EP4222118A1 - Procede de traitement d'un effluent d'eaux residuaires par boues densifiees dans un reacteur batch sequence - Google Patents

Procede de traitement d'un effluent d'eaux residuaires par boues densifiees dans un reacteur batch sequence

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EP4222118A1
EP4222118A1 EP21783302.9A EP21783302A EP4222118A1 EP 4222118 A1 EP4222118 A1 EP 4222118A1 EP 21783302 A EP21783302 A EP 21783302A EP 4222118 A1 EP4222118 A1 EP 4222118A1
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EP
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sludge
enclosure
level
during
air
Prior art date
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Pending
Application number
EP21783302.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Françoise PETITPAIN PERRIN
Alexis DAUNAY
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.)
Suez International SAS
Original Assignee
Suez International SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention lies in the technical field of the biological treatment of municipal and industrial waste water and relates more specifically to the technology known as Sequenced Biological Reactor (also known by its Anglo-Saxon acronym SBR for Sequencing Batch Reactor).
  • An SBR operates in sequence with different treatment steps, and in particular a settling phase which makes it possible to separate the so-called "activated" sludge from the treated water.
  • a so-called “activated sludge” process uses biological purification in its wastewater treatment. It is a mode of purification by free cultures. The principle is to degrade organic matter, suspended or dissolved in wastewater, by bacteria. A good level of biodegradation is obtained thanks to a homogenization of the medium allowing bacteria to access the particles and good aeration. Then, the sludge settles in the bottom of the reactor during the settling phase.
  • An activated sludge process aims to eliminate carbon pollution and nitrogen pollution, eliminate or recover the phosphorus included in the phosphorus pollution.
  • a bacterial culture rich in heterotrophic cells is therefore required.
  • bacterial growth requires the presence of nutrients, in particular sources of nitrogen and phosphorus, such as those contained in effluents, the elimination of which is also necessary.
  • Nitrification is an oxidation reaction by autotrophic bacteria, of ammoniacal or ammonium nitrogen, often denoted N-NH 4 , into: nitrous nitrogen, also known as nitrite, N-NO 2 , then nitric nitrogen, also known as nitrate, N-NO 3 .
  • the biological nitrification treatment is carried out under aerobic conditions by autotrophic microorganisms capable of oxidizing ammonium ions (NH4 + ) to nitrite ions (NO 2 ') then to nitrate ions (NO 3 ') . This step is usually carried out in two sub-steps of nitritation and nitration:
  • Denitrification consists of a reduction in gaseous nitrogen (or dinitrogen also denoted N 2 ), by denitrifying bacteria, of the nitrates produced during the nitrification reactions.
  • the biological denitrification treatment is typically carried out under anoxic conditions, by heterotrophic microorganisms capable of reducing the nitrate ions produced during the first treatment into nitrite ions, then the nitrite ions into gaseous nitrogen (N2).
  • the nitrification consists of two sub-steps: a first step of nitritation in the presence of oxygen followed by a second step of nitration also in the presence of oxygen.
  • Nitritation consists of the oxidation of ammonium to nitrite by nitriting autotrophic bacteria, known as AOB or "Ammonia Oxidizing Bacteria", the predominant genus of which is Nitrosomonas.
  • Nitratation consists of the oxidation of nitrite to nitrate by other autotrophic bacteria, known as NOB or "Nitrite Oxidizing Bacteria", the predominant genus of which is Nitrobacter.
  • the denitrification can also be broken down into two sub-steps: a denitrification step which will transform the nitrates into nitrites, and a denitrification step which will transform these nitrites into gaseous nitrogen.
  • a denitrification step which will transform the nitrates into nitrites
  • a denitrification step which will transform these nitrites into gaseous nitrogen.
  • Each of these two substeps is carried out by heterotrophic bacteria and requires large amounts of biodegradable carbon. Denitrification indeed requires approximately 2.9 kilograms of carbon in the form of 5-day Biological Oxygen Demand (BODs) to reduce one kilogram of N-NO 3 to nitrogen.
  • BODs Biological Oxygen Demand
  • nitritation-denitritation and partial nitritation-de-ammonification.
  • the nitritation-denitritation process also called “nitrate shunt", seeks to stop the oxidation of nitrogen at the nitrite stage by avoiding the production of nitrates, hence the shunt of the "nitrate part of the cycle.
  • NOB Nonitrite Oxidizing Bacteria
  • AOB Ammonia Oxidizing Bacteria
  • the nitritation treatment is carried out under aerobic conditions by autotrophic microorganisms capable of oxidizing ammonium ions (NH4+) to nitrite ions (NO2-).
  • the denitritation treatment is carried out under anoxic conditions by heterotrophic micro-organisms capable of reducing nitrite ions (NO2-) to dinitrogen (N2).
  • NP/A deammonification or partial nitritation/Anammox
  • the first step in deammonification is partial nitritation (NP). It consists of the oxidation of a fraction (57%) of the ammonium ion into nitrite.
  • the second stage is carried out by Anammox anaerobic bacteria. In this reaction, approximately 11% of the nitrogen charge is transformed into nitrate, which brings the theoretical maximum elimination rate to 89%.
  • the entire NP/A process can be carried out without any biodegradable carbon. No addition of external (or exogenous) carbon is necessary to carry out the nitrogen treatment. This treatment therefore does not make it possible to eliminate the carbon that may be present.
  • the partial nitritation treatment is carried out under aerobic conditions by autotrophic microorganisms capable of oxidizing ammonium ions (NH4+) to nitrite ions (NO2-).
  • the anaerobic oxidation treatment is carried out under anaerobic conditions by autotrophic micro-organisms capable of oxidizing ammonium ions (NH4+) to dinitrogen (N2) in the presence of nitrite ions (NO2-) (Anammox bacteria).
  • Biological dephosphatation (/.e. treatment of phosphorus by biological means) is carried out by the succession of a treatment step in anaerobic condition and a treatment step in aerobic condition.
  • certain bacteria called polyphosphate-accumulating organisms also known by the acronym Polyphosphate-Accumulating Organisms or PAO
  • PAO Polyphosphate-Accumulating Organisms
  • PAOs release phosphates during their stay in anaerobic conditions, and then passing into aerobic conditions, they accumulate a quantity of phosphates greater than that released in anaerobic conditions.
  • the SBR technology is limited in its dimensioning by the settleability of the sludge. Indeed, one of the factors limiting the concentration of activated sludge in an SBR, itself representing a potential for treating a polluting load, is the settleability of the sludge generally expressed by the Mohlman index.
  • the Mohlman index is the index of sludge settling ability. This index defines the volume of activated sludge decanted in half an hour in relation to the mass of dry residue (or the concentration of suspended matter, also denoted SS) of this sludge: the lower the index, the better the capacity sludge settling.
  • denser sludge makes it possible to work with higher concentrations while allowing good decantability (index) and therefore to treat more pollution in the same volume of work.
  • a first design of a so-called sequenced reactor uses two different volumes which are used alternately in reaction and in settling, the water being transferred from the reaction compartment to the settling compartment (Unitank process by Seghers).
  • SBR sequenced reactor
  • This type of SBR reactor has been improved, and most biological reactors of the sequenced type (SBR) are currently designed with a single volume, in which the various stages of the treatment take place successively.
  • These reactors are generally at variable level: the raw water supply phase and the treated water recovery phase are separated over time, so that when the treated water is recovered, the water level in the reactor drops.
  • the SBR process described in WO2004/024638 aims to overcome this problem.
  • This is a constant level SBR process, which uses aerobic granular sludge, the particularity of which is to settle very quickly (settling speed greater than 10 m/h).
  • the formation of granules with an urban/municipal effluent - that is to say with a low concentration of pollution (carbon, nitrogen, phosphorus) - takes a long time, and its stability according to incoming loads and temperature variations. has not been demonstrated to date.
  • the method of the invention advantageously makes it possible to treat a volume of wastewater identical to, or even greater than, those of the methods of the prior art, but with a restricted footprint.
  • the invention aims to overcome all or part of the problems mentioned above by proposing a so-called "densified sludge” process, making it possible to obtain high sludge settling speeds, whatever the nature of the sludge (granular or not), and advantageously with non-granular sludge.
  • Sludge densification is obtained in a constant-level SBR by optimizing the production of easily decantable microorganisms, thanks to the combination of several factors:
  • the subject of the invention is a process for treating a waste water effluent comprising carbon pollution, nitrogen pollution and phosphorus pollution, in a sequenced batch reactor (SBR), said SBR comprising : - an enclosure capable of containing a waste water-sludge mixture comprising different levels, each level being defined by a concentration and/or a density of sludge,
  • SBR sequenced batch reactor
  • a bed of sludge comprising PAO, located at the bottom of the containment, above which a level of mud veil is defined,
  • an SBR supply step during which a volume of effluent to be treated is introduced near the bottom of the enclosure, into the bed of sludge, preferably via a distribution network covering the bottom of the enclosure ,
  • reaction sequence comprising: o at least a first anaerobic stage, during which the PAOs capture carbon pollution and release phosphorus compounds, o optionally, a second stage, in anoxic conditions, of denitrification (partial and/or total), this stage being implemented only in the event of a NOx concentration greater than a predetermined threshold, o a third aeration stage, making it possible to carry out the dephosphatation of the effluent by the PAOs, the aeration being controlled so as to simultaneously carry out either nitrification (partial or total), or nitritation (partial or total),
  • the method of the invention consists of the above steps, and where appropriate one or more optional steps described below.
  • the treatment method according to the invention further comprises a step of measuring the sludge veil, and the step of extracting at least part of the light sludge is carried out when the measurement of the sludge veil is substantially equal to a predefined distance from the sludge extraction level.
  • the step of extracting at least part of the light sludge is carried out during the feed step and/or during the settling step.
  • the treatment method according to the invention comprises during the reaction sequence, a step of injecting air into the enclosure.
  • the third aeration step is followed by a step, in anoxia, of post-denitrification, preferably implemented when the third step is a step of total or partial nitrification; or the third aeration step is followed by a step, in anoxia, of denitritation, preferably implemented when the third step is a step of total or partial nitritation; or the third aeration step is followed by a step, in anoxia, of deammonification, preferably implemented when the third step is a partial nitritation step.
  • the settling step is preceded by a step of injecting air into the enclosure.
  • the treatment method according to the invention comprises a step of densification of the sludge by a densification device inside the enclosure.
  • the treatment method according to the invention comprises a step of controlling the duration of the third aeration step according to the level of pollution (in particular carbon, nitrogen and phosphorus pollution) of the effluent from waste water.
  • pollution in particular carbon, nitrogen and phosphorus pollution
  • a "granular sludge” is characterized by a settling speed greater than 10 m/h, and a sludge index ("sludge volume index", measured according to standard NF EN 14702-1 of July 2006) less than 35 mL/g (as mentioned in particular in application W02004/024638, page 3).
  • a sludge which does not fulfill these two conditions simultaneously is not considered as a granular sludge.
  • a non-granular sludge is a sludge having a settling speed less than or equal to 10 m/h. Therefore, for a granular sludge, the sludge index at 5 minutes is equal to the sludge index at 30 minutes.
  • a "densified sludge”, also called heavy, is characterized by sludge indices of between 35 and 100 mL/g, preferably between 40 and 80 mL/g, even more preferably between 40 and 70 mL/g , and settling velocities between 2.0 and 9.0 m/h. It is also characterized by a mass proportion of 10 to 50% (preferably 20 to 40%) of particles with a particle size greater than 100 ⁇ m (up to 1000 ⁇ m, preferably between 200 ⁇ m and 500 ⁇ m), and a high mass proportion (between 50% and 90%) of biological flocs with a particle size of less than 100 ⁇ m (advantageously less than 200 ⁇ m).
  • This densified sludge can also be characterized by the limit mass flow criterion which is greater than or equal to 8 kg MES.m' 2 .h' 1 , preferably greater than or equal to 8.5 kg MES.m' 2 .h' 1 . It is a mixture of solids, liquids and microorganisms, said microorganisms including polyphosphate accumulating organisms loaded with phosphorus. This heavy sludge has very good settleability.
  • a “light sludge” is characterized by sludge indices greater than 100 mL/g and settling speeds less than 2 m/h. It is also characterized by a proportion by mass of biological flocs of size less than 0.2 mm of between 15 and 50%. This light sludge can also be characterized by the limit mass flow criterion which is less than 8 kg suspended solids/m 2 /h. It is a mixture of solids, liquids and microorganisms. This mud contains little or no PAO. This light mud is difficult to settle.
  • the settling speed is expressed in meters/hour (m/h). It can be determined from the Kynch curve, which is obtained by observing the decantation by gravity of a sample in a 1 L test tube. It should be noted that the value at 30 minutes of the Kynch curve makes it possible to obtain what is called the Molhman index (SVI in English, for “Sludge Volume Index”) or the sludge index (dilution of raw sludge, DSVI in English, for “dilute SVI”), according to standard NF EN 14702-1 - July 2006.
  • the settling rate can be deduced from the evolution of the height of the veil of sludge at course of time, during a non-aerated sequence.
  • the measurement of the height of the sludge veil can be carried out continuously, for example using an ultrasound probe. Alternatively, it can be discontinuous, it will then be possible to take manual samples at different levels on the height of the reactor at predetermined intervals.
  • the limit mass flow is expressed in kg.m′ 2 h′ 1 . It characterizes the quantity of solid matter in suspension (also denoted MES) that can be settled per unit area and time, and measures the rate of fall that a sludge is capable of having at a given concentration.
  • the limiting mass flux is determined from the Kynch curve, by carrying out several successive dilutions or concentrations of the raw sludge.
  • the proportion of biological flocs is expressed in % of sludge weight, associated with a size - for example, the percentage of less than 0.2 mm.
  • This value can be obtained by sieving a sludge sample on sieves with different mesh sizes (for example 200 ⁇ m / 400 ⁇ m / 500 ⁇ m / 800 ⁇ m / 1 mm / 1.25 mm). We then measure the suspended solids (SS) concentration of the filtrate obtained, which is then related to the suspended solids concentration of the raw sludge (in %).
  • the size of the biological flocs corresponds to a particle size, in particular the maximum size of the particles. It can be determined by a statistical analysis from microscopic photographs.
  • the method of the invention does not include a step for recirculating the light sludge in the sequenced batch reactor.
  • FIG. 1 schematically represents an example of a sequenced batch reactor adapted to the implementation of the treatment method of the invention
  • FIG. 2 represents a flowchart of the steps of the process for treating a waste water effluent according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows the steps of the process for treating a waste water effluent according to the invention
  • FIG. 4 schematically represents a sequenced batch reactor implemented according to the method of the invention
  • Figures 5A, 5B, 5C, 5D illustrate the selection of the bacterial population according to the reaction sequence by measurements carried out during the treatment method according to the invention
  • Figure 6 schematically shows the enclosure of the SBR and recovery means during the supply and recovery steps
  • Figure 7 schematically shows the enclosure of the SBR and recovery means during the settling step.
  • FIG. 1 schematically represents an example of a sequenced batch reactor suitable for implementing the treatment method of the invention.
  • the method of the invention is aimed at the treatment of a waste water effluent comprising carbon pollution, nitrogen pollution and phosphorus pollution, in a sequenced batch reactor (SBR 10).
  • SBR 10 comprises an enclosure 11 capable of containing a waste water-sludge mixture 12 comprising different levels, each level being defined by a concentration and/or a density of sludge.
  • At each height in the enclosure 11 corresponds a concentration and/or density of sludge of the content 12.
  • N1, N2, N3, N4, N5, N6 For example, it is possible to define several levels denoted N1, N2, N3, N4, N5, N6.
  • the enclosure 11 is supplied with effluent to be treated 20 advantageously by a distribution network 21, preferably covering the bottom of the enclosure, and with air 8 by a distribution network 27, preferably covering the bottom of the enclosure.
  • the SBR 10 comprises a bed of sludge 13, shown schematically, comprising PAOs 14, located at the bottom of the enclosure 11, above which is defined a veil of sludge level 15.
  • the SBR 10 comprises means 16 for determining a minimum level 17 and a maximum level 18 of extraction of the sludge in the enclosure 11 . In Figure 1, these levels are shown schematically. Their determination will be detailed below.
  • the enclosure 11 contains a mixture 12 of waste water-sludge.
  • the treated water is located in the upper part of the reactor enclosure.
