FR2695928A1

FR2695928A1 - Bio:filtration reaction for effluent treatment - has discrete zones with coated panels to trap and treat different constituents with microorganisms

Info

Publication number: FR2695928A1
Application number: FR9211376A
Authority: FR
Inventors: Brochard Patrick; Cailleton Jacques; Guerin Pascal; Simon Patrick
Original assignee: MILCAP FRANCE SA; AIR EAU PROCEDES
Current assignee: MILCAP FRANCE SA; AIR EAU PROCEDES
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1994-03-25

Abstract

Biological purificn., by bio:filtration where effluent is placed in contact with purifying microorganisms with or without oxygenation. The effluent passes through discrete zones, each designed to trap different constituents and to subject the effluent to biodegradation with or without oxygenation, by microorganisms adapted to each zone. Reactor has four zones (A,B,C,D), each having means of trapping constituents of effluent and forming base for biotransformation. Reactor has effluent entry (2) and treated effluent outlet (3), gas evacuation port (6), microorganism recovery (9) and oxygenation system (8). Constituents of effluent are trapped on supports (4a,4b) comprising coated vertical panels, which act as supports for microorganisms, placed parallel to one another to form a chicane. USE/ADVANTAGE - Domestic, industrial and agriculture effluent treatment. Suitable for treatment of effluent with high pollutant levels. 90% redn. in COD can be obtd.. Flexible operation in which relative size of each zone is determn. by type of effluent. Aerobic or anaerobic operation.

Description

"Procédé d'épuration biologique et réacteur
pour la mise en oeuvre de ce procédé"
La présente invention concerne un procédé d'épuration biologique, et plus particulièrement un procédé du type biofiltration, adapté à la purification d'effluents urbains et industriels."Biological purification process and reactor
for the implementation of this process "
The present invention relates to a biological purification process, and more particularly a process of the biofiltration type, suitable for the purification of urban and industrial effluents.

La présente invention concerne également un réacteur pour la mise en oeuvre de ce procédé, permettant le traitement de ces effluents dans un volume restreint. The present invention also relates to a reactor for implementing this process, allowing the treatment of these effluents in a limited volume.

Parmi les principaux procédés d'épuration biologique utilisant des microorganismes épurateurs (ou biomasse), on distingue les procédés classiques dits "par boues activées" où l'on brasse et on aère ensemble la biomasse et l'effluent, et les procédés plus récents dits "par lits fixés" où l'on met l'effluent au contact d'une biomasse fixée sur un support (ce dernier appelé aussi garnissage). Among the main biological purification processes using purifying microorganisms (or biomass), a distinction is made between the conventional so-called "activated sludge" processes in which the biomass and the effluent are mixed and aerated, and the more recent processes known as "by fixed beds" where the effluent is put in contact with a biomass fixed on a support (the latter also called filling).

Les procédés par boues activées sont très largement répandus. On obtient des résultats intéressants pour des effluents faiblement concentrés. Par contre, pour l'épuration d'effluents fortement concentrés, on rencontre des difficultés liées à la taille des installations, au manque de reproductibilité de l'épuration d'un effluent à un autre et à la production de boues en excès. Ces procédés sont maintenant abandonnés peu à peu au profit des procédés par lits fixés, qui permettent de réaliser des installations, plus fiables et moins volumineuses et qui donnent de bons rendements d'épuration. Activated sludge processes are very widespread. Interesting results are obtained for weakly concentrated effluents. On the other hand, for the purification of highly concentrated effluents, one encounters difficulties linked to the size of the installations, the lack of reproducibility of the purification from one effluent to another and the production of excess sludge. These processes are now gradually being abandoned in favor of fixed bed processes, which make it possible to produce installations, which are more reliable and less bulky and which give good purification yields.

Ces performances s'expliquent notamment par le fait, que l'utilisation d'un garnissage permet d'augmenter la surface de développement des bactéries, donc, d'augmenter d'une part, la concentration en bactéries dans le milieu, et d'autre part, la surface de contact entre ces bactéries et les constituants de l'effluent à dégrader. These performances are explained in particular by the fact that the use of a lining makes it possible to increase the surface area for the development of bacteria, therefore, on the one hand, to increase the concentration of bacteria in the medium, and to on the other hand, the contact surface between these bacteria and the constituents of the effluent to be degraded.

Dans les installations actuelles, on utilise des garnissages de deux types. In current installations, two types of packing are used.

Le premier type, le plus ancien, est constitué par les garnissages en matériaux minéraux, par exemple en pouzzolane, galets ou granit, et sous forme par exemple de granules. The first type, the oldest, consists of linings made of mineral materials, for example pozzolan, pebbles or granite, and in the form, for example, of granules.

Le deuxième type est constitué par des garnissages plus élaborés en matériaux synthétiques, par exemple en PVC, polypropylène, et sous forme, par exemple, de plaques planes ou ondulées, d'anneaux ou de textiles. The second type consists of more elaborate packings made of synthetic materials, for example PVC, polypropylene, and in the form, for example, of flat or corrugated plates, of rings or of textiles.

Par comparaison, ces derniers présentent une plus grande surface spécifique, une masse plus faible et un pourcentage de vides plus grand. Cette dernière caractéristique est particulièrement importante pour le choix du garnissage. By comparison, the latter have a greater specific surface, a lower mass and a greater percentage of voids. This last characteristic is particularly important for the choice of packing.

En effet, si le pourcentage de vides est trop faible, le garnissage se colmate et perd son efficacité. Les difficultés que l'on rencontre actuellement relèvent notamment de ce problème de colmatage.In fact, if the percentage of voids is too low, the filling becomes clogged and loses its effectiveness. The difficulties that are currently encountered are mainly due to this clogging problem.

