsi utilisées, elles doivent être bien stabilisées afin d'éviter toute nuisance et de ne pas présenter de danger pour la santé, et leur forte teneur en eau (par exemple de 96 à 98%) doit être réduite. Although the sludge discharged constitutes a small fraction of the totality of the solid substances separated in the clarification tank, they nevertheless constitute, in absolute terms, a significant quantity of matter. Whatever this quantity, the disposal of this material is an important part of the cost of treating wastewater and, moreover, it poses a serious ecological problem. The sludge is putrescible and has a great biological activity, and it often contains pathogenic bacteria. The sludge can be used as fertilizer and / or backfill. However, before being thus used, they must be well stabilized in order to avoid any nuisance and not to present a danger to health, and their high water content (for example from 96 to 98%) must be reduced.

Les boues résiduaires provenant du bassin 105 de clarification sont retirées de la boucle de remise en circulation en passant dans un conduit 111. La concentration totale de ces boues en matières solides en suspension est de 10000 à 40000 mg/1. Les boues sont initialement à peu près à la même température que les eaux usées présentes dans la zone 102 d'aération, par exemple de 15 à 25°C, et elles passent dans un bassin 151 d'épaississement. Dans ce bassin 151, les boues sont concentrées à une valeur MLSS comprise entre 20000 et 60000 mg/1 et les boues épaissies s'écoulent par le bas dans un conduit 152 vers l'installation de digestion. The residual sludge from the clarification tank 105 is removed from the recirculation loop by passing through a conduit 111. The total concentration of this sludge in suspended solids is from 10,000 to 40,000 mg / l. The sludge is initially at approximately the same temperature as the waste water present in the aeration zone 102, for example from 15 to 25 ° C., and it passes into a thickening tank 151. In this basin 151, the sludge is concentrated to an MLSS value of between 20,000 and 60,000 mg / 1 and the thickened sludge flows from below through a conduit 152 to the digestion installation.

Dans certains cas, par exemple lorsque le traitement des eaux usées s'effectue à une température ambiante élevée, l'épaississement des boues résiduaires provenant du bassin de clarification peut ne pas être nécessaire et les boues passant dans le conduit 111 peuvent éviter sans problème le bassin 151 en passant dans un conduit 153, puis dans le conduit 152 qui les mène à l'installation de digestion. Le trop-plein de l'épaississeur (liquide surnageant) s'écoule par un conduit 150 vers la zone 102 d'aération, comme indiqué précédemment. In certain cases, for example when the treatment of wastewater is carried out at a high ambient temperature, the thickening of the residual sludge coming from the clarification tank may not be necessary and the sludge passing through the conduit 111 can avoid without problem the basin 151 passing through a conduit 153, then through conduit 152 which leads them to the digestion installation. The overflow of the thickener (supernatant liquid) flows through a conduit 150 towards the aeration zone 102, as indicated previously.

Les boues épaissies passant dans la conduite 152 peuvent être chauffées, si cela est nécessaire, par une chaudière 130 à méthane, avant d'être introduites dans la zone 110 de digestion aérobie. En variante, les boues peuvent être chauffées par échange de chaleur avec les boues effluentes stabilisées provenant de la zone 120b de digestion anaêrobie, comme décrit précédemment en regard de la forme de réalisation représentée sur la fig. 1. Les boues résiduaires passent en continu ou par intermittence de la conduite 152 dans la première zone fermée 110 de digestion. La zone 110 de digestion aérobie est maintenue à une température comprise dans la plage thermophile, entre 45 et 75°C. Lorsqu'un fonctionnement adiabatique de la zone de digestion aérobie est obtenu, la température des boues dans cette zone peut être avantageusement maintenue à une valeur comprise entre 55 et 65° C. Il est difficile de maintenir d'une manière auto-entretenue des températures de digestion supérieures à 65°C. La température élevée régnant dans la première zone fermée 110 de digestion peut également être obtenue par chauffage extérieur, par exemple par un fluide convenablement chauffé qui circule dans un échangeur de chaleur (non représenté) disposé à l'intérieur de la zone de digestion. En raison de la tendance des matières solides à former des revêtements et des bouchons, les surfaces de transmission de chaleur placées dans le digesteur ne doivent pas être complexes ou rapprochées, et il peut être avantageux de les noyer dans la paroi de la cuve ou de les fixer à cette paroi. The thickened sludge passing through line 152 can be heated, if necessary, by a methane boiler 130, before being introduced into the aerobic digestion zone 110. As a variant, the sludge can be heated by heat exchange with the stabilized effluent sludge coming from the anaerobic digestion zone 120b, as described above with regard to the embodiment shown in FIG. 1. The residual sludge passes continuously or intermittently from the pipe 152 into the first closed digestion zone 110. The aerobic digestion zone 110 is maintained at a temperature in the thermophilic range, between 45 and 75 ° C. When adiabatic functioning of the aerobic digestion zone is obtained, the temperature of the sludge in this zone can advantageously be maintained at a value between 55 and 65 ° C. It is difficult to maintain temperatures in a self-sustaining manner digestion above 65 ° C. The high temperature prevailing in the first closed digestion zone 110 can also be obtained by external heating, for example by a suitably heated fluid which circulates in a heat exchanger (not shown) arranged inside the digestion zone. Due to the tendency of solids to form coatings and plugs, the heat transfer surfaces placed in the digester should not be complex or close together, and it may be advantageous to drown them in the wall of the tank or fix them to this wall.

Un second gaz contenant au moins 80% d'oxygène, en volume, est introduit dans la première zone couverte et chauffée 110 de digestion par un conduit 117. Comme décrit ci-après, ce gaz est introduit en quantité suffisante pour constituer une partie du premier gaz contenant de l'oxygène introduit dans la zone 102 d'aération par le conduit 118. A second gas containing at least 80% oxygen, by volume, is introduced into the first covered and heated zone 110 for digestion by a conduit 117. As described below, this gas is introduced in an amount sufficient to constitute part of the first gas containing oxygen introduced into the aeration zone 102 through the conduit 118.

La température élevée de la première zone fermée 110 de digestion est de préférence obtenue d'une manière adiabatique ou auto-entretenue, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des échangeurs de chaleur tels que celui représenté en 130. Les boues concentrées, obtenues par exemple dans le procédé d'aération à l'oxygène décrit dans le brevet américain N° 3547813, sont très favorables à un fonctionnement à température auto-entretenue, en raison de leur teneur en eau qui est réduite par rapport à leur teneur en combustible biodégradable. De plus, de fortes concentrations de matières solides permettent de diminuer la dimension du digesteur et, par conséquent, les pertes de chaleur par conduction produites à travers les parois du bassin de digestion. Comme indiqué précédemment, la teneur totale en matières solides en suspension (MLSS) des boues présentes dans la zone de digestion doit être d'au moins 20000 mg/1, compte tenu de ces considérations. The high temperature of the first closed digestion zone 110 is preferably obtained in an adiabatic or self-sustaining manner, without the need to use heat exchangers such as that shown in 130. The concentrated sludge obtained for example in the oxygen aeration process described in US Pat. No. 3,547,813, are very favorable to operation at self-maintained temperature, because of their water content which is reduced relative to their fuel content biodegradable. In addition, high concentrations of solid matter make it possible to reduce the size of the digester and, consequently, the heat losses by conduction produced through the walls of the digestion basin. As indicated above, the total content of suspended solids (MLSS) in the sludge present in the digestion zone must be at least 20,000 mg / 1, taking these considerations into account.

Les limites supérieures de la concentration en matières solides à l'intérieur du digesteur aérobie sont généralement déterminées par deux facteurs. En général, la concentration maximale dépend de l'aptitude des dispositifs classiques de sédimentation et d'épaississement à diminuer la teneur en eau. Des dispositifs de flottation, des séparateurs centrifuges et des épaississeurs par gravité permettent souvent d'obtenir des concentrations totales en matières solides en suspension de 60000 mg/1. Il est possible d'élever davantage ces concentrations par adjonction et mélange de boues primaires ou de résidus concentrés provenant d'une autre source que les eaux usées. Le second facteur qui limite la concentration en matières solides est la difficulté croissante à dissoudre l'oxygène et à mélanger les matières solides dans le digesteur. Il est préférable que les limites supérieures soient de 60000 mg/1 pour assurer une répartition uniforme et convenable de l'oxygène dissous dans les boues. De plus, dans la plupart des utilisations du procédé selon l'invention, des températures correspondant aux vitesses presque maximales de digestion thermophile aérobie peuvent être obtenues par autoentretien à des concentrations de matières solides ne dépassant pas 60000 mg/1. Un nouvel accroissement de la concentration en matières solides provoque une augmentation du dégagement de C02 dans l'espace libre du digesteur et réduit inutilement la pression partielle d'oxygène du gaz d'aération. The upper limits of the concentration of solids inside the aerobic digester are generally determined by two factors. In general, the maximum concentration depends on the ability of conventional sedimentation and thickening devices to decrease the water content. Flotation devices, centrifugal separators and gravity thickeners often provide total suspended solids concentrations of 60,000 mg / l. These concentrations can be further increased by adding and mixing primary sludge or concentrated residue from sources other than wastewater. The second factor limiting the concentration of solids is the increasing difficulty in dissolving oxygen and mixing the solids in the digester. It is preferable that the upper limits be 60,000 mg / l to ensure a uniform and suitable distribution of the dissolved oxygen in the sludge. In addition, in most uses of the process according to the invention, temperatures corresponding to the almost maximum speeds of aerobic thermophilic digestion can be obtained by self-maintenance at concentrations of solid materials not exceeding 60,000 mg / l. A further increase in the concentration of solids causes an increase in the release of C02 in the free space of the digester and unnecessarily reduces the partial pressure of oxygen in the aeration gas.

La construction du bassin du digesteur affecte également les niveaux de température auto-entretenus et des parois de béton sont préférées au métal, en raison des plus faibles pertes de chaleur par conduction se produisant à travers le béton. Il est possible de réduire davantage les pertes de chaleur en enterrant le bassin et en formant une butte de terre contre toute paroi verticale du bassin se trouvant à découvert. Une isolation thermique, constituée par exemple de béton à faible densité ou de matière plastique cellulaire, peut être appliquée sur un couvercle métallique, si cela est nécessaire. The construction of the digester basin also affects self-sustaining temperature levels and concrete walls are preferred over metal, due to the lower conduction heat losses occurring through concrete. Heat losses can be further reduced by burying the pool and forming an earth mound against any vertical wall of the pool that is exposed. Thermal insulation, for example made of low density concrete or cellular plastic, can be applied to a metal cover, if necessary.