  • the water can be withdrawn via an opening below the level of the surface 24 of the enclosure 11 by a sampling system 200 capable of sampling the clarified fraction, and comprises or consists of an immersed pipe through which the water can be sucked and taken outside the enclosure (arrow A).
  • a sampling system 200 capable of sampling the clarified fraction, and comprises or consists of an immersed pipe through which the water can be sucked and taken outside the enclosure (arrow A).
  • the heaviest and/or dense sludge particles are found at the bottom of enclosure 11 and they can be drawn off at the bottom wall of the enclosure. Between the two, there is the rest of the mixture, which is in the form of a stratification, that is to say which has several levels N 1; N 2 , N 3 , N 4 , N 5 , N 6 ..., each level being defined by a concentration and/or a density of sludge in the mixture 12.
  • the veil of mud 15 is the level from which there is mud. It is defined by the height between the surface 24 of the contents of the enclosure and the presence of mud in the whole.
  • the level of the veil of sludge 15 can be determined by the means 16 for determining, preferably continuously. Alternatively, it can be measured manually using a Secchi disk. The measurement of the sludge layer can be done permanently. However, it is not useful to carry out the measurement during the homogenization phases since the contents of the enclosure are mixed, and the sludge present has not yet settled.
  • the reactor 10 according to the invention makes it possible to selectively extract the sludges least able to settle which are found in the mixture 12.
  • the SBR 10 comprises extraction means 19 capable of extracting sludge 23 (shown schematically for understanding purposes) at variable levels between the minimum extraction level 17 and the maximum extraction level.
  • the extraction means 19 may comprise an extractor 191 comprising at least a first part having at least one opening 191 a inside the enclosure 11 and a second part 191 b able to bring out the sludge outside of said enclosure.
  • the extraction means 19 may comprise variation means 192 capable of varying the position of the opening 191a of said extractor 191, in particular the level of said opening between the minimum extraction level 17 and the extraction level maximum 18.
  • the extractor 191 advantageously comprises a pump (suction) or a gravity valve (not shown) for extracting the sludge.
  • the extractor 191 can comprise a set of tubes arranged at different levels in the enclosure 11, each tube having a first end presenting an opening inside the enclosure 11 and a second end connected to the second part 91 b of the extractor 191, and variation means 192 comprising a set of valves capable of opening or closing said tubes.
  • the extraction means thus allow the extraction of the sludge at one or more variable levels.
  • the extraction means 19 are represented on the left part of the SBR, but the second part 191 b of the sludge outlet is to be connected to the extracted sludge 23.
  • the means 16 for determining the minimum level 17 and the maximum level 18 for extracting the sludge 23 in the enclosure 11 can comprise measurement means 161 capable of measuring the concentration at different levels of a waste water- sludge.
  • a mud blanket probe can measure the surface of the mud bed.
  • a MES (Suspended Matter) probe is used to measure the concentration of the sludge.
  • Several probes can be placed on the height of the enclosure in order to measure the concentration of suspended matter at different levels. These measurements are used to determine the levels 17, 18.
  • the means 16 can comprise selection means 162 able to select a maximum sludge concentration value and a minimum sludge concentration value. The selection can be made by an operator or based on a calculation related to the age of mud.
  • the means 16 may comprise deduction means 163 able to deduce a minimum extraction level corresponding to the selected maximum concentration value and a maximum extraction level corresponding to the selected minimum concentration value.
  • the measurement means 161 can for example comprise one or more measurement probe(s), in particular concentration probe(s). Said measuring probe makes it possible to measure the concentration of sludge in the mixture.
  • the measuring probe 161 is immersed in the mixture as shown. It can be at a fixed or variable immersion depth depending on the type of probe chosen. Or as said above, there may be several measurement probes on the height of the enclosure.
  • the measuring probe 161 is connected to the selection means 162, which make it possible to check whether the measurement corresponds to sludge to be extracted or not, and to the deduction means 163 which make it possible to link the measurement to the corresponding level.
  • These determining means 16 are connected to means 19 for extracting the sludge, more particularly to the means 192 for varying the level of extraction, mainly to select the level of extraction.
  • the means of variations 192 vary the level of the opening 191a of the extractor 191, or it is possible to extract selectively at fixed levels of extraction and at variable instants according to the evolution of the content, for example during the step decantation, waiting, supply/recovery, anaerobic, depending on the measurement of the sludge veil, or even non-selectively during the aeration stage.
  • the measuring means 161 of the determining means 16 comprise an ultrasonic sensor immersed below the surface of the waste water-sludge mixture.
  • the ultrasonic sensor makes it possible to send an ultrasonic wave into said mixture (it then functions as a transmitter) then to receive an ultrasonic wave in return after having traveled a given distance in the waste water-sludge mixture (it then functions as a receiver).
  • the sensor is connected to selection means 162 and to deduction means 163.
  • FIG. 2 represents a flowchart of the steps of the process for treating a waste water effluent according to the invention.
  • the treatment method according to the invention comprises:
  • a settling step 106 during which sludge settles at the bottom of the enclosure 11 and the contents of the enclosure 11 clarifies near its surface 24,
  • a recovery step 107 during which a clarified fraction 22 of the contents of the enclosure is evacuated, said recovery 107 and supply 101 steps taking place simultaneously, so as to maintain the level of the contents of the enclosure 11 substantially constant during the recovery 107 and supply 101 steps, and
  • step 108 for extracting at least part of the light sludge 23 to a predefined level between the minimum extraction level 17 and the maximum extraction level 18, preferably close to the veil of mud 15.
  • the feeding step 101 is carried out under anaerobic conditions, or else anoxia.
  • step 101 in anoxia makes it possible to denitrify or denitrify.
  • the anaerobic step 103 is carried out anaerobically, the aeration step 105 is carried out aerobically.
  • the settling step 106 is carried out at least partially in anoxia.
  • the second step 104 can be linked to a step 117 for measuring the concentration of NOx in the enclosure.
  • the treatment method according to the invention may also optionally comprise a fourth step 111 anoxia of denitrification or denitritation or deammonification. More specifically, essentially three variants will be considered: according to the first variant, the third step 105 comprises a total or partial nitrification, and the anoxia step 111 is a denitrification (post-denitrification process); according to a second variant, the third step 105 comprises total or partial nitritation, and the anoxia step 111 is a denitritation (post-denitritation process); finally, according to a third variant, the third step 105 comprises a partial nitritation, and the anoxia step 111 is a deammonification (process called “ANAMMOX”).
  • the fourth step 111 can be linked to a step 117bis for measuring the concentration of NOx in the enclosure.
  • the step 101 of feeding through the bed of sludge allows the sludge to come into contact with the raw water to be treated.
  • the volume of waste water to be treated 20 is introduced through the sludge bed where the PAOs are located.
  • PAOs capture carbon pollution and release phosphate compounds.
  • the aeration step 105 enables the dephosphatation of the contents of the enclosure by the PAOs.
  • the reaction sequence 102 contributes to the development of PAOs which exhibit good settleability.
  • settling step 106 the sludge is deposited by gravity in the bottom of the enclosure. Heavy muds and PAOs settle faster than light muds. They contribute to the sludge bed. Light sludge has poorer settleability. They remain suspended longer in the contents of the enclosure, above the sludge bed.
  • the step 108 of extracting at least part of the light sludge makes it possible to extract regularly or at the very least at predetermined times, for example at each cycle, the least decantable sludge.
  • the extraction does not necessarily take place at each cycle depending on the operating constraints. For example, it is possible not to extract on weekends. As a result, only sludge with good settleability is kept in the SBR enclosure.
  • the combination of the action of the PAO producing denser sludge and the extraction of the light sludge densifies the sludge present in the enclosure.
  • the process of the invention makes it possible to obtain high sludge settling speeds, regardless of the nature of the sludge present in the enclosure of the SBR.
  • a step 110 of injecting air into the enclosure 11 when the latter comprises a second step 104, there can be a step 110 of injecting air into the enclosure 11 .
  • the injection of air into the enclosure before step 104 allows the suspension of the biomass for better mixing with the supernatant rich in oxidized nitrogen (nitrate NO3 and nitrite NO2), which improves the yield of the denitrification of the feed stage 104, and also the yield of the first anaerobic stage 103.
  • this stage 110 is optional, if the optional second stage 104 is activated, according to the NOx concentration measurement.
  • the settling step 106 can be preceded by a step 112 of injecting air into the enclosure 11 .
  • the injection of air into the enclosure before the settling stage allows homogenization of the contents of the enclosure and bringing the sludge into contact with the oxidized nitrogen species.
  • the injection of air also makes it possible to degas the nitrogen present in the contents of the reactor.
  • the treatment method according to the invention may comprise a step 113 of densification of the sludge by a densification device 30 inside or outside the enclosure 11, preferably inside .
  • the densification device 30 can be a sieve of suitable size downstream or upstream of the sludge extraction means in order to retain the largest flocs and thus improve the selection, that is to say their maintenance in enclosure, particles settling most easily.
  • the sludge densification step can consist of adding ballast (such as zeolites).
  • the treatment method according to the invention comprises a step 114 of controlling the duration of the third aeration step 105 as a function of the level of pollution of the waste water effluent 20, in particular as a function the concentration of NH4 and/or NO 2 ' and/or NO 3 ' in the contents of the enclosure. More precisely, it is the pollution of the raw water which is measured indirectly as soon as the contents of the enclosure are aerated at least once.
  • FIG. 3 schematically represents the steps of the process for treating a waste water effluent according to the invention.
  • the enclosure is filled with waste water 20 and forms a mixture 12 and the pollution undergoes biological treatment.
  • the water residual is introduced into the enclosure.
  • the level of liquid in the enclosure is kept constant by opening a treated water valve (clarified fraction) for example.
  • the recovery of the treated water is done at the same time as the supply of raw water (waste water).
  • the treated water flow is always the same as the supply flow.
  • the phosphorus is released during the anaerobic step 103, and reabsorbed during the aeration step 105;
  • step 106 of decantation It is during this stage that the treated water is separated from the sludge by static sedimentation only. Some biological activity takes place when the liquid undergoes endogenous denitrification in contact with the sludge layer.
  • steps 101 of supply and 107 of recovery in the enclosure are not authorized.
  • the contents of the enclosure are at rest to allow the settling of the sludge.
  • the sludge with good settleability hereinavy sludge
  • the sludge with poor settleability (light sludge) is found in suspension in the contents of the enclosure, between the bottom of the enclosure and the veil of mud.
  • the clarified fraction is located in the upper part of the enclosure, close to its surface 24.
  • the excess biological sludge can be extracted to maintain the age of the sludge necessary for nitrification and/or nitritation as a function of temperature, which can be measured during a step 118 of measuring temperature.
  • the excess biological sludge can be selectively extracted during the settling step 106, and/or during the supply step 101 and the recovery step 107, and/or during the anaerobic step 103 and/or waiting 116.
  • the sludge can be extracted non-selectively during the aeration step 105.
  • the step 108 of extracting at least part of the light sludge 23 is carried out at a predefined level between the minimum extraction level 17 and the maximum extraction level 18, preferably close to the veil of mud. 15. Indeed, it is at the level of the veil of mud that the light muds are found.
  • the predefined level of light sludge extraction is not necessarily a fixed level over time. This level will change depending on the biological treatment and the flow of waste water introduced into the SBR enclosure.
  • the extraction means 19 allow extraction at any level. The extraction of light sludge can thus be done at variable levels during cycles of the treatment process. From a practical point of view, it is possible to define several fixed levels of extraction, for example three.
  • the method according to the invention may comprise a step 109 of measuring the veil of sludge 15, and the step 108 of extracting at least part of the light sludge is carried out when the measurement of the veil of sludge 15 is substantially equal to a predefined distance from the sludge extraction level.
  • FIG. 4 schematically represents a sequenced batch reactor 10 implemented according to the method of the invention. The different phases presented above take place in the same enclosure and are separated in time. Consequently, step 101 of supplying effluent to the enclosure is managed intermittently. However, in order to ensure continuous treatment of the effluents, several chambers operate in parallel and are fed alternately. The principle of the invention applies similarly to several enclosures.
  • the raw water is distributed to the bottom of the enclosure, for example through a network 21 of perforated pipes.
  • the supernatant clarified water is withdrawn from the upper part of the enclosure using, for example, a network of perforated recovery pipes . Particularly advantageous means for recovering the clarified fraction are described below.
  • the light sludge can be extracted selectively during the settling step 106 and/or during the supply step 101 and 107 recovery and/or during the first anaerobic step 103 just at the level of the veil of sludge to effect the removal of the lightest sludge particles.
  • a non-selective extraction of sludge is also possible during the aeration step 105 and/or during step 110 and/or during step 112, when the content 12 is homogeneous. .
  • Figures 5A, 5B, 5C, 5D illustrate the selection of the bacterial population as a function of the reaction sequence by measurements carried out during the treatment method according to the invention.
  • FIG. 5A represents the release (anaerobic) followed by the reabsorption of P-PO4 during the aeration period (aerobic).
  • the curve referenced 40 clearly demonstrates the functioning of the biological dephosphatation with a significant release of P-PO4 as soon as the reactor is in anaerobic condition.
  • FIG. 5B represents nitrification (decrease in the NH4 curve and increase in the NOx curve), with endogenous denitrification (first part of the decrease in the NO X curve) and exogenous denitrification (second part of the decrease in the NO X curve after feeding).
  • the curve clearly highlights the interest of exogenous denitrification for the intensification of the denitrification reaction compared to endogenous denitrification with a much steeper slope and therefore higher kinetics after the diet rich in easily biodegradable carbon.
  • This bacterial population as well as the PAOs generate exopolymers which naturally tend to densify the flocs.
  • a granular sludge has particles (or granules) whose size is always greater than 200 micrometers whereas here the densified sludge can contain a proportion of particles whose size is less than 200 micrometers.
  • the treatment method according to the invention applies a sludge extraction strategy which makes it possible to eliminate the lightest sludge. This results in a faster settling rate because only sludge with good settleability remains in the enclosure.
  • the method according to the invention can also comprise a waiting phase 116 coupled with the feeding, settling or anaerobic stages.
  • the sludge is extracted at the level of the veil of sludge (or slightly below) at the end of settling 106, and/or during the waiting step 116 and/or during the feeding 101 and/or during the recovery step 107 and/or during the first anaerobic step 103.
  • the method of the invention is based on the choice combining the moment of extraction of light sludge and the height at which this extraction is carried out.
  • the height chosen is also related to the age of sludge that one wishes to maintain within the reactor by the duration and the extraction rate.
  • the target sludge age can be determined from a measurement of the temperature of the water/sludge mixture in the reactor.
  • the treatment method according to the invention may further comprise a step 109 of measuring the veil of sludge 15, and the step 108 of extracting at least part of the light sludge is carried out when the measurement of the veil of sludge 15 is substantially equal to a predefined distance from the sludge extraction level.
  • the sludge light extraction strategy is enhanced by sludge blanket measurement to trigger sludge light extraction at a given level, when the sludge blanket level is within a predefined distance from the sludge extraction level , whether this level is reached during the settling step or during the feed step or during the anaerobic reaction sequence.
  • the extraction of the sludge makes it possible to eliminate in each sequence the lightest sludge which is slightly above the veil of sludge, on its upper part more precisely, by calibrating the probe appropriately veil of sludge.
  • the method of the invention makes it possible to take into account the daily variations in flow rate to which the enclosure may be subjected.
  • the feed rate is low, the difference between the feed rate and the feed rate decantation is important, the veil of mud quickly approaches the point of extraction.
  • the difference between the feed rate and the settling rate is low, the descent of the veil of sludge is slowed down.
  • the slaving of the moment and the duration of the extraction to the sludge blanket measurement makes it possible to ensure that the lightest sludge is always extracted at a given level by modifying the moment of extraction from cycle to cycle.
  • the combination of the feeding and recovery steps, the reaction sequence and the settling step with the light sludge extraction step results in the production of a denser sludge than that of a sludge activated conventional.
  • the result is the very stable obtaining of a sludge having a settling speed greater than 2 m/h and less than 10 m/h, of the order of 3 m/h to 6 m/h and an index of Mohlman close to 65 mL/g (+/- 10 mL/g).
  • the process of the invention is based on this combination which makes it possible to obtain a densified but non-granular sludge.
  • FIG. 5C illustrates the stability of the sludge index during pilot tests at a value of less than 75 mL/g, attesting to densified sludge with good settleability. The results are represented for a period of 91 days (x-axis).
  • FIG. 5D represents the veil of sludge with a supply at 17 m3/h or 2,266 m/h.
