FR2475030A1 - Procede de degradation biologique continue, procede de degradation biologique anaerobie et methanogene continue, et filtre biologique a utiliser pour le traitement d'eaux usees - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN FILTRE BIOLOGIQUE OU DES AGENTS POLLUANTS DANS DES EAUX USEES PEUVENT ETRE BIOLOGIQUEMENT DEGRADES PAR UNE BIOMASSE DE MICRO-ORGANISMES A LA SURFACE D'UN GARNISSAGE. SELON L'INVENTION UN RECIPIENT ETANCHE 13 CONTIENT LE GARNISSAGE 14, ET LES EAUX USEES EN 10, MELANGEES A UN LIQUIDE DE RECYCLAGE EN 11 PEUVENT S'EGOUTTER VERS LE BAS A TRAVERS LE GARNISSAGE, A CONTRE-COURANT AVEC LES GAZ ASCENDANTS. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA DEGRADATION BIOLOGIQUE AVEC OU SANS PRODUCTION DE METHANE.

Description

La destruction de nombreux courants d'eaux usées présente des problèmes

pour l'environnement, à cause des agents polluants organiques contenus dans les eaux usées. Dans un procédé o ces courants d'eaux usées sont traités afin de faciliter leur destruction, on utilise une dégradation ou conversion biologique des agents polluants organiques en produits non offensifs et/ou produits faciles à retirer. Cela est accompli en mettant le courant en contact avec une biomasse de micro-organismes pouvant dégrader ou convertir biologiquement les agents polluait

en gaz carbonique et autres produits.

Dans un procédé anaérobie et méthanogène, les micro-

organismes sont des bactéries anaérobies qui convertissent les agents polluants organiques principalement en gaz carbonique et méthane. Le méthane est valable comme source d'énergie. Dans certains procédés o il se produit non seulement une dégradation des agents polluants organiques mais o- une dénitrification est également accomplie, les agents polluants organiques sont convertis en gaz carbonique (sans production de méthane) tandis que l'azote combiné est converti en azote moléculaire

facile à retirer.

Divers dispositifs ont été révélés pour entreprendre )E procédés de dégradation biologique. Un type de dispositif est une lagune qui est simplement un grand bassin ou lac ouvert à l'air. Les eaux usées sont placées dans la lagune et y sont retenues pendant plusieurs mois, et pendant ce temps les bactéries aérobies et anaérobies décomposent les agents polluants. La couche supérieure de la lagune sera de nature aérobie tandis que le fond sera de nature anaérobie. Ces lagunes ne sont pas appropriées dans la plupart des situations à cause de la surface importante

nécessaire, de l'odeur produite et du long temps de conver-

sion. Et bien entendu, le méthane produit est totalement

perdu.

Un autre type de dispositif o une dégradation biologique peut être entreprise en l'absence d'oxygène

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moléculaire ajouté est un digesteur. Un digesteur tradi-

tionnel est simplement un récipient fermé, o est prévue la possibilité d'une agitation modérée et qui est dimensionné pour permettre un temps de rétention d'au moins 10 jours. Les digesteurs anaérobies ne sont pratiques que pour les déchets ou produits usés très forts comme les boues domestiques épaissies et certains déchets de

traitement des aliments. Ils peuvent fonctionner raisonna-

blement bien quand l'alimentation contient des solides, mais ils sont relativement inefficaces pour des effluents

ne contenant que des agents polluants solubles.

Le dispositif le plus populaire pour le traitement des courants d'eaux usées contenant des agents polluants organiques solubles est celui connu en tant que filtre anaérobie. Il se compose d'une tour garnie contenant un garnissage sur lequel est disposée une biomasse de micro-organismes appropriés. Dans les filtres anaérobies révélés jusqu'à maintenant, l'effluent ou courant d'eaux usées puait vers le haut en condition d'écoulement en bloc à travers la section garnie, l'alimentation fraiche

passant vers le fond de la tour garnie avec le déborde-

ment liquide retiré en un point au-dessus de la section garnie. Dans de telles conditions, la tour garnie est remplie du liquide en tout moment, le niveau du liquide dans la tour étant maintenu au-dessus de l'extrémité supérieure de la section garnie. Comme, dans de telles conditions, la tour est remplie de liquide en tout moment,

elle doit ttre construite en un matériau lourd et résis-

tant (comme de l'acier) qui est relativement coateux.

On connait également un dispositif semblable au filtre anaérobie, dans l'art antérieur, pour entreprendre

un procédé de dégradation biologique aérobie. Plus parti-

culièrement, on a révélé qu'un procédé de dégradation biologique aérobie pouvait ttre entrepris en distribuant le liquide du procédé sur le sommet d'un récipient ouvert et garni contenant un garnissage sur lequel sont placés des micro-organismes aérobies, et en permettant au liquide de ruisseler vers le bas à travers le garnissage et en contact avec les micro-organismes aérobies. Etant ouverts à l'air, ces récipients garnis ne sont pas adaptés à des procédés devant ttre entrepris en l'absence d'oxygène moléculaire. Les procédés aérobies ne sont pas aussi souhaitables que les procédés anaérobies parce qu'il n'y a pas de production de méthane, source possible d'énergie, les produits principaux étant du gaz carbonique et de l'eau. Le filtre anaérobie décrit ci-dessus est très utile dans le traitement des courants d'eaux usées qui ne contiennent pas de quantités appréciables de solides,

c'est-à-dire ceux o les agents polluants sont solubles.

Même si des recherches intensives et des travaux de développement ont été effectués sur les filtres anaérobies,

divers problèmes se posent encore dans leur utilisation.

Le prix de la construction d'un récipient de filtrage utilisant l'écoulement en bloc vers le haut, tel qu'il est mis en pratique dans la présente invention, est mentionné ci-dessus. Les filtres anaérobies tels qu'utilisés dans l'art antérieur présentent un autre problème parce que, en particulier quand la vitesse linéaire du liquide dans le filtre est assez faible, la biomasse à la partie inférieure ou d'enitrée du filtre a tendance à tellement croltre qu'elle peut boucher le filtre. Par ailleurs, si la vitesse linéaire du courant d'eaux usées à travers le filtre est trop élevée, cela peut avoir pour résultat une inhibition ou une destruction de la biomasse parce que la concentration des agents polluants sera accrue au-delà

du niveau pouvant ttre toléré par les micro-organismes.

La présente invention a pour objet un nouveau procédé utile de dégradation biologique pour le traitement des courants d'eaux usées, ainsi qu'un nouveau dispositif utile à y utiliser. La présente invention a pour autre objet un nouveau procédé de dégradation biologique méthanogène utile du type filtre anaérobie, ainsi qu'un dispositif à utiliser dans ce but, employant des matériaux de construction relativement légers et peu cofrteux. La présente invention a encore pour objet un nouveau procédé et un nouveau dispositif utiles en filtre anaérobie, o la distribution du liquide du procédé à travers le filtre est relativement simple, et pouvant facilement

se libérer d'une biomasse-accumulée ou autres solides.

La présente invention a pour autre objet un procédé et un dispositif en filtre anaérobie qui, contrairement au procédé etaudispositif à filtre anaérobie selon l'art antérieur, peuvent traiter et dégrader certains types d'agents polluants solides. D'autres objets de l'invention

deviandront mieux apparents à la lecture de la description

qui suit.

Les objets ci-dessus et d'autres encore sont atteints par la présente invention qui, dans un de ses aspects, concerne un procédé de dégradation biologique continue o un courant liquide d'eaux usées contenant des agents

polluants organiques susceptiblesd'une dégradation biolo-

gique, est mis en contact avec une biomasse de micro-

organismes placée à la surface de garnissage de support afin d'effectuer la dégradation biologique des agents polluants organiques en gaz carbonique et autres produits, ces micro-organismes pouvant dégrader les agents polluants

organiques en gaz carbonique et autres produits, ce procé-

dé étant entrepris en l'absence d'oxygène moléculaire ajouté et comprenant les étapes de (a) faire continuellement passer un mélange liquide composé du courant d'eaux usées et du courant de recyclage défini ci-après, vers le bas, à travers une section garnie confinée dans un récipient obturé, cette section garnie étant remplie du garnissage de support à la surface duquel se trouve la biomasse de micro-organismes, le récipient obturé étant obturé afin que de l'air et autres sources d'oxygène moléculaire ne puissent y entrer, de façon que le mélange liquide vienne en contact intime avec la biomasse lors de sa descente à travers la section garnie dans des conditions o au moins une partie des agents

polluants organiques du courant d'eaux usées est biologi-

quement dégradée et convertie en gaz carbonique et autres produits pour donner un efluent liquide à l'extrémité

