FR2471952A1

FR2471952A1 - Procede de purification d'eau usee

Info

Publication number: FR2471952A1
Application number: FR8026476A
Authority: FR
Inventors: Risto Rainer Hakulinen
Original assignee: Enso Gutzeit Oy
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-06-26
Also published as: JPS5914276B2; GB2068354B; AT381921B; ATA601980A; SE8008741L; FR2471952B1; GB2068354A; BR8008108A; DE3046686A1; CA1156381A; CH656113A5; US4344848A; FI793914A; JPS5691892A; NO803760L

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PURIFICATION D'EAU USEE CONTENANT DES COMPOSES PHENOLIQUES CHLORES, TELS QUE DES EFFLUENTS DE BLANCHIMENT D'UNE PAPETERIE DE PULPE DE CELLULOSE AU SULFATE. LA PURIFICATION EST EFFECTUEE BIOLOGIQUEMENT DANS UN REACTEUR 1 A LIT FLOTTANT 8 QUI A ETE INOCULE AVEC UNE POPULATION BACTERIENNE DECOMPOSANT LES COMPOSES PHENOLIQUES CHLORES ET OU LES BACTERIES UTILISENT DES PARTICULES FLOTTANTES COMME SUBSTRAT DE FIXATION. LA PURIFICATION SE PRODUIT DANS LE REACTEUR DANS DES CONDITIONS ANAEROBIES ET L'EAU EXTRAITE DU REACTEUR 9 PEUT ETRE OXYGENEE OU AEREE 12 ET SOUMISE A UNE ETAPE SUPPLEMENTAIRE DE PURIFICATION AEROBIE, OU UN AUTRE REACTEUR 2 A LIT FLOTTANT 19 OU A FILTRE EN ECORCE EST UTILISE.

Description

1.

La présente invention concerne un procédé de purir-

fication d'eau usée dans un réacteur à.couche flottante, prô-

cédé dans lequel l'eau usée à purifier'est introdu'ite'dans la-

partie inférieure du réacteur contenant des particules soli-.

des d'une manière telle que les particules flottent dans le

courant d'eau usée s'élevant à partir du fond.

La purification des eaux usées dans un courant ats-

cendant à l'aide d'une couche flottante de particules edt un procédé courant. Les particules flottantes sont généralement constituées de charbon actif, lequel absorbe les imptt+etés présentes dans l'eau. Dans la présenté invention, la couche

flottante est utilisée dans'un procédé de purification sensi-

blement basé sur une activité bactérienne et destinée à ser-

vir au traitement de l'eau usée contenant des composés phéno-

liques chlorés,:en particulier de l'eau usée rencontrée dans

les procédés de blanchiment. La présente invention est carac-

térisée en ce que le réacteur à couche flottante est inoculé avec une population de bactéries qui sont aptes à décomposer les composés phénoliques chlorés et utilisent les particules

flottantes comme substrat de fixation; en outre, des condi-

tions anaérobies sont maintenues dans le réacteur, et dans le

réacteur, l'eau usée contenant des composés phénoliques chlo-

rés est acheminée, à la suite de quoi elle se trouvera puri-

fiée par l'action de la population de bactéries.

2. La demande de brevet finlandais n0 772069 décrit un procédé o l'eau usée contenant des phénols chlorés est

traitée dans un biofiltre rempli d'écorce d'arbre. La puri-

fication est basée sur la population bactérienne vivant g-7 dans l'écorce et qui a l'aptitude caractéristique à tolérer la présence de phénols chlorés et qui peut contenir des souches de bactéries qui sont capables d'utiliser des tri

ou tâtrachlorophénols comme leur seule source de carbone.