Il est également préférable de mettre en œuvre le procédé selon l'invention dans des digesteurs aérobies et anaérobies ayant un rapport surface/volume inférieur à 2,62 m2/m3. A cet égard, le terme surface désigne la totalité de la surface des parois du digesteur couvert, comprenant le dessus, le dessous et les parois latérales. Des rapports surface/volume supérieurs à 2,62 m2/m3 entraînent de fortes pertes de chaleur par conduction à travers les parois par rapport à la quantité de chaleur devant être maintenue dans le digesteur. De telles pertes de chaleur peuvent nécessiter l'application d'une isolation thermique sur les parois soumises à l'air ambiant. De plus, de plus grands rapports surface/volume se traduisent généralement par des bassins de digestion de faibles dimensions, dans lesquels il est difficile de réaliser une aération et/ou un mélange uniforme. It is also preferable to implement the method according to the invention in aerobic and anaerobic digesters having a surface / volume ratio of less than 2.62 m2 / m3. In this respect, the term surface designates the entire surface of the walls of the covered digester, including the top, the bottom and the side walls. Area / volume ratios greater than 2.62 m2 / m3 result in high heat losses by conduction through the walls compared to the amount of heat to be maintained in the digester. Such heat losses may require the application of thermal insulation on the walls subjected to ambient air. In addition, larger surface / volume ratios generally result in small digestion ponds, in which it is difficult to achieve uniform aeration and / or mixing.

Le temps de séjour des boues dans le digesteur aérobie affecte également les niveaux de température pouvant être maintenus d'une manière auto-entretenue. Il convient de noter que de nombreux facteurs entrent dans la relation entre le temps de séjour et la température, par exemple l'aptitude à la décomposition des boues et la force (concentrations de matières solides) desdites boues. Dans la pratique générale du procédé selon l'invention, le temps de séjour des The residence time of the sludge in the aerobic digester also affects the temperature levels that can be maintained in a self-sustaining manner. It should be noted that many factors enter into the relationship between the residence time and the temperature, for example the ability of the sludge to decompose and the strength (concentrations of solid matter) of said sludge. In general practice of the method according to the invention, the residence time of the

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boues dans la première zone de digestion est de 4 à 48 h, et de préférence de 12 à 24 h. sludge in the first digestion zone is 4 to 48 hours, and preferably 12 to 24 hours.

La première zone 110 de digestion est équipée d'un dispositif mécanique 112 d'agitation pouvant être du même type que le dispositif 103 utilisé dans la zone 102 d'aération, ainsi que d'un dispositif recyclant en continu l'un des fluides constitués par le second gaz et les boues activées contre l'autre de ces fluides, à l'intérieur de la zone de digestion. The first digestion zone 110 is equipped with a mechanical stirring device 112 which may be of the same type as the device 103 used in the aeration zone 102, as well as with a device continuously recycling one of the fluids formed. by the second gas and the activated sludge against the other of these fluids, inside the digestion zone.

Le second gaz, qui comprend au moins 80% d'oxygène, est introduit dans la zone couverte 110 de digestion aérobie en quantité et à un débit suffisants pour maintenir la teneur en oxygène dissous dans les boues à au moins 2 mg/1. The second gas, which comprises at least 80% oxygen, is introduced into the covered area 110 of aerobic digestion in an amount and at a rate sufficient to maintain the content of dissolved oxygen in the sludge at least 2 mg / 1.

Le gaz de digestion appauvri en oxygène, de manière à présenter une pureté en oxygène d'au moins 40%, sort de la zone couverte 110 de digestion par un conduit 118 à un débit tel que sa teneur en oxygène soit d'au moins 35% de la teneur en oxygène de la charge gazeuse oxygénée arrivant par le conduit 117. Le gaz présent dans le conduit 118 pénètre dans la zone couverte 102 d'aération de manière à constituer au moins une partie principale du premier gaz cité satisfaisant la demande en oxygène nécessaire à l'oxygénation biochimique des eaux usées. Si cela est nécessaire, une source extérieure supplémentaire de gaz contenant de l'oxygène peut être utilisée pour augmenter le courant de gaz oxygéné passant dans le conduit 118. The oxygen-depleted digestion gas, so as to have an oxygen purity of at least 40%, leaves the covered digestion zone 110 by a conduit 118 at a rate such that its oxygen content is at least 35 % of the oxygen content of the oxygenated gaseous charge arriving via line 117. The gas present in line 118 enters the aeration covered area 102 so as to constitute at least a main part of the first gas cited satisfying the demand for oxygen required for biochemical oxygenation of wastewater. If necessary, an additional external source of oxygen-containing gas can be used to increase the flow of oxygenated gas passing through conduit 118.

Lorsque le niveau souhaité de digestion aérobie est obtenu dans la zone 110, les boues partiellement stabilisées qui sont cependant à peu près totalement pasteurisées s'écoulent de la première zone couverte 110 de digestion par le conduit 114 et passent dans la partie de traitement anaêrobie de l'installation combinée. Dans cette forme de réalisation, la seconde zone de digestion anaêrobie comprend une sous-zone 120a d'acidification et une sous-zone 120b de fermentation, avec dégagement de méthane. Les boues partiellement stabilisées présentes dans le conduit 114 et provenant de la première zone 110 de digestion pénètrent dans la sous-zone 120a d'acidification et y restent pendant une durée de 24 à 60 h, nécessaire à l'acidification des boues. Le contenu de la sous-zone 120a est malaxé en continu par un dispositif 121a d'agitation, afin que soit maintenue une vitesse uniforme de décomposition des glucides, des graisses et des protéines en acides gras inférieurs. A la fin du temps de séjour nécessaire dans la sous-zone 120a, les boues acidifiées s'en écoulent par un conduit 126. La température des boues sortant de la sous-zone 120a étant encore élevée et comprise dans la plage des températures thermophiles de 45 à 75° C proche de cette plage et, par conséquent, cette température étant supérieure aux valeurs convenant d'une manière optimale à la formation de méthane, la température des boues acidifiées est généralement abaissée afin que le fonctionnement de la sous-zone 120b de formation de méthane soit satisfaisant. Par conséquent, les boues présentes dans le conduit 126 passent dans un échangeur 115 de chaleur où elles circulent à contre-courant par rapport à un fluide de refroidissement passant dans un conduit 160. Les boues partiellement stabilisées et partiellement refroidies ainsi obtenues sortent de l'échangeur 115 de chaleur par un conduit 127 qui les dirige vers la sous-zone 120b de formation de méthane par fermentation. Le fluide de refroidissement, passant dans l'échangeur de chaleur par le conduit 160, peut comprendre avantageusement de l'eau froide, par exemple sous forme d'une partie de l'effluent arrivant par le conduit 106 du bassin de clarification secondaire ou, comme dans la forme de réalisation décrite précédemment, ce fluide de refroidissement peut être le courant des boues arrivant à l'installation de digestion. When the desired level of aerobic digestion is obtained in the zone 110, the partially stabilized sludges which are however almost completely pasteurized flow from the first zone covered with digestion 110 via the conduit 114 and pass into the anaerobic treatment part of the combined installation. In this embodiment, the second anaerobic digestion zone comprises an acidification sub-zone 120a and a fermentation sub-zone 120b, with release of methane. The partially stabilized sludge present in the conduit 114 and coming from the first digestion zone 110 penetrates into the acidification sub-zone 120a and remains there for a period of 24 to 60 h, necessary for the acidification of the sludge. The content of sub-area 120a is continuously kneaded by a stirring device 121a, so that a uniform rate of breakdown of carbohydrates, fats and proteins into lower fatty acids is maintained. At the end of the required residence time in the sub-zone 120a, the acidified sludge flows out of it through a conduit 126. The temperature of the sludge leaving the sub-zone 120a being still high and included in the thermophilic temperature range of 45 to 75 ° C close to this range and, therefore, this temperature being higher than the values which are optimally suitable for the formation of methane, the temperature of the acidified sludge is generally lowered so that the functioning of the sub-zone 120b methane formation is satisfactory. Consequently, the sludge present in the conduit 126 passes through a heat exchanger 115 where it circulates against the current with respect to a cooling fluid passing through a conduit 160. The partially stabilized and partially cooled sludges thus obtained leave the heat exchanger 115 by a conduit 127 which directs them to the sub-zone 120b of methane formation by fermentation. The cooling fluid, passing through the heat exchanger through line 160, can advantageously comprise cold water, for example in the form of part of the effluent arriving through line 106 of the secondary clarification tank or, as in the embodiment described above, this cooling fluid can be the flow of sludge arriving at the digestion installation.

La sous-zone 120b de digestion anaêrobie constitue le siège de la phase de digestion avec dégagement de méthane. Pour un traitement optimal, les boues présentes dans cette sous-zone sont maintenues à une température comprise entre 35 et 40°C, et de préférence entre 37 et 38 C. Le contenu de la sous-zone 120b est malaxé en continu, par un dispositif 121b d'agitation, de manière à former une zone importante de décomposition active et d'accroître sensiblement la vitesse des réactions de stabilisation se produisant dans cette zone. Le temps de séjour des boues dans la sous-zone de fermentation est de préférence compris entre 4 et 8 j dans les conditions indiquées précédemment déterminant le temps de séjour des boues dans la seconde zone de digestion anaêrobie. Le méthane gazeux produit par les réactions biochimiques se produisant dans la sous-zone 120b est déchargé par un conduit 128 sur lequel une vanne 129 de réglage de débit est montée. Une partie de ce méthane peut être dirigée vers la chaudière 130 par le conduit 132, alors que la partie restante est éliminée parle conduit 131 afin de subir d'autres traitements et/ou être utilisée à d'autres fins. Les boues davantage stabilisées ainsi obtenues, qui'ne contiennent pas plus de 40%, et de préférence pas plus de 20%, de la teneur initiale en matières solides volatiles et biodégradables, présentée par les boues affluentes, sont déchargées de l'installation en passant dans un conduit 133. The anaerobic digestion sub-area 120b constitutes the seat of the digestion phase with release of methane. For optimal treatment, the sludge present in this sub-zone is maintained at a temperature between 35 and 40 ° C, and preferably between 37 and 38 C. The content of sub-zone 120b is mixed continuously, by a device 121b of agitation, so as to form a large zone of active decomposition and to substantially increase the speed of the stabilization reactions occurring in this zone. The residence time of the sludge in the fermentation sub-zone is preferably between 4 and 8 days under the conditions indicated above determining the residence time of the sludge in the second anaerobic digestion zone. The methane gas produced by the biochemical reactions occurring in the sub-area 120b is discharged through a conduit 128 on which a valve 129 for adjusting the flow rate is mounted. Part of this methane can be directed to the boiler 130 through line 132, while the remaining part is removed by line 131 in order to undergo other treatments and / or be used for other purposes. The more stabilized sludge thus obtained, which contains not more than 40%, and preferably not more than 20%, of the initial content of volatile and biodegradable solids, presented by the tributary sludge, is discharged from the installation in passing through a conduit 133.