Parmi les procédés par lits fixés, on distingue aussi, d'une part les procédés dits "à lits bactériens" et les procédés "à biodisques ou tambours rotatifs", où l'on fait ruisseler l'effluent sur un film de biomasse formé à la surface du garnissage et où l'oxygénation du milieu s'opère par ventilation naturelle, et d'autre part, les procédés plus récents dits de biofiltration, où l'on immerge totalement le garnissage supportant la biomasse dans un liquide et où l'oxygénation du milieu s'opère par insufflation d'air, d'air enrichi en oxygène ou d'oxygène pur. Among the fixed bed processes, there are also, on the one hand, the so-called "bacterial bed" processes and the "biodisc or rotary drum" processes, where the effluent is made to flow on a film of biomass formed at the surface of the lining and where the oxygenation of the medium takes place by natural ventilation, and on the other hand, the more recent processes called biofiltration, where the lining supporting the biomass is completely immersed in a liquid and where the oxygenation of the medium takes place by blowing air, oxygen-enriched air or pure oxygen.

Dans le premier cas, on est en présence de trois phases, une phase liquide constituée par l'effluent à traiter, une phase solide constituée par le garnissage à la surface duquel se développe le film de biomasse et une phase gazeuse constituée par l'air ambiant. In the first case, we are in the presence of three phases, a liquid phase constituted by the effluent to be treated, a solid phase constituted by the lining on the surface of which the biomass film develops and a gaseous phase constituted by air. ambient.

Par contre dans le cas d'une biofiltration, on est en présence principalement de deux phases à savoir, une phase liquide toujours constituée par l'effluent à traiter et une phase solide constituée par le garnissage. L'oxygénation du milieu n'intervient qu'en cas de besoin par insufflation d'un gaz oxygéné. On the other hand, in the case of biofiltration, there are mainly two phases, namely, a liquid phase always constituted by the effluent to be treated and a solid phase constituted by the packing. Oxygenation of the medium takes place only when necessary by insufflation of an oxygenated gas.

Dans les procédés de biofiltration actuellement développés, on fait percoler l'effluent à traiter au travers d'un lit de garnissage, avec un courant d'effluent ascendant ou descendant. Le lit de garnissage, appelé aussi biofiltre, est composé de particules en vrac. In the currently developed biofiltration processes, the effluent to be treated is percolated through a packing bed, with an ascending or descending stream of effluent. The packing bed, also called biofilter, is made up of loose particles.

Ces procédés donnent des résultats particulièrement intéressants, que l'on attribue au fait que l'on cumule les effets d'un traitement d'épuration biologique et les effets d'une filtration. Ceci a pour conséquence notamment que l'on peut se passer de la traditionnelle décantation dans un clarificateur en aval du réacteur et donc simplifier les installations. These processes give particularly interesting results, which are attributed to the fact that the effects of a biological purification treatment and the effects of filtration are combined. One of the consequences of this is that traditional decantation can be dispensed with in a clarifier downstream of the reactor and therefore simplify the installations.

On constate toutefois encore des difficultés dans la mise en oeuvre des procédés actuels de biofiltration. Ces difficultés sont liées au fait que l'effluent traverse un lit de garnissage, le problème du colmatage du garnissage se posant encore, ainsi que celui de la récupération de la biomasse. However, there are still difficulties in the implementation of current biofiltration processes. These difficulties are linked to the fact that the effluent passes through a packing bed, the problem of clogging of the packing still arising, as well as that of the recovery of the biomass.

La présente invention a pour but de pallier l'ensemble de ces inconvénients. The present invention aims to overcome all of these drawbacks.

A cet effet, elle propose un procédé d'épuration biologique, du genre biofiltration, où l'effluent à traiter est mis au contact de microorganismes épurateurs avec ou sans insufflation de gaz oxygéné, caractérisé en ce que l'on fait progresser en continu l'effluent en l'amenant successivement au contact d'une pluralité de zones, chaque zone étant pourvue de moyens conçus d'une part pour capter sélectivement au passage de l'effluent les divers constituants à éliminer, et d'autre part, pour soumettre les constituants ainsi captés à une biodégradation avec ou sans apport d'oxygène, lesdits moyens comprenant les microorganismes adaptés dans chaque zone à ladite biodégradation, et en ce qu'en outre l'ensemble de l'opération s'effectue avec circulation tangentielle de l'effluent par rapport auxdits moyens. To this end, it proposes a biological purification process, of the biofiltration type, in which the effluent to be treated is brought into contact with purifying microorganisms with or without insufflation of oxygenated gas, characterized in that one continuously advances l effluent by bringing it successively into contact with a plurality of zones, each zone being provided with means designed on the one hand to selectively capture the passage of the effluent the various constituents to be eliminated, and on the other hand, to subject the constituents thus captured at a biodegradation with or without oxygen supply, said means comprising the microorganisms adapted in each zone to said biodegradation, and in that in addition the whole operation is carried out with tangential circulation of the 'effluent with respect to said means.

Ces moyens, aptes à capter physiquement les constituants de l'effluent et à constituer le siège de biotransformations, comprennent un support solide pour un garnissage, lui même servant de support d'ancrage pour les microorganismes. These means, capable of physically capturing the constituents of the effluent and of constituting the seat of biotransformations, comprise a solid support for a lining, itself serving as an anchoring support for microorganisms.

Ces supports solides servent également à la réalisation d'un parcours imposé pour l'effluent. These solid supports are also used to create an imposed route for the effluent.

Selon le procédé de l'invention, au fur et à mesure de son cheminement, l'effluent est débarrassé progressivement de certains de ces constituants qui sont retenus par le garnissage. Il se développe ainsi, successivement sur ce garnissage, des gradients de concentrations de chaque type de constituant retenu. Chaque gradient de concentration induit un second gradient en biomasse adaptée à la dégradation du constituant capté. Ces deux gradients se superposent dans l'espace et définissent chaque zone, dite de réaction. According to the method of the invention, as it travels, the effluent is gradually rid of some of these constituents which are retained by the lining. It thus develops, successively on this lining, gradients of concentrations of each type of constituent retained. Each concentration gradient induces a second biomass gradient adapted to the degradation of the captured component. These two gradients are superimposed in space and define each zone, called the reaction zone.

