EP1874695A2 - Procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie - Google Patents

Procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie

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Publication number
EP1874695A2
EP1874695A2 EP06743849A EP06743849A EP1874695A2 EP 1874695 A2 EP1874695 A2 EP 1874695A2 EP 06743849 A EP06743849 A EP 06743849A EP 06743849 A EP06743849 A EP 06743849A EP 1874695 A2 EP1874695 A2 EP 1874695A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
supports
process according
purification process
microorganisms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06743849A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Torrijos
René MOLETTA
Joseph V. Flat N· MF2 Ramani Mithila THANIKAL
Nicolas Bernet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Original Assignee
Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de la Recherche Agronomique INRA filed Critical Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Publication of EP1874695A2 publication Critical patent/EP1874695A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806—Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to a process for purifying effluent in anaerobic reactor. More specifically, the invention relates to a purification process in which the microorganisms are fixed on solid supports and form a fixed bed, or anaerobic filter that can be fluidized demand. The invention also relates to the use of a biological reactor in which the carriers carrying the microorganisms are allowed to organize in a fixed bed during the stationary operating phase. The supports are suspended only during the initial phase of reactor overload (start-up phase) or punctually during the stationary operating phase only once the reactor is clogged.
  • the invention relates to the purification of wastewater by anaerobic treatment.
  • aerobic reactors for the treatment of heavily loaded wastewater results in the production of significant amounts of sludge by the microorganisms to clean up the wastewater.
  • an average of 50% of the pollutants eliminated in the aerobic reactor are converted into sludge, which is another form of pollution that will in turn have to be treated.
  • Aerobic processes are therefore used primarily for effluents with little concentration in pollution.
  • aerobic reactors require frequent and prolonged aeration, consuming energy.
  • biomass we mean all the microorganisms used to degrade the pollution contained in the effluent.
  • biofilm we mean highly structured cellular formations, in which microbial cells, which serve to degrade the pollutants contained in the effluent, which are included in a complex matrix.
  • the effluent to be treated flows through the support from the bottom up (upflow) or from the top down (downflow).
  • the effluent is thus in contact with the biomass which carries out the depollution.
  • the two main disadvantages of such an anaerobic biological reactor are, on the one hand, as for any anaerobic process, the length of the reactor startup phase, which usually lasts between 3 and 6 months, and on the other hand the risk of clogging of the reactor which may cause, after a longer or shorter time, a total blockage of the reactor.
  • the length of the reactor startup phase which usually lasts between 3 and 6 months
  • the risk of clogging of the reactor which may cause, after a longer or shorter time, a total blockage of the reactor.
  • sludge production by microorganisms is less important in this type of reactor than in aerobic reactors, over time the sludge accumulates on the walls of the supports and in the interstices between the supports and can not not be evacuated. The accumulation of sludge can result in reactor service by blocking it completely.
  • a biological reactor using fixed supports on whose walls the microorganisms are fixed.
  • the supports are formed of hollow tubes fixed at one end and in an orderly manner in the reactor vessel.
  • the tubes have a diameter of 102.5 mm and are divided in their diameter into fourteen channels in which the microorganisms are fixed and can thus be organized into biofilm.
  • an anaerobic reactor operating in a fluidized bed, that is to say with permanently movable supports.
  • the microorganisms are fixed on supports of very small sizes maintained in suspension in the reactor.
  • the supports are movable in the reactor and rub against each other and / or with the internal walls of the reactor vessel, tearing the biofilm formed by the microorganisms as soon as it exceeds a certain thickness.
  • the sludge falls into the bottom of the tank where it can be purged or exit with treated effluent. There is thus no risk of clogging of the reactor since the accumulation of sludge in the supports is made almost impossible.
  • the permanent or quasi-permanent mobility of the supports is obtained by the creation of permanent or quasi-permanent turbulence in the reactor.
  • An object of the invention is to treat effluents by biological treatment in an anaerobic medium, so as to eliminate a large part of the pollution they contain with excellent performance, without the risk of clogging the reactor, with low costs and low operating time, and with a sharp reduction in the duration of the initial phase of ramp up of the reactor (phase starting).
  • the increase in load is the gradual increase in the load applied over time following the seeding of the reactor, until the nominal load which has been set during the design of the reactor is reached.
  • Another object of the invention is to allow the treatment of all types of effluents, including effluents heavily charged with pollution.
  • a further object of the invention is to promote the growth of biomass in the reactor.
  • the invention also aims to provide a solution for the treatment of effluents, which is easily used directly by polluting industries.
  • the invention proposes to treat the wastewater to be decontaminated in an anaerobic reactor, in a fixed bed, which can be made mobile according to the needs of the users, during the start-up phase or the unclogging phase of the reactor, in order to optimize its operation.
  • Fixed bed operation results in low costs and ease of operation.
  • the fixed bed is formed of a plurality of supports arranged in bulk in the reactor and on which the microorganisms form a biofilm and accumulate in the supports and in the interstices created between the supports.
  • the growth of the biofilm on the supports is favored by maintaining short dwell times.
  • the frequent fluidization of the supports can also promote the formation of the biofilm.
  • the aim is to reduce the duration of the rising phase by removing free bacteria from the reactor to force the fixing on the supports.
  • a second step (stationary operating phase), the reactor operates in a fixed bed at its nominal load.
  • the retention of interstitial biomass is then favored.
  • Interstitial retention refers to the accumulation of biomass in interstices of supports and between supports.
  • the fluidization device is no longer used and the reactor operates in pure fixed bed. It is in this way that we manage on the one hand to mount high load in a short time, usually less than a month, and on the other hand to achieve very important loads for a fixed bed, it that is, up to 45 kg COD / m3.
  • As fixed-bed reactor wastewater treatment is used, sludge accumulates on, in, and between supports, and begins to clog the reactor. When the reactor is at least partially clogged, it is provided according to the invention to fluidize the supports.
  • the fluidization is temporary and spread over a short time, that is to say of the order of a few minutes or a few hours.
  • the mobility of the supports allows sufficient friction to drop the sludge in the bottom of the tank.
  • the surplus sludge can then be removed from the tank in a conventional manner.
  • the fluidization is then stopped.
  • the carriers become immobile again in the reactor so as to form a fixed bed again.
  • the time flowing between two fluidizations can be relatively long, of the order of several months to several years, depending on the type of media and the load applied.
  • the subject of the invention is therefore a process for purifying an effluent in anaerobic reactor in which the microorganisms are retained by supports, the supports forming a fixed bed in a portion of the reactor, characterized in that it comprises the step of temporarily suspending the supports in the entire reactor or, during the start-up phase, for eliminating the free or trapped microorganisms in or between the supports or, during the stationary operating phase, for unclogging of the reactor once it is at least partially clogged.
  • Purification means at least partial removal of pollution contained in the effluent at the time of entering the reactor.
  • Suspending consists of making the initially immobile supports mobile in the reactor. The supports can then be distributed throughout the reactor volume and move. Suspending is only temporary insofar as, as soon as the unclogging stops, the supports reorganize into a fixed bed.
  • the effluent purification process comprises the following steps: a) carrying out a reactor overload with a hydraulic residence time (TSH) of less than 48 hours; b) purify the effluent by maintaining the supports in a fixed bed; c) fluidizing the reactor once it is at least partially clogged, by temporarily suspending the supports.
  • TSH hydraulic residence time
  • Raising the reactor load means the reactor initiation phase, during which the applied load is regularly increased to the nominal load defined during the design and where it is aimed at the formation of biofilm on the supports.
  • the reactor is loaded up to 20 kg COD / m3, +/- 10%.
  • This step of loading is characterized by a gradual increase in the COD of the effluent passing through the reactor, with a short hydraulic residence time during the entire stage of increase in load, so as to increase the applied load of the reactor .
  • the COD of the effluent to be treated, and therefore the load applied is increased daily by a constant percentage and between 5 and 15%.
  • the daily increase can be 10% of the previous value.
  • Applied charge means the amount of pollution that is treated in the reactor per cubic meter of reactor (applied volume load) or per gram of biomass (applied mass load) per day.
  • the TSH is between 12 and 36 hours, preferably between 20 and 30 hours, and even more preferably between 22 and 26 hours, more preferably equal to 24 hours.
  • step a) lasts 35 days, plus or minus 5 days.
  • the supports are put at least once in suspension; for example, the supports are temporarily suspended for 10 minutes, +/- 2 minutes, every hour; it is also possible to provide a continuous suspension throughout step a).
  • Step b) lasts between 2 and 12 months, preferably between 6 and 9 months, even more preferably 8 months.
  • the purification step b) is prolonged as long as the reactor is not clogged, and the purification efficiency, for an applied volume load (OLR) corresponding to the nominal load, is satisfactory.
  • OLR applied volume load
  • the treatment efficiency is satisfactory when it is at least equal to 80%.
  • the threshold value is set at 75% of treatment efficiency.
  • Step c) unclogging lasts between 15 minutes and 1 hour, plus or minus 10 minutes. Once the reactor unclogged, it ceases the suspending of the supports, so that they reorganize into a fixed bed, can then again proceed to the purification of the effluent according to step b), and so to after.
  • the supports comprise attachment zones on which the microorganisms can be fixed, the attachment zones being arranged to allow a physical retention of said microorganisms.
  • the attachment zones comprise fins. The microorganisms can then be fixed on said fins, and form a biofilm, and / or be retained in interstices between the fins and / or between the supports, in which they accumulate.