La fig. 3 est un schéma d'une autre forme de réalisation selon l'invention, dans laquelle les boues résultant de traitements primaire et secondaire des eaux usées passent dans une installation de digestion. Cette forme de réalisation met en œuvre une forme du procédé selon l'invention, dans laquelle une première digestion aérobie thermophile est associée à une seconde digestion anaêrobie thermophile. Jusqu'à présent, la digestion anaêrobie thermophile constituait à peine plus qu'une curiosité de laboratoire. Les problèmes se posant au traitement anaêrobie mésophile classique décrit précédemment, dus à l'instabilité thermique et à l'extrême sensibilité aux variations de conditions, se posent d'une manière encore plus accentuée à la digestion anaêrobie thermophile. En fait, ce procédé de traitement des boues n'a pas été mis en œuvre dans des applications industrielles de digestion des boues en raison du manque de stabilité de la digestion anaêrobie thermophile. Ces problèmes d'instabilité et de sensibilité indésirables aux variations des paramètres du procédé sont résolus avec le procédé de digestion aérobie/anaérobie thermophile selon l'invention, de la même manière que décrit précédemment pour les formes de réalisation utilisant une seconde phase de digestion anaêrobie mésophile. Fig. 3 is a diagram of another embodiment according to the invention, in which the sludge resulting from primary and secondary treatment of wastewater passes through a digestion installation. This embodiment implements a form of the method according to the invention, in which a first thermophilic aerobic digestion is associated with a second anaerobic thermophilic digestion. Until now, anaerobic thermophilic digestion has been little more than a laboratory curiosity. The problems arising from the conventional anaerobic mesophilic treatment described above, due to thermal instability and the extreme sensitivity to variations in conditions, arise in an even more accentuated manner in anaerobic thermophilic digestion. In fact, this sludge treatment process has not been implemented in industrial sludge digestion applications due to the lack of stability of thermophilic anaerobic digestion. These problems of instability and undesirable sensitivity to variations in the parameters of the process are resolved with the aerobic / anaerobic digestion process according to the invention, in the same manner as described above for the embodiments using a second phase of anaerobic digestion. mesophile.

Dans l'installation représentée sur la fig. 3, les eaux usées brutes comprenant, par exemple, des eaux d'égout urbaines, des eaux usées industrielles et des eaux de pluie, arrivent dans le conduit 240 dans une zone 241 de sédimentation primaire. Cette zone 241 peut comprendre avantageusement un bassin de clarification par gravité de type classique et connu. Dans la zone de sédimentation, les eaux usées affluentes sont séparées en un effluent primaire à faible demande biochimique en oxygène, s'écoulant par un conduit 201 vers une zone 202 d'aération, et un courant sous-jacent de boues déposées sortant de la zone 241 par un conduit 242. La zone 202 d'aération reçoit également un gaz oxygéné d'aération arrivant par un conduit 218, un liquide surnageant d'épaississement des boues qui arrive par un conduit 250 et des boues activées de retour arrivant par un conduit 208. Un dispositif203 de malaxage et de recyclage est placé dans la zone 202 d'aération afin de mélanger les divers fluides qui y sont introduits pour former une liqueur et pour faire circuler en même temps, en continu, l'un des fluides, constitués par la liqueur mélangée et les gaz oxygénés d'aération, contre l'autre de ces fluides. Comme décrit précédemment, le dispositif de malaxage et de remise en circulation peut comprendre avantageusement un diffuseur de gaz immergé associé à un rotor de mélange placé au-dessous de la surface, ou bien à un dispositif d'aération à rotor placé en surface. Au bout de la période demandée d'aération, par exemple de 2 à 6 h, la liqueur mélangée, à faible demande biochimique en oxygène, et le gaz d'aération appauvri en oxygène de manière que sa teneur en oxygène, en volume, soit d'au moins 21 %, sont évacués de la zone 202 d'aération par des conduits 204 et 219, respectivement. In the installation shown in fig. 3, the raw wastewater comprising, for example, urban sewage, industrial wastewater and rainwater, arrives in the conduit 240 in a zone 241 of primary sedimentation. This zone 241 can advantageously include a gravity clarification tank of the conventional and known type. In the sedimentation zone, the tributary wastewater is separated into a primary effluent with low biochemical oxygen demand, flowing through a conduit 201 to an aeration zone 202, and an underlying stream of deposited sludge leaving the zone 241 by a conduit 242. The aeration zone 202 also receives an oxygenated aeration gas arriving by a conduit 218, a supernatant sludge thickening liquid which arrives by a conduit 250 and activated sludges returning by a conduit 208. A mixing and recycling device 203 is placed in the aeration zone 202 in order to mix the various fluids which are introduced therein to form a liquor and to circulate at the same time, continuously, one of the fluids, constituted by the mixed liquor and the oxygenated aeration gases, against the other of these fluids. As described above, the mixing and recirculation device can advantageously comprise a submerged gas diffuser associated with a mixing rotor placed below the surface, or else with a rotor ventilation device placed on the surface. At the end of the requested aeration period, for example from 2 to 6 h, the mixed liquor, with low biochemical oxygen demand, and the aeration gas depleted in oxygen so that its oxygen content, by volume, is at least 21%, are evacuated from the aeration zone 202 by conduits 204 and 219, respectively.

La liqueur mélangée oxygénée passant dans le conduit 204 arrive à une zone 205 de sédimentation secondaire dans laquelle des boues activées sont séparées du liquide purifié, ce dernier étant évacué par un conduit 206. Les boues activées déposées sont retirées de la zone de sédimentation secondaire en passant dans un conduit 207. Une partie importante de ces boues est remise en circulation pour constituer des boues recyclées vers la zone 202 d'aération par le The mixed oxygenated liquor passing through the conduit 204 arrives at a zone 205 of secondary sedimentation in which activated sludge is separated from the purified liquid, the latter being evacuated by a conduit 206. The activated sludge deposited is withdrawn from the secondary sedimentation zone in passing through a duct 207. A significant portion of this sludge is recirculated to constitute recycled sludge towards the aeration zone 202 by the

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conduit 208 qui porte une pompe 209 de recyclage. La partie restante des boues, c'est-à-dire la partie non recyclée, pouvant constituer de 3 à 10% des boues passant dans le conduit 207, s'écoule par un conduit 252 vers l'épaississeur 251 de boues. conduit 208 which carries a recycling pump 209. The remaining part of the sludge, that is to say the non-recycled part, which can constitute from 3 to 10% of the sludge passing through the conduit 207, flows through a conduit 252 to the thickener 251 of sludge.

L'épaississeur 251 comprend une autre zone d'épaississement par sédimentation des boues, qui concentre lesdites boues à une valeur comprise entre 2 et 6% de matières solides, c'est-à-dire à une concentration totale en matières solides en suspension (MLSS) comprise entre 20000 et 60000 mg/1. Les boues inférieures épaissies s'écoulent par un conduit 245 et rejoignent les boues primaires dans un conduit 242 provenant de la zone 241 de sédimentation primaire pour former le courant de boues mélangées passant dans le conduit 211. Le liquide surnageant de l'épaississeur 251 passe par un conduit 250 dans la zone 202 d'aération, comme indiqué précédemment. The thickener 251 comprises another thickening zone by sedimentation of the sludge, which concentrates the said sludge to a value between 2 and 6% of solid matter, that is to say to a total concentration of solid matter in suspension ( MLSS) between 20,000 and 60,000 mg / 1. The thickened lower sludge flows through a conduit 245 and joins the primary sludge in a conduit 242 coming from the zone 241 of primary sedimentation to form the stream of mixed sludges passing through the conduit 211. The supernatant liquid from the thickener 251 passes by a conduit 250 in the aeration zone 202, as indicated above.

Le courant de boues mélangées passant dans le conduit 211 peut être partiellement chauffé, si cela est souhaité, par échange de chaleur indirect avec les boues stabilisées et chaudes provenant de la seconde zone 220 de digestion, comme décrit plus en détail ci-après, puis il s'écoule vers la première zone 210 de digestion en passant dans un conduit 248. Avant de pénétrer dans la première zone 210 de digestion, les boues du conduit 248 peuvent être de nouveau chauffées à l'aide d'un dispositif chauffant 231 à combustion de méthane, recevant le méthane par un conduit 227. The stream of mixed sludge passing through conduit 211 can be partially heated, if desired, by indirect heat exchange with the stabilized and hot sludge from the second digestion zone 220, as described in more detail below, then it flows to the first digestion zone 210 passing through a conduit 248. Before entering the first digestion zone 210, the sludge from the conduit 248 can be heated again using a heating device 231 to combustion of methane, receiving methane through a conduit 227.

Si la température ambiante est suffisante pour qu'il ne soit pas nécessaire de chauffer les boues affluentes de l'installation de digestion, ces boues peuvent contourner l'échangeur 244 de chaleur et le dispositif chauffant 231 en passant dans des conduits 261 et 263 de dérivation, respectivement. If the ambient temperature is sufficient so that it is not necessary to heat the tributary sludge from the digestion installation, this sludge can bypass the heat exchanger 244 and the heating device 231 by passing through conduits 261 and 263 of bypass, respectively.

Dans la première zone couverte 210 de digestion, les boues affluentes sont soumises à une digestion aérobie thermophile. Un gaz d'aération contenant au moins 50% d'oxygène, en volume, et de préférence au moins 80% d'oxygène, arrive à la zone 210 de digestion par un conduit 217 et un dispositif mécanique 212 d'agitation qui mélange et fait circuler en même temps et en continu le mélange affluent de boues contre le gaz oxygéné. Le débit d'arrivée du gaz d'aération et l'énergie fournie au dispositif mécanique 212 d'agitation sont tels qu'une concentration d'au moins 2 mg/1 d'oxygène dissous est maintenue dans les boues présentes dans la première zone 210 de digestion. In the first covered digestion zone 210, the tributary sludge is subjected to aerobic thermophilic digestion. An aeration gas containing at least 50% oxygen, by volume, and preferably at least 80% oxygen, arrives at the digestion zone 210 by a conduit 217 and a mechanical stirring device 212 which mixes and circulates the mixture of sludge against oxygenated gas at the same time and continuously. The flow rate of the aeration gas and the energy supplied to the mechanical stirring device 212 are such that a concentration of at least 2 mg / 1 of dissolved oxygen is maintained in the sludge present in the first zone 210 digestion.

Les boues sont maintenues dans la première zone 210 de digestion à une température de 45 à 75° C pendant une durée de 4 à 48 h, afin que les matières solides volatiles et biodégradables en suspension (VSS) des boues soient partiellement réduites. Les boues partiellement stabilisées sont déchargées de la zone 210 de digestion aérobie par un conduit 216 et le gaz de digestion, appauvri en oxygène, est éliminé séparément de la zone de digestion par un conduit 218. The sludge is kept in the first digestion zone 210 at a temperature of 45 to 75 ° C for a period of 4 to 48 h, so that the volatile and biodegradable solids in suspension (VSS) of the sludge are partially reduced. The partially stabilized sludge is discharged from the aerobic digestion zone 210 by a conduit 216 and the digestion gas, depleted in oxygen, is removed separately from the digestion zone by a conduit 218.

Le conduit 216 fait passer les boues partiellement stabilisées de la première zone de digestion dans la seconde zone couverte 220 de digestion. The conduit 216 passes the partially stabilized sludge from the first digestion zone into the second covered digestion zone 220.