inférieure de la section garnie contenant une concentra-

tion plus faible en agents polluants organiques que celle dans le mélange liquide e1ou1e]iquide desced dans lasectia-rniie tandis que le gaz carbonique et les autres gaz produits dans la dégradation biologique remontent à travers la section garnie à contre--courant avec le liquide qui descend, le contact du mélange liquide avec la biomasse étant accompli à une température comprise entre environ et 601C, appropriée à cette dégradation biologique, et sensiblement à la pression atmosphérique; (b) retirer continuellement, de l'extrémité supérieure du récipient obturé, en un point situé au-dessus de la section garnie, le gaz carbonique et autres gaz produits dans la dégradation biologique; (c) retirer continuellement l'effluent liquide à l'extrémité inférieure du récipient obturé en un point situé en dessous de la section garnie, le taux de retrait de l'effluent liquide étant tel que cela maintienne le niveau liquide de tout effluent liquide s'accumulant au fond du récipient obturé,en dessous de la section garnie, une partie de cet effluent liquide étant retirée sous forme d'un courant de décharge d'eaux usées traitées;et (d) recycler continuellement, comme courant de recyclage, une partie de l'effluent liquide retirée à l'extrémité inférieure du récipient obturé et mélanger ce courant de recyclage avec le courant d'eaux usées avant passage du mélange liquide résultant vers le bas à travers la section garnie selon l'étape (a) ci-dessus, la partie de l'effluent liquide ainsi recyclée comme courant de recyclage étant en une quantité telle que, lors du mélange avec le courant d'eaux usées, cela force le mélange liquide à avoir une concentration des agents polluants organiques et de toute espèce biostatique ou biocide, en dessous de la concentration pouvant inhiber

les procédés de croissance des micro-organismes.

Selon un autre aspect, la présente invention concerne

un filtre biologique pour effectuer le procédé de dégrada-

tion bblogique ci-dessus.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

apparaîtront plus clairement au cours de la description

explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donané uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dam leaquel: la figure unique est un schéma d'un filtre biologique

fonctionnant selon la présente invention.

Le filtre selon l'invention ainsi qie son fonctionne-

ment préslist une grande différence par rapport à l'art antérieur, en effet le liquide passe vers le bas à travers le garnissage, à contrecourant avec les gaz qui montent dans le garnissage, et ce garnissage est rempli de gaz

au lieu d'être submergé ou rempli de liquide. Ces diffé-

rences permettent de résoudre de nombreux problèmes associésaux filties selon l'art antérieur. Ainsi, le filtre selon l'invention présente une amélioration parce que, n'étant pas rempli de liquide, il peut être contenu dans

une structure bien plus légère et bien moins coûteuse.

Le filtre selon l'invention représente une autre améliora-

tion parce que la distribution de l'alimentation est très simple, un pulvérisateur étant suffisant. Par-ailleurs, contrairement aux filtres anaérobies avec écoulement vers le haut selon l'art antérieur, le filtre selon l'invention peut facilement se libérer de la biomasse accumulée et autres solides. Le filtre selon l'invention peut également dégrader certains types de solides sans qu'ils ne doivent être dissous ou solubilisés. Le filtre selon l'invention permet également le contact des eaux usées avec des gaz externes darsdes situations o cela est souhaitable. Ces améliorations seront mieux expliquées dans les paragraphes

qui suivent.

On se référera d'abord au dessin joint qui illustre le fonctionnement d'un filtre selon l'invention. Les eaux usées à traiter introduites par la ligne 10 sont mélangées à un courant de recyclage liquide provenant de la ligne 11, puis passent vers un dispositif formant pulvérisateur 12 placé à l'extrémité supérieure d'une tour garnie et obturée 13 contenant une section garnie 14. A la surface du garnissage dans la section garnie se trouve une biomasse d' organismes appropriée. Le mélange liquide d'eaux usées d'alimentation et de liquide de recyclage est pulvérisé ou répandu sur le garnissage contenu dans la section garnie 14 et on le laisse ruisseler vers le bas

à travers le garnissage.

Les gaz produits dans la biodégradation, tels que le gaz carbonique et, dans des procédés méthanogènes, le méthane, remontent dans le garnissage à contre-courant avec le liquide descendant. Des gaz externes peuvent également être introduits en un point situé en dessous de la section garnie, par laligne 15 et ces gaz externes remonteront également à travers la section garnie. Les gaz qui remontent éventuellement jusqu'à l'extrémité supérieure de la tour garnie 13 sont retirés par la

ligne 16, sous forme de gaz de dégagement.

Le liquide, après sa descente à travers le garnissage, s'accumule dans la section inférieure conique de la tour 13. Le niveau de ce liquide est contrblé par un moyen

traditionnel afin d'être toujours en dessous de la sec-

tion garnie pour que celle-ci soit remplie de gaz et non pas submergée dans le liquide. Une grande partie du liquide accumulé est recyclée par la ligne 11 tandis qu'un produit liquide de meilleure pureté est retiré par la ligne 17. Ce produit liquide retiré par la ligne 17 a une teneur plus faible en agents poluants que les eaux usées. Comme cela est indiqué sur la figure, il est généralement souhaitable de faire passer le produit liquide retiré par la ligne 17 vers un décanteur 18 o les liquides en suspension peuvent se déposer, le produit liquide traité étant frifnt retiré du décanteur 18 par la ligne 19. Une ligne 20 relie les phases gazeuses de la tour 13 et du décanteur 18 afin qu'elles soient en équilibre hydraulique. Le produit liquide retiré par laligne 19 est généralement appelé "décharge" et portera ci-après ce nom. La décharge peut ttre encore traitée pour ietirer d'autres impuretés et, dans une forme préférée, la décharge est amenée à un digesteur aérobie pour retirer un pourcentage sensible de sa teneur restante en matière biodégradable dissoute ou pour l'oxydation des composants ayant une odeur fétide comme le sulfure d'hydrogène. Dans une digestion anaérobie, cette matière biodégradable dissoute est utilisée pour supporter la croissance des bactéries, et ainsi elle est convertie sous forme solide (comprenant une masse de bactéries) connue sous le nom

de "boue activée".

Dans une forme préférée de l'invention, une partie importante de cette boue activée est recyclée vers le filtre, par exemple par la ligne 23. On a trouvé que la boue activée était au moins partiellement convertie dans le filtre. Cela réduit la quantité des solides formés dans le procédé général. La partie de la boue activée qui se dégrade semble ttre la partie soluble qui est solubilisée dans le milieu aqueux avant dégradation; cependant, dans certains cas, les filtres anaérobies selon l'invention dégraderont certains types d'agents polluants solides sans qu'ils ne soient d'abord dissous ou solubilisés. Plus particulièrement, la présente

invention permettra,par exemple, la dégradation biologi-

que de l'amidon insoluble dans l'eau, et cela est totale-

ment inattendu.

Le fond de la tour 13 est pourvu d'une vanne 21 qui peut être périodiquement ouverte pour permettre l'enlèvement de la biomasse accumulée qui a été déchirée ou autrement déplacée du garnissage, ainsi que pour

permettre l'enlèvement-d'autres solides pouvant s'accumuler.

L'écoulement liquide vers le bas selon l'invention présente

un avantage parce que la biomasse qui se libère du garnissa-

ge peut éventuellement descendre raturellement et par gravité à travers le garnissage jusqu'au réservoir au fond de la tour d'o il est facile de la retirer. Cela empêche le bouchage fréquemment provoqué par la biomasse libérée dans un filtre ayant un écoulement vers le haut. Le décanteur 18 est également pourvu d'une vanne 22 pour permettre l'enlèvement des solides accumulés. Lessolides biologiques retirés du fond de la tour 13 et du fond du décanteur 18 peuvent ttre ramenés, si on le souhaite,

au filtre.

Même si, dans l'opération selon la présente invention, il se produit un certain écaillement ou un détachement de la biomasse, la fixation de celle-ci au garnissage est assez ferme. La fixation de la biomasse semble être bien plus ferme que celle de la biomasse dans des filtres

submergés à écoulement vers le haut selon l'art antérieur.

Tandis que la biomasse des filtres submergés selon l'art antérieur est attachée de façon lAche et est facilement retirée par lavage par action hydraulique modérée, la

- biomasse d'un filtre selon l'invention résiste particu-

lièrement bien à l'effet de récurage des liquides s'infiltrant à travers le garnissage, et bien mieux

que dans les filtres submergés.

Le garnissage dans le filtre (le filtre étant la-

section garnie) et de préférence tel qu'il y ait un volume vide (volume du filtre vide non garni moins le volume réellement occupé par le solide de garnissage) bien supérieur à environ 60%, et mieux supérieur à 75% comme 85 à 95% ou plus, du volume du filtre non garni,

c'est-à-dire le volume non garni de la section garnie.