  • These supports are preferably extruded or molded and provided with internal fins protected turbulence that may exist within the reactor, said inner fins having a significant attachment surface for microorganisms. These supports make it possible to fix the biomass on a large surface but in addition to retain the biomass in the interstices between the fins and between the supports themselves.
  • the means for fluidizing the supports may be located in a portion of the reactor without the fixed bed.
  • the means for supplying the reactor vessel with effluent can be located in the part of the reactor that does not have a fixed bed. It is also possible to provide homogenization means for distributing the effluent in the assembly of the reactor.
  • the supports occupy between 40% and 80% of the reactor volume and preferably between 50% and 70%.
  • the fluidization can be obtained by operating a fluidization system, such as a pump, capable of creating turbulence inside the reactor, so as to suspend the supports.
  • a fluidization system such as a pump
  • fluidization system may be removable and external to the reactor, said fluidization system being connected at least temporarily to pipes to perform the unclogging.
  • external fluidization system it should be understood that the fluidization system is not immersed in the reactor volume but is located outside. The fluidization system is therefore not in contact with the effluent and the supports. This facilitates in particular the maintenance of the fluidization system which is in fact easily accessible.
  • the fluidization of the supports in stationary operation is carried out only once that the reactor is clogged.
  • the time required for clogging may vary from one reactor to another, depending in particular on the type and quantity of supports, the amount of biomass in the reactor and the applied load.
  • the declogging can be periodic, with a period ranging from a few days to a few years depending on the needs.
  • the declogging can be performed once a year, or every two years, three years, and so on. Unclogging can also take place irregularly, each time the reactor is more or less clogged and the user wishes to unclog it.
  • the supports are reorganized into a fixed bed.
  • the invention also proposes a use of a biological reactor comprising microorganisms retained on supports and fluidization means capable of suspending the supports, characterized in that the reactor is used for the purification of an effluent by treatment. anaerobic, the fluidization means being used temporarily to unclog the reactor, the supports being immobile and forming a fixed bed in the reactor when the fluidization means are not used.
  • the supports occupy for example
  • the supports 40% to 80% of the reactor volume, and preferably 50% to 70%, so that when the temporary fluidization means are used the supports can be distributed throughout the reactor volume, because of the suspension said supports which allows them to be mobile in the reactor volume.
  • the supports used are for example extruded or molded and provided with fins, the microorganisms being fixed on said fins and / or retained in interstices between the fins and / or between the supports.
  • the fluidization means of the biological reactor used comprise a fluidization system capable of creating turbulence inside the reactor, to suspend the supports.
  • the fluidization system is for example a pump.
  • the pump may be a water pump or a biogas pump.
  • the fluidization system comprises a reserve of inert gas, such as a nitrogen cylinder, from which the pressurized gas is injected into the reactor.
  • a reserve of inert gas such as a nitrogen cylinder
  • the fluidization system may be located outside or inside the reactor.
  • said fluidization system also comprises at least one pipe, said pipe opening into the reactor.
  • FIG. 1 an example of a biological reactor that can be used for the treatment of effluents according to the invention
  • FIG. 2 a second example of a biological reactor that can be used for the treatment of the effluents according to the invention
  • 3 a representation of the biological reactor according to FIG. 2, in which the supports are fluidized;
  • FIGS. 4A and 4B a schematic representation of a biomass fixation support, seen from the side ( Figure 4A) and seen from above ( Figure 4B);
  • FIG. 5 a graphical representation of the evolution of the hydraulic retention time (TRH) and the amount of pollution (OLR) introduced into the reactor in an exemplary implementation of the treatment according to the invention
  • FIG. 6A and 6B graphical representations of the evolution of the efficiency of the effluent treatment process as a function of the hydraulic retention time (TRH) and the amount of pollution (OLR) introduced into the reactor;
  • FIG. 7 a graphical representation of the increase in load in a reactor used according to the invention.
  • FIG. 8 a graphical representation of the evolution of the charges applied in a reactor as a function of the supports used.
  • FIG. 1 shows a biological reactor 1 capable of operating anaerobically.
  • the reactor 1 comprises a tank 2 in which a plurality of solid supports 3 are arranged in bulk.
  • the supports 3 have a density substantially lower than the density of the water so that all the supports are concentrated in an upper portion 4 of the vessel 2 of the reactor 1.
  • the density of the supports is for example between 0.90 and 1, 2.
  • FIGS. 4A and 4B show an example of support 3 that can be used in reactor 1.
  • Support 3 has a generally cylindrical circular shape with a height h of about 3 cm and a diameter d of between 2.5 and 3, 5 cm. By height h is meant the dimension of the support 3 in the direction parallel to the longitudinal axis of the support.
  • the support 3 is provided with a plurality of rigid fins 11 directed towards the center 12 of the support 3.
  • the fins 11 are all fixed by a first end 15 to a first rigid ring 13 and by a second end 16 to a second ring Rigid 14.
  • the fins 11 form the body of the support 3.
  • the fins 11 are spaced apart from each other so as to provide a space 17 through which the effluent, or the liquid in general, can pass in order to be in contact with the part of the fins 11 directed towards the center 12 of the support 3.
  • the supports 3 used are supports of macroscopic size, with a height h of between 15 mm and 50 mm, and with a diameter of between 10 mm and 50 mm.
  • fluidizing means 6 Internal, that is to say fully housed in the tank 2.
  • the fluidization means 6 comprise a pump 7 adapted to blow a gas or a liquid in the tank 2.
  • the pump 7 can be actuated and stopped on demand.
  • the lower part 5 of the vessel 2 of the reactor 1 also comprises homogenization means 8.
  • the homogenization means 8 comprise, for example, a turbine provided with blades so as to mix the effluent which enters the vessel 2 at the level of the lower part 5 of said tank 2.
  • Such homogenization means 8 may be particularly advantageous when the reactor 1 is used to treat highly charged effluents, which otherwise could remain concentrated locally in the lower part of the tank 2.
  • the effluent is mixed with the rest of the fluid contained in the vessel 2.
  • the effluent thus passes through the upper part 4 of the vessel 2 containing the fixed bed formed by the supports 3.
  • a gate located at the outlet of the liquid prevents the supports 3 from leaving the tank 2 through the tank outlet pipe (not shown) through which the treated effluent is discharged.
  • the fixed bed formed by the supports 3 is located in the lower part 5 of the tank 2.
  • the effluent then enters the tank 2 at the top 4, or the bottom 5, which may also include the homogenization means 8 and the fluidization means 7.
  • the fluidization means 6 may be located in the part of the reactor 1 comprising the fixed bed.
  • the fluidization means 6 are only partially internal.
  • the fluidization means 6 comprise a pump 7 external to the tank 2 and an internal pipe system 9.
  • the pump 7 is connected to the pipe system 9 located inside the tank 2.
  • the pipe system 9 comprises a plurality of pipes distributed in the bottom 10 of the tank 2. It is of course possible to provide only a single pipe in the piping system 9.
  • the external pump 7 may be a removable pump. Thus, it is possible to connect the pump 7 to the pipe system 9 temporarily when the user wishes to create turbulence in the tank 2.
  • FIG. 3 one can see the biological reactor 1 in which the fluidization means 6 have been activated.
  • the pump 7 blows a liquid or a gas into the tank 2, so that turbulence is created.
  • the turbulence is sufficient to disorganize the fixed bed supports 3.
  • the supports 3 are all suspended in the entire volume of the vessel 2, moving in said tank 2. Thus, the surplus sludge accumulated in the supports 3 can fall into the bottom of the tank, where it can be easily drained.
  • the decoupling applied load / hydraulic residence time is achieved by initially decreasing the concentration of COD in the inlet effluent, that is to say by diluting the latter, and increasing it gradually until reaching the concentration in COD of the raw effluent to be treated.
  • the COD of the effluent to be treated is preferably increased daily by a constant percentage and between 5 and 15%.
  • the concentration of COD in the effluent is increased by approximately 10% every day, which makes it possible to pass from a COD of the feed of 0.5 to 20 kg. / m 3 in 35 days.
  • the TSH being 24h during these 35 days, we obtain at the end of this period a
  • the hydraulic residence time is constant.
  • a short residence time preferably less than 48 hours, and variable. For example, during the first 10 days of the scaling step, one maintains a
  • TSH 24 hours, then for the next 10 days a TSH is maintained
  • the applied load can be increased, up to most often greater than or equal to 45 kg COD / m 3 .day, depending on the effluent to treat, while effectively removing more than 80% of the pollution contained in the effluent.
  • the fluidization is temporary, the supports reorganizing in a fixed bed between each fluidization. It is also possible to keep the supports in suspension during the whole load step. The reactor then operates in a fluidized bed during this step.
  • the accumulation of biomass is not detrimental to the operation of the reactor and, on the contrary, will make it possible to further increase the quantity of microorganisms in the reactor, which makes it possible to further increase the load applied in stationary operation. It is therefore no longer necessary to carry out frequent fluidizations.
  • the reactor is maintained in fixed bed to promote the accumulation of biomass, in the form of biofilm and its accumulation in interstitial form and inside the supports.
  • the major benefit of moving to fixed bed at the end of the start-up phase is to optimize energy costs by stopping the fluidization pump, as well as reducing the time required for reactor monitoring.
  • the fixed-bed operation makes it possible to ensure filtration of the effluent and good retention of the solid particles in the reactor thanks to the filtering effect of the supports.