La seconde zone 220 de digestion constitue un digesteur anaêrobie thermophile. Pour être soumises à un traitement optimal, les boues présentes dans cette zone de digestion sont maintenues à une température comprise dans la plage thermophile de 40 à 60° C, et de préférence entre 45 et 50°C. En raison des températures thermophiles régnant dans les première et seconde zones de digestion de cette forme de réalisation selon l'invention, les boues partiellement stabilisées, provenant de la première zone de digestion, peuvent passer directement dans la seconde zone de digestion, comme montré, sans être chauffées ou refroidies par échange de chaleur entre lesdites zones lorsque les températures thermophiles régnant dans les zones correspondantes sont suffisamment rapprochées. En variante, il peut être souhaitable, dans certains cas, de travailler dans la seconde zone de digestion à des températures suffisamment plus hautes ou plus basses que celles utilisées dans la première zone de digestion aérobie, de manière qu'il soit avantageux de chauffer ou de refroidir les boues partiellement stabilisées, venant d'être soumises à une digestion anaêrobie et passant d'une zone à l'autre. Le chauffage peut être effectué par un dispositif à méthane analogue au dispositif chauffant 231, et le refroidissement peut être réalisé par échange de chaleur entre les boues partiellement stabilisées provenant de la première zone de digestion et les boues affluentes qui s'écoulent vers l'installation de digestion, comme décrit précédemment pour les formes de réalisation selon l'invention représentées sur les fig. 1 et 2. De plus, étant donné qu'il est encore plus critique d'empêcher les variations de température dans la zone de digestion anaêrobie thermophile que dans la zone de digestion anaêrobie mésophile, il peut être préférable d'utiliser un bassin bien isolé pour le traitement des boues par digestion anaêrobie thermophile, de manière à assurer une protection contre des variations climatiques importantes. The second digestion zone 220 constitutes a thermophilic anaerobic digester. To be subjected to an optimal treatment, the sludge present in this digestion zone is maintained at a temperature included in the thermophilic range of 40 to 60 ° C, and preferably between 45 and 50 ° C. Due to the thermophilic temperatures prevailing in the first and second digestion zones of this embodiment according to the invention, the partially stabilized sludge, coming from the first digestion zone, can pass directly into the second digestion zone, as shown, without being heated or cooled by heat exchange between said zones when the thermophilic temperatures prevailing in the corresponding zones are sufficiently close. Alternatively, it may be desirable in some cases to work in the second digestion zone at temperatures sufficiently higher or lower than those used in the first aerobic digestion zone, so that it is advantageous to heat or to cool the partially stabilized sludge, having just been subjected to an anaerobic digestion and passing from one zone to another. The heating can be carried out by a methane device similar to the heating device 231, and the cooling can be carried out by heat exchange between the partially stabilized sludge from the first digestion zone and the tributary sludge which flows towards the installation. digestion, as described above for the embodiments according to the invention shown in FIGS. 1 and 2. In addition, since it is even more critical to prevent temperature variations in the thermophilic anaerobic digestion zone than in the mesophilic anaerobic digestion zone, it may be preferable to use a well-insulated basin for the treatment of sludge by anaerobic thermophilic digestion, so as to provide protection against significant climatic variations.

Dans la seconde zone 220 de digestion, les boues sont malaxées en continu par un dispositif mécanique 221 d'agitation afin qu'une grande vitesse de stabilisation soit maintenue. Le méthane gazeux résultant des réactions biochimiques qui se produisent pendant la digestion anaêrobie est évacué de la seconde zone de digestion par un conduit 223. Ce méthane peut être mélangé avec du gaz oxygéné, par exemple de l'air ou le gaz de digestion, appauvri en oxygène, provenant de la zone de digestion aérobie, et il peut être brûlé comme combustible afin d'assurer le chauffage maintenant les boues à une température élevée dans l'une des zones de digestion ou dans les deux zones de digestion. Dans le procédé tel que représenté, une partie du méthane gazeux provenant du conduit 223 passe par un conduit 227 dans la chaudière 231 à méthane où elle est brûlée afin de produire de la chaleur maintenant les boues présentes dans la première zone de digestion à une température comprise entre 45 et 75° C. La partie du méthane retenue est évacuée de l'installation par un conduit 228. Les boues davantage stabilisées, provenant de la zone de digestion anaêrobie et ne contenant pas plus de 40% et, de préférence, pas plus de 20% des matières solides volatiles biodégradables présentes dans les boues arrivant par le conduit 248 à l'installation de digestion, sont déchargées de la seconde zone de digestion par un conduit 225, passent dans un échangeur 244 de chaleur où leur chaleur est récupérée, et sont évacuées finalement de l'installation en passant dans un conduit 243. In the second digestion zone 220, the sludge is continuously kneaded by a mechanical stirring device 221 so that a high stabilization speed is maintained. The methane gas resulting from the biochemical reactions which occur during anaerobic digestion is evacuated from the second digestion zone by a conduit 223. This methane can be mixed with oxygenated gas, for example air or the digested gas, depleted oxygen from the aerobic digestion zone, and it can be burned as fuel to heat the sludge at a high temperature in one or both digestion zones. In the process as shown, part of the methane gas from line 223 passes through line 227 into the methane boiler 231 where it is burned in order to produce heat keeping the sludge present in the first digestion zone at a temperature between 45 and 75 ° C. The part of the methane retained is evacuated from the installation by a conduit 228. The more stabilized sludge, coming from the anaerobic digestion zone and containing not more than 40% and, preferably, not more than 20% of the biodegradable volatile solids present in the sludge arriving via line 248 at the digestion plant, are discharged from the second digestion zone through a line 225, pass through a heat exchanger 244 where their heat is recovered , and are finally evacuated from the installation by passing through a conduit 243.

La nature de l'activité biologique se produisant dans la zone de digestion aérobie de l'installation représentée sur la fig. 3 et décrite ci-dessus est sensiblement différente de celle de l'activité biologique se produisant dans la zone aérobie de la forme de réalisation décrite précédemment en regard de la fig. 2, en raison de la différence de provenance des boues. Dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 2, les boues arrivant à l'installation de digestion ne comprennent que des boues activées provenant d'un dispositif de traitement secondaire des eaux usées, alors que dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 3, les boues affluentes comprennent à la fois les boues secondaires provenant du traitement des boues activées et les boues primaires provenant de la sédimentation des eaux usées brutes. La matière organique présente dans les boues secondaires étant constituée principalement de micro-organismes viables, la digestion aérobie de ces boues comprend les diverses réactions biochimiques comprenant la lyse cellulaire, l'assimilation des produits de la lyse pour la synthèse d'une matière viable nouvelle, et la respiration. Par ailleurs, les boues primaires sont principalement constituées de matière organique non viable dont les micro-organismes présents dans les boues peuvent se nourrir. Par conséquent, pendant la digestion aérobie d'une boue primaire, la population microbienne de cette boue est soumise à une certaine phase de synthèse cellulaire en plus de la lyse cellulaire, de l'assimilation des produits de la lyse et de la respiration. En conséquence, la digestion aérobie des boues primaires s'accompagne d'une synthèse cellulaire et d'une respiration cellulaire plus importantes que celles présentes dans la digestion aérobie des boues secondaires. En outre, la digestion aérobie des boues primaires provoque une plus petite réduction nette des matières solides volatiles biodégradables que celle obtenue par la digestion aérobie des boues secondaires, pour une même durée de digestion. La réduction nette des matières solides volatiles et biodégradables des boues pendant la digestion représente une The nature of the biological activity occurring in the aerobic digestion zone of the installation shown in fig. 3 and described above is significantly different from that of the biological activity occurring in the aerobic zone of the embodiment described above with reference to FIG. 2, due to the difference in source of sludge. In the embodiment shown in FIG. 2, the sludge arriving at the digestion installation only includes activated sludge coming from a device for secondary treatment of wastewater, whereas in the embodiment shown in FIG. 3, the tributary sludge includes both the secondary sludge from the treatment of activated sludge and the primary sludge from the sedimentation of raw wastewater. The organic matter present in secondary sludge being mainly made up of viable microorganisms, aerobic digestion of this sludge includes the various biochemical reactions including cell lysis, the assimilation of lysis products for the synthesis of a new viable material , and breathing. In addition, primary sludge mainly consists of non-viable organic matter which the micro-organisms present in the sludge can feed on. Consequently, during aerobic digestion of a primary sludge, the microbial population of this sludge is subjected to a certain phase of cell synthesis in addition to cell lysis, the assimilation of the products of lysis and respiration. Consequently, aerobic digestion of primary sludge is accompanied by greater cell synthesis and cellular respiration than that present in aerobic digestion of secondary sludge. In addition, aerobic digestion of primary sludge causes a smaller net reduction in biodegradable volatile solids than that obtained by aerobic digestion of secondary sludge, for the same duration of digestion. The net reduction in volatile and biodegradable solids from sludge during digestion represents a

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différence entre la synthèse cellulaire et la respiration cellulaire dans les procédés comparés de digestion. difference between cell synthesis and cellular respiration in the comparative processes of digestion.

La respiration cellulaire se produisant dans le procédé de digestion des boues est de caractère exothermique et, pour les raisons indiquées ci-dessus, les boues primaires dégagent une plus grande quantité de chaleur par unité de poids de matières solides volatiles et biodégradables en suspension, éliminées pendant la digestion, que les boues secondaires. Par conséquent, pour obtenir et maintenir une température donnée dans la digestion aérobie, la diminution nette des matières solides volatiles en suspension doit être inférieure pour une boue primaire à celle demandée pour une boue secondaire. Par conséquent, la forme de réalisation selon l'invention représentée sur la fig. 3, dans laquelle les boues arrivant à l'installation de digestion comprennent à la fois des boues primaires et des boues secondaires, peut travailler à une température donnée avec un plus faible niveau de réduction des matières solides volatiles en suspension dans la zone de digestion aérobie que dans la zone de digestion aérobie de l'installation représentée sur la fig. 2 qui ne traite que des boues secondaires. Une réduction inférieure des matières solides volatiles et biodégradables présentes dans la zone aérobie de digestion nécessite également que le temps de séjour des boues dans la zone de digestion anaêrobie soit augmenté d'une manière correspondante pour obtenir un niveau global donné d'élimination des matières solides et volatiles en suspension. Etant donné, dans ce cas, qu'une partie plus importante de l'élimination globale des matières solides et volatiles en suspension est réalisée dans la zone de digestion anaêrobie, l'installation traitant les boues primaires peut donc produire davantage de méthane dans la zone de digestion anaêrobie par rapport à l'installation de digestion ne traitant que des boues secondaires. Par conséquent, la forme de réalisation représentée sur la fig. 3 peut produire de plus grandes quantités de méthane que celles représentées sur la fig. 2, mais au prix d'un accroissement du temps de séjour des boues dans la zone de digestion aérobie de l'installation montrée sur la fig. 3. The cellular respiration occurring in the sludge digestion process is of an exothermic nature and, for the reasons indicated above, the primary sludges give off a greater quantity of heat per unit weight of volatile and biodegradable solid matter in suspension, eliminated during digestion, only secondary sludge. Consequently, to obtain and maintain a given temperature in aerobic digestion, the net decrease in volatile solids in suspension must be less for a primary mud than that required for a secondary mud. Consequently, the embodiment according to the invention shown in FIG. 3, in which the sludge arriving at the digestion plant comprises both primary sludge and secondary sludge, can work at a given temperature with a lower level of reduction of the volatile solids suspended in the aerobic digestion zone that in the aerobic digestion zone of the installation shown in fig. 2 which only treats secondary sludge. A lower reduction of volatile and biodegradable solids present in the aerobic digestion zone also requires that the residence time of the sludge in the anaerobic digestion zone be increased correspondingly to obtain a given overall level of solids elimination and volatiles in suspension. Since, in this case, a greater part of the overall elimination of suspended solids and volatiles is carried out in the anaerobic digestion zone, the installation treating primary sludge can therefore produce more methane in the zone anaerobic digestion compared to the digestion plant treating only secondary sludge. Therefore, the embodiment shown in FIG. 3 can produce larger quantities of methane than those shown in FIG. 2, but at the cost of increasing the residence time of the sludge in the aerobic digestion zone of the installation shown in FIG. 3.