Le garnissage actuellement le mieux adapté au procédé selon l'invention est celui décrit dans le brevet FR 2 587 912. The lining currently best suited to the process according to the invention is that described in patent FR 2 587 912.

On le connaît pour deux applications, à savoir comme substrat de biotransformations et comme filtre pour effectuer des séparations de phases. Il s'agit d'un garnissage textile, du type présentant une fourrure synthétique qui permet le développement des microorganismes épurateurs dans une culture fixée.It is known for two applications, namely as a substrate for biotransformations and as a filter for performing phase separations. It is a textile lining, of the type having a synthetic fur which allows the development of purifying microorganisms in a fixed culture.

Le parcours de l'effluent se divise donc en zones de réaction successives, qui sont définies par la nature des constituants de l'effluent que le garnissage a captés et la nature de la biodégradation qui s'y déroule. The effluent path is therefore divided into successive reaction zones, which are defined by the nature of the constituents of the effluent that the lining has captured and the nature of the biodegradation which takes place there.

Grâce à cette division de la surface épuratrice, on a le choix entre, ensemencer les zones par des microorganismes appartenant à la même population, ou bien ensemencer certaines zones avec des populations différentes, mieux ciblées pour être spécifiquement adaptées à une biodégradation spécifique. Thanks to this division of the purifying surface, there is a choice between, inoculating the zones with microorganisms belonging to the same population, or else inocating certain zones with different populations, better targeted to be specifically adapted to a specific biodegradation.

De même, grâce à cette division, on peut oxygéner le milieu, par insufflation d'air, d'air enrichi en oxygène ou d'oxygène pur, de manière localisée dans les différentes zones, en fonction des besoins des microorganismes. Likewise, thanks to this division, the medium can be oxygenated by blowing air, oxygen-enriched air or pure oxygen, in a localized manner in the different zones, according to the needs of the microorganisms.

Suivant une forme de réalisation avantageuse, on fait progresser l'effluent selon un parcours en chicane empruntant successivement les différentes zones de réactions. Ceci a notamment pour avantage de permettre un fonctionnement dans un volume plus restreint. According to an advantageous embodiment, the effluent is advanced along a baffled course successively passing through the different reaction zones. This has the particular advantage of allowing operation in a more restricted volume.

De manière plus avantageuse encore, la progression de l'effluent est alternativement ascendante et descendante. Even more advantageously, the progress of the effluent is alternately upward and downward.

Cette circulation tangentielle et verticale provoque le décolmatage du garnissage par un décrochage par "flocs" des microorganismes, qui peuvent ensuite être récupérés par gravité et éventuellement recyclés. This tangential and vertical circulation causes unclogging of the lining by a release by "flocs" of the microorganisms, which can then be recovered by gravity and possibly recycled.

Pour favoriser encore plus le décolmatage on prévoit également une reprise du liquide dans chaque zone et un recyclage en partie haute. To further promote unclogging, the liquid is also taken up in each zone and recycled in the upper part.

La présente invention propose également un réacteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui comprend des zones successives de réactions équipées chacune desdits moyens pour capter les constituants de l'effluent et pour constituer le siège des biotransformations, un dispositif d'admission d'effluent à traiter et un dispositif d'évacuation de l'effluent épuré, des moyens d'évacuation de gaz formés dans ledit réacteur, des moyens de récupération des microorganismes et des moyens pour oxygéner en cas de besoin le milieu liquide le long du parcours de l'effluent, lesdits moyens pour capter les constituants de l'effluent et pour constituer le siège de biodégradations comprenant un support solide pour un garnissage, lui même servant de support d'ancrage pour lesdits microorganismes. The present invention also provides a reactor for implementing the method according to the invention, which comprises successive reaction zones each equipped with said means for capturing the constituents of the effluent and for constituting the seat of the biotransformations, a device for intake of effluent to be treated and a device for discharging the purified effluent, means for discharging gases formed in said reactor, means for recovering microorganisms and means for oxygenating the liquid medium along when necessary of the course of the effluent, said means for capturing the constituents of the effluent and for constituting the seat of biodegradation comprising a solid support for a lining, itself serving as an anchoring support for said microorganisms.

Suivant une forme de réalisation, le réacteur est équipé de panneaux, disposés parallèlement entre l'admission et l'évacuation de manière à définir un parcours continu en chicane. According to one embodiment, the reactor is equipped with panels, arranged in parallel between the inlet and the outlet so as to define a continuous path in baffle.

Chaque panneau constitue le support solide pour le garnissage. Each panel constitutes the solid support for the lining.

De manière avantageuse, les panneaux sont tapissés de part et d'autre avec le garnissage et sont disposés suffisamment rapprochés les uns des autres pour assurer un contact intime entre le garnissage et l'ensemble du volume de l'effluent en circulation. Advantageously, the panels are upholstered on either side with the lining and are arranged close enough to one another to ensure intimate contact between the lining and the entire volume of the effluent in circulation.

Un tel réacteur permet d'établir un régime hydraulique en flux dit piston, c'est-à-dire d'établir des gradients de concentrations dans des zones successives, ceci par opposition aux réacteurs fonctionnant en mélange intégral où la concentration de l'effluent est la même en tout point. Les différentes phases d'épuration se déroulent en continu dans le même réacteur. Ainsi par exemple, dans un même réacteur on peut traiter les graisses, les constituants carbonés autres que les graisses, nitrifier l'azote organique et ammoniacal, dénitrifier les nitrates et nitrites formés, fixer le phosphore (des phosphates par exemple). Such a reactor makes it possible to establish a hydraulic flow regime called piston, that is to say to establish concentration gradients in successive zones, this in contrast to reactors operating in full mixture where the concentration of the effluent is the same in every way. The different purification phases take place continuously in the same reactor. Thus, for example, in the same reactor, it is possible to treat fats, carbon constituents other than fats, nitrify organic and ammoniacal nitrogen, denitrify the nitrates and nitrites formed, fix the phosphorus (for example phosphates).