Cela peut être accompli avec des anneaux ou cylindres en matière plastique à paroi mince, comme le garnissage connu sous le nom d'anneaux Pall décrit dans Chemical Engineering Process 54 (1), 1958, pages 70-75. Le diamètre des anneaux peut, par exemple être compris entre environ 15,9 mm et 101,6 mm et ils ont de préférence environ 76,2 mm pour une utilisation dans un filtre anaérobie à grande échelle. D'autres types de garnissages offrant des volumes élevés de vide et de préférence une aire superficielle importante (c'est-à-dire des aires superficielles bien supérieures à 32,8 m2 par m3 de garnissage,-de préférence supérieures à 65,6 comme environ 98,4 m2/m3 ou plus) peuvent être utilisés, comme des brides ou colliers ouverts en matière plastique, ou des brosses cylindriques comprenant des touffes de poils en matière plastique agencés symé-biquement autour d'une âme en fil en acier inoxydable. Des bottes de

boissons en aluminium peuvent également être utilisées.

La charge sur le filtre dans]e procédé selon l'invention

est généralement de l'ordre de 3,2 à 64,15 et de préfé-

rence de l'ordre de 8,01 à 32 kg de DCO par mètre cube de volume vide du filtre par jour, c'est-à-dire une charge de 16 ou même 32 kg de DCO par mètre cube de volume vide par jour. Le terme "DCO"1 utilisé ici indique la demande chimique en oxygène déterminée par des procédés standards. Les taux d'alimentation hydraulique seront généralement tels que le volume de l'alimentation en liquide et du matériau liquide recyclé soit compris entre environ 0,1 et 10 fois le volume

vide du filtre par jour.

Dans une mise en pratique préférée de l'invention, l'alimentation en eaux usées a une DCO supérieure à

2000, habituellement de l'ordre de 5000 ou 6000 mg/l.

Le procédé est particulièrement adapté pour des alimenta-

tions fraiches ayant des valeurs de DCO supérieuie à 10 000, comme 20 000 à 40 000 mg/l ou même 50 000 mg/l

ou plus. Le mélange total d'eaux usées fraiches d'alimenta-

tion et de matériau recyclé amené et passEnt vers le bas à travers le filtre aura généralement une valeur de DCO comprise entre environ 500 et 20 000 mg/l et de préférence

d'environ 1000 mg/l ou plus.

On a trouvé, dans l'utilisation des filtres, que la quantité de biomasse adhérant au garnissage, même après 1 1 fonctionnement pro1lngé-, était telle qu'elle n' occupait qu'une petite fraction du volume vide (cela étant mesuré en laissant le contenu du filtre se draineren mesurant le volume du liquide ainsi retiré), même s'il y a un recyclage important de la biomasse vers le filtre. Tandis que les raisons n'en sont pas clairement comprises, on pense que les bactéries recyclées servent, en partie, comme aliments pour les bactéries dans le filtre. On a également trouvé, à l'inspection des filtres après un long fonctionnement (c'est-àdire 6 mois ou plus), avec recyclage, que la biomasse fixée au garnissage du filtre était distribuée sur ce garnissage sensiblement dans tout le filtre. A l'oeil, cette distribution de biomasse

semble être sensiblement uniforme du haut en bas.

La teneur de la biomasse dans la décharge du filtre anaérobie (fonctionnant avec recyclage de l'effluent et des particules déposées de la biomasse) est assez faible, c'est-à-dire de moins de 600 comme de l'ordre de 100 à 500 par exemple de.'ordre de 300 mg de solides

volatils en suspension par litre.

Les courants d'eaux usées que l'on peut traiter

selon l'invention comprennent ceux provenant des installa-

tions pétrochimiques pouvant contenir, par exemple, des acides (comme des acides carboxyliques tels que formique, acétique, propionique, acrylique, glycollique, maléique, adipique, benzoique, butyrique, valérique,

hydracrylique, glycérique, succinique, fumarique, glutari-

que, phtalique, isophtalique, téréphtalique); des alcools (comme le méthanol, l'éthanol, le n-propanol, l'éthylène glycol, le polyéthylène glycol, le 1-butanol, le 2-butanol, l'iso-butanol, le propylène glycol, le 1,3-butylèneglycol, le 1,5-pentanediol, le 1,6-hexanediol, le glycérol) ; des cétones ( comme l'acétone, la méthyl éthyl cétone, la cyclohexanone) ; des esters (comme les esters carboxyliques tels que l'acrylate d'éthyle, le propionate de méthyle, l'hydrogénoadipate de méthyle, le méthacrylate de méthyle); des aldéhydes (tels que du formaldéhyde, de l'acétaldéhyde, de l'acroléine, de la méthacroléine, du glycéraldéhyde, du benzaldéhyde); des phénols (comme du phénol ou du

crésol). Les matériaux peuvent être aliphatiques, cyclo-

aliphatiques ou aromatiques et à saturation ou insatura-

tion éthylénique. On a trouvé que des composés qui sont ordinairement considérés comme étant très biocides tels que le formaldeéhyde, le phénol et l'acrolénine et l'ion de cyanurepouvaient être retirés même s'ils étaient présents à des taux relativement élevés dans le courant d'alimentation. Par exemple, le courant d'alimentation peut contenir plus de 1000 mg/l de formaldéhyde (comme 0,1 à 1%) ou 2000 mg/l de phénol. En général, les ingrédients d'un courant d'eaux usées d'uneinstallation pétrochimique contiendront moins de 9 atomes de carbone, de préférence moins de 7 atomes de carbone; ce seront souvant des composés principalement organiques ayant

de 1 à 4 ou même de 1 à 2 atomes de carbone.

En plus de traiter les courants d'eaux usées des installations pétrochimiques, divers autres courants d'eaux usées peuvent être traités selon l'invention. Par exemple, il y a des courants d'eaux usées dans l'industrie alimentaire, qui contiennent des polysaccharides comme

de l'amidon et de l'agar ags' cs protides - et des graisses.

Ces polysaccharides peuvent être dépolymérisés selon l'invention et de nombreuses graisses et protéines

peuvent également être décomposées selon l'invention.

Même des amidons granulaires et insolubles, comme l'ami-

don de pomme de terre,sexnt intensivement biodégradés selon l'invention. Cela est totalement inattendu car dans l'art antérieur, on avait généralement pour opinion que les amidons n'étaient décomposés par les enzymes qu'après avoir été gélatinisés.o Les graisses donnent très peu d'énergie à la dismutation en méthane et gaz

carbonique et ne se biodégradent pas très intensivement.

Cependant, les filtres selon l'invention fonctionnent

bien mieux que les filtres submergés selon l'art anté-

rieur parce que les filtres selon l'invention se libèrent eux-mêmes des solides particulaires, bien mieux que les filtres submergés. Les matières protéinacées, à l'exceptions peut être, des lipides, devraient également être faciles

à biodégrader selon l'invention.

Dans un procédé méthanogène anaérobie, certains composants, même en quantités relativement faibles, seront généralement incompatibles avec le fonctionnement du filtre anaérobie et leur présence en des quantités pouvant interférer devra donc par conséquent être évitée; ce sont les méthanes chlorés, comme le chlorure de méthylène, le chloroforme, letétrachlorure de carbone et leurs précurseurs tels que le chloral et certaines amines comme l'hexaméthylènediamine. Les méthanes chlorés, les amines et autres ne semblent cependant pas être toxiques pour

un filtre fonctionnant selon l'invention o une dénitrifi-

cation est accomplie. Certains autres composés ne sont pas incompatibles avec le fonctionnement du filtre, mais le traversent largement sans être affectés; parmi ceux-ci, on peut signaler les composés très ramifiés comme le

pentaérythritol, le néopentyl glycol, le triméthylol-

propane et le t-butanol (c'est-à-dire des composés o il y a des carbones tertiaires auxquels la plupart des atomes de carbone sont directement attachés) et des

polymères non hydrolysables comme l'acide polyacrylique.

Ces composants compatibles et ne se dégradant pas peutent êtreprésents dans les courants d'eaux usées traités selon l'invention; et leur présence augmente le niveau mesuré de DCO, mais ils ne représentent pas une charge réelle sur le filtre et les charges de DCO données ici

ont été corrigées, si nécessaire, pour exclure la contribu-

tion à la demande chimique en oxygène, de tels matériaux

non dégradables quand ils sont présents.

Certains courants d'alimentation contiendront des métaux lourds autrement toxiques, comme du cuivre, du nickel, du chrome, du zinc, ou du mercure. Dans ce cas, il sera souhaitable de prévoir une quantité suffisante de soufre dans l'alimentation (par exemple sous forme de sulfure soluble ou de sulfate tel que du sulfate de sodium) pour qu'il se combine avec le métal lourd et précipite sous forme de sulfure insoluble. On peut se référer à Lawrence et McCarty dans "The Role of Sulfide in Preventing Heavy Metal Toxicity in Anaerobic Treatment",

J. Water Pollution Control Federation 37 (1965 p. 392-406).

Le chrome,qui ne forme pas un sulfure insoluble, est

probablement immobilisé sous forme d'un oxyde basique.

Le soufre peut également avantageusement être ajouté sous forme de sulfure d'hydrogène gazeux en un point situé en dessous du filtre, par exemple par la ligne 15 sur la figure, afin de monter à travers le filtre à contre-courant avec le liquide descendant. Cela permettra un contact intime entre le liquide descendant et le sulfure d'hydrogène

montant.