Ainsi qu'il ressort de la description précédente, chacune des formes de réalisation décrites précédemment réalise un chauffage des boues arrivant à l'installation de digestion avant leur introduction dans la zone de digestion aérobie. Ce chauffage peut ne pas être nécessaire dans une installation donnée, selon divers facteurs tels que la teneur des boues en matières solides, la température ambiante, le temps de séjour des boues dans la zone de digestion aérobie et le type de boues traitées. La fig. 4 est un graphique montrant la température des boues arrivant à la première zone de digestion, ces boues devant être maintenues à 50°C dans cette première zone pendant 24 h, en fonction de la teneur totale desdites boues en matières solides en suspension (MLSS). La courbe A correspond à un courant de boues primaires et secondaires mélangées, ayant un rapport matières solides volatiles en suspension/matières solides totales en suspension (VSS/TSS) égal à 0,75 et une enthalpie biologique de 46000 kJ/kg de matières solides volatiles en suspension (VSS) éliminées. La courbe B correspond à des boues secondaires non mélangées ayant un rapport VSS/TSS de 0,79 et une enthalpie de 32200 kJ/kg de VSS éliminées. As is apparent from the preceding description, each of the embodiments described above performs heating of the sludge arriving at the digestion installation before their introduction into the aerobic digestion zone. This heating may not be necessary in a given installation, depending on various factors such as the solids content of the sludge, the ambient temperature, the residence time of the sludge in the aerobic digestion zone and the type of sludge treated. Fig. 4 is a graph showing the temperature of the sludge arriving at the first digestion zone, this sludge having to be maintained at 50 ° C. in this first zone for 24 h, as a function of the total content of said sludge in suspended solids (MLSS) . Curve A corresponds to a stream of mixed primary and secondary sludge, having a volatile suspended solids / total suspended solids (VSS / TSS) ratio equal to 0.75 and a biological enthalpy of 46,000 kJ / kg of solid matter volatile in suspension (VSS) eliminated. Curve B corresponds to unmixed secondary sludge having a VSS / TSS ratio of 0.79 and an enthalpy of 32200 kJ / kg of VSS eliminated.

Comme montré par les courbes de ce graphique, les boues mélangées, correspondant à la courbe A, demandent une plus grande température à leur arrivée à la zone de digestion aérobie, pour une teneur totale donnée en matières solides en suspension, que les boues secondaires correspondant à la courbe B. Par conséquent, le chauffage des boues arrivant à l'installation de digestion, avant leur . introduction dans la première zone de digestion, peut être particulièrement souhaitable lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention avec une installation de digestion contenant une partie importante de boues primaires provenant d'une installation de traitement des eaux usées. As shown by the curves of this graph, the mixed sludge, corresponding to curve A, requires a higher temperature upon arrival at the aerobic digestion zone, for a given total content of suspended solids, than the corresponding secondary sludge to curve B. Consequently, the heating of the sludges arriving at the digestion installation, before their. introduction into the first digestion zone, may be particularly desirable during the implementation of the method according to the invention with a digestion installation containing a large portion of primary sludge from a wastewater treatment installation.

Le graphique de la fig. 4 montre également qu'il est possible de réaliser un traitement thermophile sans qu'il soit nécessaire de chauffer les boues arrivant à l'installation de digestion avant leur introduction dans la zone de digestion aérobie lorsque lesdites boues sont suffisamment épaissies. Par exemple, dans le cas de boues mélangées (courbe A) ayant une concentration totale en matières solides de 4%, il suffit que leur température, à leur arrivée dans la zone de digestion aérobie thermophile, soit d'environ 15°C. The graph in fig. 4 also shows that it is possible to carry out a thermophilic treatment without the need to heat the sludge arriving at the digestion plant before their introduction into the aerobic digestion zone when said sludge is sufficiently thickened. For example, in the case of mixed sludge (curve A) having a total solids concentration of 4%, it is sufficient that their temperature, upon arrival in the aerobic thermophilic digestion zone, is approximately 15 ° C.

Toutes les formes de réalisation décrites précédemment permettent d'obtenir des boues totalement pasteurisées, car, dans tous les cas, la totalité des boues arrivant à l'installation de digestion passe dans la zone de digestion aérobie thermophile où les hautes températures utilisées achèvent la pasteurisation des boues. Cependant, il peut exister des applications dans lesquelles l'évacuation finale des boues ne demande pas une pasteurisation complète de ces dernières ou dans lesquelles il n'est pas nécessaire que les boues soient pasteurisées en raison de l'absence de toute concentration appréciable d'organismes pathogènes dans ces boues. La fig. 5 est un schéma d'une autre forme de réalisation selon l'invention, dans laquelle une petite partie des boues arrivant à l'installation de traitement est déviée vers la seconde zone de digestion. Cette forme de réalisation convient à de telles applications. Comme montré sur la fig. 5, une partie importante des boues arrivant à l'installation de traitement par un conduit 311 passe dans la première zone couverte 310 de digestion à l'aide d'un conduit 331. Avant de pénétrer dans la première zone 310 de digestion, les boues contenues dans le conduit 331 peuvent être chauffées, si cela est souhaité, par une chaudière 330 à méthane. All the embodiments described above make it possible to obtain completely pasteurized sludge, because, in all cases, all of the sludge arriving at the digestion installation passes into the aerobic thermophilic digestion zone where the high temperatures used complete the pasteurization. sludge. However, there may be applications in which the final evacuation of the sludge does not require a complete pasteurization of the latter or in which it is not necessary for the sludge to be pasteurized because of the absence of any appreciable concentration of pathogenic organisms in this sludge. Fig. 5 is a diagram of another embodiment according to the invention, in which a small part of the sludge arriving at the treatment installation is diverted towards the second digestion zone. This embodiment is suitable for such applications. As shown in fig. 5, a significant portion of the sludge arriving at the treatment installation via a conduit 311 passes into the first covered digestion zone 310 using a conduit 331. Before entering the first digestion zone 310, the sludge contained in the conduit 331 can be heated, if desired, by a methane boiler 330.

Un gaz d'aération contenant de l'oxygène, à savoir au moins 50% d'oxygène, en volume, et de préférence au moins 80% d'oxygène, est introduit dans la zone 310 de digestion aérobie par un conduit 317. Les boues s'écoulant dans cette zone sont convenablement malaxées et mises en circulation en continu à contre-courant par rapport au gaz d'aération oxygéné à l'aide d'un dispositif 312 d'agitation, afin de maintenir dans les boues une teneur en oxygène dissous d'au moins 2 mg/1. Les boues sont maintenues dans la zone de digestion aérobie à une température comprise entre 45 et 75°C pendant une durée de 4 à 48 h. Le gaz de digestion, appauvri en oxygène, sort de la première zone de digestion par un conduit 318 et les boues, totalement pasteurisées et partiellement appauvries en matières solides biodégradables en suspension, sont déchargées séparément par un conduit 316 de la zone de digestion. An aeration gas containing oxygen, namely at least 50% oxygen, by volume, and preferably at least 80% oxygen, is introduced into the aerobic digestion zone 310 by a conduit 317. The sludge flowing in this zone is suitably kneaded and circulated continuously against the current with respect to the oxygenated aeration gas by means of a stirring device 312, in order to maintain a content in sludges dissolved oxygen of at least 2 mg / 1. The sludge is kept in the aerobic digestion zone at a temperature between 45 and 75 ° C for a period of 4 to 48 h. The digestion gas, depleted in oxygen, leaves the first digestion zone by a conduit 318 and the sludge, completely pasteurized and partially depleted in biodegradable solid matter in suspension, is discharged separately by a conduit 316 from the digestion zone.

Les boues partiellement stabilisées, passant dans le conduit 316, sont ensuite introduites dans une seconde zone couverte 320 de digestion travaillant dans la plage mésophile de température. La température des boues sortant de la première zone de digestion étant comprise entre 45 et 75°C, elle doit être abaissée avant l'introduction desdites boues dans la seconde zone de digestion, afin qu'il soit possible de maintenir dans celle-ci l'efficacité du processus de digestion anaêrobie mésophile. Dans la forme de réalisation représentée, la petite partie des boues arrivant à l'installation de traitement passe dans un conduit 329 monté en dérivation de la chaudière 330 en méthane et de la zone 310 de digestion aérobie, et elle est mélangée directement avec les boues chaudes passant dans le conduit 316. Le débit d'écoulement des boues affluentes passant en dérivation est réglé de manière que la température du mélange de boues arrivant dans la zone 320 de digestion anaêrobie soit suffisante pour maintenir dans cette zone 320 une température comprise entre 35 et 40°C. The partially stabilized sludge, passing through the duct 316, is then introduced into a second covered digestion zone 320 working in the mesophilic temperature range. The temperature of the sludge leaving the first digestion zone being between 45 and 75 ° C, it must be lowered before the introduction of said sludge into the second digestion zone, so that it is possible to maintain therein l efficiency of the mesophilic anaerobic digestion process. In the embodiment shown, the small part of the sludge arriving at the treatment installation passes through a conduit 329 mounted as a bypass of the methane boiler 330 and of the aerobic digestion zone 310, and it is mixed directly with the sludge hot passing through the duct 316. The flow rate of the affluent sludge passing in bypass is adjusted so that the temperature of the mixture of sludges arriving in the anaerobic digestion zone 320 is sufficient to maintain in this zone 320 a temperature between 35 and 40 ° C.

Dans la seconde zone de digestion, les boues sont mélangées par recyclage de méthane gazeux à contre-courant avec lesdites boues, In the second digestion zone, the sludge is mixed by recycling methane gas against the current with said sludge,

afin de maintenir activement à une valeur élevée la vitesse de stabilisation dans la seconde zone. Le méthane gazeux résultant des réactions biochimiques qui se produisent dans la seconde zone 320 de digestion est évacué de cette dernière par un conduit 323. Une partie de ce gaz est dévidée dans une boucle 340 comportant un compresseur 326 et le méthane gazeux comprimé ainsi obtenu est introduit dans les boues contenues dans la seconde zone de digestion, par exemple à l'aide d'un diffuseur (non représenté), afin de réaliser le malaxage et le recyclage des boues indiqués précédemment. Une partie du méthane gazeux passant dans le conduit 323 peut être dirigée par un conduit 327 vers la chaudière 330, et la partie restante est évacuée de l'installation de traitement par un conduit 328. Les boues davantage stabilisées, dont la teneur en matières solides in order to actively maintain at a high value the speed of stabilization in the second zone. The methane gas resulting from the biochemical reactions which take place in the second digestion zone 320 is evacuated from the latter by a conduit 323. A part of this gas is discharged into a loop 340 comprising a compressor 326 and the compressed methane gas thus obtained is introduced into the sludge contained in the second digestion zone, for example using a diffuser (not shown), in order to carry out the mixing and recycling of the sludges indicated above. Part of the methane gas passing through line 323 can be directed through a line 327 to the boiler 330, and the remaining part is evacuated from the treatment installation via a line 328. The more stabilized sludges, including the solids content

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volatiles et biodégradables en suspension est inférieure à 40% de la teneur initiale des boues arrivant à l'installation de traitement par le conduit 331, sont évacuées de la seconde zone de digestion par un conduit 325 afin de subir d'autres traitements (par exemple un assèchement) et/ou d'être évacuées. volatile and biodegradable in suspension is less than 40% of the initial content of the sludge arriving at the treatment installation via line 331, is discharged from the second digestion zone via line 325 in order to undergo other treatments (for example drying out) and / or to be evacuated.