Un fonctionnement en flux piston, présente de nombreux avantages. D'une part, comme cela est indiqué précédemment, on peut cibler l'ensemencement des microorganismes dans chaque zone, en fonction des différents composants de la pollution à éliminer. D'autre part, il est possible d'optimiser séparément les différentes biodégradations dans chaque zone, par exemple, on peut maintenir la concentration en oxygène la mieux adaptée, on peut ajouter des nutriments (éléments azotés ou phosphorés, oligo-éléments) en fonction des besoins spécifiques des microorganismes présents dans la zone, on bien encore ajouter un ensemencement particulier. A piston flow operation has many advantages. On the one hand, as indicated above, we can target the seeding of microorganisms in each zone, according to the different components of the pollution to be eliminated. On the other hand, it is possible to optimize separately the different biodegradations in each zone, for example, we can maintain the most suitable oxygen concentration, we can add nutrients (nitrogen or phosphorus elements, trace elements) depending of the specific needs of the microorganisms present in the area, we can still add a specific seeding.

Grâce au procédé de l'invention, on dispose d'une grande souplesse de fonctionnement. C'est la nature de l'effluent qui détermine l'importance relative de chaque zone. Thanks to the method of the invention, there is great flexibility in operation. It is the nature of the effluent that determines the relative importance of each zone.

Par ailleurs, le recyclage peut être conduit différemment d'une zone à une autre, et même différemment dans une portion d'une même zone. La fréquence de recyclage peut être ainsi menée de manière particulière dans chaque zone, en fonction notamment de l'importance du développement bactérien.Furthermore, recycling can be carried out differently from one zone to another, and even differently in a portion of the same zone. The recycling frequency can thus be carried out in a particular way in each zone, depending in particular on the importance of the bacterial development.

Comme autre avantage, le réacteur peut fonctionner en anaérobiose, c'est-à-dire en l'absence d'air et d'oxygène, l'épuration s'accompagnant dans ce cas d'une production de méthane. Grâce à l'invention, il est possible alors de distinguer les deux populations de microorganismes qui interviennent dans les procédés anaérobies, les microorganismes de l'acido-génèse et les microorganismes de la méthano-génèse. As another advantage, the reactor can operate under anaerobic conditions, that is to say in the absence of air and oxygen, the purification being accompanied in this case by methane production. Thanks to the invention, it is then possible to distinguish the two populations of microorganisms which are involved in anaerobic processes, microorganisms of acid-genesis and micro-organisms of methanogenesis.

Selon une autre forme de réalisation, le réacteur est équipé de panneaux disposés parallèlement entre l'admission et l'évacuation de manière à définir un parcours continu en chicane. According to another embodiment, the reactor is equipped with panels arranged parallel between the inlet and the outlet so as to define a continuous path in baffle.

Chaque panneau constitue un support solide pour le garnissage. Each panel constitutes a solid support for the lining.

L'écartement des panneaux dans cette deuxième forme de réalisation permet d'intercaler des cadres parallélépipédiques dont la fonction est de supporter un ensemble de colonnes du même garnissage que celui décrit précédemment. The spacing of the panels in this second embodiment makes it possible to interpose parallelepipedic frames whose function is to support a set of columns of the same packing as that described above.

Le procédé peut trouver de nombreuses applications. The process can find many applications.

Il s'applique à l'épuration de la pollution organique issue des effluents domestiques, des effluents de l'industrie agro-alimentaire (abattoirs, laiteries, équarrissages, conserveries, distilleries, industries mettant en oeuvre des procédés de fermentations, etc...), des effluents d'élevages agricoles, des effluents des industries des engrais, des effluents industriels de l'industrie chimique, sidérurgique, mécanique de transformation, ou encore des effluents issus de la lixiviation de déchets stockés en décharge ou de sols contaminés. It applies to the purification of organic pollution from domestic effluents, effluents from the food industry (slaughterhouses, dairies, rendering, canning, distilleries, industries implementing fermentation processes, etc ... ), effluents from agricultural breeding, effluents from the fertilizer industries, industrial effluents from the chemical, steel and mechanical processing industries, or effluents from the leaching of waste stored in landfills or contaminated soil.

Le réacteur selon #l'invention est particulièrement bien adapté pour traiter des rejets très concentrés et des charges journalières de pollutions élevées dans un volume restreint. The reactor according to the invention is particularly well suited for treating highly concentrated discharges and daily loads of high pollution in a limited volume.

On peut en effet atteindre 90% d'abattement de la demande chimique en oxygène (DCO) pour une charge volumique de 25 kg de DCO par m3 de réacteur et par jour. We can indeed achieve 90% reduction in chemical oxygen demand (COD) for a volume load of 25 kg of COD per m3 of reactor per day.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages ressortiront à la lumière de la description qui va suivre donnée uniquement en exemple et faite en référence aux dessins annexés où
- la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale un exemple de réalisation d'un réacteur selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma semblable relatif à une variante
- la figure 3 est une vue en perspective d'un cadre adapté à s'intercaler entre panneaux de la figure 2.The present invention will be better understood and other advantages will emerge in the light of the description which follows, given solely as an example and made with reference to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 shows schematically in longitudinal section an embodiment of a reactor according to the invention;
- Figure 2 is a similar diagram relating to a variant
FIG. 3 is a perspective view of a frame adapted to be inserted between the panels of FIG. 2.

Suivant la forme de réalisation choisie et représentée à la figure 1, le réacteur est constitué par une cuve 1 parallèlépipédique par exemple en tôles d'acier. Il comporte un dispositif 2 d'admission de l'effluent à traiter et un dispositif 3 d'évacuation de l'effluent épuré. Ces dispositifs sont ici aménagés en partie haute de la cuve sur des côtés opposés. According to the embodiment chosen and shown in FIG. 1, the reactor is constituted by a parallelepipedic tank 1, for example made of steel sheets. It includes a device 2 for admitting the effluent to be treated and a device 3 for discharging the purified effluent. These devices are here arranged in the upper part of the tank on opposite sides.