Comme on l'a mentionné, la présente invention peut s'appliquer nonseulement à un procédé méthanogène anaérobie mais également au traitement des courants, d'eaux usées qui contiennent, en plus des agents polluants organiques ci-dessus décrits, cb lazote combiné présent sous forme d'azote dans un oxyde d'azote, un radical nitro, un radical nitroso, un radical nitrite ou un radical nitrate. Les courants d'eaux usées de ce type sont traités afin de dégrader biologiquement les agents polluants organiques principalement en gaz carbonique et de convertir ou dégrader l'azote combiné présent sous forme de nitrate, et autresqen azote moléculaire, mais

il n'y a pas de production de méthane dans de tels procédés.

Les procédés o une dénitrification est de plus accomplie sont entrepris en l'absence de tout oxygène moléculaire

externe ou ajouté bien qu'il ne saiE peut être pas réelle-

ment de nature anaérobie car certains radicaux oxygène sont produits dans la conversion de l'azote combiné en azote moléculaire. L'oxygène ainsi produit ne devient pas de l'oxygène moléculaire et par contre, oxyde toute matière organique en gaz carbon4iez Par exemple, l'acide nitrique sera converti en azote moléculaire selon la réaction qui suit

2HNO3- H20 + N2 + 5 L I

Les cinq radicaux d'oxygène ainsi produits oxyderont les matières organiques présentes en gaz carbonique. Ainsi, dans un procédé de dénitrification, la fonction principale est de nettoyer un courant d'eaux usées des agents polluants

néfastes, sans production de méthane utile.

Dans cette dénitrification, tous les oxydes d'azote, comme N20, N02 et NO seront convertis en azote moléculaire et radicaux d'oxygène. Les nitrates qui peuvent ttre convertis comprennent l'acide nitrique, la nitroglycérine, le nitrate d'uranyle, le nitrate d'ammonium, le nitrate de sodium, le nitrate de potassium, le nitrate de calcium et analogues. Ces nitrates pourraientpar exempt, être les nitrates typiquement trouvés dans l'effluent des fabrications d'explosifs, du traitement agricole et du traitement de l'uranium. Les nitrates tels que le tétranitrate de pentaérythritol seront probablement hydrolysés puis dégradés dans le procédé. Les nitrites qui peuvent 'être convertis contiennent le nitrite de sodium, le nttrite de potassium et analogues. La gamme et le type des nitrites que l'on peut probablement rencontrer dans un effluent de procédé sont moins

importants que dans le cas des nitrates.

Dans la pratique, tout composé organique contenant un radical ayant de l'azote et de l'oxygène combinés (nitro, nitroso, nitrate et nitrite) peut ttre traité selon l'invention, bien que les nitrates et autres qui peuvent être traités ne soient pas limités aux nitrates organiques comme on pourrait le croire à la lecture de ce qui précède. La présente invention sera bien entendu plus efficace et offira une plus ample dégradation de

certains composés d'azote organique que d'autres. Le nitro-

méthane est un composé d'azote organique particulier

qui sera sensiblement totalement dégradé.

Le procédé et le dispositif selon l'invention sont mieux adaptés à une dénitrification que les filtres submergés selon l'art antérieur parce que les oxydes intermédiaires d'azote formés dans la dénitrification

ont une chance de se redissoudre dans la liqueur et -

d'être encore convertis en azote moléculaire; tandis que les bulles contenant des oxydesd'azote qui se forment dans le filtre submergé peuvent facilement s'échapper du système sans permettre aux oxydes d'azote intermédiaires de se redissoudre et de réagir. Cela est particulièrement vrai si le courant d'eaux usées contient de l'azote combiné sous forme de nitrate o N20 est formé comme un intermédiaire. Bien entendu, dans une dénitrification, les divers avantages ci-dessus mentionnés comme la construction légère, l'enlèvement facile de la biomasse

détachée et autres, s'appliquent également.

Dans un procédé de dénitrification entrepris selon l'invention, une oxydation supplémentaire des agents polluants organiquespeut être accomplie en introduisant les oxydes d'azote, en particulier N20, dans le filtre, en un point situé en dessous de garnissage, par exemple par la ligne 15 sur la figure. Le N20 ainsi introduit montera à travers le garnissage et servira comme un agent oxydant biologique, N20 étantconverti en azote-moléculaire et radicaux d'oxygène, lesquels radicaux d'oxygène serviront à oxyder des agents polluants organiques présents dans les eaux usées. Fréquemment, N20 est présent en grandes quantités dans une installation de traitement sous forme de gaz de dégagement et la présente invention permettra son utilisation comme agent oxydant biologique. Dans un procédé méthanogène anaérobie o il n'y a pas de dénitrification, il sera avantageux d'amener de l'hydrogène

au filtre en un point situé en dessous du garnissage.

L'hydrogène réagira avec le gaz carbonique pour former du méthane selon la réaction qui suit

C02 + 4H2---->- CH4 * 2H2 II

Cela estintéressant pour un emplacement o l'on dispose d'hydrogène en excès. Avec une telle utilisation d'hydrogène, le gaz de dégagement retiré du filtre sera enrichi en méthane, augmentant sa valeur combustible. De même, il y aura réduction de la teneur en gaz carbonique dans le gaz de dégagement, avec pour résultat une concentration réduite de gaz carbonique dissous, et cela peut permettre un

fonctionnement avec une moindre alc:alinité dans l'alimenta-

tion. L'addition d'hydrogène doit être inférieure à la stoechiométrie par rapport au gaz carbonique produit dans le filtre afin qu'au moins de faibles quantités de gaz

carbonique restent dans le gaz de dégagement.

A la mise en oeuvre d'un procédé selon la présente invention, une biomasse appropriée de micro-organismes pour la digestion du courant d'eaux usées particulières

sera normalement "cultivée" in situ en alimentant initiale-

ment le filtre en une boue de micro-organismes initiale-

ment obtenue, par exemple, de la terre ou de ligne de drainage de procédé à proximité immédiate, puis en permettant la croissance et le développement évolutionnaire de cet inoculum initial en une biomasse qui sera adaptée, de façon inhérente, à une conversion métabolique du substrat (c'est-à-dire le courant d'eaux usées) o l'inoculum a été développé. La biomasse se forme, en g*Snéral, plus lentement que la biomasse d'un filtre submergé et cela peut être dû au fait que les filtres de la présente invention nécessitent le développement d'une flore plus "collante" ou adhésive que ce qui est requis dans les filtres submergés. La flore plus adhésive est nécessaire afin de résister à l'action hydraulique du liquide tandis qu'il s'égoutte vers le bas à travers le garnissage. Etant donné le fait que la biomasse développée dans un filtre submergé est attachéeassez librement au garnissage, un tel filtre ne peut passer à une utilisation selon la présente invention, sans une longue période

d'interruption pour développer une flore plus adhésive.

Le garnissage enduit de biomasse dans un filtre submergé sera extrait ou arraché de la biomasse relativement rapidement, lorsqu'il sera soumis à l'écoulement de

ruissEUement des filtres selon l'invention.

Dans le procédé méthanogène anaérobie, la décomposi-

tion des agents polluants organiques a lieu en deux stades

de base en utilisant deux types différents de micro-

organismes. Un groupe de micro-organismes est généralement appelé "les formeurs d'acides" et l'autre "les formeurs de méthane". L'agent polluant organique est d'abord

converti en fragments de carboxylate par les micro-

organismes formeurs d'acide, et ensuite ces fragments de carboxylate sont convertis en méthane et gaz carbonique par les mi=m-organismes formeurs de méthane. Dans les filtres submergés et à écoulement en masse selon l'art antérieur, la biomasse du premier stade est généralement placée à l'entrée ou extrémité inférieure du filtre tandis que la biomasse-du second stade est placée à la sortie ou extrémité supérieure du filtre. Dans le filtre à

ruissellement selon la présente invention, les micro-

organismes du premier stade et les micro-organismes du second stade ne semblent pas être placés dans des zones séparées du filtre, et les deux stades semblent ttre

uniformément distribués dans tout le filtre.

Dans un procédé méthanogène anaérobie, le second stade,

ou formation du méthane, les micro-organismes sont normale-

ment bien plus sensiblesau changement de l'environnement que ne le sont les espèces formant les acides trouvées dans le premier stade, et ils sont bien p)i. sensibles au pH en particulier. Leur taux de croissance est moins rapide que celui des organismes formant les acides, et ils se régénèrent bien plus lentement après avoir été

endommagés que ne le font les formeurs d'acides.

Dans un procédé entrepris selon la présen-t invention o une dénitrification est également accomplie, les

expériences indiquent que seul un groupe de micro-organis-

mes est présent. Cela ne doit cependant pas être pris comme une limite sur la présente invention, car il peut y avoir deux types ou plus de micro-organismes mis en cause. Par exemple, un typede micro-organismes peut convertir de grandes molécules organiques tandis qu'un autre type convertit les plus petites molécules organiques. Les micro-organismes dans cesprocédés sont moins sensibles auxchangemenItrde l'environnement, et en particulier au pH,

que ceux des procédés méthanogènes anaérobies.