  • the purification process according to the invention can be broken down into two main phases, namely:
  • a first ramp-up phase between t0 and t + 1month, for example, during which the biomass is fixed on supports in the form of biofilm and the leaching of free biomass and interstitial biomass.
  • the TSH is weak, and the COD gradually increased.
  • a second stationary operating phase between t + 1 month and t °°, during which the reactor operates in a fixed bed, with a very spaced unclogging of the supports to evacuate excess biomass. During this second phase, retention is promoted by accumulation of biomass in the interstices of the supports.
  • a reactor having a cylindrical PVC tank is used.
  • the internal diameter of the tank is about 190 mm for a height of 1150 mm.
  • height means the largest dimension of the vessel, parallel to the longitudinal axis of said vessel.
  • This reactor has a useful volume of about 30 liters.
  • the reactor is equipped with heating means making it possible to maintain the inside of the tank at a temperature of approximately 35 ° C.
  • a feed pipe makes it possible to bring the effluent to be treated inside the tank, at the lower part of said tank.
  • An evacuation pipe located in the upper part of the tank, makes it possible to evacuate the treated effluent.
  • An overflow system makes it possible to maintain the liquid level at a height of 1000 mm in the tank.
  • the reactor vessel contains polyethylene supports of generally cylindrical tubular shape.
  • the supports fill about 60% of the volume of the tank. These supports have a density substantially equal to 0.93 and a specific surface area of 320 m 2 / m 3 .
  • specific surface we mean the surface on which microorganisms are likely to cling to form a biofilm.
  • the supports used have a large size compared to the supports usually used in moving bed, and a relatively small size compared to the supports usually used in fixed bed. More precisely, the supports used have dimensions of approximately 30 to 35 mm in height and approximately 29 mm in diameter.
  • the reactor In order to be able to fluidize on demand the supports organized in fixed bed in the reactor, the reactor is equipped with an internal pump, fixed to the bottom of the tank so as to be immersed in the liquid contained in the tank.
  • the internal pump constitutes the means of fluidization, that is to say unclogging, of the reactor.
  • the flow rate of the pump is about 480 L / h.
  • the effluent to be treated is distillery vinasse whose total COD is between 10 and 24 g / L with a soluble COD of between 10 and 19 g / L.
  • the initial pH of the effluent is between 4 and 5.5.
  • initial pH means the pH of the effluent at the time of being introduced into the reactor vessel. Before the depollution treatment in the reactor, the pH is brought to a neutral pH, that is to say about 7.
  • the anaerobic inoculum used is from another anaerobic reactor that has been used to process distillery vinasse and has been concentrated by decantation.
  • inoculum is meant groups of bacteria used to seed the reactor vessel.
  • the amount of biomass on the supports is determined by measuring the dry weight of the supports previously heated at 100 ° C. for 24 hours. COD is measured conventionally by a colorimetric method (Jirka, 1975).
  • Observations of reactor operation in a first step, in order to initialize the effluent treatment process, the reactor is activated so that the time during which the effluent to be treated remains in the reactor, that is to say the time TRH hydraulic retention, either high, and the applied volume load (OLR), that is to say the amount of pollution introduced into the reactor, per m 3 of reactor and per day, is low. Then the TRH was gradually decreased while IOLR was increased, increasing the volume of distillery vinasse introduced into the reactor.
  • TRH hydraulic retention either high
  • OLR applied volume load
  • the reactor was used for 180 days. For the reactor to be considered efficient, it is estimated that the
  • TRH must be as small as possible and IOLR as large as possible.
  • FIG. 5 shows a graph showing the evolution of TRH and OLR over time in the reactor used.
  • the OLR is low and remains below 5.6 g COD / L.day. HRT decreases rapidly from 35 days on day 1 to 5 days on day 81.
  • the HRT increases slightly.
  • the average value of the TRH is 7.7 days, due to insufficient availability of distillery vinasse.
  • the OLR has a slight drop at the same time and is between 1.6 and 2.6 g COD / L. day.
  • the HRT decreases rapidly to reach a minimum residence time of 0.7 days.
  • the OLR increases very rapidly to reach values of up to 36 g COD / L.day.
  • a fixed bed anaerobic reactor, containing an ordered carrier such as Cloisonyl has a much lower OLR, not exceeding 14 g COD / L.day.
  • the first operating period is the reactor start-up phase and low charges are applied to avoid organic overload and allow the biomass to accumulate in the reactor.
  • the purification efficiency is greater than 85%.
  • the residence time is around 0.7 days and the applied load 30 g COD / L.day to eliminate more than 85% of the pollution of the effluent.
  • Soluble COD at the outlet of the reactor being less than 5.5 g / L.
  • the first sample is taken after 66 days of operation of the reactor, that is to say during the first period of operation.
  • the average amount of biomass is 2.5 g per support.
  • the second sample is taken after 156 days of operation of the reactor, that is to say during the second period of operation.
  • the average amount of biomass is then 3.2 g per support.
  • the biomass thus increased by 30% between day 66 and day 156.
  • the third sample was taken after 180 days, that is to say at the end of the third period of operation.
  • the average amount of biomass is 4.5 g per support.
  • the total concentration of biomass fixed on the supports in the reactor is about 57 g / l of reactor. The biomass thus increases satisfactorily in the reactor.
  • the concentration of microorganisms is 5 to 6 times higher with a specific activity maintained.
  • Specific activity refers to the amount of COD that can be removed per kilogram of biomass.
  • Reactor Performance The charge applied in the purification process according to the invention is greater than 30 g COD / L, while effectively eliminating more than 80% of the pollution contained in the effluent.
  • the activity conventionally measured in a fixed-bed anaerobic reactor without any possible declogging is about 15 g COD / L.day.
  • the performance of the reactor used in the invention is directly related to the ability of the microorganisms to attach to the supports and the absence of turbulence within said reactor. Leaving the reactor clogged allows the biomass to grow optimally. Unclogging, which takes place on demand, for example only once the user believes that the clogging can be detrimental, allows to increase the operating time of the reactor and maintain its performance throughout the use.
  • each of the three supports R1, R2 and R3 is in accordance with the support 3 as represented in FIG. 4A.
  • the supports R1, R2, R3 may be covered with biofilms fixed to said supports, but may also accumulate biomass in the orifices and interstices 17 formed between the fins 11 and the center 12 of said supports.
  • the method according to the invention therefore allows a strong reduction in the size of the equipment.
  • the reactor mainly allows retention by accumulation of the biomass, in addition to the conventional formation of a biofilm .
  • retention of the biomass is meant its accumulation in the interstices of the supports and / or between the supports.
  • the formation of biofilm leads to a reduction of the specific surface area and the activity of the biomass because of the recovery of the supports by successive layers of biofilm.
  • the declogging system makes it possible to evacuate the excess biomass accumulating in the layer of supports.
  • the effect of "biomass retention" by filtration is related to size, shape, hydrodynamics supports and fixed bed use of the reactor. This is therefore different from the so-called conventional biofilters which allow the retention by a stack of supports and not by the supports themselves.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'épuration d'effluents en réacteur (1) anaérobie dans lequel les microorganismes sont retenus par des supports, les supports formant un lit fixe dans une partie (4, 5) du réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à procéder à un décolmatage du réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté, par mise en suspension temporaire des supports. Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte une étape initiale de démarrage du réacteur pendant laquelle on réalise une montée en charge du réacteur à TSH court et constant.

Description

Procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie.
L'invention concerne un procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie. Plus précisément l'invention concerne un procédé d'épuration dans lequel les microorganismes sont fixés sur des supports solides et forment un lit fixe, ou filtre anaérobie qui peut être à la demande fluidisé. L'invention concerne également l'utilisation d'un réacteur biologique dans lequel on laisse les supports portant les microorganismes s'organiser en lit fixe pendant la phase de fonctionnement stationnaire. Les supports ne sont mis en suspension que pendant la phase initiale de montée en charge du réacteur (phase de démarrage) ou ponctuellement pendant la phase de fonctionnement stationnaire une fois seulement que le réacteur est colmaté.
Actuellement il existe deux grands modes de traitements biologiques des eaux usées, ou effluents, à savoir les traitements aérobies et anaérobies. L'invention concerne l'épuration des eaux usées par traitement anaérobie.
L'utilisation de réacteurs aérobies pour le traitement des eaux usées fortement chargées entraîne la production de quantités importantes de boues par les microorganismes devant dépolluer les eaux usées. Ainsi, 50% en moyenne des pollutions éliminées en réacteur aérobie sont transformées en boues, qui sont une autre forme de pollution qui devra à son tour être traitée. Les procédés aérobies sont donc utilisés en priorité pour les effluents peu concentrés en pollution. Par ailleurs, les réacteurs aérobies demandent une aération fréquente et prolongée, consommatrice d'énergie.
Il est donc connu d'utiliser pour certains traitements biologiques d'eaux usées, dont la concentration en pollution est forte, un réacteur anaérobie. La pollution traitée dans ce type de réacteur est principalement transformée en gaz énergétique, qui peut être utilisé par la suite pour d'autres applications.