Une pompe (non représentée) permet de faire circuler en continu l'effluent dans le réacteur. Des moyens (non représentés) sont également prévus pour régler le débit de circulation, à l'entrée ou à la sortie de l'effluent, en fonction du temps de séjour requis dans le réacteur et du niveau de liquide recherché. A pump (not shown) makes it possible to continuously circulate the effluent in the reactor. Means (not shown) are also provided for regulating the circulation rate, at the inlet or at the outlet of the effluent, as a function of the residence time required in the reactor and the level of liquid sought.

Entre le dispositif d'admission 2 et le dispositif d'évacuation 3 de l'effluent, sont disposés verticalement et parallèlement des panneaux rigides, de deux types, 4a et 4b, de manière à définir un parcours en chicane pour l'effluent (représenté par des flèches). A cet effet, les panneaux sont décalés alternativement suivant deux hauteurs, la progression de l'effluent étant alternativement montante et descendante. Between the intake device 2 and the effluent discharge device 3, rigid panels of two types, 4a and 4b, are arranged vertically and parallel, so as to define a baffled path for the effluent (shown by arrows). To this end, the panels are shifted alternately along two heights, the progression of the effluent being alternately rising and falling.

Les deux types de panneaux se distinguent donc par leur différence de hauteur et également par le fait que les panneaux du type 4a plus hauts que les seconds, sont fixés sur les bords latéraux de la cuve, laissant ainsi le passage de l'effluent possible vers le bas entre leur bord inférieur et le fond du réacteur, tandis que les panneaux du type 4b se prolongent au contraire jusqu'au fond du réacteur en contrariant tout passage du fluide si ce n'est vers le haut. The two types of panels are therefore distinguished by their difference in height and also by the fact that the panels of type 4a higher than the latter, are fixed to the lateral edges of the tank, thus allowing the passage of the effluent towards the bottom between their lower edge and the bottom of the reactor, while type 4b panels extend on the contrary to the bottom of the reactor by blocking any passage of the fluid if not upwards.

On oblige ainsi l'effluent à passer alternativement en dessous des panneaux 4a et au dessus des panneaux 4b et à circuler tangentiellement dans l'espace aménagé entre les panneaux 4a et 4b. The effluent is thus forced to pass alternately below the panels 4a and above the panels 4b and to flow tangentially in the space provided between the panels 4a and 4b.

Ces panneaux sont immergés dans un milieu liquide constitué par l'effluent lui-meme, en circulation. These panels are immersed in a liquid medium constituted by the effluent itself, in circulation.

De manière avantageuse, on fait en sorte, en réglant le débit de circulation de l'ef fluent, que le liquide affleure le haut des panneaux 4a pour que le parcours de l'effluent soit bien délimité. Advantageously, it is ensured, by adjusting the circulation rate of the effluent, that the liquid is flush with the top of the panels 4a so that the path of the effluent is well delimited.

Un espace 5 est aménagé en partie haute du réacteur au dessus du liquide, pour l'évacuation des gaz, qui peuvent se former lors de biodégradations en un point ou un autre du réacteur. Il est prévu des moyens 6 d'aspiration de ces gaz. A space 5 is arranged in the upper part of the reactor above the liquid, for the evacuation of gases, which can form during biodegradation at one point or another of the reactor. Means 6 are provided for sucking up these gases.

Ils peuvent être récupérés, retraités et éventuellement recyclés en un autre point du réacteur par exemple par une admission 7.They can be recovered, reprocessed and possibly recycled at another point in the reactor, for example by an inlet 7.

Comme cela est bien visible sur la figure, le réacteur est en fait constitué par une succession de modules M dans lesquels l'effluent effectue un trajet descendant et un trajet ascendant. As is clearly visible in the figure, the reactor is in fact constituted by a succession of modules M in which the effluent performs a downward path and an upward path.

Chaque module M comprend un panneau 4a entouré soit par deux panneaux 4b, soit par une paroi de la cuve et un panneau 4b. Each module M comprises a panel 4a surrounded either by two panels 4b, or by a wall of the tank and a panel 4b.

On peut considérer que chaque module est indépendant du module voisin, dans la mesure où il est possible de l'équiper ou non de moyens tels que 8 pour insuffler un gaz oxygéné, et/ou de moyens 9 pour récupérer par gravité la biomasse. We can consider that each module is independent of the neighboring module, insofar as it is possible or not to equip it with means such as 8 for blowing oxygenated gas, and / or means 9 for recovering the biomass by gravity.

Grâce à cette conception originale, d'un réacteur à un autre, le nombre de modules peut varier en fonction de la nature et de la charge à traiter de l'effluent. Thanks to this original design, from one reactor to another, the number of modules can vary depending on the nature and the load to be treated of the effluent.

Les moyens 8 d'insufflation servent à alimenter le milieu en air, en air enrichi en oxygène ou en oxygène pur, en fonction des besoins des microorganismes et de la réaction de dégradation qui se déroule. The insufflation means 8 serve to supply the medium with air, with air enriched with oxygen or with pure oxygen, according to the needs of the microorganisms and the degradation reaction which takes place.

Ils sont constitués par un ensemble d'éléments tubulaires poreux qui permettent une fine division des gaz afin d'augmenter la surface de contact gaz/liquide. They consist of a set of porous tubular elements which allow a fine division of the gases in order to increase the gas / liquid contact surface.

Actuellement les éléments en métal fritté sont les mieux adaptés, le liant des grains de métal procurant une résistance mécanique et une porosité à l'élément de diffusion. Currently sintered metal elements are best suited, the bonding of metal grains providing mechanical strength and porosity to the diffusion element.