En opérant selon la présente invention, il est nécessaire qu'une grande partie de l'effluent liquide qui descend du garnissage et qui s'accumule au fond de la

tour soit recyclé et mélangé aux eaux usées d'Limentation.

Ce recyclage a principalement deux raisons. D'abord, un taux élevé de recyclage est nécessaire pour que le mélange liquide passant vers le filtre ne contienne pas d'agents contaminants à une concentration supérieure au niveau auquel ils inhibent le processus de vie ou d'existence des micro-organismes dans le filtre. Cela

évite la destruction ou l'inhibition du processus biologi-

que se produisant dans le filtre. Deuxièmement, dans de nombreux cas, un tel taux élevé élimine aussi ou réduit sensiblement la nécessité d'employer des réactifs alcalins pour ajuster le pH des eaux usées avant traitement, parce

que l'effluent du filtre contient couramment des bicarbona-

tes alcalins produits dans le processus de traitement.

La quantité exacte recyclée variera d'un procédé à un autre mais on peut généralementindiquer qu'au moins 60% et de préférence au moins 90% de l'effluent liquide s'accumdant au fond de la tour garnie seront recyclés et mélangés aux eaux usées d'alimentation avant nouveau passage dans le filtre. Le rapport de l'effluent liquide recyclé (ligne 11) aux eaux usées d'alimentation (ligne 10) (rapport pondéral) sera généralement entre environ 5:1 et 100:1, et mieux entre environ 8:1 et 25:1. Le rapport de

l'effluent liquide recyclé vers les eaux usées d'alimenta-

tion sera légèrement inférieur au rapport de l'effluent recyclé (par exemple par la ligne 11) vers l'effluent pris comme produit (par la ligne 17) du fait de la conversion

de liquide en gaz dans le filtre.

Le taux optimal de recyclage variera d'un procédé à un autre et d'un courant d'eaux usées à un autre, le facteur fondamental de contrtle étant la concentration des agents polluants dans le courant d'eaux usées qui doit être traité. Comm il y a de grandes variations parmi les nombreuses espèces de micro-organismes que l'on utilise dans les digestions biologiques, et comme il y a également des variations extrêment importantes de la composition du nombre infinement important de courant d'eaux usées que l'on peut souhaiter soumettre à une digestion biologique, il n'est pas possible de présenter des données quantitatives ayant une signification, pour la coocentration maximum permissible en agents polluants de tous les courants possibles d'eaux usées avec toutes les biomasses possibles que l'on peut trouver dans des systèmes de traitement biologique (chaque biomasse étant le résultat d'une adaptation évolutionnaire individuelle à l'environnement particulier). De même, un courant donné d'eaux usées peut contenir une charge importante de substratscomparativement inoffensis pouvant être digérés avecsuccès à une haute concentration sans la présence d'une partie très mineure de certaines espèces chimiques particulièrement difficiles comme le formaldéhyde, les phénols, l'acroléine, le chloroforme ou divers composés de mercure. Typiquement, cependant, les composés organiques qui n'ont pas d'action biocide ou biostatique prononcée

dans des solutions aqueuses sensiblement neutres (c'est-

à-dire des solutions ayant un pH de l'ordre de 6,0 à 8 pour un procédé méthanogène anaérobie et de l'ordre de 6,0 à 9,0 pour un procédé de dénitrification) n'inhibent pas les procédés métaboliques des microorganismes utilisés dans ces digestions si leur concentration dans le liquide traversant la biomasse n'est pas supérieure à celle à laquelle la demande chimique en oxygène du liquide est de l'ordre de 2000 mg d'oxygène par litre. Ce chiffre est donné comme règle générale plutôt que comme une limite à la présente invention, car on comprendra que certains matériaux, comme des sucres, sont extrêmement sensibles à une digestion biologique même à des concentrationsde "sirop" tandis que d'autres, en particulier quand ils contiennent des traces de biocide ou biostat, le sont bien moins. Dans ce dernier cas, une quantité très faible d'un biocide ou biostat fort peut être le facteur déterminant

affectant la charge maximum permissible du substrat.

En se référant encore à ce qui précède, on comprendra que l'on rencontre fréquemment des courants d'eaux usées o il y a un effet biostatique ou biocide dû à la présence de contaminants inorganiques, les matériaux organiques qui sont présents étant assez inoffensifs à la biomasse et n'étant pas un facteur de contrtle. Les métaux lourds, par exemple, présentent un problème de cette sorte. Dans ces cas on comprendra que, s'il n'est pas possible de retirer ces matériaux inorganiques, par exemple par des procédés chimiques, avant x traitement biologique, alors le facteur de limitation pour déterminer le rapport minimum de dilution à employer avec ces matériaux dans

le procédé de traitement selon l'invention sera la concen-

tration maximum permissible de ces espèces inorganiques, plutôt que celle des composants organiques dans le courant d'eaux usées traité. Comme on l'a expliqué ci- dessus, une digestion biLogique bien contrôlée peut en réalité avoir pour résultat une abstraction des métaux lourds des eaux usées par la biomasse par addition de composés

de soufre.

Dans la détermination de la concentration maximum permissible des espèces polluantes dans le liquide dilué qui doit traverser le digesteur ou le filtre, il y aura,bien entendu, certains cas o l'on sait, de l'art antérieur, quel niveau du substrat peut être toléré sans affecter la biomasse de façon néfaste. Dans d'autres cas, cependant, par exemplequand les eaux usées à traiter sont des eaux nouvelles dans la techniquella tentative la plus pratique consiste à étudier réellement, en laboratoire, le comportement du nouveau substrat, par des techniques biologiques expérimentales standards. En effet, un digesteur à la dimension d'un laboratoire, est ensemencé d'un inoculum approprié qui est alors acclimaté avec des concentrations continuellement croissantes du substrat polluant dans des conditions de pH contrblé (par exemple de l'ordre de 7, 0) avec addition de sels nutritif te2s que ceux oeuramment employés dans la technique jusqu'à ce que, par suite de l'augmentation continue de la concentration du substrat, l'évolution de gaz carbonique (et également de méthane dans un procédé méthanogène et d'azote moléculaire dans une dénitrification) du digesteur commence à diminuer tandis que la demande

chimique en oxygène de l'ef 'luent commence à augmenter.

Cela identifie la concentration maximum possible du substrat polluant. Comme on l'a expliqué, ces techniques sont largement comprises et, bien que l'expérimentation soit nécessairement requise pour déterminer les caractéristiques de digestion d'eaux usées données, la détermination de la concentration maximum permissible du substrat qui est la première étape d'application de la présente invention à de nouvelles espèces polluantes est bien dans le cadre de la compétence d'un technicien dans le domaine du

traitement des eaux ou déchets biologiques.

Après avoir déterminé la concentration maximum permissible du substrat comme on l'a expliqué ci-dessus, la détermination du rapport minimum de recyclage requis pour effectuer une dilution suffisante des eaux usées pour que la concentration du substrat ne dépasse pas le niveau maximum permissible au-dessus duquel l'action de la biomasse est inhibéepest une simple questione problème mathématique. Un autre facteur à considérer pour déterminer la quantité d'effluent recyclé est le pH du liquide entrant dans l filtre. Comme on l'a précédemment expliqué, dans un procédé méthanogène anaérobie, les organismes du second stade ou formant le méthane nécessitent un pH de l'ordre

de 6,0 à 8,0 et de préférence de l'ordre de 6,3 à 8,0.

Dans un procédé o une dénitrification est accomplie, les microorganismes nécessitent un pH généralement de l'ordre de 6,2 à 9,0 et mieux de l'ordre de 7,0 à 9,0 et de préférence de 7,0 à 8,0. La relation de la quantité de recyclage au maintien du pH souhaité dans le filtre est semblable à celle des filtres submergés selon l'art antérieur, et ne sera pas décrite en détail ici. On peut se référer au brevet belge No. 828 916 au nom de

Celanese Corporation du 10 Novembre 1975, pour une descdlp-

tion détaillée de la relation entre le pH et le recyclage dans un filtre submergé. Les mêmes considérations s'appliquent à la présente invention. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'ajouter des réactifs alcalins ou des réactifs acides au liquide passant vers le filtre afin de maintenir

le pH souhaité.