Parmi les avantages de ce mode de dépollution des eaux usées on peut citer le fait que la production de boues en excès est faible car le rendement biomasse, c'est-à-dire les kilogrammes de microorganismes formés par kilogramme de DCO éliminé ou apporté, est faible. Parmi les inconvénients de ce mode de dépollution des eaux usées on peut citer le fait que les microorganismes anaérobies ont un taux de croissance plus faible que les microorganismes aérobies et le fait qu'en réacteur à microorganismes en suspension, il n'est généralement pas possible de dépasser une concentration en microorganismes de 15 à 20 g/L. La DCO est la demande chimique en oxygène, c'est-à-dire la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement toute la matière polluante, en particulier les composés organiques biodégradables ou non.
Aussi, pour obtenir une quantité plus importante de microorganismes dans le réacteur, il est connu d'utiliser des supports particuliers qui sont immergés et immobiles dans la phase liquide, et sur lesquels les microorganismes se fixent. Il existe deux types de supports, les supports dits "vrac" et les supports dits "ordonnés".
L'utilisation de tels supports fixes dans le réacteur permet de retenir la biomasse dans le réacteur sous forme de biofilm et ainsi d'augmenter la quantité de microorganismes dans le réacteur, ce qui permet d'augmenter les performances du réacteur. Par biomasse, on entend l'ensemble des microorganismes qui servent à dégrader les pollutions contenues dans l'effluent. Par biofilm, on entend des formations cellulaires hautement structurées, au sein desquelles des cellules microbiennes, qui servent à dégrader les pollutions contenues dans l'effluent, qui sont englobées dans une matrice complexe.
L'effluent à traiter circule à travers le support de bas en haut (upflow) ou de haut en bas (downflow). L'effluent est ainsi en contact avec la biomasse qui procède à la dépollution.
Les deux inconvénients principaux d'un tel réacteur biologique anaérobie sont, d'une part, comme pour tout procédé anaérobie la longueur de la phase de démarrage du réacteur, qui dure le plus souvent entre 3 et 6 mois, et d'autre part le risque de colmatage du réacteur qui peut entraîner, au bout d'un temps plus ou moins long, un blocage total du réacteur. En effet, bien que la fabrication de boues par les microorganismes soit moins importante dans ce type de réacteurs qu'en réacteurs aérobies, au fil du temps les boues s'accumulent sur les parois des supports et dans les interstices entre les supports et ne peuvent pas être évacuées. L'accumulation des boues peut aboutir à une mise hors service du réacteur en le bouchant complètement.
Dans le domaine du traitement des eaux usées en anaérobie, on connaît, par exemple, un réacteur biologique utilisant des supports fixes ordonnés sur les parois desquels les microorganismes sont fixés. Les supports sont formés de tubes creux fixés par une extrémité et de manière ordonnée dans la cuve du réacteur. Les tubes ont un diamètre de 102,5 mm et sont divisés dans leur diamètre en quatorze canaux dans lesquels les microorganismes se fixent et peuvent ainsi s'organiser en biofilm.
Cependant l'expérience montre qu'avec ce type de réacteur, un colmatage progressif intervient inéluctablement au bout de quelques mois de fonctionnement. En effet, au fil du temps, les boues s'accumulent sur les parois des colonnes et ne peuvent pas être évacuées. Ce colmatage perturbe grandement le fonctionnement du réacteur et, à terme, l'accumulation des boues peut aboutir à une mise hors service du réacteur en le bouchant complètement.
D'une manière alternative, il est connu d'utiliser un réacteur anaérobie fonctionnant en lit fluidisé, c'est-à-dire avec des supports mobiles en permanence. Les microorganismes sont fixés sur des supports de très petites tailles maintenus en suspension dans le réacteur. Les supports sont mobiles dans le réacteur et se frottent les uns les autres et/ou avec les parois internes de la cuve du réacteur, arrachant le biofilm formé par les microorganismes dès qu'il dépasse une certaine épaisseur. Les boues tombent dans le fond de la cuve où elles peuvent être purgées ou sortent avec l'effluent traité. Il n'existe ainsi aucun risque de colmatage du réacteur puisque l'accumulation des boues au niveau des supports est rendue quasiment impossible. La mobilité permanente ou quasi permanente des supports est obtenue par la création de turbulences permanentes ou quasi permanentes dans le réacteur.
Cependant un tel réacteur a pour inconvénients, d'une part, de consommer énormément d'énergie pour maintenir en permanence les supports en suspension, et, d'autre part, de nécessiter un suivi intensif de l'installation.
Un but de l'invention est de traiter des effluents par un traitement biologique en milieu anaérobie, de manière à éliminer une grande partie de la pollution qu'ils contiennent avec d'excellentes performances, sans risque de colmatage du réacteur, avec de faibles coûts et un faible temps d'exploitation, et avec une réduction forte de la durée de la phase initiale de montée en charge du réacteur (phase de démarrage). La montée en charge est l'augmentation progressive de la charge appliquée au cours du temps suite à l'ensemencement du réacteur, jusqu'à atteindre la charge nominale qui a été fixée lors du dimensionnement du réacteur. Un autre but de l'invention est de permettre le traitement de tous types d'effluents, y compris d'effluents fortement chargés en pollution. Un but supplémentaire de l'invention est de favoriser la croissance de la biomasse dans le réacteur. L'invention a également pour but de fournir une solution pour le traitement des effluents, qui soit facilement utilisable directement par les industries polluantes.
Pour cela l'invention propose de traiter les eaux usées à dépolluer dans un réacteur anaérobie, en lit fixe, qui peut être rendu mobile selon les besoins des utilisateurs, lors de la phase de démarrage ou de la phase de décolmatage du réacteur, afin d'en optimiser le fonctionnement. Le fonctionnement en lit fixe entraîne de faibles coûts et une grande simplicité d'exploitation. Le lit fixe est formé d'une pluralité de supports disposés en vrac dans le réacteur et sur lesquels les microorganismes forment un biofilm et s'accumulent dans les supports et dans les interstices créés entre les supports.
Dans un premier temps et pendant la phase de démarrage du réacteur (montée en charge) la croissance du biofilm sur les supports est favorisée en maintenant des temps de séjours courts. La fluidisation fréquente des supports peut également favoriser la formation du biofilm. Le but recherché est de diminuer la durée de la phase de montée en charge en éliminant les bactéries libres du réacteur pour forcer la fixation sur les supports.
Dans un deuxième temps (phase de fonctionnement stationnaire), le réacteur fonctionne en lit fixe à sa charge nominale. La rétention de biomasse interstitielle est alors favorisée. Par rétention interstitielle, on entend l'accumulation de la biomasse dans des interstices des supports et entre les supports. Le dispositif de fluidisation n'est plus utilisé et le réacteur fonctionne en lit fixe pur. C'est de cette manière qu'on parvient d'une part à monter à forte charge dans un temps court, le plus souvent inférieur à un mois, et d'autre part à atteindre des charges très importantes pour un lit fixe, c'est-à-dire pouvant aller jusqu'à 45 kg DCO/m3.j. Au fur et à mesure de l'utilisation en lit fixe du réacteur pour le traitement des eaux usées, des boues s'accumulent sur, à l'intérieur, et entre les supports, et commencent à colmater le réacteur. Lorsque le réacteur est au moins partiellement colmaté, il est prévu selon l'invention, de fluidiser les supports. La fluidisation est temporaire et s'étale sur un temps court, c'est-à-dire de l'ordre que quelques minutes ou quelques heures. Lors de la fluidisation, la mobilité des supports permet des frottements suffisants pour faire tomber les boues dans le fond de la cuve. Le surplus de boues peut alors être retiré de la cuve de manière classique. La fluidisation est ensuite arrêtée. Les supports redeviennent immobiles dans le réacteur de manière à former à nouveau un lit fixe. Le temps s'écoulant entre deux fluidisations peut être relativement long, de l'ordre de plusieurs mois à plusieurs années, selon le type de supports et la charge appliquée. En décolmatant le réacteur une fois seulement qu'il est partiellement colmaté, on ne perturbe pas la biomasse, et on élimine les risques d'obturation du réacteur qui pourraient le rendre inutilisable. L'invention a donc pour objet un procédé d'épuration d'un effluent en réacteur anaérobie dans lequel les microorganismes sont retenus par des supports, les supports formant un lit fixe dans une partie du réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de mise en suspension temporaire des supports dans l'ensemble du réacteur soit, pendant la phase de démarrage, pour éliminer les micro-organismes libres ou piégés dans ou entre les supports soit, pendant la phase de fonctionnement stationnaire, pour procéder à un décolmatage du réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté.
Par épuration, on entend l'élimination au moins partielle, des pollutions contenues dans l'effluent au moment de pénétrer dans le réacteur. La mise en suspension consiste à rendre mobiles les supports initialement immobiles dans le réacteur. Les supports peuvent alors se répartir dans l'ensemble du volume du réacteur et s'y déplacer. La mise en suspension n'est que temporaire dans la mesure où, dès que cesse le décolmatage, les supports se réorganisent en lit fixe.
Alors que le principe de l'invention laissait supposer aux spécialistes des performances proches de ceux des lits fixes classiques, c'est-à-dire une charge volumique maximale de 15 à 20 kg DCO/m3.j avec un rendement épuratoire de
80%, ils ont constaté avec étonnement que le procédé selon l'invention permet d'atteindre des performances en terme de charge appliquée plus de deux fois supérieures à celles obtenues avec les lits fixes classiques avec des valeurs de
45 kg de DCO/m3.j tout en ayant un rendement épuratoire supérieur à 80 %. De plus, de cette manière la montée en charge est effectuée rapidement.