Mais, on peut aussi utiliser des membranes en caoutchouc avec des micro perforations, l'essentiel étant de générer des fines bulles et une bonne diffusion dans le liquide. But, one can also use rubber membranes with micro perforations, the main thing being to generate fine bubbles and good diffusion in the liquid.

Dans chaque module, on peut aussi prévoir un dispositif (non représenté) pour reprendre du liquide à la base des panneaux et le recycler en partie haute dans le même module ou dans un autre. In each module, it is also possible to provide a device (not shown) for taking liquid at the base of the panels and recycling it at the top in the same module or in another.

Cette recirculation du liquide permet d'aider le décolmatage du garnissage qui est déjà favorisé par la circulation tangentielle et verticale de l'effluent. This recirculation of the liquid helps to unclog the lining which is already favored by the tangential and vertical circulation of the effluent.

Les panneaux 4a et 4b sont tapissés sur leurs deux faces et sur une certaine hauteur d'un garnissage 10 (représenté en hachuré). The panels 4a and 4b are upholstered on their two faces and over a certain height with a lining 10 (shown in hatched form).

Ce garnissage, choisi parmi les garnissages à la fois aptes à servir de support d'ancrage pour des biotransformations et à capter des constituants d'un effluent circulant tangentiellement, est ensemencé par des microorganismes épurateurs. This lining, chosen from the linings both capable of serving as an anchoring support for biotransformations and of capturing constituents of an effluent circulating tangentially, is sown with purifying microorganisms.

Il existe actuellement des garnissages qui présentent cette double fonction, notamment le garnissage textile déjà cité qui fait l'objet du brevet FR 2 587 912, auquel on pourra se reporter pour plus de détails. There are currently fillings which have this dual function, in particular the textile lining already mentioned which is the subject of patent FR 2 587 912, to which reference may be made for more details.

Ce garnissage est un matériau textile à base de fibres synthétiques, plus particulièrement ici en polypropylène. Comme décrit dans le brevet précité il est composé d'une nappe munie sur l'une de ses faces d'une fourrure avec des poils plus ou moins longs et présente des entailles réalisant en alternance des zones d'ouvertures et des zones recouvertes de fourrure. This lining is a textile material based on synthetic fibers, more particularly in polypropylene. As described in the aforementioned patent, it is composed of a ply provided on one of its faces with a fur with more or less long hairs and has notches alternately providing areas of openings and areas covered with fur. .

Un tel garnissage est particulièrement intéressant car il permet le développement régulier des microorganismes épurateurs et leur concentration sur une culture fixée, qui se renouvelle constamment, simultanément à l'épuration. Such a filling is particularly interesting because it allows the regular development of purifying microorganisms and their concentration on a fixed culture, which is constantly renewed, simultaneously with purification.

Pour que le garnissage retienne au mieux les divers constituants au passage de l'effluent, on place les panneaux très près les uns des autres, les fourrures face à face, de manière à réaliser un contact intime entre l'effluent et le garnissage. Les nappes sont par exemple écartées de 50 à 60 mm. So that the lining retains the various constituents as well as possible when the effluent passes, the panels are placed very close to each other, the furs facing each other, so as to make intimate contact between the effluent and the lining. The sheets are for example spaced 50 to 60 mm.

Le fonctionnement du réacteur est maintenant décrit, en prenant comme application, d'une manière générale, l'épuration d'un effluent chargé en pollution organique, c'està-dire chargé en graisses, en pollution carbonée, azotée et phosphorée. The operation of the reactor is now described, taking as an application, in general, the purification of an effluent loaded with organic pollution, that is to say loaded with grease, with carbon, nitrogen and phosphorus pollution.

Le garnissage est donc ensemencé par une population de microorganismes adaptée à la biodégradation de la pollution organique. The lining is therefore seeded with a population of microorganisms adapted to the biodegradation of organic pollution.

On fait circuler l'effluent en continu dans le réacteur. The effluent is circulated continuously in the reactor.

En tête du réacteur, ce sont les graisses qui sont retenues physiquement par le garnissage. Puis, au fur et à mesure que l'effluent progresse, il se développe sur le garnissage un gradient de concentration en graisses jusqu'à ce que ce phénomène physique devienne négligeable. En tête du réacteur, on a créé ainsi une première zone réservée à la dégradation des graisses. Cette zone s'étend sur une certaine surface du garnissage, sur laquelle les microorganismes possédant les enzymes adaptées à l'oxydation des lipides vont se développer en réaction à la présence des graisses et selon un second gradient qui se superpose dans l'espace avec le gradient de concentration en graisse. L'oxydation demande un apport en oxygène. On va donc équiper cette zone de dispositifs d'insufflation 8 et faire en sorte qu'elle s'étende sur un nombre de modules.Par exemple sur la figure 1, on a schématisé une zone A pour l'oxydation des graisses qui comprend deux modules. Cette réaction de dégradation s'accompagne d'un dégagement de CO2 que l'on évacue par le dispositif d'aspiration 6. At the head of the reactor, it is the greases that are physically retained by the lining. Then, as the effluent progresses, a grease concentration gradient develops on the filling until this physical phenomenon becomes negligible. At the head of the reactor, a first zone was created for the breakdown of fat. This zone extends over a certain surface of the lining, on which the microorganisms possessing the enzymes suitable for the oxidation of lipids will develop in reaction to the presence of fats and according to a second gradient which is superimposed in space with the fat concentration gradient. Oxidation requires an oxygen supply. We are therefore going to equip this zone with insufflation devices 8 and ensure that it extends over a number of modules. For example in FIG. 1, we have diagrammatically shown a zone A for fat oxidation which comprises two modules. This degradation reaction is accompanied by a release of CO2 which is evacuated by the suction device 6.