L'alimentation et le recyclage vers le filtre sont de préférence effectués de façon continue. Cependant,

comme les eaux usées ou déchets utilisés comme alimenta-

tion peuvent varier considéra1ement en force et composi-

tion d'un moment à l'autre, le taux d'alimentation d'eaux usées peut être diminué ou même interrompu temporairement

et le rapport de recyclage accru, pendant le fonctionne-

ment du dispositif. De même,l'alimentation peut être amenée régulièrement mais par intermittence, avec recyclage continu. En plus d'autres réactifs qui peuvent être ajoutés, le filtre doit être alimenté en azote et phosphore

nutritifs pour la biomasse. Ces nutritifs sont particulière-

ment utiles dans la conversion des métaux lourds en sulfures insolubles. Fréquemment, la source de tout soufre ajouté peut également être la source de l'aliment ou du produit nutritif;-par exemple, de l'azote nutritif peut être employé sous forme de sulfate d'ammonium. Le rapport

de l'azote au phosphore doit généralement -être grossière-

ment de l'ordre de 5 mg d'azote par mg de phosphore. En général, dans un procédé méthanogène anaérobie, la quantité des nutritifs ajoutés sera telle qu'il y ait environ 1 à 10 mg d'azote et 0,1 à 5,0 mg de phosphore pour 1000 mg de DCO, bien que des quantités légèrement plus importantes puissent être requises et souhaitables pour des déchets du type carbohydrate. Dans un procédé de dénitrification, la quantité des nutritifs nécessaire sera habituellement supérieure, et sera généralement telle qu'il y ait environ à 50 mg d'azote et 0,7 à 7 mg de phosphore pour 1000 mg de DCO. L'azote peut être appliqué par exemple, sous forme d'urée, d'ammoni1c ou d'un sel d'ammonium;

le phosphore peut être amené sous forme d'acide- phospho-

rique ou de phosphate d'ammonium, par exemple. Il est éga-

lement souhaitable d'amener du cobalt, de préférence sous forme cobalteuse, généralement en quantités de 0,1 mg ou plus, de cobalt par litre de liquide passant vers le filtre. Une autre trace essentielle est le fer, mais le fer existe normalement en quantités suffisantes dans

presque toutes les eaux usées à traiter.

/ La pression maintenue dans le filtre a une importance relativement mineure, mais elle est typiquement de l'ordre de la pression atmosphérique parce qu'il est peu utile de fonctionner sous pression ou sous vide. Dans certains cas, une opération sous une certaine pression présente un avantage pratique si l'on souhaite recueuillir les gaz émis pour une utilisation comme combustible ou si l'on souhaite faire passer le gaz à travers une tour de lavage afin d'incorporer le gaz carbonique dans les eaux usées d'alimentation pour tun ajustement du pH. Cependant, une opération sous pression nécessitera des matériaux de construction plus coûteux pour la tour garnie. Comme on l'a fait remarquer ci-dessus, les avantages majeurs du filtre selon l'invention résident dans le fait qu'il peut être construit en matériauztrès légers.Bien que la température puisse quelque peu varier d'un procédé à un autre, elle sera généralement comprise entre environ 30 et 600C. Habituellement, la température sera comprise entre et 400C. La plupart des micro-organismes fonctionnent le mieux dans la gamme "mésophile" de 37 + 20C, bien que certains organismes préfèrent une gamme "thermophile" de l'ordre de 50 à 550C. Le dispositif utilisé pour

* entreprendre la présente invention peut largement varier.

La forme préférée de tour garnie ou de récipient

a une partie cylindrique contenant le garnissage avec.

un fond en forme de cône inversé. Cependant, le récipient obturé ou étanche utilisé dans la présente invention peut avoir diverses formes et peut avoir une coupe transversale rectangulaire ou analogue. Il doit y avoir un espace vide au-dessus du garnissage o les gaz peuvent s'accumuler, et il doit y avoir une fosse--vide inférieure o les liquides descendant du garnissage peuvent s'accumuler et être retirés. La fosse a de préférence des côtés en pente dirigeant toute biomasse libérée vers la vidange ou l'ouverture (ligne 21 sur la figure) prévue pour l'enlèvement de cette biomasse libérée. Le moyen pour distribuer le mélange liquide sur l'extrémité supérieure du garnissage peut présenter divers types et peut être fixe, rotatif ou analogue tant qu'il distribue le liquide sensiblement uniformément sur toute la surface de la

section garnie.

EXEMPLES

Afin d'entreprendre une série d'expériences, un filtre biologique a été construit selon la présente invention, correspondant sensiblement à celui illustré sur la figure, et toutes les références à des lignes ou des dispositifs correspondent à celles de la figure. La tour 13 a été construite en un tube vertical ayant un diamètre interne de 203,2 mm avec une section garnie de

1,168 m de profondeur, garnie d'anneaux Pall en polypropy-

lène de 50,8 mm. La recirculation par la ligne 11 était effectuée au moyen d'une pompe centrifuge (non représentée sur la figure) à une allure suffisante pour maintenir le niveau du liquide au fond de la tour 13 en dessous du garnissage, et était accomplie en utilisant un dispositif

de contrôle du niveau du liquide.

Le dispositif pulvérisateur ou'arroseur 12 utilisé pour la distribution du liquide au-dessus du garnissage était, pour certaines expériences initiales, une hélice rotative sur laquelle le liquide faisait impact, et pour les expériences ultérieures, se composait d'une tubulure de pulvérisation pour produire un cône complet de gouttelettes. Des échantillons furent pnúevés périodiqoement dans les gaz de dégagement par la ligne 16, et analysés par un spectromètre de masse; et des échantillons furent également périodiquement prélevés de la décharge par la ligne 19 et périodiquement échantillonnés. Les débits des divers courants d'entrée et des courants effluents

étaient également surveillés.

La ligne 15 était utilisée pour l'injection des gaz dans certaines des expériences décrites ci-après comme cela sera particulièrement indiqué, mais à moins que cela ne soit particulièrement indiqué, la ligne 15 n'était pas utilisée et resta fermée. De même, la ligne 23 n'était pas utilisée sauf dans des cas particulièrement indiqués dans

les expériences ci-après.

Avant le début de l'expérience 1 ci-dessous, une biomasse a été formée sur les anneaux de Pall en utilisant une boue domestique recirculant à travers la section garnie par la ligne 11 concurremment avec l'oxygène amené par la ligne 15. L'utilisation d'oxygène n'était cependant pas essentielle à la formation d'une biomasse; et pour un processus à l'azote, on peut utiliser de l'oxyde nitreux ou du bioxyde d'azote à la place, par la ligne 15, pour aider à la formation d'une biomasse. Il n'est pas nécessaire qu'une biomasse soit formée à la façon indiquée ci-dessus, et un procédé à entreprendre selon la présente invention peut, dans la plupart des cas, être mis en oeuvre sans formation antérieure d'une biomasse

parce que celle-ci résultera du procédé lui-même.

Le dispositif fontionnait sensiblement continuelle-

ment après mise en marche, la période initiale d'opération ayant été pour la formation de la biomasse comme on l'a décrit ci-dessus, avec ensuite une période d'opération o diverses expériences ont été entreprises, comprenant les expériences I à nrci-dessous. Aucun temps appréciable n'était nécessaire pour l'acclimatation de la biomasse ou son ajustement à un nouveau produit d'alimentation, même en passant d'un procédé méthanogène anaérobie à un

procédé non méthanogène et inversement.

Dans les expériences, le symbole "g" représente des grammes, le symbole "1" représente des litres et les symboles "j"n représente des jours. Les pourcentages indiqués des composants des gaz de dégagement sont

en volume.

Expérience I La première des expériences a été entreprise pendant

27 jours. L'expérience I a pour but de vérifier l'efficaci-

té du filtre pour la dénitrification d'un produit synthéti-

que d'alimentation contenant, en plus de l'eau, 7,33 g/l de méthanol et 15,7 g/l d'acide nitrique. Ce produit

-2475030

4I alimentaire synthétique avait environ 11 g/il de DCO du méthanol et environ 10 g/l d'oxygène disponible de l'acide nitrique, avec une valeur de COT (carbone organiquetotal) de 2500 mg/l. Les valeurs stechiométriques étaient comme suit: CH30H + 3 [0 c 2 + 2 20

2HN 3 - H20 + N2 + 5 [0]

III IV Dans le tableau I qui suit, d'autres paramètres du procédé et résultats pour des jours typiques de

l'expérience I sont indiqués.

TABLEAU 1

Alimentation, 1/j Gaz de dégagement, 1/j Gaz de dégagement-,%N2 Gaz de dégagementYN20 Gaz de dégagement>%oCH4 Gaz de dégagement DCO, g/j DCO retirée dans les gaz de dégagement % Enlèvement d'azote, % Décharge COT, mg/1 COT retiré dans la décharge, % Jour n 1 7,07 31,5 66,3 0,2 2,5 71,9 92,5 99,9 97,3 Jour no 15 11,97 63,0 ,6 0,0 1,2 118,8 ,2 99,9 93,1 Jour n0 25 11,44 ,7 49,6 0,3 1,4 ,1 ,4 99,6 93,5 On peut faire une observation interessante sur l'expérience I, en effet, les gaz de dégagementcontiennent des quantités faibles mais significatives de méthane malgré la forte inhibition, revendiquée selon l'art antérieur,

de la méthanogénèse par les agents oxydants forts.

Expérience II.

L'expérience II a été entreprise pendant 65 jours.