  • the upper curve shows partly decreasing the lowering of the sludge veil in the phase noted (*) during settling and in the phase noted (#) during feeding.
  • the settling speed is much higher than the feed rate and that the sludge veil continues to lower during the feed.
  • the duration of the different sequences of an SBR type reactor is generally fixed, the method according to the invention also makes it possible to adapt, thanks to the installation of suitable sensors and probes, the duration of the reaction sequence.
  • the advantage is to be able to reduce the aeration period when the water is diluted (night period or hydraulic peak in rainy weather). Reducing the duration of the aeration period also makes it possible to optimize energy consumption, and to carry out more cycles per day and therefore to treat more pollution compared to operation with a fixed aeration period. Conversely, during pollution peaks, the duration of the aeration phase will be increased, while being longer on load peaks than during low loads, to allow the transformation of NH 4 to the value defined and thus securing performance in the event of NH 4 concentration peaks.
  • the treatment method according to the invention may comprise a step 117 for measuring the concentration of NOx in the enclosure in order to ensure that this value is low enough before moving on to the step of supplying and recovery to allow the release of the phosphorus anaerobically by the phosphorus-removing bacteria and thus ensure the proper functioning of the biological phosphorus removal.
  • This measurement will then be carried out at the end of step 106, or preferably at the end of step 105. If the concentration of NOx measured is still too high, an additional step of treatment of the nitrogen to reach the desired NOx concentration threshold.
  • the total duration of a cycle and the power supply duration are generally fixed in order to be able to manage a continuous power supply over several enclosures.
  • the duration The feed time is also fixed, with the total cycle time typically being four times the feed time. This means that the sum of the reaction sequence time and the settling time is three times the feed time. Nevertheless, the method of the invention also applies to a variable cycle duration.
  • the method of the invention thus allows great flexibility. It is in particular possible to adapt the duration of the stages, in particular the settling stage, the supply and recovery stage, and the anoxia stage, depending on the hydraulic regime and the load to be treated.
  • the invention also relates to an installation for treating waste water effluent comprising carbon pollution, nitrogen pollution and phosphorus pollution.
  • the installation comprises a sequenced batch reactor (SBR), said SBR 10 comprising:
  • an enclosure capable of containing a mixture of 12 waste water-sludge comprising different levels, each level being defined by a concentration and/or a density of sludge,
  • a bed of mud 13 comprising PAOs 14, located at the bottom of the enclosure, above which is defined a level of veil of mud 15,
  • the installation is arranged and equipped for the implementation of the treatment method described above.
  • the term "recovery” is used as a synonym for the term “emptying”, and is essentially intended to indicate the evacuation of the treated water from the enclosure.
  • FIG. 6 schematically represents the enclosure of the SBR and an embodiment of the recovery means during the supply and recovery stages
  • FIG. 7 schematically represents the enclosure of the SBR and the recovery means during the settling step.
  • recovery / recovery is to be understood as evacuation / evacuate and / or emptying / emptying. Aeration of the contents of the enclosure is done with air 8 via a distribution network 27, preferably covering the bottom of the enclosure 11 .
  • the recovery means 200 of the clarified fraction of the content 12 of the enclosure 11 comprise:
  • a return duct 201 extending below the surface 24 of the contents 12 of the enclosure 11, between the interior 25 and the exterior 26 of the enclosure, comprising: o at least one channel 202 hydraulically connecting the contents 12 of the enclosure 11 and the return duct 201, o a return orifice 203 through which the clarified fraction of the contents 12 of the enclosure 11 is intended to be evacuated, o an air duct 204 connecting hydraulically or air the return duct 201 with the atmosphere,
  • an air exhaust valve 205 on the air duct 204 capable of assuming an open position or a closed position, through which the air blocked in the return duct can be evacuated to the atmosphere
  • an air/water blocking device 216 on the return duct 201 able to block the air in the return duct 201 upstream of the air/water blocking device 216 and able to block the water downstream of the air/water lock 216,
  • an air injector 207 connected to the return duct 201 and intended to supply the return duct 201 with pressurized and/or compressed air.
  • the recovery means 200 may comprise an air injector 207 (advantageously having a non-return valve) connected to the air duct 204 between the exhaust valve 205 and the air/water blocking device 216 and intended to supply the return duct 201 with pressurized/compressed air.
  • an air injector 207 (advantageously having a non-return valve) connected to the air duct 204 between the exhaust valve 205 and the air/water blocking device 216 and intended to supply the return duct 201 with pressurized/compressed air.
  • the air/water blocking device 216 can be a valve, preferably motorized, which can assume the open or closed position or a U-shaped siphon which can be primed or deprimed.
  • the air/water blocking device 216 is said to be open if the valve is in the open position or the siphon primed, and is said to be closed if the valve is closed or the siphon deprimed.
  • the recovery means 200 may comprise an air injector 207 connected to the air duct 204 between the exhaust valve 205 and the air/water blocking device 216 and be intended to supply the recovery duct 201 with supercharged/compressed air.
  • the air allowing the blockage of the return duct can alternatively come from the air source used in the treatment process.
  • the air injector 207 can be dedicated to air/water blockage. In this case, it includes a non-return valve.
  • the air injector 207 can also be not dedicated to air/water blockage, that is to say the air injector can come from the air supply of the enclosure.
  • the recovery means 200 further comprise a blocking valve 206 to ensure the blocking function.
  • the air injector 207 is not necessarily connected to the air duct 204 but it is systematically connected to the return duct 101 to block it in air/water.
  • the air injector 207 can operate intermittently during the aeration step 105 or continuously.
  • the exhaust valve 205 corresponds to a vent valve.
  • the control means 210 of the recovery means 200 aim to fill the recovery duct 201 with air until the recovery duct 201 is completely emptied of the clarified fraction contained in the recovery duct 201, at keep the return duct 201 filled with air during the aeration step 105 and during the settling step 106, and to evacuate the air contained in the return duct 201 with clarified fraction 22 during the step supply 101 and step 107 of recovery. More specifically, the control means 210 are configured to actuate the valve 205 and the blocking device 216 as needed so that the recovery pipe empties of the clarified fraction present in the recovery pipe. 201 and keep the return duct 201 filled with air during the aeration phase and the settling phase. Air can be supplied continuously.
  • the recovery means 200 can also come from an external air source, that is to say not dedicated to air/water blockage, and provided for the ventilation of the enclosure.
  • an isolation valve 206 is necessary.
  • the recovery means 200 comprise an air injector 207 dedicated to blocking air/water
  • the latter can inject pressurized and/or compressed air into the recovery duct 201 .
  • this dedicated air injector 207 has a check valve (not shown in the figures). In other words, the return duct 201 is then blocked in air: it is filled with air which cannot then be evacuated due to the closing of the air/water blocking device 216 and the exhaust valve 205.
  • the level of the contents of the enclosure increases due to the introduction of air into the enclosure and the level of the contents rises.
  • the speaker content level rises.
  • the return duct being filled with air, this content cannot enter the duct.
  • the channels 202 make it possible to compensate for the gaseous retention raising the water level of the reactor by ventilation, they also compensate for an imperfect horizontality of the pipes.
  • This configuration guarantees, thanks to the control of the return means, that enter only the clarified fraction into the return pipe, without any risk of contents containing sludge entering it.
  • the channels 202 which are tubes with an inlet orifice, are permanently immersed and are filled with the contents of the enclosure (in clarified water (during the supply/recovery and the anaerobic phase) or in air (reaction stage including aeration stage, and settling stage).
  • the channels 202 have a dual role: they form access to the clarified fraction towards the recovery duct 201 during the supply/recovery step, and they form a buffer volume, without access to the recovery duct 201, which contains the contents of the enclosure when the level of the contents of the enclosure increases due to aeration.
  • the passage from the role of access to the recovery duct to that of buffer volume is done according to the progress of the treatment process, thanks to the injection/exhaust of supercharged and/or compressed air and the opening/closing of the blocking device and exhaust valve.
  • the injection/exhaust of supercharged and/or compressed air and the opening/closing of the blocking device and of the exhaust valve are controlled by the control means 210 of the recovery means 200.
  • the air/water blocking device 216 comprises a U-shaped siphon 208 between the air duct 204 and the return orifice 203.
  • the siphon aims to hydraulically disconnect the contents of the enclosure from the clarified water outside the enclosure, it is thus defused.
  • By extending the height of the siphon it is also possible to compensate for the elevation of the level of the surface 24 during the aeration stage.
  • the presence of a siphon is not mandatory and other embodiments are possible and will be presented below.
  • the siphon can be associated with a blocking valve 206 which is also controlled by the control means 210 if the air to fill the return duct comes from the air for the treatment (air injector 207 not dedicated to blocking in air).
  • the return orifice 203 is the orifice through which the treated water is evacuated.
  • the return orifice 203 is advantageously positioned above the level of the return duct 201. And advantageously, the return duct 201 comprises an exhaust duct 211 of air.
  • the return duct 201 comprises an exhaust duct 211 of air.
  • the method of the invention comprises, following the settling step 106, during which sludge is deposited at the bottom of the enclosure 11 and the contents of the enclosure 11 clarifies near its surface 24, a step 107 of recovering the clarified fraction 22 of the contents of the enclosure 11, said recovery 107 and supply 101 steps having take place simultaneously, so as to maintain the level of the contents of enclosure 11 substantially constant during the recovery 107 and supply 101 steps.
  • the treatment method according to the invention can also comprise a waiting phase 116 coupled with the feeding, settling or anaerobic stages.
  • the treatment method comprises:
  • the method may comprise a step 121 of at least partially filling the at least one channel 202 with the contents 12 of the enclosure 11 during step 105 d aeration, if the air injection is not continuous during the air injection steps.
  • the processing method comprises, between step 120 and step 123, two other steps of maintaining the air filling of the return duct.
  • step 120 of filling the return duct 201 with air takes place by injecting air and emptying it with clarified water simultaneously.
  • the valve 205 is closed and the air/water blocking device 216 is said to be closed, the air injection device (the air injector 207) is in operation, at the start of the first aeration stage 105.
  • the method comprises a step 122 of maintaining the air filling of the return duct 201 by injecting air.
  • the valve 205 is closed and the air/water blocking device 216 is said to be closed, the air injection device 207 is in operation, during the aeration step 105.
  • the method comprises a step 122bis of maintaining the filling of the return duct with air without injecting air.
  • Valve 205 is closed and the air/water blocking device 216 is said to be closed, air injection device 207 is off, during the aeration 105 and settling 106 steps.
  • step 123 of expelling the air contained in the return duct and filling it with clarified water simultaneously.
  • the valve 205 is open and the blocking device 216 is said to be open, the air injection device 207 is off, during the supply 101, recovery 107, anaerobic 103 stages.
  • step 121 of filling, at least partially, of the at least one channel 202 through the contents 12 of the enclosure 11 during the ventilation step 105 can take place (but this step is not intended in some way).
  • step 122 it is possible to reinject air to refill the return duct 201, this is step 122.
  • This can be done in a syncopated manner by adjusting a frequency and an injection duration of air or in a finer way by integrating a level measurement probe which makes it possible to detect whether it is necessary to reinject air and to trigger a step 122 during the aeration step 105.
  • the return duct is kept filled with air during the reaction sequence comprising the aeration step. Preferably, it is also kept filled with air during the settling step. Indeed, if the return duct was no longer filled with air at the start of settling, the veil of sludge would not have enough time to descend below the inlet orifices of the channels 202, which would cause the contamination of the return duct by sludge.
  • the particularity of the invention lies in the positioning of the return duct 201 below the surface 24 of the contents of the enclosure, that is to say that it is always submerged. However, its content is controlled thanks to the step of piloting (120, 122, 122bis, 123) the recovery means 200 according to the steps of the processing method. As a result, only the treated water can enter the recovery duct in order to be recovered.
  • the return duct is shown substantially horizontal, that is to say parallel to the surface 24 of the contents of the enclosure, but it could also be inclined and extend along an axis secant to the plane in which the surface is located. 24.
  • the first advantage is not to limit the volume of the enclosure since it is not necessary to lower the water level below the return pipe to avoid the entry of untreated water and of sludge during the aeration step 105.
  • the recovery duct is filled with air just before the aeration step 105 of the reactor.
  • the return duct is filled with air, that is to say it is blocked with air and thus made inaccessible to the contents of the enclosure during the phases when the contents of the enclosure near the conduit is not just treated water.
  • Another feature comes from the channel (or channels) 202 which hydraulically connects the contents of the enclosure 11 to the return duct 201. They are represented perpendicular to the surface 24, but can also be inclined downwards.
  • the channel 202 plays a preponderant role: while providing the hydraulic connection between the clarified fraction and the recovery pipe to allow the recovery of the clarified fraction, it also allows during the aeration step to contain the rise in level of the contents of the enclosure.
  • the channel 202 has two ends (visible in Figure 4): a first end 221 and a second end 222 in direct contact with the return duct 201, allowing the flow between the return duct 201 and the channel 202.
  • the channel 202 can have any section: circular, rectangular, polygonal, etc., as can the return duct 201 .
  • the aeration step 105 causes a variation in the level of the contents of the enclosure due to the injection of air into the enclosure.
  • the channel (or channels) 202 fills at least partially with the contents of the enclosure. This is the particular case of step 121, for a method in which the injection of air into the return duct is not continuous.
  • the filling height of the channels 202 corresponds to the elevation height of the contents of the enclosure.
  • the channels 202 are sized to be high enough to respond to the particular case of step 121, the content 12 does not reach the second end 222 of the channels 202.
  • the return duct 201 remains filled with 'air.
  • the content of the enclosure is homogeneous, even at the level of the surface 24. Thanks to the channels 202, this homogeneous content containing sludge does not enter the return duct 201 .
  • the channels 202 form a transition zone between the return duct blocked in air and the contents of the enclosure.
  • the ends 221 of the channels 202 can be in contact with water and sludge.
  • the ends 222 of the channels 202 are never in contact with sludge. So, he is guaranteed that the return duct, depending on the phase, contains either air or treated water, but never sludge.
  • the return duct 201 is kept filled with air during the reaction sequence 102 and preferably the settling step 106, and optionally the waiting phase 116. This is step 122bis. At the end of settling, the sludge present in the enclosure is deposited at the bottom of the enclosure 11 and the contents of the enclosure 11 clarifies near its surface 24.
  • the method then comprises a step 123 of expulsion of Air from the return duct 201.
  • the valve 205 is in the open position and clarified water enters the return duct and allows the air blocked in the return duct to be expelled by the valve 205 and by the update duct. the atmosphere. Air is no longer blocked in the return duct.
  • the air/water blocking device 216 goes into the so-called open position and a new cycle begins: the supply step 101 takes place simultaneously with the recovery step 107.
  • the same volume is drained in order to maintain a substantially constant level.
  • the return duct 201 and the channels 202 are filled with this volume of the contents 12 of the enclosure 11 located at the level of the surface 24. This is the fraction clarified that one wishes to resume.
  • step 120 Controlling the air filling of the return duct (step 120) and the blocking of air in the return duct (step 122bis, possibly supplemented by step 122 if the injection of air does not is not continuous) results in precise control of when content is fed into the resume path.
  • the return duct is accessible to the contents of the enclosure when the contents of the enclosure are clarified at its surface.
  • the return duct is not accessible to this content.
  • the method according to the invention makes it possible to precisely control what enters the return duct.
  • this variant is based on a step for controlling the recovery means of the SBR enclosure during which, just before the commissioning of the ventilation in the SBR, the recovery duct is filled of air until the pipe is completely emptied of the (clarified) water contained in the pipe.
  • This variant of the invention guarantees non-contamination of the treated water return conduit by activated sludge during aeration thanks to controlled air filling of the return conduit according to the steps of the treatment process.

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Abstract

Procédé de traitement d'un effluent d'eaux résiduaires (20) dans un réacteur batch séquencé (SBR). Le SBR comprend une enceinte pour contenir un mélange eaux résiduaires-boues et des moyens d'extraction aptes à extraire des boues à des niveaux variables. Le procédé comprend : - une étape (101) d'alimentation du SBR près du fond de l'enceinte, dans le lit de boues, - une séquence réactionnelle (102) comprenant une première étape (103) anaérobie, optionnellement une deuxième étape (104) en anoxie de dénitrification, et une troisième étape (105) d'aération, - une étape (106) de décantation, - une étape (107) de reprise, au cours de laquelle on évacue une fraction clarifiée du contenu de l'enceinte, lesdites étapes de reprise (107) et d'alimentation (101) ayant lieu simultanément, et - une étape (108) d'extraction d'au moins une partie des boues légères à un niveau prédéfini.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D’UN EFFLUENT D’EAUX RESIDUAIRES PAR BOUES DENSIFIEES DANS UN REACTEUR BATCH SEQUENCE
[0001 ] L’invention se situe dans le domaine technique du traitement biologique des eaux résiduaires municipales et industrielles et concerne plus spécifiquement la technologie dite Réacteur Biologique Séquencé (aussi connue sous son acronyme anglo-saxon SBR pour Sequencing Batch Reactor).