La pollution carbonée autre que les graisses est ensuite retenue par le garnissage dans une seconde zone, schématisée B sur la figure. Cette zone se divise en une première portion B1 où une biomasse adaptée à l'oxydation de la pollution carbonée facilement biodégradable va se développer. Puis dans une portion suivante B2 ou B3 ce sont les microorganismes adaptés à l'oxydation de la pollution organique difficilement biodégradable qui vont se développer. Cette deuxième zone B réservée à l'oxydation de la pollution carbonée est également équipée de dispositifs d'insufflation 8 de gaz oxygéné. Carbonaceous pollution other than grease is then retained by the lining in a second zone, shown diagrammatically B in the figure. This zone is divided into a first portion B1 where a biomass adapted to the oxidation of easily biodegradable carbon pollution will develop. Then in a next portion B2 or B3 it is the microorganisms adapted to the oxidation of organic pollution that are difficultly biodegradable that will develop. This second zone B reserved for the oxidation of carbonaceous pollution is also equipped with insufflation devices 8 for oxygenated gas.

La zone B peut également devenir le siège d'une déphosphatation biologique. On pourra syncoper à cet effet l'oxygénation durant par exemple deux à quatre heures dans la zone de dégradation de la pollution carbonée facilement biodégradable. Zone B can also become the site of biological phosphate removal. Oxygenation can be syncopated for this purpose lasting for example two to four hours in the easily degradable carbon pollution degradation zone.

La déphosphatation biologique pourra se réaliser par exemple alternativement dans les sous-secteurs B1 et B2 en trois phases
phase 1 : B1 sans aération - B2 aéré
(anaérobiose dans B1)
phase 2 : B1 aéré - B2 sans aération
(anaérobiose sous B2)
phase 3 : B1 sans aération - B2 aéré
(anaérobiose dans B1 et rétention
de phosphore dans B2).Biological phosphate removal can be carried out, for example, alternately in sub-sectors B1 and B2 in three phases
phase 1: B1 without ventilation - B2 ventilated
(anaerobic in B1)
phase 2: B1 ventilated - B2 without ventilation
(anaerobic in B2)
phase 3: B1 without ventilation - B2 ventilated
(anaerobic in B1 and retention
phosphorus in B2).

Puis dans une troisième zone, schématisée C sur la figure, la pollution carbonée est devenue négligeable mais l'effluent s'est enrichi en ammoniaque. On maintient alors une concentration en oxygène dissoute suffisante dans le milieu pour permettre le développement de bactéries nitrifiantes autotrophes. Dans cette zone C on va donc réaliser l'oxydation de l'ammoniaque en nitrites et en nitrates : c'est le stade de nitrosation suivie de nitratation. Then in a third zone, shown diagrammatically C in the figure, the carbon pollution became negligible but the effluent was enriched in ammonia. A concentration of dissolved oxygen sufficient in the medium is then maintained to allow the development of autotrophic nitrifying bacteria. In this zone C we will therefore carry out the oxidation of ammonia to nitrites and nitrates: this is the nitrosation stage followed by nitratation.

Enfin, dans une dernière zone, schématisée D sur la figure, l'effluent appauvri en ammoniaque et enrichi en nitrates et nitrites est traité. On maintient des conditions d'anoxie et on ajoute une quantité de pollution carbonée pour permettre la réduction des nitrates et des nitrites en azote, consécutivement au développement des bactéries dénitrifiantes hétérotrophes. Cette zone ne sera donc pas équipée de moyens d'insufflation. Finally, in a last zone, shown diagrammatically D in the figure, the effluent depleted in ammonia and enriched in nitrates and nitrites is treated. Anoxic conditions are maintained and an amount of carbon pollution is added to allow the reduction of nitrates and nitrites to nitrogen, following the development of heterotrophic denitrifying bacteria. This zone will therefore not be equipped with means of insufflation.

A la sortie du réacteur on récupère un effluent débarrassé des graisses de la pollution carbonée, azotée et phosphatée. Des exemples concrets sont donnés plus loin. At the outlet of the reactor, an effluent stripped of grease from carbon, nitrogen and phosphate pollution is recovered. Concrete examples are given below.

Grâce au procédé de l'invention, il est possible de faire se dérouler successivement les différentes étapes d'épuration avec un réacteur comportant autant de modules ou de panneaux de dimensions appropriées, avec les moyens nécessaires d'insufflation et de recyclage. Thanks to the process of the invention, it is possible to carry out successively the various purification steps with a reactor comprising as many modules or panels of appropriate dimensions, with the necessary means of insufflation and recycling.

Si l'on traite un effluent qui comprend par exemple des métaux lourds, on peut prévoir une zone supplémentaire à cet effet qui sera ensemencée par des microorganismes appropriés. If an effluent which comprises for example heavy metals is treated, an additional zone can be provided for this purpose which will be seeded with suitable microorganisms.

On peut également prévoir d'espacer différemment les panneaux tout au long du réacteur. It is also possible to provide for spacing the panels differently throughout the reactor.

Les deux exemples suivant illustrent de manière plus précise le procédé selon l'invention. Ces deux exemples concernent le traitement d'effluents aux caractéristiques très différentes, dans un réacteur identique. The following two examples illustrate the process according to the invention more precisely. These two examples relate to the treatment of effluents with very different characteristics, in an identical reactor.

Ce réacteur fait 4 m de hauteur, 1,5 m de largeur et 4 m de longueur. Il est équipé de 80 panneaux portant de part et d'autre 3 m2 de garnissage du type décrit dans le brevet
FR 2 587 912. Les panneaux sont espacés d'environ 7,5 cm les uns des autres.This reactor is 4 m high, 1.5 m wide and 4 m long. It is equipped with 80 panels carrying on both sides 3 m2 of lining of the type described in the patent
FR 2 587 912. The panels are spaced about 7.5 cm from each other.

Le réacteur totalise ainsi 500 m2 de garnissage pour un volume de 24 m3. The reactor thus totals 500 m2 of lining for a volume of 24 m3.