Les avantages du procédé selon l'invention seront décrits dans les exemples suivants, indiqués à titre nullement limitatif. The advantages of the process according to the invention will be described in the following examples, which are in no way limitative.

Exemple 1: Example 1:

Cet exemple compare les résultats obtenus avec l'installation selon l'invention, représentée sur la fig. 2, et une installation classique à grand débit et travaillant en mode anaêrobie. La description suivante est basée sur le traitement de boues provenant d'une installation traitant 37 850 m3/d d'eaux usées, et se rapporte à l'installation représentée sur la fig. 2. This example compares the results obtained with the installation according to the invention, shown in FIG. 2, and a conventional high-speed installation working in anaerobic mode. The following description is based on the treatment of sludge from an installation treating 37,850 m3 / d of waste water, and relates to the installation shown in FIG. 2.

Un mélange à parts égales de boues primaires et secondaires, ayant une température initiale de 18°C, arrive par le conduit 111 à l'installation de digestion représentée sur la fig. 2. Les boues, qui ont une teneur totale de matières solides en suspension de 39400 mg/1 et dont les matières solides volatiles en suspension constituent 72% de la totalité des matières solides en suspension, arrivent à l'installation à un débit de 340 m3/d. Pour maintenir les boues dans la zone 110 de digestion aérobie à une température de 50° C pendant 24 h, les boues affluentes sont portées à une température d'environ 23°C par la chaudière 130 à méthane. En considérant que 50% de la valeur combustible du méthane gazeux sont transformés en chaleur, la chaudière 130 doit être alimentée avec environ 710 m3/j de méthane gazeux produit dans la zone de digestion anaêrobie. A mixture of equal parts of primary and secondary sludge, having an initial temperature of 18 ° C, arrives via line 111 at the digestion installation shown in FIG. 2. The sludge, which has a total suspended solids content of 39,400 mg / l and whose volatile suspended solids constitute 72% of the total suspended solids, arrives at the facility at a rate of 340 m3 / d. To maintain the sludge in the aerobic digestion zone 110 at a temperature of 50 ° C for 24 h, the tributary sludge is brought to a temperature of about 23 ° C by the methane boiler 130. Considering that 50% of the combustible value of methane gas is transformed into heat, the boiler 130 must be supplied with approximately 710 m3 / d of gaseous methane produced in the anaerobic digestion zone.

Une diminution d'environ 8% des matières solides volatiles en suspension (16% de matières solides volatiles biodégradables en suspension; les matières solides volatiles biodégradables en suspension constituant environ 50% de la totalité des matières solides volatiles en suspension) est obtenue pendant la digestion aérobie, de sorte que les boues partiellement digérées, ayant une teneur en matières solides volatiles en suspension de 26100 mg/1, sont amenées par le conduit 114 à la sous-zone 120a d'acidification. Cette sous-zone travaille à une température thermophile avec une durée de séjour des boues de 24 h. Elle réalise une diminution de 10% de la fraction affluente de matières solides volatiles en suspension. Des boues, ayant une teneur en matières solides volatiles en suspension de 23 500 mg/1, sont alors dirigées par le conduit 126 vers la sous-zone 120b de fermentation avec dégagement de méthane. Une partie suffisante de chaleur est retirée des boues déchargées dans l'échangeur 115 de chaleur pour assurer une température de travail dans la sous-zone 120b de fermentation de 38°C. An approximately 8% decrease in volatile suspended solids (16% biodegradable volatile suspended solids; volatile biodegradable suspended solids constituting approximately 50% of all volatile suspended solids) is obtained during digestion aerobic, so that the partially digested sludge, having a content of volatile solid matter in suspension of 26100 mg / 1, is brought by the conduit 114 to the acidification sub-zone 120a. This sub-zone works at a thermophilic temperature with a sludge residence time of 24 h. It achieves a 10% reduction in the influx fraction of volatile suspended solids. Sludge, having a volatile solid content in suspension of 23,500 mg / l, is then directed via line 126 to the fermentation sub-zone 120b with release of methane. A sufficient part of the heat is removed from the sludge discharged into the heat exchanger 115 to ensure a working temperature in the fermentation sub-zone 120b of 38 ° C.

Le temps de séjour des boues dans la sous-zone de fermentation est de 5 j, ce qui entraîne une réduction globale des matières solides volatiles de 40% pour l'ensemble de l'installation (réduction de 80% pour les matières solides volatiles biodégradables en suspension). La sous-zone de fermentation produit environ 270 m3 de méthane gazeux par jour, ce qui correspond à une valeur calorifique totale de 45 millions de kJ/j. Etant donné qu'il faut 710 m3/j de méthane gazeux à la chaudière 130, il est possible d'utiliser à l'extérieur de l'installation de digestion des boues, 1360 m3/j de méthane gazeux, ce qui correspond à une valeur calorifique totale de 30,6 millions de kJ/j. The residence time of the sludge in the fermentation sub-zone is 5 d, which results in an overall reduction of volatile solids by 40% for the entire installation (reduction of 80% for biodegradable volatile solids in suspension). The fermentation sub-zone produces around 270 m3 of methane gas per day, which corresponds to a total calorific value of 45 million kJ / d. Since boiler 130 requires 710 m3 / d of gaseous methane, it is possible to use outside the sludge digestion plant, 1360 m3 / d of gaseous methane, which corresponds to a total calorific value of 30.6 million kJ / d.

Dans le cas où les 340 m3/d de boues mélangées, sur lesquels la description précédente est basée, sont traités dans un bassin classique de digestion anaêrobie à grand débit, il faut un temps de séjour d'environ 13 j pour obtenir la même réduction des matières solides volatiles. Bien que le bassin classique de digestion à grand débit produise 3620 m3/j de méthane gazeux, ce qui correspond à environ 81 millions de kJ/j, il doit être chauffé avec environ 63 millions de kJ/j, pour un taux de conversion de 50% du pouvoir calorifique en chaleur, pour maintenir une température optimale dans ce bassin. Par conséquent, par rapport à l'installation selon l'invention décrite précédemment, l'installation classique demande un accroissement de capacité de 86%, basé sur le temps de séjour nécessaire, et elle produit environ 40% de moins de méthane pouvant être utilisé à l'extérieur, dans des conditions normales de travail. In the case where the 340 m3 / d of mixed sludge, on which the preceding description is based, are treated in a conventional anaerobic digestion tank with high flow rate, a residence time of approximately 13 d is required to obtain the same reduction. volatile solids. Although the conventional high-flow digestion basin produces 3620 m3 / d of methane gas, which corresponds to approximately 81 million kJ / d, it must be heated with approximately 63 million kJ / d, for a conversion rate of 50% of the calorific value in heat, to maintain an optimal temperature in this basin. Consequently, compared to the installation according to the invention described above, the conventional installation requires an increase in capacity of 86%, based on the required residence time, and it produces approximately 40% less methane that can be used. outdoors, under normal working conditions.

Exemple 2: Example 2:

Il s'applique au fonctionnement de la forme de réalisation selon l'invention représentée sur la fig. 5. La charge de boues comprend 227 m3/d d'un mélange à parts égales de boues primaires et secondaires provenant d'une installation de traitement des eaux usées. Le courant de boues affluentes passant dans le conduit 311, présentant une température de 20°C et ayant une teneur totale en matières solides en suspension de 4% (VSS/TSS = 0,75), est divisé de manière que 174m3/d s'écoulent directement par le conduit 331 dans la zone de digestion aérobie thermophile et que 53 m3/d constituent le courant de dérivation passant dans le conduit 329. Comme indiqué sur la fig. 4, il n'est pas nécessaire, dans ce cas, de chauffer les boues avant leur introduction dans la zone de digestion aérobie thermophile. Le temps de séjour dans la première zone 310 de digestion est d'environ 24 h et les températures thermophiles sont atteintes d'une manière autonome. Des boues pasteurisées, ayant une température de 50° C, s'écoulent de la zone de digestion aérobie par le conduit 316 et sont mélangées avec le courant froid de boues de dérivation provenant du conduit 329. Ce mélange de boues s'écoule vers la zone 320 de digestion anaêrobie dans laquelle les boues sont maintenues en absence d'oxygène pendant environ 8 j, ce qui provoque une réduction d'environ 40% de la totalité des matières solides volatiles (réduction de 80% des matières solides volatiles et biodégradables en suspension). La zone de digestion anaêrobie produit du méthane gazeux à un débit d'environ 2040 m3/d, ce qui correspond à environ 42 millions de kJ/d. La totalité de ce méthane peut être utilisée à l'extérieur de l'installation de traitement. It applies to the operation of the embodiment according to the invention shown in FIG. 5. The sludge load includes 227 m3 / d of an equal mixture of primary and secondary sludge from a wastewater treatment plant. The stream of tributary sludge passing through conduit 311, having a temperature of 20 ° C and having a total content of suspended solids of 4% (VSS / TSS = 0.75), is divided so that 174m3 / d s 'flow directly through line 331 into the aerobic thermophilic digestion zone and 53 m3 / d constitute the bypass current passing through line 329. As shown in fig. 4, it is not necessary, in this case, to heat the sludge before its introduction into the aerobic thermophilic digestion zone. The residence time in the first digestion zone 310 is approximately 24 h and the thermophilic temperatures are reached autonomously. Pasteurized sludge, having a temperature of 50 ° C, flows from the aerobic digestion zone through line 316 and is mixed with the cold stream of bypass sludge from line 329. This mixture of sludge flows towards the anaerobic digestion zone 320 in which the sludge is kept in the absence of oxygen for approximately 8 days, which causes a reduction of approximately 40% in the totality of volatile solids (reduction of 80% of volatile and biodegradable solids in suspension). The anaerobic digestion zone produces methane gas at a flow rate of approximately 2040 m3 / d, which corresponds to approximately 42 million kJ / d. All of this methane can be used outside the treatment facility.