La présente invention est basée sur l'observation qu'il est possible d'inoculer le réacteur à couche flottante avec une

population bactérienne de ce type, de sorte que les bacté-

ries se fixent à la surface des particules flottantes. Ain-

si, ce qui constitue le procédé de la présente invention

n'est pas une adsorption classique d'impuretés par les parti-

cules flottantes: il est essentiel que la purification soit

basée sur l'action de décomposition que la population bacté-

rienne et que les particules servent simplement de substrat

de fixation pour les bactéries. On a déjà trouvé dans des ex-

périences que dans ce procédé, des résultats d'une purification

sont obtenus qui sont jusqu'à 10 fois supérieurs à ceux per-

mis par les procédés de l'art antérieur utilisant un filtre

en écorce.

Le matériau des particules flottantes utilisé dans le procédé de la présente invention peut être d'une nature

variant dans des limites assez larges. Les matériaux sui-

vants, par exemple, peuvent être envisagés en plus du char-

bon wtif utilisé dans les techniques de l'art antérieur: des résines échangeuses d'ions, en particulier des résines anion, des matériaux plastiques, le sable, l'argile, la boue, etc. L'avantage particulier présenté par une résine anionique est que des bactéries chargées négativement sont efficacement liées à la surface des particules positives de résine. Là encore, l'utilisation de charbon actif aboutit au résultat que, du côté de l'activité de décomposition dans laquelle les bactéries sont engagées, les particules absorberont de

façon classique les impuretés qui sont présentes dans l'eau.

Un mode de réalisation particulier de la présente

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3. invention est caractérisé en ce qu'il y a dans le réacteur une circulation interne de l'eau usée à purifier. La fonction

spécifique d'une telle circulation est que le courant main-

tient à l'intérieur du réacteur une couche flottante de hau-

teur appropriée indépendamment de la vitesse à laquelle une

eau nouvelle usée, non traitée, est introduite dans le réac-

teur.

Un autre mode particulier de réalisation de la pré-

sente invention est caractérisé en ce que la population bac-

térienne avec laquelle le réacteur est inoculé comprend au

moins une souche de bactéries croissant dans du trichloro-

phénol et au moins une souche de bactéries croissant dans du tétrachlorophénol, qui appartiennent aux souches déposées au laboratoire de microbiologie de l'université d'Helsinki sous le numéro de code YM 241268. La population bactérienne

peut alors être constituée principalement de souches de bac-

téries déposées dans ledit institut sous les numéros de code YM 134-202 et YM 241-268, qui sont en eux-mêmes connus dans l'art antérieur grâce à la demande de brevet finlandais n' 772069 citée ci-dessus. Lorsqu'on utilise une population bactérienne de ce type, la procédure est particulièrement

appropriée au traitementdes effluents de blanchiment conte-

nant des quantités importantes de divers phénols chlorés

et non chlorés. D'autre part, d'autres types d'eau usée peu-

vent être également traités par le procédé - par exemple des

eaux usées contenant de la TCDD ou 2,3,7,8-tétrachlorodiben-

zoparadioxine. La TCDD est une substance qui est produite,

par exemple, par chauffage de certains phénols polychlorés.

Comme la décomposition des phénols chlorés nécessi-

te des conditions anaérobies, il est convenable d'adjoindre

au procédé de purification suggéré ici une étape de purifi-

cation aérobie ayant pour but d'abaisser la valeur de la

demande biologique en oxygène de l'eau. Cela peut être obte-

nu grâce au fait que l'eau extraite du réacteur à couche flottante est oxygéné ou aéré et ensuite acheminé dans un

autre réacteur, qui peut être soit un réacteur à couche flot-

tante, soit un filtre en écorce.

2 4 7.1 9 5 2

4. La présente invention sera bien comprise lors de

la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-

joints dans lesquels: Les figures 1 et 2 représentent deux dispositifs différents pouvant être utilisés pour appliquer le procédé de

la présente invention.