Le procédé d'épuration d'effluent selon l'invention comporte les étapes suivantes : a) réaliser une montée en charge du réacteur avec un temps de séjour hydraulique (TSH) inférieur à 48 heures ; b) épurer l'effluent en maintenant les supports en lit fixe ; c) fluidiser le réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté, par mise en suspension temporaire des supports.
Par montée en charge du réacteur, on entend la phase d'initiation du réacteur, pendant laquelle la charge appliquée est régulièrement augmentée jusqu'à la charge nominale définie lors du dimensionnement et où l'on vise la formation de biofilm sur les supports. Par exemple, on réalise une montée en charge du réacteur jusqu'à 20 kg DCO/m3.j, +/- 10%.
Cette étape de montée en charge est caractérisée par une augmentation progressive de la DCO de l'effluent transitant dans le réacteur, avec un temps de séjour hydraulique court durant toute l'étape de montée en charge, de manière à augmenter la charge appliquée du réacteur. Préférentiellement, la DCO de l'effluent à traiter, et donc la charge appliquée, est augmentée tous les jours d'un pourcentage constant et compris entre 5 et 15 %. Par exemple, l'augmentation journalière peut être de 10 % de la valeur précédente. Une fois la charge volumique appliquée (OLR) souhaitée obtenue, c'est- à-dire à la fin de l'étape a), le réacteur peut être utilisé en lit fixe pour épurer de manière optimum les effluents à traiter. Bien entendu, le réacteur est déjà fonctionnel pendant toute l'étape a), mais n'est pas considéré comme fonctionnant dans les conditions nominales telles que définies lors du dimensionnement du réacteur.
Par charge appliquée, on entend la quantité de pollution qui est traitée dans le réacteur, par mètre cube de réacteur (charge volumique appliquée) ou par gramme de biomasse (charge massique appliquée) et par jour.
Selon des exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est possible de prévoir tout ou partie des caractéristiques supplémentaires suivantes : - dans l'étape a) le TSH est constant ;
- dans l'étape a) le TSH est compris entre 12 et 36 heures, préférentiellement entre 20 et 30 heures, et encore plus préférentiellement entre 22 et 26 heures, de manière encore préférée égal à 24 heures.
- l'étape a) dure 35 jours, plus ou moins 5 jours. - pendant l'étape a) les supports sont mis au moins une fois en suspension ; par exemple, les supports sont mis en suspension temporaire 10 minutes, +/- 2 minutes, toutes les heures ; il est également possible de prévoir une mise en suspension en continue pendant toute l'étape a).
Cette fluidisation régulière des supports favorise la fixation de la biomasse sur les supports, c'est-à-dire la formation de biofilm, en permettant le lessivage et l'élimination de la biomasse libre ou simplement accumulée dans les interstices. En effet, dans ces conditions, seule la biomasse fixée physiquement aux supports sous forme de biofilm peut se maintenir sur lesdits supports pendant la fluidisation. La biomasse qui est accumulée/retenue dans les interstices, elle, est éliminée au même titre que la biomasse en suspension.
- l'étape b) dure entre 2 et 12 mois, préférentiellement entre 6 et 9 mois, encore plus préférentiellement 8 mois. D'une manière plus générale, l'étape b) d'épuration est prolongée tant que le réacteur n'est pas colmaté, et que le rendement épuratoire, pour une charge volumique appliquée (OLR) correspondant à la charge nominale, est satisfaisant. Préférentiellement, on considère que le rendement épuratoire est satisfaisant dès lors qu'il est au moins égal à 80%. Dès que le rendement épuratoire décroît au delà d'une valeur seuil, fixée par l'utilisateur, on procède à un décolmatage. Par exemple, la valeur seuil est fixée à 75% de rendement épuratoire.
L'étape c) de décolmatage dure entre 15 minutes et 1 heure, plus ou moins 10 minutes. Une fois le réacteur décolmaté, on cesse la mise en suspension des supports, de manière à ce qu'ils se réorganisent en lit fixe, On peut alors à nouveau procéder à l'épuration des effluents selon l'étape b), et ainsi de suite.
Dans un exemple particulier de mise en œuvre du procédé selon l'invention, on peut utiliser des supports qui ont une densité inférieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie supérieure du réacteur. Inversement il est possible d'utiliser des supports qui ont une densité supérieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie inférieure du réacteur.
Avantageusement, les supports comportent des zones d'accrochage sur lesquels les microorganismes peuvent être fixés, les zones d'accrochage étant disposées de manière à permettre une rétention physique desdits microorganismes. On permet ainsi la rétention physique de la biomasse par piégeage à l'intérieur desdits supports. Par exemple, les zones d'accrochage comportent des ailettes. Les microorganismes peuvent alors être fixés sur lesdites ailettes, et former un biofilm, et/ou être retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports, dans lesquels ils s'accumulent.
Ces supports sont préférentiellement en matière extrudée ou moulés et munis d'ailettes internes protégées des turbulences qui peuvent exister au sein du réacteur, lesdites ailettes internes présentant une surface d'accrochage importante pour les microorganismes. Ces supports permettent de fixer la biomasse sur une surface importante mais en plus de retenir la biomasse dans les interstices entre les ailettes et entre les supports eux-mêmes.
Les moyens pour fluidiser les supports peuvent être situés dans une partie du réacteur dépourvue du lit fixe. De même, les moyens d'approvisionnement de la cuve du réacteur en effluent peuvent être situés dans la partie du réacteur dépourvue du lit fixe. Il est également possible d'y prévoir des moyens d'homogénéisation permettant de répartir l'effluent dans l'ensemble du réacteur.
Avantageusement, les supports occupent entre 40% et 80% du volume du réacteur et préférentiellement entre 50% et 70%.
Plus les supports sont nombreux à l'intérieur du réacteur plus la biomasse peut être importante et donc plus la charge appliquée sera élevée.
Cependant, il faut qu'il y ait dans le réacteur suffisamment d'espace entre le lit fixe et au moins une paroi, inférieure ou supérieure, du réacteur, pour autoriser une remise en suspension à la demande desdits supports dans l'ensemble du volume du réacteur. Par remise en suspension ou fluidisation des supports, on entend que les supports sont désorganisés, le lit fixe rompu, de sorte que l'ensemble des supports est mobile dans le réacteur. On permet ainsi le décolmatage du réacteur.
La fluidisation peut être obtenue en actionnant un système de fluidisation, tel qu'une pompe, apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur, de manière à mettre en suspension les supports.
Il peut être intéressant d'utiliser un réacteur dans lequel le système de fluidisation est amovible et externe au réacteur, ledit système de fluidisation étant branché au moins temporairement à des canalisations pour réaliser le décolmatage. Par système de fluidisation externe, il faut comprendre que le système de fluidisation n'est pas immergé dans le volume du réacteur mais est situé à l'extérieur. Le système de fluidisation n'est donc pas en contact avec l'effluent et les supports. Cela facilite notamment la maintenance du système de fluidisation qui est de fait facilement accessible.
De plus, il est possible d'utiliser un même système de fluidisation pour le décolmatage de plusieurs réacteurs. En effet, dans la mesure où selon le procédé de l'invention le décolmatage n'est réalisé que rarement et pendant un temps court, un même système de fluidisation peut être utilisé pour décolmater alternativement différents réacteurs.
La fluidisation des supports en fonctionnement stationnaire, c'est-à-dire en dehors de l'étape d'initialisation, est réalisée une fois seulement que le réacteur est colmaté. Le temps nécessaire au colmatage peut varier d'un réacteur à un autre, en fonction notamment du type et de la quantité de supports, de la quantité de biomasse dans le réacteur et de la charge appliquée.
D'une manière générale, il est possible d'ajuster la période de décolmatage, ainsi que le temps de décolmatage, de manière à tenir compte de la qualité des supports, et/ou de la quantité de biomasse et/ou de la charge appliquée.
Le décolmatage peut être périodique, avec une période allant de quelques jours à quelques années selon les besoins. Dans des exemples de réalisation particuliers, on peut procéder au décolmatage une fois par an, ou tous les deux ans, trois ans etc. Le décolmatage peut également avoir lieu de manière irrégulière, chaque fois que le réacteur est plus ou moins colmaté et que l'utilisateur souhaite le décolmater.
Afin de connaître le niveau de colmatage du réacteur et donc pouvoir le décolmater en conséquence, il est possible de prévoir un système de détection du niveau de colmatage dans le réacteur, qui mesure par exemple des pertes de charge dans le réacteur.
Entre deux décolmatages successifs les supports se réorganisent en lit fixe.
L'invention propose également une utilisation d'un réacteur biologique comportant des microorganismes retenus sur des supports et des moyens de fluidisation aptes à mettre en suspension les supports, caractérisée en ce que le réacteur est utilisé pour l'épuration d'un effluent par traitement anaérobie, les moyens de fluidisation étant utilisés temporairement de manière à décolmater le réacteur, les supports étant immobiles et formant un lit fixe dans le réacteur lorsque les moyens de fluidisation ne sont pas utilisés. Pour l'utilisation selon l'invention, les supports occupent par exemple
40% à 80% du volume du réacteur, et préférentiellement 50% à 70%, de sorte que lorsque les moyens de fluidisation temporaire sont utilisés les supports peuvent se répartir dans l'ensemble du volume du réacteur, du fait de la mise en suspension desdits supports qui leur permet d'être mobiles dans le volume du réacteur.