[0002] Un SBR fonctionne de façon séquencée avec différentes étapes de traitement, et notamment une phase de décantation qui permet de séparer les boues dites « activées >> de l’eau traitée.
[0003] Un procédé dit « à boues activées >> utilise l’épuration biologique dans son traitement des eaux usées. C’est un mode d’épuration par cultures libres. Le principe est de faire dégrader la matière organique, en suspension ou dissoute dans les eaux usées, par des bactéries. Un bon niveau de biodégradation est obtenu grâce à une homogénéisation du milieu permettant aux bactéries d’accéder aux particules et une bonne aération. Ensuite, les boues se déposent dans le fond du réacteur lors de la phase de décantation.
[0004] Un procédé à boues activées vise à éliminer la pollution carbonée et la pollution azotée, éliminer ou récupérer le phosphore compris dans la pollution phosphorée. Pour assurer l'élimination de la pollution carbonée, il faut donc une culture bactérienne riche en cellules hétérotrophes. Mais la croissance bactérienne nécessite la présence d'éléments nutritifs, notamment des sources d'azote et de phosphore, tels que ceux contenus dans les effluents et dont l'élimination est également nécessaire.
[0005] Le traitement de l'azote fait généralement appel aux procédés de nitrification puis de dénitrification (N/DN). La nitrification est une réaction d'oxydation par des bactéries autotrophes, de l'azote ammoniacal ou ammonium, souvent noté N-NH4, en : azote nitreux, aussi connu comme nitrite, N-NO2, puis azote nitrique, aussi connu comme nitrate, N-NO3. [0006] De manière connue, le traitement biologique de nitrification est réalisé en conditions aérobies par des micro-organismes autotrophes aptes à oxyder les ions ammonium (NH4+) en ions nitrites (NO2‘) puis en ions nitrates (NO3‘). Cette étape est habituellement réalisée en deux sous étapes de nitritation et nitratation :
NH+ 4 ^ NO2’ ^NO3-
[0007] La dénitrification, consiste en une réduction en azote gazeux (ou diazote noté aussi N2), par des bactéries dénitrifiantes, des nitrates produits lors des réactions de nitrification. Le traitement biologique de dénitrification est typiquement réalisé en conditions anoxiques, par des micro-organismes hétérotrophes aptes à réduire les ions nitrates produits lors du premier traitement en ions nitrites, puis les ions nitrites en azote gazeux (N2).
[0008] De manière plus précise, la nitrification se compose de deux sous-étapes : une première étape de nitritation en présence d’oxygène suivie d'une deuxième étape de nitratation en présence d’oxygène également. La nitritation consiste en l'oxydation de l'ammonium en nitrite par des bactéries autotrophes nitritantes, connues comme AOB ou « Ammonia Oxidizing Bacteria >> dont le genre prédominant est Nitrosomonas. La nitratation consiste en l'oxydation du nitrite en nitrate par d'autres bactéries autotrophes, connues comme NOB ou « Nitrite Oxidizing Bacteria >> dont le genre prédominant est Nitrobacter.
[0009] La dénitrification peut également se décomposer en deux sous étapes : une étape de dénitratation qui va transformer les nitrates en nitrites, et une étape de dénitritation qui va transformer ces nitrites en azote gazeux. Chacune de ces deux sous étapes est réalisée par des bactéries hétérotrophes et nécessite de grandes quantités de carbone biodégradable. La dénitrification requiert en effet environ 2,9 kilogrammes de carbone sous forme de Demande Biologique en Oxygène 5 jours (DBOs) pour réduire un kilogramme de N-NO3 en diazote.
[0010] Pour réduire les quantités d'énergie et de carbone utilisées pour le traitement de l'azote, d'autres voies métaboliques peuvent être envisagées : la nitritation- dénitritation et la nitritation partielle-dé-ammonification.
[001 1 ] Le procédé de nitritation-dénitritation, aussi appelé « shunt des nitrates », cherche à stopper l'oxydation de l'azote au stade des nitrites en évitant la production de nitrates, d'où le shunt de la « partie Nitrate » du cycle. Pour mettre en oeuvre la nitritation-dénitritation, il faut donc réprimer les NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria) au profit des AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria). Selon l’état de l’art, ce procédé permet une économie de 25% sur le besoin en oxygène et ne requiert que 1 ,7 kilogrammes de carbone sous forme de DBO5 pour réduire un kilogramme de N-NO2 en diazote. Cela représente une économie d’environ 40 % sur les besoins en carbone par rapport à un procédé classique de nitrification-dénitrification.
[0012] De manière connue, le traitement de nitritation est réalisé en conditions aérobies par des micro-organismes autotrophes aptes à oxyder les ions ammonium (NH4+) en ions nitrites (NO2-). Le traitement de dénitritation est réalisé en conditions anoxiques par des micro-organismes hétérotrophes aptes à réduire les ions nitrites (NO2-) en diazote (N2).
[0013] Un autre procédé, appelé déammonification ou nitritation partielle/Anammox (NP/A) utilise la réaction de nitritation décrite précédemment mais met ensuite en jeu des bactéries autotrophes anaérobies, dites Anammox pour « ANaerobic AMMonium Oxidation », qui consomment l'ammonium et le nitrite pour produire du N2 sans avoir besoin d'oxygène et de carbone biodégradable.
[0014] La première étape de la déammonification est la nitritation partielle (NP). Elle consiste en l'oxydation d'une fraction (57%) de l'ion ammonium en nitrite. La deuxième étape est réalisée par les bactéries anaérobies Anammox. Dans cette réaction, environ 11 % de la charge azotée est transformée en nitrate, ce qui porte le taux d'élimination maximal théorique à 89 %.
[0015] La même population bactérienne, les bactéries oxydantes aérobies (AOB), que celle de la N/DN, est impliquée pour la nitritation partielle. Dans ce cas, (i) seule une fraction de l'ammonium est oxydée, contrairement au procédé N/DN qui nécessite une oxydation à 100 % du NH4 et (ii) le niveau d'oxydation est réduit car la molécule ciblée est le NO2 et non le NO3. Selon l’état de l’art, les économies d'oxygène pour cette voie de traitement atteignent environ 50 % par rapport à un traitement classique de nitrification et dénitrification.
[0016] Par ailleurs, comme les bactéries AOB et Anammox sont des populations autotrophes, l'ensemble du processus NP/A peut être réalisé sans aucun carbone biodégradable. Aucun ajout de carbone externe (ou exogène) n'est nécessaire pour réaliser le traitement de l'azote. Ce traitement ne permet donc pas d’éliminer le carbone éventuellement présent.
[0017] De manière connue, le traitement de nitritation partielle est réalisé en conditions aérobies par des micro-organismes autotrophes aptes à oxyder les ions ammonium (NH4+) en ions nitrites (NO2-). Le traitement d’oxydation anaérobie est réalisé en conditions anaérobies par des micro-organismes autotrophes aptes à oxyder les ions ammonium (NH4+) en diazote (N2) en présence d’ions nitrites (NO2-) (bactéries Anammox).
[0018] La déphosphatation biologique (/.e. traitement du phosphore par voie biologique) est réalisée par la succession d’une étape de traitement en condition anaérobie et d’une étape de traitement en condition aérobie. En effet, certaines bactéries appelées organismes accumulateurs de polyphosphate (également connues sous l’acronyme anglo-saxon Polyphosphate-Accumulating Organisms ou PAO) ont la caractéristique de suraccumuler le phosphore lorsqu’elles sont soumises à une alternance de conditions anaérobie et aérobie. Les PAO relarguent des phosphates pendant leur séjour en condition anaérobie, et en passant ensuite en condition aérobie, ils accumulent une quantité de phosphates supérieure à celle relarguée en condition anaérobie.
[0019] Par conséquent, en adaptant les conditions anaérobie/aérobie de l’enceinte, la concentration de phosphates dans l’enceinte du SBR est contrôlable grâce à l’intervention des PAO chargés en phosphore.
[0020] Quelle que soit la technologie de traitement employée, la technologie SBR est limitée dans son dimensionnement par la décantabilité de la boue. En effet, un des facteurs limitant la concentration en boues activées dans un SBR, elle-même représentant un potentiel de traitement d’une charge polluante, est la décantabilité de la boue généralement exprimée par l’indice de Mohlman. L’indice de Mohlman est l’indice de l’aptitude à la décantation des boues. Cet indice définit le volume de boue activée décanté en une demi-heure par rapport à la masse de résidu sec (ou la concentration en matière en suspension, aussi notée MES) de cette boue : plus l’indice est bas et meilleure est la capacité de décantation de la boue. [0021] Plus les boues sont denses, plus rapide est la phase de décantation et plus courte est la durée globale du cycle de traitement, ce qui permet de traiter dans une même journée plus de pollution en effectuant un nombre de cycles plus élevé.
[0022] Généralement, des boues plus denses permettent de travailler avec des concentrations plus élevées tout en permettant une bonne décantabilité (indice) et donc de traiter plus de pollution dans un même volume d’ouvrage.
[0023] Une première conception de réacteur dit séquencé (SBR) met en oeuvre deux volumes différents qui sont alternativement utilisés en réaction et en décantation, l’eau étant transférée du compartiment réaction vers le compartiment décantation (procédé Unitank de Seghers). Cependant, ce type de réacteur SBR a été amélioré, et la plupart des réacteurs biologiques du type séquencé (SBR) sont actuellement conçus avec un seul volume, dans lequel les différentes étapes du traitement se déroulent successivement. Ces réacteurs sont généralement à niveau variable : la phase d’alimentation en eau brute et la phase de reprise de l’eau traitée sont dissociées dans le temps, si bien que lors de la reprise de l’eau traitée, le niveau d’eau dans le réacteur s’abaisse.
[0024] On connaît également des réacteurs SBR dits à niveau constant, qui permettent de réduire le temps de chaque séquence de traitement, tout en maintenant l’efficacité du traitement. Un tel réacteur est décrit par exemple dans le document WO2016020805.
[0025] Dans les réacteurs de type SBR, les boues décantant le plus facilement - c’est-à-dire les boues les plus lourdes - se retrouvent généralement en partie basse du lit de boue. Or, ce sont ces boues qui sont extraites à chaque cycle en fin de période de décantation, ce qui a tendance à sélectionner les boues les plus légères, qui sont également les moins décantables.
[0026] Le procédé SBR décrit dans W02004/024638 vise à pallier ce problème. Il s’agit d’un procédé en SBR à niveau constant, qui met en oeuvre des boues granulaires aérobies, dont la particularité est de décanter très rapidement (vitesse de décantation supérieure à 10 m/h). Cependant, la formation des granules avec un effluent urbain/municipal - c’est-à-dire peu concentré en pollution (carbone, azote, phosphore) - prend beaucoup de temps, et sa stabilité en fonction des charges entrantes et des variations de température n’est pas démontrée à ce jour. [0027] La demande internationale WO2019/053114 propose d’améliorer encore le procédé SBR décrit dans W02004/024638 en proposant un réacteur SBR permettant, à l’aide de moyens de détermination d'un niveau minimum et d'un niveau maximum d'extraction des boues dans l'enceinte SBR, d’extraire sélectivement les boues granulaires présentant la meilleure décantabilité.
[0028] Il existe donc un besoin pour un procédé de traitement des boues activées par SBR plus compétitif, c’est-à-dire plus intense, et capable de fonctionner avec tout type de boues, y compris des boues non granulaires. En outre, le procédé de l’invention permet avantageusement de traiter un volume d’eaux usées identique, voire supérieur à ceux des procédés de l’art antérieur, mais avec une emprise au sol restreinte.
[0029] L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un procédé dit de « boues densifiées >>, permettant d’obtenir des vitesses de décantation des boues élevées, quelle que soit la nature des boues (granulaires ou non), et avantageusement avec des boues non granulaires. La densification des boues est obtenue dans un SBR à niveau constant par optimisation de la production de microorganismes facilement décantables, grâce à la combinaison de plusieurs facteurs :
- une alimentation à travers le lit de boues,
- l’ordre des séquences mises en oeuvre dans le traitement des eaux usées, permettant le développement de populations de microorganismes particulières, présentant une bonne décantabilité, notamment les PAO (Phosphate Accumulating Organisms), et
- la stratégie d’extraction des boues, qui permet de conserver dans le réacteur les boues avec la meilleure décantabilité, en extrayant les boues les moins décantables à chaque cycle.
[0030] A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires comprenant une pollution carbonée, une pollution azotée et une pollution phosphorée, dans un réacteur batch séquencé (SBR), ledit SBR comprenant : - une enceinte apte à contenir un mélange eaux résiduaires-boues comprenant différents niveaux, chaque niveau étant défini par une concentration et/ou une densité de boues,
- un lit de boues, comprenant des PAO, situé au fond de l’enceinte, au-dessus duquel est défini un niveau de voile de boue,
- des moyens de détermination d'un niveau minimum et d'un niveau maximum d'extraction des boues dans l'enceinte,
- des moyens d'extraction aptes à extraire des boues à des niveaux variables entre le niveau d'extraction minimum et le niveau d'extraction maximum, ledit procédé comprenant :
- une étape d'alimentation du SBR, au cours de laquelle on introduit un volume d'effluent à traiter près du fond de l’enceinte, dans le lit de boues, de préférence par un réseau de distribution couvrant le fond de l’enceinte,
- une séquence réactionnelle comprenant : o au moins une première étape anaérobie, lors de laquelle les PAO captent la pollution carbonée et relarguent des composés phosphorés, o optionnellement, une deuxième étape, en anoxie, de dénitrification (partielle et/ou totale), cette étape n’étant mise en oeuvre qu’en cas d’une concentration en NOx supérieure à un seuil prédéterminé, o une troisième étape d’aération, permettant d’effectuer la déphosphatation de l’effluent par les PAO, l’aération étant contrôlée de manière à effectuer simultanément soit une nitrification (partielle ou totale), soit une nitritation (partielle ou totale),
- une étape de décantation, au cours de laquelle des boues se déposent au fond de l’enceinte et le contenu de l’enceinte se clarifie à proximité de sa surface,
- une étape de reprise, au cours de laquelle on évacue une fraction clarifiée du contenu de l’enceinte, lesdites étapes de reprise et d'alimentation ayant lieu simultanément, de manière à maintenir le niveau du contenu de l’enceinte sensiblement constant lors des étapes de reprise et d'alimentation, et
[0031] une étape d’extraction d’au moins une partie des boues légères à un niveau prédéfini entre le niveau d'extraction minimum et le niveau d'extraction maximum, préférentiellement à proximité du voile de boue. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de l’invention est constitué des étapes ci-dessus, et le cas échéant d’une ou plusieurs étapes optionnelles décrites ci-après.
[0032] Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend en outre une étape de mesure du voile de boue, et l’étape d’extraction d’au moins une partie des boues légères est réalisée lorsque la mesure du voile de boue est sensiblement égale à une distance prédéfinie du niveau d’extraction des boues.
[0033] Avantageusement, l’étape d’extraction d’au moins une partie des boues légères est réalisée pendant l’étape d’alimentation et/ou pendant l’étape de décantation.
[0034] Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend pendant la séquence réactionnelle, une étape d’injection d’air dans l’enceinte.
[0035] Avantageusement, la troisième étape d’aération est suivie d’une étape, en anoxie, de post-dénitrification, préférentiellement mise en oeuvre lorsque la troisième étape est une étape de nitrification totale ou partielle ; ou la troisième étape d’aération est suivie d’une étape, en anoxie, de dénitritation, préférentiellement mise en oeuvre lorsque la troisième étape est une étape de nitritation totale ou partielle ; ou la troisième étape d’aération est suivie d’une étape, en anoxie, de déammonification, préférentiellement mise en oeuvre lorsque la troisième étape est une étape de nitritation partielle.