Dans la figure 1, on a représenté un dispositif des-

tiné spécifiquement à être utilisé dans la purification d'ef-

fluents de blanchiment d'une usine de pulpe de cellulose au sulfate et comprenant deux réacteurs à couche flottante 1 et

2. Dans le premier réacteur 1, l'étape de.purification anaé-

robie a lieu, étape dans laquelle les phénols chlorés conte-

nus dans l'effluent sont décomposés sous l'effet des bacté-

ries et dans le second réacteur 2, une purification aérobie se produit dans laquelle les phénols chlorés contenus dans l'effluent sont décomposés par l'effet des bactéries, qui a pour but de réduire la valeur de la demande biologique en oxygène de l'eau. L'effluent à traiter est introduit au moyen d'une pompe 3 par une conduite d'admission 4 dans le réacteur 1 jusqu'à un niveau légèrement au-dessus d'une plaque

perforée 5, située dans la partie inférieure du réacteur.

Au réacteur 1 est branchée une conduite de circulation 7 comportant une pompe 6, et dans laquelle l'eau à traiter est

acheminée de la partie supérieure du réacteur jusqu'à sa par-

tie inférieure, située au-dessous de la plaque perforée 5.

La couche flottante 8 du réacteur est constituée de particu-

les minuscules de résine anionique et l'intensité du courant circulant dans la conduite 7 est réglée,dans le cas de la figure 1,de façon que la hauteur de la couche flottante soit approximativement la moitié de la hauteur intérieure du réacteur. Une conduite 9 servant à la vidange de l'eau traitée de façon anaérobie commence en un endroit proche du sommet

du réacteur 1, et le gaz s'accumulant dans la partie supérieu-

re du réacteur est évacué par une conduite 10 reliée à un ré-

cipient 11. La conduite de vidange 9 se termine dans un bac d'aération 12 qui peut être pressurisé et o de l'air ou de l'oxygène pur est introduit par une conduite 13 débouchant

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5. dans l'eau traitée de manière anaérobie. A partir de la cuve d'aération 12 l'eau est acheminée par une conduite 14 vers

le réacteur 2 à couche flottante aérobie, dont la construc-

tion est identique à celle du réacteur 1. Ainsi, celui-ci comprend une conduite de circulation 15, une plaque perforée 16 et des conduites 17 et 18 d'acheminement de l'eau purifiée et des gaz d'échappement, et l'intérieur du réacteur contient une couche flottante 9 constituée de particules de résine anionique, cette couche étant maintenue à l'aide du fluide

en circulation.

Le dispositif de purification représenté en figure 2

est différent de celui de la figure 1, en ce sens qu'il com-

prend pour l'éatpe de purification anaérobie un filtre en écorce 20. L'eau traitée de manière anaérobie va, dans le cas décrit, du réacteur 1 par l'intermédiaire de la conduite 9 jusqu'au filtre à écorce 20 sans passer par l'intermédiaire d'un récipient d'aération. Le filtre 20 comprend une couche 21 de parties mâchées d'écorce de conifère, o l'eau circule

vers le bas à partir de la partie supérieure, et dans la par-

tie inférieure du filtre l'air est introduit simultanément par

une conduite 22, ce qui crée des conditions aérobies à l'in-

térieur du filtre. Le filtre 20 est d'autre part équipé d'une conduite 23 pour la circulation de l'eau à traiter et d'une

conduite 24 par laquelle l'eau purifiée est soutirée du dispo-

sitif.

EXEMPLE 1

Le dispositif de la figure est utilisé pour traiter

un mélange d'effluents contenant 50 % d'effluents de blanchi-

ment provenant de l'étape de chloration d'une papeterie de

pulpe de cellulose au sulfate et 50 % d'effluents de blanchi-

ment provenant de l'étape alcaline. Les deux réacteurs à cou-

che flottante ont une capacité de 7 litres et contiennent tous deux 1 litre de particules de résine anionique, qui se sont élevées sous l'effet de la circulation pour constituer une couche flottante stationnaire remplissant environ la moitié du volume de réacteur. Le réacteur anaérobie est inoculé

avec une population bactérienne décomposant les phénols chlo-

6. rés, cette population ayant été établie par traitement au laboratoire de la manière décrite dans la demande de brevet finlandais no 772069, un échantillon de bactérie ayant été