Si l'on fait passer les 227 m3/d de boues mélangées dans un bassin classique de digestion anaêrobie à grand débit, un temps de séjour d'environ 15 j est nécessaire pour obtenir la même réduction des matières solides volatiles. Bien qu'un tel bassin classique produise 2550 m3/d de méthane gazeux, ce qui correspond à environ 53 millions de kJ/d, pour un facteur de conversion du pouvoir calorifique en chaleur de 50%, il faut environ 47,5 millions de kJ/d pour maintenir des conditions de température optimales pour le traitement anaêrobie effectué dans le bassin à grand débit. Par conséquent, dans ce cas, une installation classique de digestion anaêrobie demande un temps de séjour des boues supérieur d'environ 65 % à celui demandé dans l'installation selon l'invention, tout en ne produisant qu'une quantité nette de gaz équivalent à une énergie de 5,25 millions de kJ/d, alors que l'installation combinée selon l'invention produit une quantité de gaz équivalant à 42 millions de kJ/d. Par conséquent, après avoir utilisé comme source de chaleur le méthane gazeux qu'elle produit elle-même, l'installation classique fournit sensiblement moins de méthane pouvant être utilisé à l'extérieur que l'installation selon l'invention. If the 227 m3 / d of mixed sludge is passed through a conventional high-speed anaerobic digestion tank, a residence time of approximately 15 days is necessary to obtain the same reduction in volatile solids. Although such a conventional basin produces 2550 m3 / d of methane gas, which corresponds to approximately 53 million kJ / d, for a factor of conversion of calorific value into heat of 50%, it takes approximately 47.5 million kJ / d to maintain optimal temperature conditions for the anaerobic treatment carried out in the high-flow tank. Consequently, in this case, a conventional anaerobic digestion installation requires a sludge residence time approximately 65% greater than that required in the installation according to the invention, while producing only a net quantity of equivalent gas. at an energy of 5.25 million kJ / d, while the combined installation according to the invention produces a quantity of gas equivalent to 42 million kJ / d. Consequently, after having used as the heat source the methane gas which it produces itself, the conventional installation supplies substantially less methane which can be used outside than the installation according to the invention.

Exemple 3: Example 3:

Il compare le rendement de l'installation selon l'invention dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 1 au rendement d'une installation classique de traitement anaêrobie à grand débit. It compares the efficiency of the installation according to the invention in the embodiment shown in FIG. 1 to the performance of a conventional anaerobic high flow treatment installation.

Des boues secondaires, provenant d'une installation de traitement des eaux usées par oxygénation et ayant initialement une température de 15°C, sont d'abord chauffées dans l'échangeur 22 de chaleur avec l'effluent du digesteur anaêrobie, puis de nouveau chauffées dans l'échangeur 15 avec l'effluent du digesteur aérobie thermophile. Le premier chauffage réalisé dans l'échangeur 22 élève la température des boues affluentes de 15° C à environ 25° C tout en abaissant la température des boues effluentes stabilisées provenant de la zone 20 de digestion anaêrobie d'environ 35 à 25°C. Le second chauffage effectué dans l'échangeur 15 élève la température des boues affluentes à environ 30° C, alors que la température des boues provenant de la zone lO de digestion aérobie est réduite d'environ 50 à 45°C. Les boues affluentes ayant une teneur totale en matières Secondary sludge, originating from a wastewater treatment plant by oxygenation and initially having a temperature of 15 ° C., is first heated in the heat exchanger 22 with the effluent from the anaerobic digester, then again heated in the exchanger 15 with the effluent from the aerobic thermophilic digester. The first heating carried out in the exchanger 22 raises the temperature of the tributary sludge from 15 ° C to about 25 ° C while lowering the temperature of the stabilized effluent sludge from the anaerobic digestion zone from about 35 to 25 ° C. The second heating carried out in the exchanger 15 raises the temperature of the tributary sludge to about 30 ° C, while the temperature of the sludge from the aerobic digestion zone 10 is reduced from about 50 to 45 ° C. Tributary sludge with a total material content

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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65 65

627719 627719

16 16

solides (MLSS) de 34400 mg/1 et une fraction matières solides volatiles en suspension/matières solides totales en suspension égale à 78%, sont introduites dans la première zone 10 de digestion à un débit de 227 m3/d. Le temps de séjour des boues dans cette première zone aérobie est de 24 h et la température de traitement est maintenue à 50° C. On obtient dans la phase aérobie une réduction d'environ 16% des matières solides volatiles en suspension (réduction de 32% des matières solides volatiles biodégradables en suspension), de manière que des boues partiellement stabilisées, ayant une teneur en matières solides volatiles en suspension de 22500 mg/1, soient introduites par le conduit 16 dans la zone de digestion anaêrobie après échange de chaleur avec les boues affluentes dans l'échangeur 15. solids (MLSS) of 34400 mg / 1 and a fraction of volatile suspended solids / total suspended solids equal to 78%, are introduced into the first digestion zone at a flow rate of 227 m3 / d. The sludge residence time in this first aerobic zone is 24 h and the treatment temperature is maintained at 50 ° C. In the aerobic phase, there is obtained a reduction of approximately 16% of the volatile solids in suspension (reduction of 32 % of volatile biodegradable solids in suspension), so that partially stabilized sludge, having a content of volatile solids in suspension of 22,500 mg / 1, is introduced via line 16 into the anaerobic digestion zone after heat exchange with the tributary sludge in the exchanger 15.

Le temps de séjour dans la zone de digestion anaêrobie est de 8 j, ce qui a pour résultat une réduction globale des matières solides volatiles en suspension de 42% (réduction de 84% des matières solides volatiles biodégradables en suspension) dans l'installation combinée selon l'invention. La zone 20 de digestion anaêrobie produit environ 1466 m3/j de méthane gazeux, ce qui correspond à un pouvoir calorifique total d'environ 29,5 millions de kJ/d. La The residence time in the anaerobic digestion zone is 8 d, which results in an overall reduction of volatile suspended solids by 42% (84% reduction of volatile biodegradable solids in suspension) in the combined installation according to the invention. The anaerobic digestion zone 20 produces approximately 1466 m3 / d of methane gas, which corresponds to a total calorific value of approximately 29.5 million kJ / d. The

20 20

totalité de ce méthane peut être utilisée à l'extérieur de l'installation de digestion. all of this methane can be used outside the digestion plant.

Si les 227 m3/d de boues affluentes sont traités dans un bassin classique de digestion anaêrobie à grand débit au lieu d'être traités dans l'installation de digestion selon l'invention décrite ci-dessus, un temps de séjour d'au moins 14 j est nécessaire pour obtenir la même réduction des matières solides volatiles en suspension. Bien qu'une telle installation classique à grand débit produise 2395 m3/j de méthane gazeux, ce qui correspond à environ 49,6 millions de kJ/d, pour un taux de conversion du pouvoir calorifique en chaleur de 50%, il faut environ 47,5 millions de kJ/d pour le maintien de conditions de températures optimales dans le bassin à grand débit. L'installation anaêrobie classique doit donc avoir une capacité d'environ 55% supérieure à celle de l'installation selon l'invention, et elle fournit quotidiennement environ 27,5 millions de kj de moins par jour, à partir du méthane gazeux, que l'installation correspondante selon l'invention décrite ci-dessus. If the 227 m3 / d of tributary sludge is treated in a conventional anaerobic digestion tank with high flow rate instead of being treated in the digestion installation according to the invention described above, a residence time of at least 14 d is necessary to obtain the same reduction in volatile suspended solids. Although such a conventional high-flow installation produces 2395 m3 / d of methane gas, which corresponds to approximately 49.6 million kJ / d, for a conversion rate of calorific value into heat of 50%, it takes approximately 47.5 million kJ / d for maintaining optimal temperature conditions in the high-flow basin. The conventional anaerobic installation must therefore have a capacity of approximately 55% greater than that of the installation according to the invention, and it provides daily approximately 27.5 million kj less per day, from gaseous methane, than the corresponding installation according to the invention described above.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that numerous modifications can be made to the process described and shown, without going beyond the ambit of the invention.

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims (21)