[0036] Avantageusement, l’étape de décantation est précédée d’une étape d’injection d’air dans l’enceinte.
[0037] Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape de densification des boues par un dispositif de densification à l’intérieur de l’enceinte.
[0038] Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape d’asservissement de la durée de la troisième étape d’aération en fonction du niveau de pollution (notamment en pollution carbonée, azotée et phosphorée) de l’effluent d’eaux résiduaires.
[0039] Une « boue granulaire >> est caractérisée par une vitesse de décantation supérieure à 10 m/h, et un indice de boues ("sludge volume index", mesuré selon la norme NF EN 14702-1 de juillet 2006) inférieur à 35 mL/g (comme mentionné notamment dans la demande W02004/024638, page 3). Une boue qui ne remplit pas ces deux conditions simultanément n’est pas considérée comme une boue granulaire. Par exemple, une boue non granulaire est une boue présentant une vitesse de décantation inférieure ou égale à 10m/h. Par conséquent, pour une boue granulaire, l’indice de boue à 5 minutes est égal à l’indice de boue à 30 minutes.
[0040] Une « boue densifiée », aussi appelée lourde, se caractérise par des indices de boues compris entre 35 et 100 mL/g, de préférence entre 40 et 80 mL/g, de manière encore préférablement entre 40 et 70 mL/g, et des vitesses de décantation comprises entre 2,0 et 9,0 m/h. Elle se caractérise également par une proportion en masse de 10 à 50% (de préférence 20 à 40%) de particules de granulométrie supérieure à 100 pm (jusqu'à 1000 pm, de préférence entre 200 pm et 500 pm), et une forte proportion massique (entre 50% et 90%) de flocs biologiques de granulométrie inférieure à 100 pm (avantageusement inférieure à 200 pm) . On peut aussi caractériser cette boue densifiée par le critère de flux massique limite qui est supérieur ou égal à 8 kg MES.m'2.h'1, de préférence supérieur ou égal à 8,5 kg MES.m'2.h'1. Il s’agit d’un mélange de solides, de liquides et de microorganismes, lesdits microorganismes incluant des organismes accumulateurs de polyphosphate chargés en phosphore. Cette boue lourde présente une très bonne décantabilité.
[0041] Une « boue légère » se caractérise par des indices de boues supérieurs à 100 mL/g et des vitesses de décantation inférieures à 2 m/h. Elle se caractérise également par une proportion en masse de flocs biologiques de taille inférieure à 0,2 mm comprise entre 15 et 50%. On peut aussi caractériser cette boue légère par le critère de flux massique limite qui est inférieur à 8 Kg MES/m2/h. Il s’agit d’un mélange de solides, de liquides et de microorganismes. Cette boue comprend peu, voire pas de PAO. Cette boue légère est difficilement décantable.
[0042] La vitesse de décantation s’exprime en mètres / heure (m/h). Elle peut se déterminer à partir de la courbe de Kynch, qui est obtenue par observation de la décantation par gravité d’un échantillon dans une éprouvette de 1 L. Il est à noter que la valeur à 30 minutes de la courbe de Kynch permet d’obtenir ce que l’on appelle l’indice de Molhman (SVI en anglais, pour « Sludge Volume Index ») ou l’indice de boue (dilution de la boue brute, DSVI en anglais, pour « diluted SVI »), selon la norme NF EN 14702-1 - Juillet 2006. Sur un réacteur pilote ou industriel, la vitesse de décantation peut être déduite de l’évolution de la hauteur du voile de boue au cours du temps, pendant une séquence non-aérée. La mesure de la hauteur du voile de boue peut être effectuée en continu, par exemple à l’aide d’une sonde à ultrason. Alternativement, elle peut être discontinue, on pourra alors effectuer à intervalles prédéterminés des prélèvements manuels à différents niveaux sur la hauteur du réacteur.
[0043] Le flux massique limite s’exprime en kg.m'2h'1. Il caractérise la quantité de matière solide en suspension (aussi noté MES) décantable par unité de surface et de temps, et mesure la vitesse de chute qu’est capable d’avoir une boue à une concentration donnée. Le flux massique limite se détermine à partir de la courbe de Kynch, en effectuant plusieurs dilutions ou concentrations successives des boues brutes.
[0044] La proportion de flocs biologiques s’exprime en % de poids de boues, associé à une taille - par exemple, le pourcentage inférieur à 0,2 mm. Cette valeur peut être obtenue par tamisage d’un échantillon de boue sur des tamis présentant différentes tailles de maille (par exemple 200 pm / 400 pm / 500 pm / 800 pm / 1 mm / 1 ,25 mm). On mesure alors la concentration en MES (Matières en suspension) du filtrat obtenu, que l’on rapporte ensuite à la concentration en MES de la boue brute (en %).
[0045] La taille des flocs biologiques, correspond à une granulométrie, notamment la taille maximale des particules. Elle peut se déterminer par une analyse statistique à partir de photographies en microscopie.
[0046] Avantageusement, le procédé de l’invention ne comprend pas d’étape de recirculation de la boue légère dans le réacteur batch séquencé.
[0047] L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
[0048] La figure 1 représente schématiquement un exemple de réacteur batch séquencé adapté à la mise en oeuvre du procédé de traitement de l’invention ;
[0049] La figure 2 représente un organigramme des étapes du procédé de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires selon l’invention ;
[0050] La figure 3 représente schématiquement les étapes du procédé de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires selon l’invention ; [0051] La figure 4 représente schématiquement un réacteur batch séquencé mis en œuvre selon le procédé de l’invention ;
[0052] Les figures 5A, 5B, 5C, 5D illustrent la sélection de la population bactérienne en fonction de la séquence réactionnelle par des mesures effectuées lors du procédé de traitement selon l’invention ;
[0053] La figure 6 représente schématiquement l’enceinte du SBR et des moyens de reprise pendant les étapes d’alimentation et de reprise ;
[0054] La figure 7 représente schématiquement l’enceinte du SBR et des moyens de reprise pendant l’étape de décantation.
[0055] Sur ces figures, dans un souci de clarté, les échelles ne sont pas respectées. Par ailleurs, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
[0056] La figure 1 représente schématiquement un exemple de réacteur batch séquencé adapté à la mise en œuvre du procédé de traitement de l’invention. Le procédé de l’invention vise le traitement d’un effluent d’eaux résiduaires 20 comprenant une pollution carbonée, une pollution azotée et une pollution phosphorée, dans un réacteur batch séquencé (SBR 10). Le SBR 10 comprend une enceinte 11 apte à contenir un mélange 12 eaux résiduaires-boues comprenant différents niveaux, chaque niveau étant défini par une concentration et/ou une densité de boues. A chaque hauteur dans l’enceinte 11 correspond une concentration et/ou densité de boues du contenu 12. Par exemple, il est possible de définir plusieurs niveaux notés N1 , N2, N3, N4, N5, N6. Chacun des niveaux peut avoir une concentration et/ou densité de boues différente des autres niveaux, ou plusieurs niveaux peuvent avoir la même concentration et/ou densité de boues. Enfin, pendant une phase du procédé de traitement, comme cela sera expliqué plus en détail ci-dessous, tous les niveaux dans l’ensemble ont la même concentration et/ou densité de boues. L’enceinte 11 est alimentée en effluent à traiter 20 avantageusement par un réseau de distribution 21 , couvrant préférentiellement le fond de l’enceinte, et en air 8 par un réseau de distribution 27, couvrant préférentiellement le fond de l’enceinte.
[0057] Le SBR 10 comprend un lit de boues 13, représenté schématiquement, comprenant des PAO 14, situé au fond de l’enceinte 11 , au-dessus duquel est défini un niveau de voile de boue 15. Le SBR 10 comprend des moyens 16 de détermination d'un niveau minimum 17 et d'un niveau maximum 18 d'extraction des boues dans l'enceinte 11 . Sur la figure 1 , ces niveaux sont représentés schématiquement. Leur détermination sera détaillée ci-dessous.
[0058] Lors du traitement des eaux résiduaires, l’enceinte 11 contient un mélange 12 eaux résiduaires-boues. Lorsque la boue a décanté, l’eau traitée se trouve en partie haute de l’enceinte du réacteur. L’eau peut être soutirée via une ouverture sous le niveau de la surface 24 de l’enceinte 11 par un système de prélèvement 200 apte à prélever la fraction clarifiée, et comprend ou consiste en un tuyau immergé par lequel l’eau peut être aspirée et prélevée à l’extérieur de l’enceinte (flèche A). Une autre variante de moyens de reprise est détaillée ci-dessous.
[0059] Les particules de boues les plus lourdes et/ou denses se retrouvent au fond de l’enceinte 11 et elles peuvent être soutirées au niveau de la paroi de fond de l’enceinte. Entre les deux, il y a le reste du mélange, qui se présente sous la forme d’une stratification, c'est-à-dire qui présente plusieurs niveaux N1 ; N2, N3, N4, N5, N6..., chaque niveau étant défini par une concentration et/ou une densité de boues dans le mélange 12.
[0060] Le voile de boue 15 est le niveau à partir duquel se trouve de la boue. Il est défini par la hauteur entre la surface 24 du contenu de l’enceinte et la présence de boue dans l’ensemble. Le niveau du voile de boue 15 peut être déterminé par les moyens 16 de détermination, préférentiellement en continu. Alternativement, il peut être mesuré manuellement en utilisant un disque de Secchi. La mesure du voile de boue peut se faire en permanence. Toutefois, il n’est pas utile d’effectuer la mesure pendant les phases d’homogénéisation puisque le contenu de l’enceinte est mélangé, et les boues en présence n’ont pas encore décanté.
[0061] Le réacteur 10 selon l’invention permet d’extraire de manière sélective les boues les moins aptes à décanter qui se retrouvent dans le mélange 12.
[0062] Le SBR 10 comprend des moyens d'extraction 19 aptes à extraire des boues 23 (représentées schématiquement à des fins de compréhension) à des niveaux variables entre le niveau d'extraction minimum 17 et le niveau d'extraction maximum
18 (flèche B). A titre d’exemple et de manière non-limitative, les moyens d’extraction
19 peuvent comprendre un extracteur 191 comprenant au moins une première partie présentant au moins une ouverture 191 a à l’intérieur de l’enceinte 11 et une seconde partie 191 b apte à faire sortir les boues en dehors de ladite enceinte. Les moyens d’extraction 19 peuvent comprendre des moyens de variation 192 aptes à faire varier la position de l’ouverture 191 a dudit extracteur 191 , en particulier le niveau de ladite ouverture entre le niveau d’extraction minimum 17 et le niveau d’extraction maximum 18. L’extracteur 191 comprend avantageusement une pompe (d’aspiration) ou une vanne gravitaire (non représentées) pour l’extraction des boues. Avantageusement, l’extracteur 191 peut comprendre un ensemble de tubes disposés à différents niveaux dans l’enceinte 11 , chaque tube présentant une première extrémité présentant une ouverture à l’intérieur de l’enceinte 11 et une seconde extrémité reliée à la seconde partiel 91 b de l’extracteur 191 , et des moyens de variation 192 comprenant un ensemble de vannes aptes à ouvrir ou fermer lesdits tubes. Les moyens d’extraction permettent ainsi l’extraction des boues à un ou des niveaux variables. Pour une meilleure lisibilité de la figure, les moyens d’extraction 19 sont représentés sur la partie gauche du SBR, mais la seconde partie 191 b de sortie des boues est à relier aux boues extraites 23.
[0063] Les moyens 16 de détermination du niveau minimum 17 et du niveau maximum 18 d’extraction des boues 23 dans l’enceinte 11 peuvent comprendre des moyens 161 de mesure aptes à mesurer la concentration à différents niveaux d’un mélange eaux résiduaires-boues. Par exemple, une sonde voile de boue permet de mesurer la surface du lit de boue. Une sonde MES (Matières En Suspension) permet de mesurer la concentration de la boue. Plusieurs sondes peuvent être disposées sur la hauteur de l’enceinte afin de mesurer la concentration en Matières en suspension à différents niveaux. Ces mesures sont utilisées pour déterminer les niveaux 17, 18. Les moyens 16 peuvent comprendre des moyens 162 de sélection aptes à sélectionner une valeur de concentration de boues maximum et une valeur de concentration de boues minimum. La sélection peut être faite par un opérateur ou sur la base d’un calcul lié à l’âge de boue. Les moyens 16 peuvent comprendre des moyens 163 de déduction apte à déduire un niveau minimum d’extraction correspondant à la valeur de concentration maximum sélectionnée et un niveau maximum d’extraction correspondant à la valeur de concentration minimum sélectionnée. [0064] Les moyens 161 de mesure peuvent comprendre par exemple une ou plusieurs sonde(s) de mesure, notamment de concentration. Ladite sonde de mesure permet de mesurer la concentration de boue dans le mélange. La sonde de mesure 161 est immergée dans le mélange comme illustré. Elle peut être à une profondeur d’immersion fixe ou variable selon le type de sonde choisi. Ou comme dit plus haut, il peut y avoir plusieurs sondes de mesure sur la hauteur de l’enceinte. La sonde de mesure 161 est reliée aux moyens de sélection 162, qui permettent de vérifier si la mesure correspond à des boues à extraire ou non, et aux moyens de déduction 163 qui permettent de relier la mesure au niveau correspondant. Ces moyens de détermination 16 sont reliés à des moyens d’extraction 19 des boues, plus particulièrement aux moyens de variation 192 du niveau d’extraction, principalement pour sélectionner le niveau d’extraction. Les moyens de variations 192 font varier le niveau de l’ouverture 191a de l’extracteur 191 , ou on peut extraire sélectivement à des niveaux fixes d’extraction et à des instants variables selon l’évolution du contenu, par exemple pendant l’étape de décantation, l’attente, alimentation/reprise, anaérobie, suivant la mesure du voile de boue, voire de manière non-sélective pendant l’étape d’aération.
[0065] Par exemple et de manière non-limitative, les moyens de mesure 161 des moyens de détermination 16 comprennent un capteur à ultrasons immergé en dessous de la surface du mélange eaux résiduaires-boues. Le capteur à ultrasons permet d’envoyer une onde ultrasonore dans ledit mélange (il fonctionne alors comme émetteur) puis à recevoir une onde ultrasonore en retour après avoir parcouru une distance donnée dans le mélange eaux résiduaires-boues (il fonctionne alors comme récepteur). Le capteur est relié aux moyens de sélection 162 et aux moyens de déduction 163.
[0066] La figure 2 représente un organigramme des étapes du procédé de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires selon l’invention. Le procédé de traitement selon l’invention comprend :
- une étape 101 d'alimentation du SBR 10, au cours de laquelle on introduit un volume d'effluent à traiter 20 près du fond de l’enceinte 11 , dans le lit de boues 13, de préférence par un réseau de distribution 21 couvrant le fond de l’enceinte 11 , afin de mélanger l’eau résiduaire à traiter avec les boues du lit de boues, - une séquence réactionnelle 102 comprenant : o au moins une première étape 103 anaérobie, lors de laquelle les PAO 14 captent la pollution carbonée et relarguent des composés phosphorés, o optionnellement, une deuxième étape 104, en anoxie, de (pré)- dénitrification, cette étape étant avantageusement mise en oeuvre en cas d’une concentration de NOx supérieure à un seuil prédéterminé, o une troisième étape 105 d’aération, permettant d’effectuer la déphosphatation de l’effluent par les PAO 14, l’aération étant contrôlée de manière à effectuer simultanément soit une nitrification (partielle ou totale), soit une nitritation (partielle ou totale),
- une étape 106 de décantation, au cours de laquelle des boues se déposent au fond de l’enceinte 11 et le contenu de l’enceinte 1 1 se clarifie à proximité de sa surface 24,
- une étape 107 de reprise, au cours de laquelle on évacue une fraction clarifiée 22 du contenu de l’enceinte, lesdites étapes de reprise 107 et d'alimentation 101 ayant lieu simultanément, de manière à maintenir le niveau du contenu de l’enceinte 11 sensiblement constant lors des étapes de reprise 107 et d'alimentation 101 , et
- une étape 108 d’extraction d’au moins une partie des boues 23 légères à un niveau prédéfini entre le niveau d'extraction minimum 17 et le niveau d'extraction maximum 18, préférentiellement à proximité du voile de boue 15.
[0067] Typiquement, l’étape 101 d’alimentation est réalisée en conditions anaérobie, ou bien anoxie. Dans ce dernier cas, l’étape 101 en anoxie permet de dénitrifier ou de dénitriter. L’étape 103 anaérobie est réalisée en anaérobie, l’étape 105 d’aération est réalisée en aérobie. De préférence, l’étape 106 de décantation est réalisée au moins partiellement en anoxie.