prélevé dans le volume d'eau adjacent à l'usine de blanchi-

ment de la papeterie de pulpe de cellulose. Le pH dans le réacteur pendant le déroulement du procédé est de 6 à 7 et la température de +250C et la concentration en oxygène est comprise entre o et 0,5 mg/l. Les résultats de lapurification

avec des charges hydrauliques diverses (quantité d'eau trai-

tée pendant une durée donnée divisée par le volume du réac-

teur anaérobie) sont indiqués dans le tableau ci-joint. Les

colonnes verticales I indiquent les contenus en phénols chlo-

rés (en mg/m) de l'effluent avant le traitement de purifi-

cation; les colonnes verticales II les contenus respectifs à la suite de la purification puis le pourcentage d'élimination

dans chaque cas. Les résultats montrent que l'effet de puri-

fication est quelque peu amoindri par une augmentation de la charge hydraulique, mais avec des charges s'élevant à 23 m3 par m3 par jour, l'élimination totale reste élevée et égale

à 78,9 %. Les essais révèlentd'autre part que le procédé per-

met d'enlever de l'effluent, du côté des composés phénoliques

chlorés, les composés organiques de poids moléculaires éle-

vé, celui-ci pouvant atteindre 6500.

EXEMPLE 2

Le réacteur à couche flottante anaérobie de

l'exemple 1 est inoculé par une population bactérienne décom-

posant les composants phénoliques chlorés, établie selon la

description de la demande de brevet finlandais n0 772069. Les

particules flottantes sont constituées de boue introduite

dans le réacteur en même temps que les bactéries. Dans ce réac-

teur, une eau contenant du 2,3,7,8-tétrachlorodibenzoparadio-

xine, ou TCDD, est traitée par circulation dans le réacteur pendant 10 jours. Aucune autre eau n'est ajoutée au réacteur pendant cette période. La concentration initiale en TCDD est

de 250 mg/m, et à la fin du traitement on note que la con-

centration est tombée d'environ 60 %.

Il apparaîtra à l'homme de l'art, que les différents 7. modes de réalisation de la présente invention ne sont pas limités aux exemples décrits et peuvent varier dans le cadre

des revendications ci-dessous. Par exemple, la construction

de l'appareil utilisé peut être différente de celle quiest représentée dans la figure, et il est, par exemple, possible

d'omettre les plaques perforées qui sont placées à l'extrémi-

té inférieure des réacteurs. En outre, des organes permettant

le soufflage d'air supplémentaire peuvent être reliés au réac-

teur à couche flottante anaérobie ou à la conduite de circu-

lation branchée sur celui-ci et de même lorsqu'un filtre en écorce est utilisé dans l'étape de purification aérobie, l'eau traitée de manière anaérobie peut être acheminée dans un bac d'aération séparé identique à celui de la figure 1, avant son

introduction dans le filtre.

TABLEAU

Composé mg/m3 2,4-dichlorophénol

2,4,6-trichloro-

phénol

2,3,6-trichloro-

phénol

2,4,5-trichloro-

phénol

3,5-dichloro-2,6-

diméthoxyphénol 4,5-dichlorogalac& tétrachlorophénol trichlorogalacol trichlorocatéchol

3,4,5-trichloro-

2,6-diméthoxyphé-

nol tétrachlorogalacol pentachlorophénol

tétrachlorocaté-

chol Total 1T 3 x

TT I I T

6 xcharge' m3/3x. jour T TTr

Q. T

12 x T-r I T 23 x TTr

1 J..L-'O J. J. J2 -O.LJ.. J..L.

12,8' - 100 _ _ -._ - __ - _.:1 :

138 _ 100 138 1,8 98,6 25,3 4,6 81,8 63,0 5,3 91,5 110 19,1;82,6

19,4 20,2 0 23,5 20,3...