627719627719 1. Procédé de digestion de boues, caractérisé en ce que l'on oxygène les boues dans une première zone de digestion couverte, à une température de 45 à 75°C, pour réduire partiellement la teneur des boues en matières solides volatiles et biodégradables en suspension, et en ce que l'on soumet ensuite les boues à une digestion anaérobie dans une seconde zone de digestion couverte, à une température de 30 à 60° C, pour réduire encore la teneur des boues en matières solides volatiles et biodégradables à une valeur inférieure à 40% de la teneur dans les boues introduites dans la première zone de digestion. 1. Sludge digestion process, characterized in that the sludge is oxygenated in a first covered digestion zone, at a temperature of 45 to 75 ° C, to partially reduce the content of the sludge in volatile and biodegradable solids by slurry, and in that the sludge is then subjected to anaerobic digestion in a second covered digestion zone, at a temperature of 30 to 60 ° C., to further reduce the content of the sludges in volatile and biodegradable solids to a value less than 40% of the content in the sludge introduced into the first digestion zone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste: 2. Method according to claim 1, characterized in that it consists: a) à introduire, comme fluides, lesdites boues et un gaz d'aération comprenant au moins 50% d'oxygène, en volume, dans une première zone fermée de digestion et à les mélanger pour maintenir la teneur en oxygène dissous de la liqueur mélangée à au moins 2 mg/1 et la teneur totale en matières solides en suspension dans les boues d'au moins 20000 mg/1; a) introducing, as fluids, said sludge and an aeration gas comprising at least 50% oxygen, by volume, into a first closed digestion zone and mixing them to maintain the dissolved oxygen content of the mixed liquor at least 2 mg / 1 and the total content of suspended solids in the sludge at least 20,000 mg / 1; b) à maintenir les boues dans ladite première zone de digestion, pendant l'opération a), à une température comprise dans la plage thermophile entre 45 et 75°C; b) maintaining the sludge in said first digestion zone, during operation a), at a temperature in the thermophilic range between 45 and 75 ° C; c) à poursuivre l'opération b pendant une durée de 4 à 48 h afin de réduire partiellement la teneur des boues, introduites dans la première zone de digestion, en matières solides volatiles et biodégradables en suspension; c) to continue operation b for a period of 4 to 48 hours in order to partially reduce the content of sludge, introduced into the first digestion zone, in volatile and biodegradable solids in suspension; d) à décharger séparément de ladite première zone de digestion les boues partiellement stabilisées et le gaz de digestion appauvri en oxygène de manière à avoir une pureté en oxygène d'au moins 21 % ; d) discharging the partially stabilized sludge and the oxygen-depleted digestion gas separately from said first digestion zone so as to have an oxygen purity of at least 21%; e) à introduire lesdites boues partiellement stabilisées, provenant de l'opération d, dans une seconde zone fermée de digestion; e) introducing said partially stabilized sludge from operation d into a second closed digestion zone; f) à maintenir les boues, placées dans la seconde zone de digestion, dans des conditions anaérobies et à une température de 30 à 60° C, pendant une durée suffisante pour réduire davantage la teneur desdites boues en matières solides volat'les et biodégradables en suspension afin de l'amener à moins de 40% de la teneur en matières solides volatiles et biodégradables en suspension des boues introduites dans la première zone de digestion au cours de l'opération a, et également pour produire du méthane gazeux, les boues davantage stabilisées et le méthane gazeux ainsi obtenus étant déchargés de la seconde zone de digestion. f) maintaining the sludge, placed in the second digestion zone, under anaerobic conditions and at a temperature of 30 to 60 ° C., for a time sufficient to further reduce the content of said sludge in volatile and biodegradable solids by suspension in order to bring it to less than 40% of the content of volatile and biodegradable solid matter in suspension of the sludge introduced into the first digestion zone during operation a, and also to produce methane gas, the sludge more stabilized and the methane gas thus obtained being discharged from the second digestion zone. 2 2 REVENDICATIONS 3 3 627719 627719 et en boues activées, le gaz contenant de l'oxygène non utilisé étant déchargé de la zone d'aération à un débit tel que sa teneur en oxygène ne dépasse pas 40% de la totalité de l'oxygène introduit dans la zone de digestion; and in activated sludge, the gas containing unused oxygen being discharged from the aeration zone at a rate such that its oxygen content does not exceed 40% of all the oxygen introduced into the digestion zone; b) à renvoyer au moins 85% en poids des boues activées vers la zone d'aération pour former lesdites boues recyclées; b) returning at least 85% by weight of the activated sludge to the aeration zone to form said recycled sludge; c) à utiliser un second gaz comprenant au moins 80% d'oxygène en volume et comprenant une partie du premier gaz et à introduire le mélange de gaz dans la zone de digestion; c) using a second gas comprising at least 80% oxygen by volume and comprising a part of the first gas and introducing the gas mixture into the digestion zone; d) à décharger séparément de la première zone de digestion les boues partiellement stabilisées et le gaz de digestion, appauvri en oxygène de manière à avoir une pureté en oxygène d'au moins 40%, à un débit tel que la teneur en oxygène dudit gaz de digestion appauvri soit d'au moins 35% de la teneur en oxygène du second gaz introduit dans ladite zone de digestion, et e) à utiliser le gaz de digestion, partiellement appauvri en oxygène et provenant de l'opération d, en tant qu'il est au moins la partie principale du premier gaz introduit dans la zone fermée d'aération au cours de l'opération a. d) discharging the partially stabilized sludge and the oxygen-depleted digestion gas separately from the first digestion zone so as to have an oxygen purity of at least 40%, at a rate such as the oxygen content of said gas depleted digestion is at least 35% of the oxygen content of the second gas introduced into said digestion zone, and e) using the digestion gas, partially depleted of oxygen and coming from operation d, as 'it is at least the main part of the first gas introduced into the closed aeration zone during operation a. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur totale en matières solides en suspension des boues introduites dans la première zone de digestion est comprise entre 20000 et 60000 mg/1. 3. Method according to claim 2, characterized in that the total content of suspended solids in the sludge introduced into the first digestion zone is between 20,000 and 60,000 mg / 1. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps de séjour des boues dans la première zone de digestion est de 12 à 4. Method according to claim 2, characterized in that the residence time of the sludge in the first digestion zone is from 12 to 24 h. 24h. 5 5 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les boues sont chauffées avant leur introduction dans la première zone de digestion, afin de maintenir ladite température au cours de l'opération b. 5. Method according to claim 2, characterized in that the sludge is heated before its introduction into the first digestion zone, in order to maintain said temperature during operation b. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température est maintenue, au cours de l'opération f, entre 35 et 6. Method according to claim 2, characterized in that the temperature is maintained, during operation f, between 35 and 40 C, de manière qu'une digestion mésophile soit réalisée dans ladite seconde zone de digestion. 40 C, so that a mesophilic digestion is carried out in said second digestion zone. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une température de 45 à 50°C est maintenue au cours de l'opération f, de manière qu'une digestion thermophile soit réalisée dans ladite seconde zone de digestion. 7. Method according to claim 2, characterized in that a temperature of 45 to 50 ° C is maintained during operation f, so that a thermophilic digestion is carried out in said second digestion zone. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps de séjour des boues lors de l'opération f est suffisant pour réduire davantage la teneur desdites boues en matières solides volatiles et biodégradables en suspension à une valeur inférieure à 20% de la teneur en matières solides volatiles et biodégradables en suspension, présentée par lesdites boues introduites dans la première zone de digestion au cours de l'opération a. 8. Method according to claim 2, characterized in that the residence time of the sludge during operation f is sufficient to further reduce the content of said sludge in volatile and biodegradable solid matter in suspension to a value less than 20% of the content of volatile and biodegradable solids in suspension, presented by said sludge introduced into the first digestion zone during operation a. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps de séjour des boues lors de l'opération f est de 4 à 12 j. 9. Method according to claim 2, characterized in that the residence time of the sludge during the operation f is from 4 to 12 d. 10 10 10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des première et seconde zones de digestion présente un rapport de surface au volume inférieur à 2,6 m2/m3. 10. Method according to claim 2, characterized in that each of the first and second digestion zones has a surface area to volume ratio of less than 2.6 m2 / m3. 11. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les boues présentes dans la seconde zone de digestion sont malaxées par remise en circulation de méthane gazeux à contre-courant par rapport auxdites boues. 11. Method according to claim 2, characterized in that the sludge present in the second digestion zone is kneaded by recirculation of methane gas against the current with respect to said sludge. 12. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz d'aération est chauffé avant d'être introduit dans la première zone de digestion, afin de maintenir ladite température au cours de l'opération b. 12. Method according to claim 2, characterized in that the aeration gas is heated before being introduced into the first digestion zone, in order to maintain said temperature during operation b. 13. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les boues sont chauffées avant d'être introduites dans la première zone de digestion par échange indirect de chaleur avec lesdites boues davantage stabilisées, provenant de la seconde zone de digestion. 13. The method of claim 2, characterized in that the sludge is heated before being introduced into the first digestion zone by indirect heat exchange with said more stabilized sludge, coming from the second digestion zone. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la température au cours de l'opération f est maintenue entre 35 et 40°C, lesdites boues chauffées étant davantage chauffées avant d'être introduites dans la première zone de digestion par échange indirect de chaleur avec lesdites boues partiellement stabilisées provenant de la première zone de digestion. 14. The method of claim 13, characterized in that the temperature during operation f is maintained between 35 and 40 ° C, said heated sludge being further heated before being introduced into the first digestion zone by indirect exchange heat with said partially stabilized sludge from the first digestion zone. 15 15 15. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde zone de digestion comprend une sous-zone d'acidification et une sous-zone de production de méthane par fermentation, les boues partiellement stabilisées, provenant de la première zone de digestion, étant introduites dans ladite sous-zone d'acidification et maintenues dans cette sous-zone pendant une durée de 24 à 60 h afin d'être acidifiées, lesdites boues acidifiées sortant de ladite sous-zone d'acidification et pénétrant dans la sous-zone de fermentation où elles sont maintenues à une température de 35 à 40° C pendant une durée de 4 à 8j. 15. The method as claimed in claim 2, characterized in that the second digestion zone comprises an acidification sub-zone and a methane production sub-zone by fermentation, the partially stabilized sludge, coming from the first digestion zone, being introduced into said acidification sub-zone and maintained in this sub-zone for a period of 24 to 60 hours in order to be acidified, said acidified sludge leaving said acidification sub-zone and entering the sub-zone of fermentation where they are maintained at a temperature of 35 to 40 ° C for a period of 4 to 8 days. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les boues présentes dans la sous-zone de fermentation sont maintenues à une température de 37 à 38°C. 16. Method according to claim 15, characterized in that the sludge present in the fermentation sub-zone is maintained at a temperature of 37 to 38 ° C. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les boues présentes dans la sous-zone d'acidification sont maintenues à une température de 45 à 75°C, les boues acidifiées sortant de cette sous-zone étant refroidies à une température de 35 à 40° C avant d'être introduites dans la sous-zone de fermentation. 17. The method of claim 15, characterized in that the sludge present in the acidification sub-zone is maintained at a temperature of 45 to 75 ° C, the acidified sludge leaving this sub-zone being cooled to a temperature of 35 to 40 ° C before being introduced into the fermentation sub-zone. 18. Procédé selon la revendication 2, comprenant le traitement des eaux usées qui contiennent des matières solides biodégradables en suspension, afin d'en éliminer la demande biochimique en oxygène, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à séparer des boues primaires, contenant des matières solides biodégradables en suspension, des eaux usées pour former un effiuent primaire appauvri en matières solides, à mélanger cet effiuent primaire et à recycler et aérer les boues à un débit suffisant et pendant une durée suffisante pour former une liqueur mélangée ayant une faible demande biochimique en oxygène, à séparer le mélange en liquide purifié et en boues activées, et à renvoyer au moins une partie importante des boues activées pour former lesdites boues recyclées qui sont mélangées avec • l'effluent primaire, lesdites boues primaires et les boues activées non renvoyées étant introduites dans ladite première zone de digestion au cours de l'opération. 18. The method as claimed in claim 2, comprising the treatment of waste water which contains biodegradable solid matter in suspension, in order to eliminate the biochemical oxygen demand, the method being characterized in that it consists in separating primary sludge, containing biodegradable solid matter in suspension, waste water to form a primary effluent depleted in solid matter, mixing this primary effluent and recycling and aerating the sludge at a sufficient rate and for a sufficient time to form a mixed liquor having a low biochemical oxygen demand, to separate the mixture into purified liquid and activated sludge, and to return at least a significant part of the activated sludge to form said recycled sludge which is mixed with • the primary effluent, said primary sludge and activated sludge not returned being introduced into said first digestion zone during the operation. 19. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élimination de la demande biochimique en oxygène des eaux usées est réalisée dans une zone fermée d'aération et comprend les opérations consistant: 19. Method according to claim 1, characterized in that the elimination of the biochemical oxygen demand of the wastewater is carried out in a closed aeration zone and comprises the operations consisting: a) à introduire un gaz d'aération comprenant au moins 40% d'oxygène en volume et le mélanger, comme premier gaz, avec les eaux usées et des boues recyclées, à l'intérieur de ladite zone fermée d'aération, pour former un mélange, l'un de ces fluides étant en même temps remis en circulation en continu, à contre-courant par rapport à l'autre fluide, dans la zone d'aération, en quantité et à un débit suffisants pour maintenir la teneur du mélange en oxygène dissous à au moins 0,5 mg/1, le mélange étant séparé en liquide purifié a) introducing an aeration gas comprising at least 40% oxygen by volume and mixing it, as the first gas, with the waste water and recycled sludge, inside said closed aeration zone, to form a mixture, one of these fluids being at the same time recirculated continuously, against the current with respect to the other fluid, in the aeration zone, in sufficient quantity and at a rate to maintain the content of the mixture of dissolved oxygen at least 0.5 mg / 1, the mixture being separated into purified liquid 20. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le méthane gazeux déchargé de la seconde zone de digestion est mélangé avec du gaz oxygéné et brûlé comme combustible pour produire de la chaleur maintenant les boues à une température élevée dans au moins l'une desdites première et seconde zones de digestion. 20. The method of claim 2, characterized in that the methane gas discharged from the second digestion zone is mixed with oxygenated gas and burned as fuel to produce heat keeping the sludge at a high temperature in at least one said first and second digestion zones. 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 50 55 55 60 60 65 65 21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le méthane gazeux et les gaz oxygénés sont mélangés et brûlés comme combustible pour produire de la chaleur maintenant lesdites boues dans la première zone de digestion à une température de 45 à 75°C. 21. The method of claim 20, characterized in that the methane gas and the oxygenated gases are mixed and burned as fuel to produce heat keeping said sludge in the first digestion zone at a temperature of 45 to 75 ° C.
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