Le produit alimentaire préparé par voie synthétique pour l'expérience II était une solution aqueuse de méthanol contenant environ 7,33 g/il de méthanol. Dans cette expérience Il, l'oxyde nitreux fut amené par la ligne 15 pour monter à travers la section garnie, et on ne fit aucun effort pour maintenir le rapport d'oxyde nitreux au produit alimentaire à un niveau constant; et sur de nombreux jours d'opération, la quantité d'oxyde nitreux était insuffisante pour une oxydation totale du substrat en méthanol. Divers paramètres du procédé et résultats

pour des jours typiques sont indiqués au tableau 2.

TABLEAU 2.

Jo. n0 Alimentation, 1/j 5,94 N20 amené, 1/j 34,8 Azote amené, g/j 40,6 Gazde dégagement, 1/j 55,2 Gaz de dégagement,%N2 61,2 Gaz de dégagement, %N20 0,2 Gaz de dégagement,%CH4 12,5 Gaz de dégagement, teneur en N, g/j 39,5 Compte de N, % 97,4

Décharge COT, g/1 0,3.

COT retiré dans la décharge, % 87,2 DCO retirée dans les gaz de dégagement, g/ 40,9 DCO0 enlèvement dans les gaz de dégagement,% 69,4 ur O Jour no 18 8,20 119,7 139,7 151,4 68,9 9,9 0,50 139,2 99,6 0,21 91,6 71, 6 87,3 Jour no 39 8,88 121,6 141,9 162,8 69,2 ,7 1,80 142,3 ,3 0,28 88,9 82,9 93,4 Les résultats de l'expérience II indiquent que quand on utilise l'oxyde nitreux en excès, il apparait dans les gaz de dégagement; et quand la demande chimique en oxygène amené est supérieure au pouvoir oxydant, il y a du méthane dans les gaz de dégagement. La production de méthane est généralement à une valeur proche de celle pour compenser l'oxyde nitreux insuffisant en ce qui

concerne l'enlèvement de DCO.

Expérience III

L'expérience III a été entreprise pendant 13 jours.

C'est sensiblement la même que l'expérience II à l'exception que le gaz amené par la ligne 15 se composait d'un mélange d'oxyde nitreux et d'oxygène au rapport molaire de 9 moles d'oxyde nitreux pour une mole d'oxygène. L'addition d'oxygène a pour but de déterminer s'il peut ou non inhiber la dénitrification comme cela est indiqué dans l'art antérieur. Divers paramètres du procédé et résultats pour des jours typiques sont indiqués au tableau 3 qui suit.

TABLEAU 3.

Jour no 3 Alimentation, 1/j 13,69 Gaz amené, 1/j 96,6 Azote amené, g/j 101,5 Gaz de dégagement, 1/j 148,8 Gaz de dégagement,,%N2 553 Gaz de dégagement,'N20 1,1 Gaz de degagement, CHi, 15,8 Gaz de dégagement, teneur en N, g/J 97,9 Compte de N, % 96,5 Décharge COT, g/l 0,04 COT retiré dans la décharge, % 98,4 DCO retirée dans les gaz de dégagement, g/j 130,4 DCO, enlèvement dans les gaz de dégagement,% 95,3 Jour no 8 13, 52 101,7 106,8 149,1 53,2 2,7 14,2 97,2 91,0 0,03 98,8 122,9 ,9 Jour nO10 8,41 102,0 107,1 ,3 62,6 2,2 3,5 102,3 ,5 0,06 97,6 82,7 98,3 Les résultats de l'expérience III indiquent que dans le présent procédé, contrairement à l'art antérieur, l'oxygène n'inhibe pas la dénitrification et, de façon surprenante, la présence d'oxygène ne semble pas affecter la méthanogénèse comme cela est indiqué par la teneur

en méthane dans les gaz de dégagement.

Expérience IV

L'expérience IV avait pour but de déterminer l'effi-

cacité du filtre pour un procédé de méthanogénèse anaérobie.

Le produit alimentaire préparé par voie de synthèse était une solution aqueuse de méthanol contenant 2,67% en poids

de méthanol (40 g/il DCO) les neuf premiers jours de l'ex-

périence IV et 5,33% en poids de méthanol (80 g/il DC0) ensuite. Cette expérience a été entreprise pendant 27 jours, et les paramètres du procédé et résultats pour des jours

typiques sont indiqués au tableau 4 qui suit.

TABLEAU 4.

Jour Jour Jour n 3 n 15 n 24 Alimentation, 1/j 13,48 8,79 8,33 DCO amenée, g/j 539,1 703,5 666,4 Gaz de dégagement, 1/j 237,6 264,4 300,7 Gaz de dégagement,iChL, 71,8 73,5 74,3 DCO retirée dans les gaz de dégagement, g/j 455,0 518,1 595,8 DCO!enlèvement dans les gaz de dégagement, % 84,4 73,7 89,4 Décharge DCO, g/il 6,32 13,6 9,92 DC0 retirée dans la décharge,,'% 84,2 83,0 87,6 Comme on peut le voir du tableau 4, les efficacités

d'enlèvement de DCO sont bonnes.

Quand on répète l'expérience IV mais en faisant passer l'hydrogène gazeux, vers la tour 13 par la ligne 15 à une allure telle qu'il y ait environ 3, 2 moles d'hydrogène par mole de gaz carbonique formé dans la biodégradation, l'hydrogène monte à travers le garnissage et réagit avec le gaz carbonique pour former du méthane selon la réaction de la formule II ci-dessus décrite. Cela a pour résultat une bien plus forte production de méthane dans les gaz de dégagement, et une plus faible teneur en gaz carbonique

dans ces gaz.

Quand on ajoute de l'hydrogène gazeux pour réagir avec le gaz carbonique formé dans le filtre, la quantité d'hydrogène ajoutée doit être inférieure aux quantités stoechiométrique requises pour une réaction complète avec le gaz carbonique produit, ç'est-à-dire être inférieure à 4 moles d'hydrogène par mole de gaz carbo- nique produit dans le filtre. Cela a pour raison qu'il est souhaitable d'avoir au moins de faibles quantités de gaz carbonique ne réagissant pas et présentes dans le filtre. Si de l'hydrogène en excès est présent et qu'ainsi tout le gaz carbonique formé dans le filtre réagit, l'hydrogène n'ayant pas réagi peut interférer

avec l'activité du filtre et avoir un effet néfaste.

De préférence, la quantité d'hydrogène ajoutée n'est pas supérieure à 3,8 moles d'hydrogène et mieux pas 1.5 supérieure à 3,5 moles d'hydrogène par mole de gaz carbonique formé dans le filtre. Habituellement, la quantité d'hydrogène ajoutée sera telle qu'il y ait de 0,1 à 3,5 moles d'hydrogène par mole de gaz carbonique

formé dans le filtre.

Contrairement à l'utilisation d'hydrogène en excès, l'addition d'oxydes d'azote en excès dans un procédé de dénitrification comme aux expériences II et III n'est pas nocive. Les oxydes d'hydrogène en excès et n'ayant pas réagi apparaUtront simplement dans les gaz de 2.5 dégagement, mais n'auront aucun effet néfaste sur le filtre. La quantité dtgzotegazeux amenée au dispositif en un point situé en dessous du garnissage doit bien entendu ne pas être en une quanxtité ou un volume tel que cela puisse sensiblement interférer avec l'hydraulique du liquide s'égouttant vers le bas à travers le garnissag e

ou pouvant empêcher cet écoulement vers le bas.

Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si-celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises

en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

Claims (17)

R E V E N D I C A T I O N S

1. Procédé de dégradation biologique continue du type o un courant d'eaux usées liquides contenant des agents polluants organiques pouvant subir une dégradation

biologique est mis en contact avec une biomasse de micro-

organismes placée à la surface d'un garnissage de support afin d'effectuer la dégradation biologique desdits agents polluants organiques en gaz carbonique et autres produits, lesdits micro-organismes étant capables de dégrader lesdits agents polluants organiques en gaz carbonique et autres produits, ledit procédé étant entrepris en l'absence d'oxygène moléculaire ajouté, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui suivent: (a) faire continuellement passer un mélange liquide composé desdites eaux usées et d'un courant de recyclage, vers le bas, à travers une section garnie confinée dans un récipient obturé, ladite section étant remplie dudit garnissage à la surface duquel se trouve ladite biomasse de micro-organismes, ledit récipient étant obturé de façon que de l'air et d'autres sources d'oxygène moléculaires ne puissent y entrer, afin que ledit mélange liquide soit en contact intime avec ladite biomasse lors de sa descente à travers ladite section garnie dans des conditions o au moins une partie desdits agents polluants organiques dudit courant d'eaux usées est biologiquement dégradée et convertie en gaz carbonique et autres produits, avec pour résultat un effluent liquide à l'extrémité inférieure de ladite section garnie, contenant une concentration plus faible desdits agents polluants organiques que dans ledit mélange liquide, ledit liquide descendant à travers ladite section garnie tandis que le gaz carbonique et autres gaz produits dans la dégradation biologique montent dans ladite section garnie à contre- courant avec ledit liquide descendant, le contact dudit mélange liquide avec ladite biomasse étant accompli à une température comprise entre environ 10 et 600C, appropriée à ladite dégradation biologique et sensiblement à la pression atmosphérique; (b) retirer continuellement de l'extrémité supérieure dudit récipient obturé, en un point situé au- dessus de la section garnie, ledit gaz carbonique et les autres