,0 1,4 80,0 6,5 100 2,6 1,7 34,6 - - - 6,3 - 1100

_o-. _- -.__ __t

- - - 14,4 100 - - - 4,1 3,7 9,7 - _

334 - 100 178 100 129 66 48,8 - - - 26,6 -

,6 - 100 7,3 - 100 9,7 0,8 91,7 12,6 2,0 81,1 12,0 3,6 70

28,E_- 100 38,6 2,3 94,0 22,7 5,5 75,7 57,2 11,7 79,5 52,7 5,8 88,9

- - - 1,1 - 100 3,6 0,5 86,1 1,9 - 100 0,3 0,38 0

11,3 - 100 11,3 1,0 91,1 12,1 6,4 47,1 22,9 10,8 52,8 32,5 15,0 53,8

- - _ __ 66,1 4,1 93,7 27,9 6,6 76,3

2,3 0,3 87, 2,2 1,0 54,5 1,4 0,9 35,7 3,9 3,0 23,0 2,5 2,4 4

28,0 2,4 91,4 22, 4,7 7971 9,8 - 100 32,6 9,9 69,6 11,9 6,8 42,8

4,1 99,2

420111,3197,3

216 186,4

265 150,5 81,9 283

59,6 78,9

Co r', 4- r', I T

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9.

La présente invention n'est pas limitée aux exem-

ples de réalisation de la présente invention qui viennent

d'être décrits, elle est au contraire susceptible de varian-

tes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.

10.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé de purification d'eau usée dans un réac-

teur à couche flottante (l} o l'eau usée à purifier est ache-

minée dans la partie inférieure d'un réacteur contenant des particules solides (8) d'une manière telle que les particules

flottent dans un courant d'eau usée ascendant depuis la par-

tie inférieure, caractérisé en ce que le réacteur (1) est inoculé avec une population bactérienne qui a l'aptitude caractéristique de décomposer les composés phénoliques chlorés îO et qui utilise les particules flottantes (8) comme substrat de fixation, en ce que des conditions anaérobies sont maintenues dans le réacteur, et en ce que dans le réacteur est introduit de l'eau usée contenant des composés phénoliques chlorés, à la

suite de quoi, l'eau usée est purifiée par l'action de la popu-

lation bactérienne.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les particules flottantes sont constituées de rési-

ne anionique.

3 - Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que les particules flottantes (8) sont constituées

d'argile, de boue, ou d'un matériau équivalent.

4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules flottantes (8) sont constituées de

charbon actif.

5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que dans le réacteur (1) une circulation in-

terne d'eau usée à purifier est effectuée.

6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que la population bactérienne avec laquelle le réacteur (1) est inoculé comprend au moins une souche de bactéries croissant dans le trichlorophénol et au moins une souche de bactéries croissant dans le tétrachlorophénol et qui

appartiennent à des souches bactériennes déposées à l'insti-

tut de microbiologie de l'université d'Helsinki sous les numé-

ros de code YM 241-268.

7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé

en ce que la population bactérienne est principalement compo-

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11.

sée de souches de bactéries déposées à l'institut de micro-

biologie de l'université d'Helsinki sous les numéros de code

YM 134-202 et YM 241-268.

8 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7,

caractérisé en ce qu'il permet de purifier un effluent de blanchiment.

9 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou

7, caractérisé en ce qu'un effluent est purifié qui contient de la 2,3, 7t8-tétrachlorodibenzoparadioxine ou des composés

analogues.

- Procédé selon l'une des revendications 1 à

9, caractérisé en ce que l'eau extraite du réacteur (1) est

oxygénée ou aérée et ensuite acheminée dans un autre réac-

teur (2) pour abaisser la valeur de la demande biologique en

oxygène de l'eau.

11 - Procédé selon la revendication 10, caractéri-

sé en ce que le second réacteur (2) est également un réacteur

à couche flottante.

12 - Procédé selon la revendication 10, caractéri-

sé en ce que le second réacteur (2) est un filtre à écorce.