Les supports utilisés sont par exemple en matière extrudée ou moulés et munis d'ailettes, les microorganismes étant fixés sur lesdites ailettes et/ou retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, les moyens de fluidisation du réacteur biologique utilisé comportent un système de fluidisation apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur, pour mettre les supports en suspension.
Le système de fluidisation est par exemple une pompe. La pompe peut être une pompe à eau ou une pompe à biogaz.
Dans un autre exemple de réalisation, le système de fluidisation comporte une réserve de gaz inerte, telle qu'une bouteille d'azote, à partir de laquelle le gaz sous pression est injecté dans le réacteur.
Le système de fluidisation peut être situé à l'extérieur ou à l'intérieur du réacteur. Dans le cas où le système de fluidisation comporte une pompe externe, ledit système de fluidisation comporte également au moins une canalisation, ladite canalisation débouchant à l'intérieur du réacteur Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, il est possible de créer les turbulences de manière mécanique, c'est-à-dire par agitation mécanique par tout moyen connu.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent :
- Figure 1 : un exemple de réacteur biologique pouvant être utilisé pour le traitement des effluents selon l'invention ;
- Figure 2 : un second exemple de réacteur biologique pouvant être utilisé pour le traitement des effluents selon l'invention ; - Figure 3 : une représentation du réacteur biologique selon la figure 2, dans lequel les supports sont fluidisés ;
- Figures 4A et 4B : une représentation schématique d'un support de fixation de la biomasse, vu de côté (figure 4A) et vu de dessus (figure 4B) ;
- Figure 5 : une représentation graphique de l'évolution du temps de rétention hydraulique (TRH) et de la quantité de pollution (OLR) introduite dans le réacteur dans un exemple de mise en œuvre du traitement selon l'invention ;
- Figures 6A et 6B : des représentations graphiques de l'évolution de l'efficacité du procédé d'épuration d'un effluent en fonction du temps de rétention hydraulique (TRH) et de la quantité de pollution (OLR) introduite dans le réacteur ;
- Figure 7 : une représentation graphique de la montée en charge dans un réacteur utilisé selon l'invention ;
- Figure 8 : une représentation graphique de l'évolution des charges appliquées dans un réacteur en fonction des supports utilisés.
Sur la figure 1 est représenté un réacteur biologique 1 pouvant fonctionner en anaérobie. Le réacteur 1 comporte une cuve 2 dans laquelle une pluralité de supports 3 solides sont disposés en vrac. Dans le cas représenté, les supports 3 ont une densité sensiblement inférieure à la densité de l'eau de sorte que l'ensemble des supports est concentré dans une partie supérieure 4 de la cuve 2 du réacteur 1. La densité des supports est par exemple comprise entre 0,90 et 1 ,2. Sur les figures 4A et 4B est représenté un exemple de support 3 pouvant être utilisé dans le réacteur 1. Le support 3 a une forme générale circulaire cylindrique de hauteur h d'environ 3 cm et de diamètre d compris entre 2,5 et 3,5 cm. Par hauteur h, on entend la dimension du support 3 dans la direction parallèle à l'axe longitudinal du support. Le support 3 est muni d'une pluralité d'ailettes 11 rigides dirigées vers le centre 12 du support 3. Les ailettes 11 sont toutes fixées par une première extrémité 15 à un premier anneau rigide 13 et par une deuxième extrémité 16 à un deuxième anneau rigide 14. Les ailettes 11 forment le corps du support 3. Les ailettes 11 sont espacées les unes des autres de manière à ménager un espace 17 par lequel l'effluent, ou le liquide en général, peut passer, afin d'être en contact avec la partie des ailettes 11 dirigée vers le centre 12 du support 3.
Il est bien entendu possible d'utiliser toutes sortes d'autres supports 3 pour fixer les microorganismes.
Préférentiellement les supports 3 utilisés sont des supports de taille macroscopique, de hauteur h comprise entre 15 mm et 50 mm, et de diamètre compris entre 10 mm et 50 mm.
Dans la partie inférieure 5 de la cuve 2, dépourvue de supports 3, sont disposés des moyens de fluidisation 6 internes, c'est-à-dire entièrement logés dans la cuve 2. Les moyens de fluidisation 6 comportent une pompe 7 apte à insuffler un gaz ou un liquide dans la cuve 2. La pompe 7 peut être actionnée et stoppée à la demande. La partie inférieure 5 de la cuve 2 du réacteur 1 comporte également des moyens d'homogénéisation 8. Les moyens d'homogénéisation 8 comportent par exemples une turbine munie de pales de manière à brasser l'effluent qui pénètre dans la cuve 2 au niveau de la partie inférieure 5 de ladite cuve 2.
De tels moyens d'homogénéisation 8 peuvent être particulièrement intéressants lorsque le réacteur 1 est utilisé pour traiter des effluents fortement chargés, qui sinon pourraient rester concentrés localement dans la partie inférieure 5 de la cuve 2.
Avec les moyens d'homogénéisation 8, l'effluent est mélangé au reste du fluide contenu dans la cuve 2. L'effluent traverse ainsi la partie supérieure 4 de la cuve 2 contenant le lit fixe formé par les supports 3.
Une grille située au niveau de la sortie du liquide empêche les supports 3 de sortir de la cuve 2 par la canalisation de sortie de cuve (non représentée) par laquelle l'effluent traité est évacué.
Il est également possible de prévoir une grille (non représentée) au niveau de la partie basse 5 du réacteur 1 , pour protéger les moyens de fluidisation 6 et d'homogénéisation 8. La grille permet alors d'éviter tout contact entre les moyens de fluidisation et les supports 3. Ainsi, même si certains supports 3 tombent au fond 10 de la cuve 2, par exemple lorsque la quantité de microorganismes fixés sur les supports est telle que la densité totale est supérieure à celle de l'eau, lesdits supports 3 ne peuvent ni être endommagés par les moyens de fluidisations, ni endommager ces derniers.
Il est possible, dans un autre exemple de réalisation, d'utiliser des supports 3 ayant une densité supérieure à la densité de l'eau, de sorte que le lit fixe formé par les supports 3 est situé dans la partie basse 5 de la cuve 2. L'effluent pénètre alors dans la cuve 2 au niveau de la partie haute 4, ou de la partie basse 5, qui peut également comporter les moyens d'homogénéisation 8 et les moyens de fluidisation 7. Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de fluidisation 6 peuvent être situés dans la partie du réacteur 1 comportant le lit fixe.
Dans l'exemple représenté à la figure 2, les moyens de fluidisation 6 sont seulement partiellement internes. Les moyens de fluidisation 6 comportent une pompe 7 externe à la cuve 2 et un système de canalisation 9 interne. La pompe 7 est branchée au système de canalisation 9 situé à l'intérieur de la cuve 2. Le système de canalisation 9 comporte une pluralité de canalisations réparties dans le fond 10 de la cuve 2. Il est bien entendu possible de ne prévoir qu'une seule canalisation dans le système de canalisation 9. La pompe 7 externe peut être une pompe amovible. Ainsi, il est possible de brancher la pompe 7 au système de canalisation 9 de façon temporaire lorsque l'utilisateur souhaite créer des turbulences dans la cuve 2.
Sur la figure 3, on peut voir le réacteur biologique 1 dans lequel les moyens de fluidisation 6 ont été activés. La pompe 7 insuffle un liquide ou un gaz dans la cuve 2, de sorte que des turbulences sont créées. Les turbulences sont suffisantes pour désorganiser le lit fixe de supports 3. Les supports 3 se retrouvent tous en suspension dans l'ensemble du volume de la cuve 2, en mouvement dans ladite cuve 2. Ainsi, le surplus de boues accumulé dans les supports 3 peut tomber dans le fond 10 de la cuve, où il pourra être facilement vidangé.
Lorsque la pompe 7 est désactivée, c'est-à-dire arrêtée, les turbulences cessent. Les supports 3, de part leur densité, remontent alors tous vers la partie supérieure 4 de la cuve 2 du réacteur 1 où ils s'immobilisent pour former à nouveau un lit fixe. Un des inconvénients associés aux réacteurs anaérobies est que le temps nécessaire à la montée en charge d'un tel réacteur est très long, puisqu'il prend le plus souvent entre trois et six mois. Pendant cette période de montée en charge, les charges appliquées au réacteur sont faibles, du fait de la faible concentration en biomasse. Il n'est donc pas possible d'appliquer d'emblée la charge maximale définie lors de la conception de l'installation à un tel réacteur anaérobie. Une phase de montée en charge, caractérisée par une augmentation progressive de la charge appliquée au réacteur, est nécessaire. Dans l'invention, on a voulu diminuer la durée de la phase de montée en charge dans le réacteur anaérobie utilisé selon l'invention. Pour cela, des expériences ont été menées, dont les résultats sont représentés à la figure 7.
Ces expériences ont démontré que si l'on augmente graduellement la charge volumique appliquée dans le réacteur, en maintenant un temps de séjour hydraulique court on parvient à augmenter fortement la charge en très peu de temps. Avec un temps de séjour d'un jour, la concentration en DCO de l'effluent à traiter en kg/m3 est égale à la charge volumique appliquée en kg/m3.j.