[0068] La deuxième étape 104 peut être liée à une étape 117 de mesure de la concentration de NOx dans l’enceinte.
[0069] Le procédé de traitement selon l’invention peut en outre comprendre optionnellement une quatrième étape 111 anoxie de dénitrification ou de dénitritation ou de déammonification. Plus spécifiquement, on envisagera essentiellement trois variantes : selon la première variante, la troisième étape 105 comprend une nitrification totale ou partielle, et l’étape 111 anoxie est une dénitrification (procédé de post-dénitrification) ; selon une deuxième variante, la troisième étape 105 comprend une nitritation totale ou partielle, et l’étape 111 anoxie est une dénitritation (procédé de post-dénitritation) ; enfin, selon une troisième variante, la troisième étape 105 comprend une nitritation partielle, et l’étape 111 anoxie est une déammonification (procédé dit « ANAMMOX »). La quatrième étape 111 peut être liée à une étape 117bis de mesure de la concentration de NOx dans l’enceinte.
[0070] L’étape 101 d’alimentation à travers le lit de boues permet une mise en contact des boues avec l’eau brute à traiter. Le volume d’eau résiduaire à traiter 20 est introduit à travers le lit de boues où se trouvent les PAO. Ainsi, les particules et la fraction soluble du volume introduit sont rendues accessibles aux bactéries. Grâce à l’étape 103 anaérobie, les PAO captent la pollution carbonée et relarguent des composés phosphatés. L’étape 105 d’aération permet la déphosphatation du contenu de l’enceinte par les PAO. La séquence réactionnelle 102 contribue au développement des PAO qui présentent une bonne décantabilité. Lors de l’étape 106 de décantation, les boues se déposent par gravité dans le fond de l’enceinte. Les boues lourdes et les PAO se déposent plus rapidement que les boues légères. Ils contribuent au lit de boues. Les boues légères présentent une moins bonne décantabilité. Elles restent plus longtemps en suspension dans le contenu de l’enceinte, au-dessus du lit de boue.
[0071] L’étape 108 d’extraction d’au moins une partie des boues légères permet d’extraire régulièrement ou à tout le moins à des moments prédéterminés, par exemple à chaque cycle, les boues les moins décantables. Toutefois, l’extraction n’a pas nécessairement lieu à chaque cycle selon les contraintes d’exploitation. Par exemple, il est possible de ne pas procéder à l’extraction les jours de week-end. De ce fait, seules les boues présentant une bonne décantabilité sont conservées dans l’enceinte du SBR. En plus de traiter la pollution présente dans l’effluent introduit, la combinaison de l’action des PAO produisant des boues plus denses et l’extraction des boues légères densifie les boues présentes dans l’enceinte. Il en résulte que le procédé de l’invention, procédé dit de boues densifiées, permet d’obtenir des vitesses de décantation des boues élevées, quelle que soit la nature des boues présentes dans l’enceinte du SBR. [0072] Pendant la séquence réactionnelle 102, lorsque celle-ci comprend une deuxième étape 104, on peut avoir une étape 110 d’injection d’air dans l’enceinte 11 . L’injection d’air dans l’enceinte avant l’étape 104 permet la mise en suspension de la biomasse pour un meilleur mélange avec le surnageant riche en azote oxydé (nitrate NO3 et nitrite NO2), ce qui améliore le rendement de la dénitrification de l’étape d’alimentation 104, et également le rendement de la première étape anaérobie 103. On peut noter que cette étape 110 est optionnelle, si la deuxième étape 104 optionnelle est activée, suivant la mesure de concentration de NOx.
[0073] L’étape 106 de décantation peut être précédée d’une étape 112 d’injection d’air dans l’enceinte 11 . L’injection d’air dans l’enceinte avant l’étape de décantation permet de réaliser une homogénéisation du contenu de l’enceinte et mise en contact des boues avec les espèces azotées oxydées. En outre, l’injection d’air permet aussi de dégazer le diazote présent dans le contenu du réacteur.
[0074] En outre, le procédé de traitement selon l’invention peut comprendre une étape 113 de densification des boues par un dispositif de densification 30 à l’intérieur ou à l’extérieur de l’enceinte 11 , de préférence à l’intérieur. Le dispositif de densification 30 peut être un tamis de taille adéquat en aval ou en amont des moyens d’extraction des boues afin de retenir les flocs les plus gros et d’améliorer ainsi la sélection, c’est-à-dire leur maintien dans l’enceinte, des particules décantant le plus facilement. Alternativement ou en complément, l’étape de densification des boues peut consister à ajouter des lestants (tels que des zéolithes).
[0075] Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend une étape 114 d’asservissement de la durée de la troisième étape 105 d’aération en fonction du niveau de pollution de l’effluent d’eaux résiduaires 20, notamment en fonction de la concentration en NH4 et/ou des NO2‘ et/ou des NO3' du contenu de l’enceinte. Plus précisément, c’est la pollution de l’eau brute qui est mesurée indirectement dès que le contenu de l’enceinte est aéré au moins une fois.
[0076] La figure 3 représente schématiquement les étapes du procédé de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires selon l’invention. Pendant les étapes 101 d’alimentation du SBR en effluent à traiter et 107 de reprise d’une fraction clarifiée du contenu de l’enceinte, l’enceinte est remplie avec de l’eau résiduaire 20 et forme un mélange 12 et la pollution subit un traitement biologique. Pendant cette phase, l'eau résiduaire est introduite dans l’enceinte. Le niveau de liquide dans l’enceinte est maintenu constant en ouvrant une vanne d'eau traitée (fraction clarifiée) par exemple. Autrement dit, la récupération de l'eau traitée se fait en même temps que l'alimentation en eau brute (eau résiduaire). Le débit d'eau traitée est toujours le même que le débit d'alimentation.
[0077] A ce stade, la dénitrification (dénitrification exogène en condition anoxie dans le fond du lit de boue et dénitrification endogène en condition anoxie au niveau supérieur de l’enceinte) et le processus de bio-déphosphatation commencent. Le traitement biologique de l'effluent a lieu principalement pendant la séquence réactionnelle 102 :
- Le carbone est éliminé et l'azote ammoniacal subit une nitrification pendant l’étape 105 d'aération ;
- Le phosphore est relargué lors de l’étape anaérobie 103, et réabsorbé lors de l'étape 105 d’aération ;
- La dénitrification a lieu pendant des périodes anoxiques spécifiques. Si la durée de sédimentation et d'alimentation n'est pas suffisante, il y a une période de prédénitrification (dénitrification exogène en conditions anoxiques) et/ou une période de post-dénitrification (dénitrification endogène).
[0078] Ensuite a lieu l’étape 106 de décantation. C'est au cours de cette étape que l'eau traitée est séparée des boues par sédimentation statique uniquement. Une certaine activité biologique a lieu lorsque le liquide subit une dénitrification endogène au contact de la couche de boue. Pendant cette étape, ne sont pas autorisées les étapes 101 d’alimentation et 107 de reprise dans l’enceinte. Le contenu de l’enceinte est au repos pour permettre la décantation des boues. A la fin de l’étape 106 de décantation, les boues présentant une bonne décantabilité (les boues lourdes) se retrouvent dans le fond de l’enceinte, et les boues à mauvaise décantabilité (les boues légères) se retrouvent en suspension dans le contenu de l’enceinte, entre le fond de l’enceinte et le voile de boue. La fraction clarifiée se situe dans la partie supérieure de l’enceinte, à proximité de sa surface 24. A la fin de l’étape 106 de décantation, les boues biologiques excédentaires peuvent être extraites pour maintenir l'âge des boues nécessaire à la nitrification et/ou la nitritation en fonction de la température, qui peut être mesurée lors d’une étape 118 de mesure de température. Alternativement, les boues biologiques excédentaires peuvent être extraites sélectivement pendant l’étape de décantation 106, et/ou pendant l’étape d’alimentation 101 et l’étape de reprise 107, et/ou pendant l’étape anaérobie 103 et/ou attente 116. Les boues peuvent être extraites non sélectivement pendant l’étape d’aération 105.
[0079] L’étape 108 d’extraction d’au moins une partie des boues 23 légères est réalisée à un niveau prédéfini entre le niveau d'extraction minimum 17 et le niveau d'extraction maximum 18, préférentiellement à proximité du voile de boue 15. En effet, c’est au niveau du voile de boue que se trouvent les boues légères. Le niveau prédéfini d’extraction des boues légères n’est pas nécessairement un niveau fixe dans le temps. Ce niveau est amené à évoluer selon le traitement biologique et le débit d’eaux résiduaires introduites dans l’enceinte du SBR. Les moyens d’extraction 19 permettent l’extraction à n’importe quel niveau. L’extraction des boues légères peut ainsi se faire à des niveaux variables au cours de cycles du procédé de traitement. D’un point de vue pratique, il est possible de définir plusieurs niveaux fixes d’extraction, par exemple trois. Et selon la mesure de la concentration et/ou la densité de boues à différents niveaux du mélange eaux résiduaires-boues dans l’enceinte et/ou de la mesure de voile de boue, il peut être choisi auquel parmi les trois niveaux l’extraction se fait. Pour ce faire, le procédé selon l’invention peut comprendre une étape 109 de mesure du voile de boue 15, et l’étape 108 d’extraction d’au moins une partie des boues légères est réalisée lorsque la mesure du voile de boue 15 est sensiblement égale à une distance prédéfinie du niveau d’extraction des boues.
[0080] Le niveau du lit de boue pouvant varier dans le temps, des niveaux d'extraction des boues sont avantageusement installés dans la hauteur de l’enceinte entre le bas et le milieu de la hauteur pour les boues lourdes et entre deux niveaux sur la hauteur de l’enceinte pour les boues légères. Par exemple, un niveau d'extraction peut être situé à 50 cm au-dessus du fond de l’enceinte pour éliminer les boues trop vieilles (minéralisées), les autres points d'extraction pouvant être situés sur la hauteur de l’enceinte. Sur la figure 3, les flèches représentées en gras indiquent les entrées/sorties ouvertes permettant l’écoulement du flux correspondant selon la phase du procédé. [0081] La figure 4 représente schématiquement un réacteur batch séquencé 10 mis en œuvre selon le procédé de l’invention. Les différentes phases présentées ci- dessus ont lieu dans la même enceinte et sont séparées dans le temps. Par conséquent, l’étape 101 d’alimentation en effluent de l’enceinte est gérée de manière intermittente. Toutefois, afin d’assurer un traitement continu des effluents, plusieurs enceintes fonctionnent en parallèle et sont alimentées en alternance. Le principe de l’invention s’applique similairement à plusieurs enceintes.
[0082] Pendant l’étape 101 d'alimentation, l'eau brute est distribuée au fond de l’enceinte, par exemple à travers un réseau 21 de canalisations perforées. Après l’étape 106 de décantation, et en même temps que l'étape 101 d’alimentation, l'eau clarifiée surnageante est soutirée en partie haute de l’enceinte à l'aide par exemple d'un réseau de canalisations perforées de récupération. Des moyens de reprise de la fraction clarifiée particulièrement avantageux sont décrits ci-dessous.
[0083] Les boues légères peuvent être extraites sélectivement au cours de l’étape 106 de décantation et/ou pendant l’étape 101 d'alimentation et 107 de reprise et/ou pendant la première étape 103 anaérobie juste au niveau du voile de boue pour effectuer l'élimination des particules de boues les plus légères.
[0084] Une extraction des boues non sélective (notamment lourdes mais aussi légères) est aussi envisageable pendant l’étape d’aération 105 et/ou pendant l’étape 110 et/ou pendant l’étape 112, lorsque le contenu 12 est homogène.
[0085] Les figures 5A, 5B, 5C, 5D illustrent la sélection de la population bactérienne en fonction de la séquence réactionnelle par des mesures effectuées lors du procédé de traitement selon l’invention.
[0086] L’alimentation en eau brute (carbone facilement biodégradable) à travers le lit de boues suivie d’une séquence anaérobie stricte puis d’une séquence aérobie entraine la sélection de bactéries déphosphatantes (les PAO) capables d’accumuler des phosphates sous forme de granules de polyphosphates intracellulaires.
[0087] La figure 5A représente le relargage (anaérobie) suivi de la réabsorption du P- PO4 en période d’aération (aérobie). La courbe référencée 40 met bien en évidence le fonctionnement de la déphosphatation biologique avec un relargage important de P-PO4 dès que le réacteur est en condition anaérobie. Nous observons une croissance de la courbe suivie d’une décroissance dès que l’aération fonctionne, décroissance qui correspond à la réabsorption du P-PO4 relargué et de celui apporté par l’eau brute. Cela correspond à la suraccumulation biologique du phosphore.
[0088] La figure 5B représente la nitrification (décroissance de la courbe NH4 et croissance de la courbe NOx), avec la dénitrification endogène (première partie de la décroissance de la courbe NOX) et la dénitrification exogène (deuxième partie de la décroissance de la courbe NOX après alimentation). La courbe met bien en évidence l’intérêt de la dénitrification exogène pour l’intensification de la réaction de dénitrification par rapport à la dénitrification endogène avec une pente beaucoup plus pentue et donc une cinétique plus élevée après l’alimentation riche en carbone facilement biodégradable. Cette population bactérienne ainsi que les PAO génèrent des exopolymères qui ont tendance naturellement à densifier les flocs. Ces flocs denses ne sont pas des boues granulaires, la vitesse de décantation de ces boues se situe entre 2 à 10 m/h, préférentiellement entre 3 et 6 m/h et leur Indice de Mohlman (ou indice de boues) autour de 65 mL/g. Une boue granulaire possède des particules (ou granules) de taille toujours supérieure à 200 micromètres alors qu’ici les boues densifiées peuvent contenir une proportion de particules de taille inférieure à 200 micromètres.
[0089] Pour augmenter encore la fraction de flocs denses dans les boues, le procédé de traitement selon l’invention applique une stratégie d’extraction des boues qui permet d’éliminer les boues les plus légères. Il en résulte une vitesse de décantation plus rapide car seules les boues à bonne décantabilité restent dans l’enceinte.
[0090] Le procédé selon l’invention peut aussi comprendre une phase d’attente 116 couplée aux étapes d’alimentation, de décantation ou d’anaérobie.
[0091] En considérant que les boues légères se retrouvent en haut du lit de boues notamment en fin d’étape 106 de décantation et/ou pendant l’étape d’attente 116, et/ou pendant l’étape d’alimentation 101 et/ou pendant l’étape de reprise 107 et/ou pendant la première étape 103 anaérobie (les plus lourdes sont tombées au fond dès le début de la décantation), on extrait les boues au niveau du voile de boue (ou légèrement en dessous) en fin de décantation 106 , et/ou pendant l’étape d’attente 116 et/ou pendant l’alimentation 101 et/ou pendant l’étape de reprise 107 et/ou pendant la première étape 103 anaérobie. [0092] On peut aussi extraire les boues légères dès le début de la décantation mais à un niveau plus élevé dans le réacteur. Il est également possible de réaliser cette extraction en fin d’aération, à n’importe quel niveau de l’enceinte puisque le contenu est homogène sur toute la hauteur de l’enceinte et présente donc des boues légères. Il peut également être envisagé d’extraire les boues légères en tout début d’alimentation ou pendant l’alimentation car les boues légères sont les premières à remonter, ou pendant la séquence réactionnelle anaérobie.
[0093] Le procédé de l’invention repose sur le choix combinant le moment de l’extraction des boues légères et la hauteur à laquelle cette extraction est réalisée. La hauteur choisie est aussi en lien avec l’âge de boues que l’on souhaite maintenir au sein du réacteur par la durée et le débit d’extraction. L’âge de boue cible peut être déterminé à partir d’une mesure de la température du mélange eau/boues dans le réacteur.