gaz produits dans ladite dégradation biologique; -

(c) retirer continuellement lteffluent liquide de l'extrémité inférieure du récipient obturé en un point situé en dessous de ladite section garnie, l'allure du retrait dudit effluentliquide étant telle que cela maintienne le niveau dudit effluent liquide s'accumulant au fond dudit récipient en dessous de ladite section garnie, une partie dudit effluent liquide étant retirée comme un courant de décharge d'eaux usées traitées; et (d) recycler continuellement une partie de l'effluent liquide retiré de l'extrémité inférieure dudit récipient et mélanger ledit courant de recyclage avec ledit courant d'eaux usées avant passage du mélange liquide résultant, vers le bas, à travers ladite section garnie selon l'étape (a), la partie dudit effluent liquide ainsi recyclée étant en une quantité telle que, lors du mélange avec ledit courant d'eaux usées, cela force. ledit mélnge liquide à avoir une concentration en agents polluants et toute espèce biostatique ou biocide7inférieure à celle

pouvant inhiber la croissance desdits micro-organismes.

2. Procédé de dégradation biologique anaérobie méthanogène continue selon la revendication 1, du type o du méthane est produit en plus du gaz carbonique et d'autres produits, caractérisé en ce que, dans l'étape (a) précitéele méthane monte à travers la section garniept en (b), du méthane est également retiré de l'extrémité

supérieure du récipient précité.

3. Procédé de dégradation biologique continue selon la revendication 1, du type o le courant d'eaux usées précité contient également des composés d'azote, o l'azote combiné est présent sous forme d'un nitrate, d'un nitrite ou d'un oxyde d'azote et o l'on effectue la dégradation biologique ou la conversion dudit azote combiné en azote moléculaire, caractérisé en ce que dans l'étape (a) précitée, au moins une partie de l'azote combiné dudit courant d'eaux usées est convertioen azote moléculaire, en ce que l'effluent liquide à l'extrémité inférieure de la section garnie précitée contient une plus faible concentration en composés d'azote que dans le mélange liquide, et l'azote moléculaire monte avec les

autres gaz, dans l'étape (b) précitée on retire continuelle-

ment l'azote moléculaire avec le gaz carbonique et les autres gaz produits et dans l'étape (d) précitée les composés d'azote sont en une concentration inférieure

à celle pouvant inhiber la croissance des micro-organismes.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le mélange liquide précité descendant dans la section garnie précitée est ramené

à un pH ne pouvant inhiber la croissance des micro-

organismes et ne pouvant les tuer.

, Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport pondéral du courant de recyclage au courant d'eaux usées est compris entre environ 5:1 et :1, et en ce que la DCO dudit mélange liquide résultant

est comprise entre environ 500 et 20 000 mg/l.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume vide de la section garnie précitée représente au moins environ 60% du volume non garni de ladite section, l'aire superficielle du garnissage dans ladite section est d'au moins 32,8 m2/m3, et le mélange liquide passe dans ladite section à une allure pouvant produire une charge de DCO comprise entre environ i>0 5,2 et 64,15 kg/m-' de volume vide de ladite section garnie par jour, et produire de l'ordre de 0,1 à 10 volumes dudit mélange liquide par volume vide de ladite

section garnie.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le courant d'eaux usées

précité contient des métaux lourds toxiques pour la biomas-

se précitée et en ce qu'on ajoute un composé de soufre pour réagir et précipiter les métaux lourds sous forme de

sulfures insolubles.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le composé de soufre précité est du sulfure dthydrogène gazeux ajouté sous forme d'un gaz dans le récipient précité, en un point situé en dessous de la section garnie précitée, ainsi ledit sulfure d'hydrogène monte à travers ladite section garnie à contre-courant

et en contact intime avec le liquide descendant.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1, 2,' 3 ou 6, caractérisé en ce que les agents polluants

précités sont solubles dans l'eau.

10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait passer, dans ledit récipient obturés un gaz comprenant de l'1hydrogène, en un point situé en dessous de la section garnie précitée, ainsi l'hydrogène monte dans ladite section garnie à contre-courant et en contact intime avec le liquide descendant, la quantité dudit gaz-passant dans ledit récipient étant telle qu'il n'y ait pas plus d'environ 3,8 moles d'hydrogène

par mole de gaz carbonique dans la dégradation biologique.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications

2 ou 6, caractérisé en ce qu'on fait passer, dans ledit récipient obturé, un gaz comprenant de l'hydrogène, en un point situé en dessous de la section garnie précitée, ainsi l'hydrogène monte dans ladite section garnie à contre-courant et en contact intime avec le liquide descendant, la quantité dudit-gaz passant dans ledit récipient étanttelle qu'il n'y a pas plus d'environ 3,5 moles d'hydrogène par mole de gaz carbonique dans

la dégradation biologique.

12. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait passer un gaz contenant un ou plusieurs oxydes d'azote vers le récipient obturé précité, en un point situé en dessous de la section garnie précitée, ainsi lesdits oxydes d'azote montent à travers ladite section garnie à contre-courant et en contact intime

avec ledit liquide descendant.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé

en ce que le gaz précité se compose d'oxyde nitreux.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications

3 ou 6, caractérisé en ce qu'on fait passer un gaz contenant un ou plusieurs oxydes d'azote vers le récipient obturé précité, en un point situé en dessous de la section garnie précitée ainsi lesdits oxydes d'azote montent à travers ladite section garnie à contre-courant et en

contact intime avec ledit liquide descendant.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les agents polluants organiques précités sont solubles dans l'eau, 16. Filtre biologique pour un procédé de dégradation biologique o peut être traité un courant d'eaux usées liquides contenant des agents polluants pouvant subir une dégradation biologique, caractérisé en ce qu'il comprend: un récipient obturé (13), étanche vis-à-vis des gaz atmosphériques, contenant une section garnie (14) remplie d'un garnissage de support sur la surface duquel se trouve une biomasse de micro-organismes pouvant dégrader biologiquement lesdits agents polluants, ledit récipient ayant un espace vide supérieur placé au-dessus de ladite section garnie o peuvent s'accumuler les gaz montant dans ladite section garnie, et ayant un espace formant fosse à son extrémité inférieure, en dessous de ladite section garnie, o les liquides descendant de ladite section garnie peuvent s'accumuler, ledit espace formant fosse ayant un moyen de vidange (21) pouvant être sélectivement ouvert, à son extrémité inférieure, pour pouvoir retirer la biomasse libérée s'accumulant dans ledit espace formant fosse;

un moyen d'alimentation en liquide (10) en communica-

tion étanche avec ledit récipient, ainsi ledit courant d'eaux usées et un courant de recyclage (11) peuvent passer à l'extrémité supérieure dudit récipient et être distribués sensiblement régulièrement au-dessus et vers la surface en coupe transversale de l'extrémité 38. supérieure de ladite section garnie; un moyen d'enlèvement de gaz (16) en communication étanche avec ledit espace vide supérieur, par o les gaz s'accumulant dans ledit espace peuvent être retirés; et un moyen d'enlèvement de liquide (17) en communication étanche avec ledit espace formant fosse et sensible à un niveau liquide prédéterminé dans ladite fosse pour que le liquide s'accumulant dans ladite fosse puisse être retiré à une allure suffisante pour empêcher son niveau de passer sensiblement au-dessus dudit niveau prédéterminé, ledit niveau prédéterminé étant en dessous de ladite section garnie, une partie dudit liquide ainsi retiré de ladite fosse pouvant passer comme courant de recyclage vers le moyen d'alimentation en liquide et une partie étant retirée comme courant de décharge d'eaux usées traitées

de meilleure pureté.

17. Filtre selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il contient un moyen d'alimentation en gaz (15) permettant à un gaz de passer, par une connexion étanche, vers le récipient précité,à un niveau en dessous de la section garnie précitée pour ensuite monter à travers

ladite section garnie.

18. Filtre selon la revendication 16, caractérisé en ce que les parois de l'espace formant fosse précité sont en pente vers l'intérieur, vers le moyen de vidange précité afin de diriger la biomasse libérée précitée

vers ledit moyen de vidange.

19. Filtre selon la revendication 16, caractérisé en ce que le moyen précité d'enlèvement de liquide comprend un conduit pour retirer et faire passer le courant de recyclage précité vers le moyen d'alimentation en liquide précité, et un autre conduit séparé pour retirer le

courant de décharge d'eaux usées traitées précité.