Le découplage charge appliquée / temps de séjour hydraulique est réalisé en diminuant initialement la concentration de DCO dans l'effluent d'entrée, c'est-à-dire en diluant ce dernier, et en l'augmentant progressivement jusqu'à atteindre la concentration en DCO de l'effluent brut à traiter. La DCO de l'effluent à traiter est préférentiellement augmentée tous les jours d'un pourcentage constant et compris entre 5 et 15 %. Par exemple, comme cela est représenté à la figure 7, la concentration en DCO de l'effluent est augmentée d'environ 10 % tous les jours ce qui permet de passer d'une DCO de l'alimentation de 0,5 à 20 kg/m3 en 35 jours. Le TSH étant de 24h durant ces 35 jours, on obtient dès la fin de cette période une
3 charge volumique appliquée de 20 kg/m J tout en maintenant un rendement épuratoire de 80%. Le réacteur est alors à même, après seulement 35 jours, de fonctionner dans les conditions nominales définies lors du dimensionnement.
Dans l'exemple représenté à la figure 7, le temps de séjour hydraulique est constant. Bien entendu, il est possible de maintenir un temps de séjour court, préférentiellement inférieur à 48 heures, et variable. Par exemple, pendant les 10 premiers jours de l'étape de montée en charge, on maintient un
TSH de 24 heures, puis pendant les 10 jours suivants on maintient un TSH de
36 heures, puis on redescend le TSH à 30 heures jusqu'au 35eme jour.
Au cours de l'utilisation du procédé d'épuration selon l'invention, la charge appliquée peut être augmentée, jusqu'à être le plus souvent supérieure ou égale à 45 kg DCO/m3.jour, en fonction de l'effluent à traiter, tout en éliminant de manière efficace plus de 80% de la pollution contenue dans l'effluent. Avantageusement, durant cette phase de montée en charge, afin de favoriser la croissance de la biomasse fixée sur les supports sous forme de biofilm, plutôt que la biomasse accumulée, retenue dans les interstices ou sur les supports sans y être réellement accrochés, on peut procéder à une fluidisation fréquente des supports. Préférentiellement, la fluidisation est temporaire, les supports se réorganisant en lit fixe entre chaque fluidisation. Il est également possible de maintenir les supports en suspension pendant toute l'étape de montée en charge. Le réacteur fonctionne alors en lit fluidisé pendant cette étape. Cependant, dans la mesure où un tel fonctionnement en lit fluidisé continu nécessite des quantités importantes d'énergie, on préfère fluidiser fréquemment, par exemple toutes les heures, mais temporairement, par exemple moins de 15 minutes. Le développement d'un biofilm à la surface du support permet d'accumuler dans le réacteur des micro-organismes ayant une très forte activité ce qui permet d'augmenter rapidement la charge même si la quantité de biomasse dans le réacteur n'est pas très élevée.
Une fois la phase de montée en charge terminée, l'accumulation de biomasse n'est pas préjudiciable au fonctionnement du réacteur et au contraire va permettre d'augmenter encore la quantité de micro-organismes dans le réacteur ce qui permet d'augmenter encore la charge appliquée en fonctionnement stationnaire. Il n'est donc plus nécessaire de procéder à des fluidisations fréquentes. Au contraire, le réacteur est maintenu en lit fixe pour favoriser l'accumulation de la biomasse, sous forme de biofilm et son accumulation sous forme interstitielle et à l'intérieur des supports. L'intérêt majeur du passage en lit fixe à la fin de la phase de démarrage est d'optimiser les coûts énergétiques en arrêtant la pompe de fluidisation, ainsi que de réduire le temps nécessaire à la surveillance du réacteur. De plus, le fonctionnement en lit fixe permet d'assurer la filtration de l'effluent et une bonne rétention des particules solides dans le réacteur grâce à l'effet filtrant des supports.
Cette stratégie permet une montée en charge considérablement accélérée par rapport aux stratégies classiques, dans lesquelles on associe le plus souvent l'augmentation progressive de l'OLR à la diminution proportionnelle du TSH, sans dilution de l'alimentation. Ainsi, pour augmenter les performances du réacteur anaérobie utilisé selon l'invention, on peut décomposer le procédé d'épuration selon l'invention en deux phases principales, à savoir :
Une première phase de montée en charge, entre tO et t+1mois par exemple, pendant laquelle on favorise la fixation de la biomasse sur les supports sous forme de biofilm et le lessivage de la biomasse libre et de la biomasse interstitielle. Pour cela, le TSH est faible, et la DCO augmentée progressivement.
Une seconde phase de fonctionnement stationnaire, entre t+1 mois et t°°, pendant laquelle le réacteur fonctionne en lit fixe, avec de façon très espacée un décolmatage des supports pour évacuer la biomasse excédentaire. Durant cette seconde phase, on favorise la rétention par accumulation de la biomasse dans les interstices des supports.
Un exemple d'utilisation du réacteur 1 décrit ci-dessus est maintenant étudié plus en détails.
Matériel et méthode
On utilise un réacteur comportant une cuve cylindrique en PVC. Le diamètre interne de la cuve est d'environ 190 mm pour une hauteur de 1150 mm. Par hauteur, on entend la plus grande dimension de la cuve, parallèlement à l'axe longitudinal de ladite cuve. Ce réacteur a un volume utile d'environ 30 litres.
Le réacteur est équipé de moyens de chauffage permettant de maintenir l'intérieur de la cuve à une température d'environ 350C.
Un tuyau d'alimentation permet d'amener l'effluent à traiter à l'intérieur de la cuve, au niveau de la partie inférieure de ladite cuve. Un tuyau d'évacuation, situé en partie supérieure de la cuve, permet d'évacuer l'effluent traité. Un système à débordement permet de maintenir le niveau de liquide à une hauteur de 1000 mm dans la cuve.
La cuve du réacteur contient des supports en polyéthylène de forme générale tubulaire cylindrique. Les supports remplissent environ 60% du volume de la cuve. Ces supports ont une densité sensiblement égale à 0.93 et une surface spécifique de 320 m2/m3. Par surface spécifique, on entend la surface sur laquelle les microorganismes sont susceptibles de s'accrocher pour former un biofilm. Les supports utilisés ont une taille importante par rapport aux supports habituellement utilisés en lit mobile, et une taille relativement petite par rapport aux supports habituellement utilisés en lit fixe. Plus précisément les supports utilisés ont des dimensions d'environ 30 à 35 mm de hauteur pour environ 29 mm de diamètre.
Afin de pouvoir fluidiser à la demande les supports organisés en lit fixe dans le réacteur, le réacteur est équipé d'une pompe interne, fixée au fond de la cuve de manière à être immergée dans le liquide contenu dans la cuve. La pompe interne constitue les moyens de fluidisation, c'est-à-dire de décolmatage, du réacteur. Le débit de la pompe est d'environ 480 L/h.
L'effluent à traiter est de la vinasse de distillerie dont une DCO totale est comprise entre 10 et 24 g/L avec une DCO soluble comprise entre 10 et 19 g/L. Le pH initial de l'effluent est compris entre 4 et 5,5. Par pH initial, on entend le pH de l'effluent au moment d'être introduit dans la cuve du réacteur. Avant le traitement de dépollution dans le réacteur, le pH est amené à un pH neutre, c'est-à-dire d'environ 7.
L'inoculât anaérobie utilisé provient d'un autre réacteur anaérobie qui a servi à traiter de la vinasse de distillerie, et qui a été concentré par décantation. Par inoculât, on entend des groupes de bactéries utilisés pour ensemencer la cuve du réacteur.
Un décolmatage a été réalisé au bout de 101 jours d'utilisation, par activation de la pompe pendant 15 minutes.
Mesures Afin d'analyser les performances du réacteur et la qualité de dépollution de l'effluent, on mesure l'évolution de la quantité de biomasse sur les supports, ainsi que l'évolution de la DCO soluble.
La quantité de biomasse sur les supports est déterminée par mesure du poids sec des supports préalablement chauffés à 1000C pendant 24 heures. La DCO est mesurée de manière classique par une méthode colorimétrique (Jirka, 1975).
Observations du fonctionnement du réacteur. Dans un premier temps, afin d'initialiser le procédé de traitement de l'effluent, le réacteur est activé de manière à ce que le temps pendant lequel l'effluent à traiter séjourne dans le réacteur, c'est-à-dire le temps de rétention hydraulique TRH, soit élevé, et la charge volumique appliquée (OLR), c'est-à- dire la quantité de pollution introduite dans le réacteur, par m3 de réacteur et par jour, soit faible. Puis le TRH a été diminué progressivement tandis que IOLR a été augmentée, en augmentant le volume de vinasse de distillerie introduit dans le réacteur.
Le réacteur a été utilisé pendant 180 jours. Pour que le réacteur soit considéré comme performant, on estime que le
TRH doit être le plus petit possible et IOLR le plus grand possible.
Sur la figure 5 est représenté un graphe montrant l'évolution du TRH et de l'OLR au court du temps dans le réacteur utilisé.
Pendant une première période, comprise entre le jour 1 et le jour 81 , l'OLR est faible et reste inférieur à 5,6 g DCO/L.jour. Le TRH décroît rapidement et passe de 35 jours, au jour 1 , à 5 jours, au jour 81.
Pendant une deuxième période, comprise entre le jour 82 et le jour 101 , le TRH augmente légèrement. La valeur moyenne du TRH est de 7,7 jours, du fait d'une disponibilité insuffisante en vinasse de distillerie. L'OLR connaît parallèlement une légère chute et est comprise entre 1 ,6 et 2,6 g DCO/L. jour.