[0094] Le procédé de traitement selon l’invention peut comprendre en outre une étape 109 de mesure du voile de boue 15, et l’étape 108 d’extraction d’au moins une partie des boues légères est réalisée lorsque la mesure du voile de boue 15 est sensiblement égale à une distance prédéfinie du niveau d’extraction des boues. La stratégie d’extraction des boues légères est améliorée par la mesure du voile de boue pour déclencher l’extraction des boues légères à un niveau donné, lorsque le niveau du voile de boue se situe à une distance prédéfinie du niveau d’extraction des boues, que ce niveau soit atteint durant l’étape de décantation ou durant l’étape d’alimentation ou pendant la séquence réactionnelle anaérobie. Grâce à cette mesure, et éventuellement celle de la température du mélange eau/boues dans le réacteur, on peut aussi tenir compte de la vitesse instantanée de chute (ou vitesse résiduelle en alimentation) et de la durée nécessaire à l’extraction pour parfaire ce mode d’extraction auto-optimisé, intégrant de préférence la notion d’âge de boue dynamique. En procédant de la sorte, l’extraction des boues permet d’éliminer à chaque séquence les boues les plus légères qui se trouvent légèrement au-dessus du voile de boue, sur sa partie haute plus précisément, en calibrant de façon adéquate la sonde de voile de boues.
[0095] Le procédé de l’invention permet de tenir compte des variations journalières de débit auquel l’enceinte peut être soumise. En période de nuit, le débit d’alimentation est faible, l’écart entre la vitesse d’alimentation et la vitesse de décantation est important, le voile de boue se rapproche rapidement du point d’extraction. A l’inverse, lors des pics hydrauliques quotidiens, l’écart entre la vitesse d’alimentation et la vitesse de décantation est faible, la descente du voile de boue est freinée. L’asservissement du moment et de la durée de l’extraction à la mesure de voile de boues permet de s’assurer d’extraire à un niveau donné toujours les boues les plus légères en modifiant le moment d’extraction de cycle en cycle.
[0096] La combinaison des étapes d’alimentation et reprise, de la séquence réactionnelle et de l’étape de décantation avec l’étape d’extraction des boues légères entraine l’obtention d’une boue plus dense que celle d’une boue activée conventionnelle. Le résultat est l’obtention de façon très stable d’une boue ayant une vitesse de décantation supérieure à 2 m/h et inférieure à 10 m/h, de l’ordre de 3 m/h à 6 m/h et un indice de Mohlman voisin de 65 mL/g (+/- 10 mL/g). Le procédé de l’invention repose sur cette combinaison qui permet d’obtenir une boue densifiée mais non granulaire.
[0097] La figure 5C illustre la stabilité de l’indice de boue au cours d’essais pilote à une valeur inférieure à 75 mL/g attestant de boues densifiées avec une bonne décantabilité. Les résultats sont représentés pour une période de 91 jours (axe des abscisses).
[0098] L’intérêt de cette densification est bien de pouvoir gérer de façon simultanée et sécuritaire deux flux opposés, l’alimentation en eau brute et la décantation de la boue, sans entrainer de la boue dans l’eau traitée tout en appliquant des vitesses d’alimentation en eau brute supérieures à 2 m/h.
[0099] L’expérimentation à différentes vitesses d’alimentation (inférieures à 4 m/h) montre que lors de l’alimentation, la vitesse de décantation est freinée mais que la décantation continue de se faire pendant l’alimentation en eau brute.
[0100] La figure 5D représente le voile de boues avec une alimentation à 17 m3/h soit 2.266 m/h. La courbe supérieure montre en partie décroissante l’abaissement du voile de boue dans la phase notée (*) au cours de la décantation et dans la phase notée (#) au cours de l’alimentation. Sur le graphique, on voit que la vitesse de décantation est bien supérieure à la vitesse d’alimentation et que le voile de boues continue à s’abaisser pendant l’alimentation. [0101] Alors que la durée des différentes séquences d’un réacteur du type SBR est généralement fixe, le procédé selon l’invention permet également d’adapter grâce à la mise en place de capteurs et de sondes adéquates la durée de la séquence réactionnelle 102 en temps réel pour tenir compte des variations de concentration de la pollution et de débit hydraulique en fonction soit de l’heure dans la journée (pointe de charge) soit pour tenir compte de la dilution de l’effluent liée aux temps de pluie. En outre, une synchronisation des cycles par la mise en place d’une phase d’attente pourra être mise en place.
[0102] Notamment la mise en place d’une mesure de NH4, complétée ou non par une mesure de NOx (notamment NO2), dans le réacteur peut permettre de suivre son évolution au cours de la phase aérée de nitrification et de l’arrêter dès l’atteinte d’une valeur prédéfinie.
[0103] L’intérêt est de pouvoir réduire la période d’aération lorsque l’eau est diluée (période de nuit ou de pointe hydraulique de temps de pluie). La réduction de la durée de la période d’aération permet également l’optimisation de la consommation énergétique, et de réaliser plus de cycles par jour donc de traiter plus de pollution par rapport à un fonctionnement avec une période d’aération fixe. A l’inverse, lors des pics de pollution, la durée de la phase d’aération sera augmentée, tout en étant plus longue sur les pointes de charges que lors des faibles charges, pour permettre la transformation du NH4 jusqu’à la valeur définie et sécuriser ainsi l’obtention des performances en cas de pics de concentration en NH4.
[0104] Enfin, le procédé de traitement selon l’invention peut comprendre une étape 117 de mesure de la concentration de NOx dans l’enceinte afin de s’assurer que cette valeur est suffisamment basse avant de passer à l’étape d’alimentation et reprise pour permettre le relargage du phosphore en anaérobie par les bactéries déphosphatantes et s’assurer ainsi du bon fonctionnement de la déphosphatation biologique. Cette mesure sera alors effectuée à l’issue de l’étape 106, ou de préférence à l’issue de l’étape 105. Si la concentration de NOx mesurée est encore trop élevée, on pourra effectuer une étape supplémentaire de traitement de l’azote pour atteindre le seuil de concentration en NOx souhaité.
[0105] La durée totale d’un cycle et la durée d’alimentation sont généralement fixes afin de pouvoir gérer une alimentation en continue sur plusieurs enceintes. La durée d’alimentation est également fixe, la durée totale du cycle étant généralement de quatre fois la durée d’alimentation. Cela veut dire que la somme de la durée de la séquence réactionnelle et de la durée de décantation est de trois fois la durée d’alimentation. Néanmoins, le procédé de l’invention s’applique aussi à une durée de cycle variable.
[0106] La méthode de l’invention permet ainsi une grande flexibilité. Il est notamment possible d’adapter la durée des étapes, notamment l’étape de décantation, l’étape d’alimentation et de reprise, et de l’étape anoxie, en fonction du régime hydraulique et de la charge à traiter.
[0107] L’invention concerne aussi une installation de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires comprenant une pollution carbonée, une pollution azotée et une pollution phosphorée. L’installation comprend un réacteur batch séquencé, (SBR), ledit SBR 10 comprenant :
- une enceinte apte à contenir un mélange 12 eaux résiduaires-boues comprenant différents niveaux, chaque niveau étant défini par une concentration et/ou une densité de boues,
- un lit de boue 13, comprenant des PAO 14, situé au fond de l’enceinte, au- dessus duquel est défini un niveau de voile de boue 15,
- des moyens 16 de détermination d'un niveau minimum 17 et d'un niveau maximum 18 d'extraction des boues dans l'enceinte,
- des moyens d'extraction 19 aptes à extraire au moins une partie des boues 23 légères à un niveau prédéfini entre le niveau d'extraction minimum et le niveau d'extraction maximum,
- un dispositif d'alimentation du SBR par un volume d'effluent à traiter près du fond de l’enceinte, dans le lit de boues, de préférence par un réseau de distribution couvrant le fond de l’enceinte, préférentiellement à proximité du voile de boue,
- un dispositif de reprise d’une fraction clarifiée du contenu de l’enceinte,
- des moyens d’aération de l’enceinte.
[0108] L’installation est agencée et équipée pour la mise en oeuvre du procédé de traitement décrit précédemment. [0109] Dans la présente invention, le terme « reprise » est employé comme synonyme du terme « vidange », et vise essentiellement à indiquer l’évacuation de l’eau traitée de l’enceinte.
[0110] La figure 6 représente schématiquement l’enceinte du SBR et un mode de réalisation des moyens de reprise pendant les étapes d’alimentation et de reprise, et la figure 7 représente schématiquement l’enceinte du SBR et des moyens de reprise pendant l’étape de décantation. Dans ce qui suit, le terme reprise/reprendre est à comprendre comme évacuation/évacuer et/ou vidange/vidanger. L’aération du contenu de l’enceinte se fait avec de l’air 8 par un réseau de distribution 27, préférentiellement couvrant le fond de l’enceinte 11 . Dans ce mode de réalisation de l’invention, les moyens de reprise 200 de la fraction clarifiée du contenu 12 de l’enceinte 11 comprennent :
- un conduit de reprise 201 s’étendant en-dessous de la surface 24 du contenu 12 de l’enceinte 11 , entre l’intérieur 25 et l’extérieur 26 de l’enceinte, comprenant : o au moins un canal 202 reliant hydrauliquement le contenu 12 de l’enceinte 11 et le conduit de reprise 201 , o un orifice de reprise 203 par lequel la fraction clarifiée du contenu 12 de l’enceinte 11 est destinée à être évacuée, o un conduit d’air 204 reliant hydrauliquement ou aérauliquement le conduit de reprise 201 avec l’atmosphère,
- une vanne d’échappement 205 d’air sur le conduit d’air 204, apte à prendre une position ouverte ou une position fermée, par laquelle l’air bloqué dans le conduit de reprise peut être évacué à l’atmosphère,
- un dispositif de blocage air/eau 216 sur le conduit de reprise 201 , apte à bloquer l’air dans le conduit de reprise 201 en amont du dispositif de blocage air/eau 216 et apte à bloquer l’eau en aval du dispositif de blocage air/eau 216,
- un injecteur d’air 207 relié au conduit de reprise 201 et destiné à alimenter le conduit de reprise 201 en air surpressé et/ou compressé.
[0111] Les moyens de reprise 200 peuvent comprendre un injecteur d’air 207 (disposant avantageusement d’un clapet anti-retour) relié au conduit d’air 204 entre la vanne d’échappement 205 et le dispositif de blocage air/eau 216 et destiné à alimenter le conduit de reprise 201 en air surpressé/compressé.
[0112] Le dispositif de blocage air/eau 216 peut être une vanne, préférentiellement motorisée, pouvant prendre la position ouverte ou fermée ou un siphon en U pouvant être amorcé ou désamorcé. Dans la suite, le dispositif de blocage air/eau 216 est dit ouvert si la vanne est en position ouverte ou le siphon amorcé, et est dit fermé si la vanne est fermée ou le siphon désamorcé.
[0113] Les moyens de reprise 200 peuvent comprendre un injecteur d’air 207 relié au conduit d’air 204 entre la vanne d’échappement 205 et le dispositif de blocage air/eau 216 et être destiné à alimenter le conduit de reprise 201 en air surpressé/compressé. L’air permettant le blocage du conduit de reprise peut alternativement provenir de la source d’air utilisée dans le procédé de traitement. Plus précisément, l’injecteur d’air 207 peut être dédié au blocage d’air/eau. Dans ce cas, il comprend un clapet anti-retour. L’injecteur d’air 207 peut aussi être non dédié au blocage d’air/eau, c’est-à-dire que l’injecteur d’air peut provenir de l’alimentation en air de l’enceinte. Dans ce cas, les moyens de reprise 200 comprennent en outre une vanne de blocage 206 pour assurer la fonction de blocage. L’injecteur d’air 207 n’est pas forcément relié au conduit d’air 204 mais il est systématiquement relié au conduit de reprise 101 pour le bloquer en air/eau.
[0114] L’injecteur d’air 207 peut fonctionner de manière intermittente pendant l’étape d’aération 105 ou de manière continue.
[0115] La vanne d’échappement 205 correspond à une vanne de mise à l’atmosphère.
[0116] Les moyens de pilotage 210 des moyens de reprise 200 visent à remplir d’air le conduit de reprise 201 jusqu’à ce que le conduit de reprise 201 se vide complètement de la fraction clarifiée contenue dans le conduit de reprise 201 , à maintenir le conduit de reprise 201 rempli d’air pendant l’étape 105 d’aération et pendant l’étape 106 de décantation, et à évacuer l’air contenu dans le conduit de reprise 201 par de la fraction clarifiée 22 pendant l’étape d’alimentation 101 et l’étape 107 de reprise. Plus précisément, les moyens de pilotage 210 sont configurés pour actionner la vanne 205 et le dispositif de blocage 216 selon les besoins afin que le conduit de reprise se vide de la fraction clarifiée présente dans le conduit de reprise 201 et maintiennent le conduit de reprise 201 rempli d’air pendant la phase d’aération et la phase de décantation. L’air peut être approvisionné en continu. Il peut aussi provenir d’une source d’air externe, c’est-à-dire non dédiée au blocage d’air/eau, et prévu pour l’aération de l’enceinte. Dans le cas d’une source d’air externe, une vanne d’isolement 206 est nécessaire. Dans le cas où les moyens de reprise 200 comprennent un injecteur d’air 207 dédié au blocage d’air/eau, celui-ci peut injecter de l’air surpressé et/ou compressé dans le conduit de reprise 201 . A noter que cet injecteur d’air dédié 207 dispose d’un clapet anti-retour (non représenté sur les figures). Autrement dit, le conduit de reprise 201 est alors bloqué en air : il est rempli d’air qui ne peut alors pas s’évacuer du fait de la fermeture du dispositif de blocage air/eau 216 et de la vanne d’échappement 205. Pendant la phase d’aération, le niveau du contenu de l’enceinte augmente du fait de l’introduction d’air dans l’enceinte et le niveau du contenu s’élève. Le niveau du contenu de l’enceinte monte. Mais le conduit de reprise étant rempli d’air, ce contenu ne peut pénétrer dans le conduit. Ceci a pour avantages d’éviter une perte en boues du système (la présence de boues étant importante pour densifier), et d’éviter la contamination du conduit de reprise et de l’eau clarifiée sortant de l’orifice 203 (cela est important vis-à-vis du traitement tertiaire qu’il faudrait mettre en oeuvre en aval, et/ou vis-à-vis des normes de rejet), les canaux 202 permettent de compenser la rétention gazeuse élevant le niveau d’eau du réacteur en aération, ils compensent aussi une horizontalité imparfaite de la tuyauterie.
[0117] Le contenu s’élève dans les canaux 202 dans le cas d’une injection d’air discontinue, mais ne peut entrer dans le conduit de reprise 201. Cette configuration garantit, grâce au pilotage des moyens de reprise, de ne faire entrer uniquement de la fraction clarifiée dans le conduit de reprise, sans aucun risque que du contenu contenant des boues n’y pénètre.
[0118] Il est important de souligner que le conduit de reprise s’étend au-dessous de la surface 24 du contenu de l’enceinte. Il est donc immergé en permanence dans le contenu de l’enceinte. Les canaux 202, qui sont des tubes avec orifice d’entrée sont en permanence immergés et sont remplis avec le contenu de l’enceinte (en eau clarifiée (pendant l’alimentation/reprise et l’anaérobie) ou en air (étape de réaction dont étape aération, et étape de décantation). En d’autres termes, le contenu des canaux varie selon la séquence en cours. Les canaux 202 ont un double rôle : ils forment un accès à la fraction clarifiée vers le conduit de reprise 201 lors de l’étape d’alimentation/reprise, et ils forment un volume tampon, sans accès au conduit de reprise 201 , qui contient le contenu de l’enceinte lorsque le niveau du contenu de l’enceinte augmente du fait de l’aération. Le passage du rôle d’accès vers le conduit de reprise à celui de volume tampon se fait selon l’avancement du procédé de traitement, grâce à l’injection/échappement d’air surpressé et/ou compressé et l’ouverture/fermeture du dispositif de blocage et de la vanne d’échappement. L’injection/échappement d’air surpressé et/ou compressé et l’ouverture/fermeture du dispositif de blocage et de la vanne d’échappement sont contrôlés par les moyens de pilotage 210 des moyens de reprise 200.
[0119] Dans un mode de réalisation, le dispositif de blocage air/eau 216 comprend un siphon 208 en forme de U entre le conduit d’air 204 et l’orifice de reprise 203. Lorsque l’injection d’air a lieu, l’eau clarifiée contenue dans le siphon et dans le conduit de reprise est remplacée par de l’air jusqu’à une hauteur équivalente à l’extrémités du ou des canaux. Par ce moyen, le siphon vise à déconnecter hydrauliquement le contenu de l’enceinte de l’eau clarifiée en dehors de l’enceinte, il est ainsi désamorcé. En prolongeant la hauteur du siphon, il est aussi possible de compenser l’élévation du niveau de la surface 24 lors de l’étape d’aération. La présence d’un siphon n’est pas obligatoire et d’autres modes de réalisation sont possibles et seront présentés ci-dessous. Le siphon peut être associé à une vanne de blocage 206 qui est également pilotée par les moyens de pilotage 210 si l’air pour remplir le conduit de reprise provient de l’air pour le traitement (injecteur d’air 207 non dédié au blocage en air). L’orifice de reprise 203 est l’orifice par lequel l’eau traitée est évacuée.