EXEMPLE 1 : Epuration d'effluent domestique
Débit imposé : 20 m3/h
Composition de l'effluent en entrée
MES (matières en suspension) : 460 mg/l
DBO5 (demande biochimique en oxygène) : 400 mg/l
DCO ( demande chimique en oxygène) : 600 mg/l
Azote (dosé par la méthode de Kjeldahl) : 100 mg/l
On obtient en sortie un effluent dont la composition est la suivante
MES : 20 mg/l DB05 : 32 mg/l
DCO : 110 mg/l
Azote Kjeldahl : 15 mg/l
Volume d'effluent traité journellement : 1.000 m3
EXEMPLE 2 : Epuration d'effluent de l'industrie
chimique
Débit imposé : 0,75 m3/h
Composition de l'effluent en entrée
MES : 170 mg/l
DBO5 : 10 800 mg/l
DCO : 24 000 mg/l
Azote Kjeldahl: 650 mg/l
On obtient en sortie un effluent dont la composition est la suivante
MES : 15 mg/l
DBO5 : 30 mg/l
DCO : 2 500 mg/l
Azote kjeldahl : 120 mg/l
Volume journalier : 25 m3
Les figures 2 et 3 (où les mêmes références désignent des éléments identiques ou équivalents à ceux déjà présents sur la figure 1) illustrent une variante de réacteur se distinguant de la précédente par un écartement accru entre panneaux hauts 40A et panneaux bas 40B et la disposition entre eux de cadres parallèlépipédiques 40C supportant des colonnes de garnissage adaptées à s'interposer entre les panneaux.EXAMPLE 1: Purification of household effluent
Imposed flow: 20 m3 / h
Input effluent composition
MES (suspended matter): 460 mg / l
BOD5 (biochemical oxygen demand): 400 mg / l
COD (chemical oxygen demand): 600 mg / l
Nitrogen (dosed by Kjeldahl method): 100 mg / l
An effluent is obtained at the outlet, the composition of which is as follows
MES: 20 mg / l DB05: 32 mg / l
COD: 110 mg / l
Kjeldahl nitrogen: 15 mg / l
Volume of effluent treated daily: 1,000 m3
EXAMPLE 2: Purification of industrial effluent
chemical
Imposed flow: 0.75 m3 / h
Input effluent composition
MES: 170 mg / l
BOD5: 10,800 mg / l
COD: 24,000 mg / l
Kjeldahl nitrogen: 650 mg / l
An effluent is obtained at the outlet, the composition of which is as follows
MES: 15 mg / l
BOD5: 30 mg / l
COD: 2,500 mg / l
Kjeldahl nitrogen: 120 mg / l
Daily volume: 25 m3
Figures 2 and 3 (where the same references designate elements identical or equivalent to those already present in Figure 1) illustrate a variant of the reactor distinguished from the previous one by an increased spacing between high panels 40A and low panels 40B and the arrangement between them parallelepipedic frames 40C supporting packing columns adapted to be interposed between the panels.

Cette forme de réalisation permet d'acquérir une souplesse en matière de densité de matériaux de garnissage (m2 de garnissage par m3 de bioréacteur), souplesse permettant de mieux maîtriser un colmatage excessif dans la zone où le développement bactérien est intense la densité de garnissage pourra être diminuée pour être avantageusement augmentée au contraire dans les zones où le développement bactérien est faible. This embodiment makes it possible to acquire flexibility in terms of density of packing materials (m2 of packing per m3 of bioreactor), flexibility allowing better control of excessive clogging in the zone where the bacterial development is intense the density of packing can be reduced to be advantageously increased on the contrary in areas where bacterial development is weak.

Le régime de fonctionnement en flux piston créant des secteurs, ces cadres métalliques de supports de colonne permettent donc la mise en oeuvre de densités de matériaux de garnissage adaptés à chaque secteur The operating mode in piston flow creating sectors, these metal frames of column supports therefore allow the implementation of densities of packing materials adapted to each sector

Claims

1. Biological purification process, of the biofiltration type, where the effluent to be treated is brought into contact with purifying microorganisms with or without insufflation of an oxygenated gas, characterized in that the effluent is made to progress continuously bringing it successively into contact with a plurality of zones, each zone being provided with means designed on the one hand to selectively capture the passage of the effluent the various constituents to be eliminated, and on the other hand, to subject the constituents thus captured at a biodegradation with or without oxygen supply, said means comprising the microorganisms adapted in each zone to said biodegradation, and in that in addition the whole operation is carried out with tangential circulation with respect to said means.

2. Method according to claim 1, characterized in that the effluent is advanced according to a chicane route successively passing through the different zones.

3. Method according to claim 2, characterized in that the effluent progression is alternately ascending and descending.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the microorganisms are collected and optionally recycled.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the microorganisms are recovered from one zone in order to optionally reinject them into another zone.

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow rate of the effluent is adjusted as a function of the residence time required in all of the zones.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid is recycled in at least some of the zones.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gases formed during biodegradation are recycled from one zone to another, according to the needs of the microorganisms.

9. Reactor for implementing the method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises successive reaction zones (A, B, C, D) each equipped with said means for capturing the constituents of the effluent and to constitute the seat of the biotransformations, an inlet device (2) for the effluent to be treated and a device for discharging (3) the treated effluent, means for removing the gas (6) formed in said reactor, means for recovering (9) microorganisms and means (8) for oxygenating, if necessary, the liquid medium along the path of the effluent, said means for capturing the constituents of the effluent and for constitute the seat of biodegradation comprising a solid support (4a, 4b) for a lining (10), itself serving as an anchoring support for said microorganisms.

10. Installation according to claim 9, characterized in that each support consists of a panel (4a, 4b), said panels being arranged in the reactor parallel to each other and so as to define a baffled path for the effluent .

11. Installation according to claim 10, characterized in that said panels are arranged vertically.

12. Installation according to any one of claims 9 to 11, characterized in that said panels are upholstered on either side by the lining.

13. Installation according to any one of claims 9 to 13, characterized by the arrangement between successive panels (40A, 40B) of rectangular frames (40C) each supporting a network of packing columns.