Dans une troisième période, comprise entre le jour 102 et le jour 180, le TRH décroît rapidement pour atteindre un temps de séjour minimum de 0.7 jour. L'OLR augmente à l'inverse très rapidement pour atteindre des valeurs allant jusqu'à 36 g DCO/L.jour. A titre comparatif, dans des conditions identiques, un réacteur anaérobie à lit fixe, contenant un support ordonné tel que du Cloisonyle, a un OLR beaucoup plus faible, ne dépassant pas 14 g DCO/L.jour.
Analyses et résultats
La première période de fonctionnement constitue la phase de démarrage du réacteur et de faibles charges sont appliquées pour éviter toute surcharge organique et permettre à la biomasse de s'accumuler dans le réacteur. Pendant cette première période de purification, le rendement épuratoire est supérieur à 85%.
Au cours de la troisième période de fonctionnement, qui est représentative du fonctionnement optimum du réacteur, le temps de séjour avoisine 0.7 jour et la charge appliquée 30 g DCO/L.jour pour éliminer plus de 85% des pollutions de l'effluent, la DCO soluble en sortie du réacteur étant inférieure 5,5 g/L.
Sur les graphes des figures 6A et 6B, on peut voir l'évolution de la capacité de dépollution du réacteur. Ces graphes montrent clairement qu'avec le procédé selon l'invention il est possible d'éliminer plus de 80% de la pollution d'un effluent fortement chargé, comme la vinasse de distillerie, avec une charge appliquée d'au moins 30 g DCO/L.jour et un temps de séjour dans le réacteur inférieur à 1 jour.
Evolution de la quantité de biomasse fixée sur les supports Des échantillons de quatre supports sont régulièrement prélevés dans la cuve du réacteur et mis à sécher pendant 24 heures à 1000C. Les échantillons sont alors pesés pour évaluer la quantité de biomasse présente sur les supports.
Le premier échantillon est prélevé après 66 jours de fonctionnement du réacteur, c'est-à-dire durant la première période de fonctionnement. La quantité moyenne de biomasse est de 2,5 g par support.
Le deuxième échantillon est prélevé après 156 jours de fonctionnement du réacteur, c'est-à-dire durant la deuxième période de fonctionnement. La quantité moyenne de biomasse est alors de 3,2 g par support. La biomasse a donc augmentée de 30% entre le jour 66 et le jour 156. Le troisième échantillon a été prélevé après 180 jours, c'est-à-dire à la fin de la troisième période de fonctionnement. La quantité moyenne de biomasse est de 4,5 g par support. Après 180 jours d'utilisation du réacteur, la concentration totale en biomasse fixée sur les supports dans le réacteur est d'environ 57 g/L de réacteur. La biomasse augmente donc de manière satisfaisante dans le réacteur.
Cela s'explique par la surface spécifique importante sur les supports utilisés et par le fait que les supports sont organisés en lit fixe, ce qui permet à la biomasse de se fixer sur les supports et de s'accumuler dans les interstices sans événement perturbant. Par rapport à un réacteur dans lequel les microorganismes sont libres dans le volume du réacteur, la concentration en microorganismes est 5 à 6 fois plus élevée avec une activité spécifique maintenue. Par activité spécifique on entend la quantité de DCO qui peut être éliminée par kilogramme de biomasse. De ce fait, il est attendu que les performances de dépollution du réacteur soient supérieures. Performances du réacteur La charge appliquée dans le procédé d'épuration selon l'invention est supérieure à 30 g DCO/L.jour, tout en éliminant de manière efficace plus de 80% de la pollution contenue dans l'effluent. D'une manière générale, à titre de comparaison, l'activité mesurée classiquement dans un réacteur anaérobie à lit fixe sans aucun décolmatage possible est d'environ 15 g DCO/L.jour.
Les performances du réacteur utilisé dans l'invention sont directement liées à la capacité des microorganismes à se fixer sur les supports et à l'absence de turbulence au sein dudit réacteur. Le fait de laisser le réacteur se colmater permet donc à la biomasse de croître de manière optimum. Le décolmatage, qui a lieu à la demande, par exemple une fois seulement que l'utilisateur estime que le colmatage peut être préjudiciable, permet d'augmenter la durée de fonctionnement du réacteur et de maintenir ses performances tout le long de l'utilisation.
Afin de déterminer au mieux les performances associées aux spécificités du support choisi lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, des expériences ont été menées en utilisant différents supports munis d'ailettes, tels que les microorganismes peuvent se fixer physiquement sur lesdites ailettes et/ou être retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports.
Lors de ces expériences trois supports inertes R1 , R2 et R3, ont été utilisés, présentant des surfaces spécifiques différentes, respectivement de 310,
320 et 855 m2/m3 Chacun des trois supports R1 , R2 et R3 est conforme au support 3 tel que représenté à la figure 4A. Ainsi, les supports R1 , R2, R3 peuvent être recouverts de biofilms fixés sur lesdits supports, mais peuvent également accumuler de la biomasse dans les orifices et interstices 17 ménagés entre les ailettes 11 et au centre 12 desdits supports.
Les résultats, représentés à la figure 8, montrent que les performances obtenues avec les trois supports R1 , R2, R3 sont proches. Des charges appliquées élevées, de l'ordre de 20 kg DCO/m3.j, ont été obtenues après des temps de fonctionnement assez similaires, à savoir 110 jours environ.
On en déduit que le fonctionnement du procédé d'épuration selon l'invention durant l'étape d'épuration en lit fixe, semble basé à la fois sur l'effet filtrant des supports utilisés, qui piègent la biomasse dans leurs interstices, et sur la formation de biofilm par fixation physique de la biomasse sur lesdits supports. En effet, si le seul biofilm était responsable du traitement, la charge organique aurait tendance à être proportionnelle à la surface spécifique.
Ceci permet d'expliquer les performances surprenantes obtenues par le procédé selon l'invention, qui permet d'obtenir une charge appliquée pouvant aller jusqu'à 45 kg DCO/m^.j contre maximum 20 kg DCO/m^.j pour les lits fixes classiques.
Dans la mesure où les dimensionnements industriels sont proportionnels à la charge appliquée, le procédé selon l'invention permet donc une réduction forte de l'encombrement des équipements. Ainsi, dans le procédé selon l'invention, une fois que la montée en charge est terminée et que le réacteur fonctionne en lit fixe, le réacteur permet principalement une rétention par accumulation de la biomasse, en plus de la formation classique d'un biofilm. Par rétention de la biomasse, on entend son accumulation dans les interstices des supports et/ou entre les supports. En effet, en lit fixe, la formation de biofilm conduit à une réduction de la surface spécifique et de l'activité de la biomasse à cause du recouvrement des supports par des couches successives de biofilm. Ces recouvrements successifs peuvent expliquer la limitation des charges appliquées sur des lits fixes classiques. Dans l'invention, le système de décolmatage permet d'évacuer la biomasse en excès s'accumulant dans la couche de supports. L'effet « rétention de la biomasse » par filtration est lié à la taille, à la forme, à l'hydrodynamique des supports ainsi qu'à l'utilisation en lit fixe du réacteur. Ceci est donc différent des biofiltres dits classiques qui permettent la rétention par un empilement de supports et non par les supports eux-mêmes.

Claims

REVENDICATIONS
1- Procédé d'épuration d'effluent en réacteur (1 ) anaérobie dans lequel les microorganismes sont retenus par des supports (3), les supports formant un lit fixe dans une partie (4, 5) du réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) réaliser une montée en charge du réacteur avec un temps de séjour hydraulique (TSH) inférieur à 48 heures ; b) épurer l'effluent en maintenant les supports en lit fixe ; c) fluidiser le réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté, par mise en suspension temporaire des supports.
2- Procédé d'épuration selon la revendication 1 , caractérisé en ce que pendant l'étape a) le TSH est constant. 3- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que pendant l'étape a) le TSH est compris entre 12 et 36 heures, préférentiellement entre 20 et 30 heures, et encore plus préférentiellement entre 22 et 26 heures, de manière encore préféré égal à 24 heures.
4- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape a) dure 35 jours, plus ou moins 5 jours.
5- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pendant l'étape a) le réacteur est fluidisé au moins une fois, par mise en suspension des supports.
6- Procédé d'épuration selon la revendication 5, caractérisé en ce que les supports sont mis en suspension temporaire toutes les heures.
7- Procédé d'épuration selon la revendication 5, caractérisé en ce que les supports sont mis en suspension continue pendant toute l'étape a).
8- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape b) dure entre 2 et 12 mois, préférentiellement entre 6 et 9 mois, encore plus préférentiellement 8 mois.
9- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'étape c) dure entre 15 minutes et 1 heure, plus ou moins 10 minutes.
10- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on répète n fois les étape b) et c).
11- Procédé d'épuration selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les supports comportent des zones d'accrochage sur lesquels les microorganismes peuvent être fixés, les zones d'accrochage étant disposées de manière à permettre une rétention physique desdits microorganismes.
12- Procédé d'épuration selon la revendication 11 , caractérisé en ce que les zones d'accrochage comportent des ailettes (11 ), les microorganismes pouvant être fixés sur lesdites ailettes et/ou retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports.
13- Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les supports occupent entre 40% et 80% du volume du réacteur et préférentiellement entre 50% et 70%.
14- Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à
- actionner un système de fluidisation (7) apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur, de manière mettre en suspension les supports. 15- Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le système de fluidisation est un système amovible externe, ledit système étant branché au moins temporairement sur au moins une canalisation (9) débouchant à l'intérieur du réacteur pour réaliser le décolmatage.
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