[0120] L’orifice de reprise 203 est avantageusement positionné au-dessus du niveau du conduit de reprise 201. Et avantageusement, le conduit de reprise 201 comprend un conduit d’échappement 211 d’air. Là encore, d’autres modes de réalisation sont possibles et seront présentés ci-dessous.
[0121] Avec ce mode de réalisation des moyens de reprise, le procédé de l’invention comprend, suite à l’étape 106 de décantation, au cours de laquelle des boues se déposent au fond de l’enceinte 11 et le contenu de l’enceinte 11 se clarifie à proximité de sa surface 24, une étape 107 de reprise de la fraction clarifiée 22 du contenu de l’enceinte 11 , lesdites étapes de reprise 107 et d'alimentation 101 ayant lieu simultanément, de manière à maintenir le niveau du contenu de l’enceinte 11 sensiblement constant lors des étapes de reprise 107 et d'alimentation 101 .
[0122] Le procédé de traitement selon l’invention peut aussi comprendre une phase d’attente 116 couplée aux étapes d’alimentation, de décantation ou d’anaérobie.
[0123] Selon l’invention, le procédé de traitement comprend :
- une étape 120 de pilotage des moyens de reprise 200 au cours de laquelle le conduit de reprise 201 est rempli d’air jusqu’à ce que le conduit de reprise 201 se vide complètement de la fraction clarifiée 22 contenue dans le conduit de reprise 201 , et le conduit de reprise 201 est maintenu rempli d’air pendant la séquence réactionnelle 102 et préférablement aussi pendant l’étape 106 de décantation, et optionnellement d’attente, et
- une étape 123 d’expulsion de l’air contenu dans le conduit de reprise 201 par de la fraction clarifiée 22 pendant l’étape d’alimentation 101 et l’étape 107 de reprise.
[0124] Après l’étape 120 et avant l’étape 123, le procédé peut comprendre une étape 121 de remplissage, au moins partiel, du au moins un canal 202 par le contenu 12 de l’enceinte 11 pendant l’étape 105 d’aération, si l’injection d’air n’est pas continue pendant les étapes d’injection d’air.
[0125] En outre, le procédé de traitement comprend, entre l’étape 120 et l’étape 123, deux autres étapes de maintien du remplissage en air du conduit de reprise. Comme mentionné précédemment, l’étape 120 de remplissage en air du conduit de reprise 201 a lieu par injection d’air et vidange en eau clarifiée simultanément. La vanne 205 est fermée et le dispositif de blocage air/eau 216 est dit fermé, le dispositif d’injection d’air (l’injecteur d’air 207) est en fonctionnement, au début de la première étape d’aération 105.
[0126] Ensuite, le procédé comprend une étape 122 de maintien du remplissage en air du conduit de reprise 201 par injection d’air. La vanne 205 est fermée et le dispositif de blocage air/eau 216 est dit fermé, le dispositif d’injection d’air 207 est en fonctionnement, pendant l’étape d’aération 105.
[0127] Ensuite, le procédé comprend une étape 122bis de maintien du remplissage en air du conduit de reprise sans injection d’air. La vanne 205 est fermée et le dispositif de blocage air/eau 216 est dit fermé, dispositif d’injection d’air 207 est à l’arrêt, pendant les étapes d’aération 105 et de décantation 106.
[0128] Ensuite vient l’étape 123 d’expulsion de l’air contenu dans le conduit de reprise et remplissage en eau clarifiée simultanément. La vanne 205 est ouverte et le dispositif de blocage 216 est dit ouvert, le dispositif d’injection d’air 207 est à l’arrêt, pendant les étapes d’alimentation 101 , de reprise 107, anaérobie 103.
[0129] Et à la limite, si l’injection d’air n’est pas continue lors de l’étape 105 d’aération, notamment pour faire des économies d’énergie, une étape 121 de remplissage, au moins partiel, du au moins un canal 202 par le contenu 12 de l’enceinte 1 1 pendant l’étape 105 d’aération peut avoir lieu (mais cette étape n’est pas voulue en quelque sorte). Dans ce cas, il est possible de réinjecter de l’air pour remplir à nouveau le conduit de reprise 201 , c’est l’étape 122. Ceci peut se réaliser de manière syncopée en réglant une fréquence et une durée d’injection d’air ou de manière plus fine en intégrant une sonde de mesure de niveau qui permet de détecter s’il y a lieu de réinjecter de l’air et de déclencher une étape 122 pendant l’étape d’aération 105.
[0130] Le conduit de reprise est maintenu rempli d’air pendant la séquence réactionnelle comprenant l’étape d’aération. Préférentiellement, il est aussi maintenu rempli d’air pendant l’étape de décantation. En effet, si le conduit de reprise n’était plus rempli d’air au début de la décantation, le voile de boue n’aurait pas suffisamment de temps pour descendre en dessous des orifices d’entrée des canaux 202, ce qui entraînerait la contamination du conduit de reprise par les boues.
[0131 ] La particularité de l’invention réside dans le positionnement du conduit de reprise 201 au-dessous de la surface 24 du contenu de l’enceinte, c’est-à-dire qu’il est toujours immergé. Pour autant, son contenu est contrôlé grâce à l’étape de pilotage (120, 122, 122bis, 123) des moyens de reprise 200 en fonction des étapes du procédé de traitement. Il en résulte que seule l’eau traitée peut pénétrer dans le conduit de reprise en vue d’être reprise. Le conduit de reprise est représenté sensiblement horizontal, c’est-à-dire parallèle à la surface 24 du contenu de l’enceinte, mais il pourrait également être incliné et s’étendre selon un axe sécant au plan dans lequel se trouve la surface 24. Le premier avantage est de ne pas limiter le volume de l’enceinte puisqu’il n’est pas nécessaire de réaliser un abaissement du plan d’eau en dessous du conduit de reprise pour éviter l’entrée d’eau non-traitée et de boues pendant l’étape d’aération 105. Grâce au pilotage des moyens de reprise, le conduit de reprise est rempli d’air juste avant l’étape d’aération 105 du réacteur. Autrement dit, le conduit de reprise est rempli d’air, c’est-à-dire qu’il est bloqué en air et ainsi rendu inaccessible au contenu de l’enceinte pendant les phases où le contenu de l’enceinte à proximité du conduit n’est pas uniquement de l’eau traitée. Une autre particularité vient du canal (ou des canaux) 202 qui relie(nt) hydrauliquement le contenu de l’enceinte 11 au conduit de reprise 201. Ils sont représentés perpendiculairement à la surface 24, mais peuvent également être inclinés vers le bas. Le canal 202 joue un rôle prépondérant : tout en assurant la connexion hydraulique entre la fraction clarifiée et le conduit de reprise pour permettre la reprise de la fraction clarifiée, il permet également lors de l’étape d’aération de contenir l’élévation du niveau du contenu de l’enceinte. Le canal 202 présente deux extrémités (visibles sur la figure 4) : une première extrémité 221 et une seconde extrémité 222 en contact direct avec le conduit de reprise 201 , permettant l’écoulement entre le conduit de reprise 201 et le canal 202. Le canal 202 peut avoir n’importe quelle section : circulaire, rectangulaire, polygonale,..., de même que le conduit de reprise 201 .
[0132] L’étape 105 d’aération entraine une variation du niveau du contenu de l’enceinte due à l’injection d’air dans l’enceinte. Pendant l’étape 105 d’aération, le canal (ou les canaux) 202 se remplit au moins partiellement du contenu de l’enceinte. Il s’agit du cas particulier de l’étape 121 , pour un procédé dans lequel l’injection d’air dans le conduit de reprise n’est pas continue. La hauteur de remplissage des canaux 202 correspond à la hauteur d’élévation du contenu de l’enceinte. Comme les canaux 202 sont dimensionnés pour être suffisamment hauts afin de répondre au cas particulier de l’étape 121 , le contenu 12 ne parvient pas jusqu’à la seconde extrémité 222 des canaux 202. Le conduit de reprise 201 , lui, reste rempli d’air. Lors de l’étape 105 d’aération, le contenu de l’enceinte est homogène, même au niveau de la surface 24. Grâce aux canaux 202, ce contenu homogène contenant des boues ne pénètre pas dans le conduit de reprise 201 . Les canaux 202 forment une zone de transition entre le conduit de reprise bloqué en air et le contenu de l’enceinte. Les extrémités 221 des canaux 202 peuvent être en contact avec l’eau et les boues. Les extrémités 222 des canaux 202 ne sont jamais en contact avec des boues. Ainsi, il est garanti que le conduit de reprise, selon les phases, contient soit de l’air ou de l’eau traitée, mais jamais de boues.
[0133] Le conduit de reprise 201 est maintenu rempli d’air pendant la séquence réactionnelle 102 et préférentiellement l’étape 106 de décantation, et optionnellement la phase d’attente 116. C’est l’étape 122bis. En fin de décantation, les boues présentent dans l’enceinte se sont déposées au fond de l’enceinte 11 et le contenu de l’enceinte 11 se clarifie à proximité de sa surface 24. Le procédé comprend alors une étape 123 d’expulsion de Pair du conduit de reprise 201. La vanne 205 est en position ouverte et de l’eau clarifiée entre dans le conduit de reprise et permet de chasser l’air bloqué dans le conduit de reprise par la vanne 205 et par le conduit de mise à l’atmosphère. Il n’y a plus d’air bloqué dans le conduit de reprise.
[0134] Par la suite, le dispositif de blocage air/eau 216 se met en position dite ouverte et un nouveau cycle débute : l’étape 101 d’alimentation a lieu simultanément à l’étape 107 de reprise. En introduisant un volume d’effluent dans l’enceinte, le même volume est vidangé afin de maintenir un niveau sensiblement constant. Comme le conduit de reprise n’est plus bloqué en air, le conduit de reprise 201 et les canaux 202 se remplissent de ce volume du contenu 12 de l’enceinte 11 situé au niveau de la surface 24. Il s’agit de la fraction clarifiée que l’on souhaite reprendre.
[0135] Le pilotage de remplissage d’air du conduit de reprise (étape 120) et du blocage de l’air dans le conduit de reprise (étape 122bis, complétée éventuellement de l’étape 122 si l’injection d’air n’est pas continue) résulte en un contrôle précis de l’instant auquel on fait rentrer du contenu dans le conduit de reprise. Le conduit de reprise est accessible au contenu de l’enceinte quand le contenu de l’enceinte est clarifié au niveau de sa surface. Par contre, pendant l’étape d’aération où le contenu est homogène, c’est-à-dire quand le contenu de l’enceinte n’est pas clarifié au niveau du conduit de reprise, le conduit de reprise n’est pas accessible à ce contenu. En d’autres termes, le procédé selon l’invention permet de contrôler précisément ce qui entre dans le conduit de reprise. Selon les étapes du traitement des eaux résiduaires, il y a une succession de phases de blocage en air du conduit de reprise et de phases de connexion hydraulique libre lors desquelles le contenu de l’enceinte peut circuler dans le conduit de reprise. [0136] Il en résulte que cette variante repose sur une étape de pilotage des moyens de reprise de l’enceinte du SBR au cours de laquelle, juste avant la mise en service de l’aération dans le SBR, le conduit de reprise est rempli d’air jusqu’à ce que le conduit se vide complètement de l’eau (clarifiée) contenue dans le conduit. Cette variante de l’invention garantit la non-contamination du conduit de reprise d’eau traitée par des boues activées au cours de l’aération grâce à un remplissage d’air contrôlé du conduit de reprise en fonction des étapes du procédé de traitement.
[0137] Il apparaîtra plus généralement à l'Homme du métier que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'Homme du métier se basant sur ses connaissances générales.

Claims

35 REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d’un effluent d’eaux résiduaires (20) comprenant une pollution carbonée, une pollution azotée et une pollution phosphorée, dans un réacteur batch séquencé (SBR 10), ledit SBR (10) comprenant :
- une enceinte (11 ) apte à contenir un mélange (12) eaux résiduaires-boues comprenant différents niveaux, chaque niveau étant défini par une concentration et/ou une densité de boues,
- un lit de boues (13), comprenant des PAO (14), situé au fond de l’enceinte (11 ), au-dessus duquel est défini un niveau de voile de boue (15),
- des moyens (16) de détermination d'un niveau minimum (17) et d'un niveau maximum (18) d'extraction des boues dans l'enceinte (11 ),
- des moyens d'extraction (19) aptes à extraire des boues (23) à des niveaux variables entre le niveau d'extraction minimum (17) et le niveau d'extraction maximum (18), ledit procédé comprenant :
- une étape (101 ) d'alimentation du SBR (10), au cours de laquelle on introduit un volume d'effluent à traiter (20) près du fond de l’enceinte (11 ), dans le lit de boues (13), de préférence par un réseau de distribution (21 ) couvrant le fond de l’enceinte (11 ),
- une séquence réactionnelle (102) comprenant : o au moins une première étape (103) anaérobie, lors de laquelle les PAO (14) captent la pollution carbonée et relarguent des composés phosphorés, o optionnellement, une deuxième étape (104), en anoxie, de dénitrification (partielle et/ou totale), cette étape n’étant mise en oeuvre qu’en cas d’une concentration en NOx supérieure à un seuil prédéterminé, o une troisième étape (105) d’aération, permettant d’effectuer la déphosphatation de l’effluent par les PAO (14), l’aération étant contrôlée de manière à effectuer simultanément soit une nitrification (partielle ou totale), soit une nitritation (partielle ou totale), 36
- une étape (106) de décantation, au cours de laquelle des boues se déposent au fond de l’enceinte (1 1 ) et le contenu de l’enceinte (1 1 ) se clarifie à proximité de sa surface (24),
- une étape (107) de reprise, au cours de laquelle on évacue une fraction clarifiée (22) du contenu de l’enceinte, lesdites étapes de reprise (107) et d'alimentation (101 ) ayant lieu simultanément, de manière à maintenir le niveau du contenu de l’enceinte (1 1 ) sensiblement constant lors des étapes de reprise (107) et d'alimentation (101 ), et
- une étape (108) d’extraction d’au moins une partie des boues (23) légères ayant un indice de boues supérieur à 100 mL/g et une vitesse de décantation inférieure à 2 m/h à un niveau prédéfini entre le niveau d'extraction minimum (17) et le niveau d'extraction maximum (18), préférentiellement à proximité du voile de boue (15).
2. Procédé de traitement selon la revendication 1 , comprenant en outre une étape (109) de mesure du voile de boue (15), et dans lequel l’étape (108) d’extraction d’au moins une partie des boues légères est réalisée lorsque la mesure du voile de boue (15) est sensiblement égale à une distance prédéfinie du niveau d’extraction des boues.
3. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l’étape (108) d’extraction d’au moins une partie des boues légères est réalisée pendant l’étape (101 ) d’alimentation et/ou pendant l’étape (106) de décantation.
4. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, pendant la séquence réactionnelle (102), une étape (1 10) d’injection d’air dans l’enceinte (1 1 ).
5. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la troisième étape (105) d’aération est suivie d’une étape (1 1 1 ), en anoxie, de post-dénitrification, préférentiellement mise en oeuvre lorsque la troisième étape (105) est une étape de nitrification totale ou partielle ; ou la troisième étape (105) d’aération est suivie d’une étape (1 1 1 ), en anoxie, de dénitritation, préférentiellement mise en oeuvre lorsque la troisième étape (105) est une étape de nitritation totale ou partielle ; ou la troisième étape (105) d’aération est suivie d’une étape (1 1 1 ), en anoxie, de déammonification, préférentiellement mise en oeuvre lorsque la troisième étape (105) est une étape de nitritation partielle.
6. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape (106) de décantation est précédée d’une étape (112) d’injection d’air dans l’enceinte (11 ).
7. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une étape (113) de densification des boues par un dispositif de densification (30) à l’intérieur de l’enceinte (11).
8. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre une étape (114) d’asservissement de la durée de la troisième étape (105) d’aération en fonction du niveau de pollution carbonée, azotée et phosphorée de l’effluent d’eaux résiduaires (20).
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