FR2821345A1 - Procede d'epuration biologique des eaux residuaires en cultures mixtes - Google Patents

Abstract

Procédé d'épuration biologique des eaux résiduaires en cultures mixtes mettant en oeuvre des micro-organismes dont une partie au moins est fixée sur des supports solides, caractérisé en ce que lesdits support sont mis en mouvement de façon à engendrer une turbulence dans le milieu réactionnel, dont l'intensité est telle qu'elle assure une réduction de la production de boues biologiques, les matériaux constituant lesdits supports de micro-organismes étant soumis à une abrasion et à un nettoyage, tout en étant retenus dans ledit milieu réactionnel.

Description

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La présente invention est relative à un procédé d'épuration biologique des eaux usées mettant en oeuvre un système de cultures mixtes utilisant des particules support de biofilm. Elle vise également un équipement ou réacteur pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.

On sait que l'épuration des eaux usées, urbaines et industrielles, est souvent réalisée par voie biologique. Au cours des dernières décennies, on est passé des procédés utilisant des cultures libres de micro-organismes à des procédés à cultures fixées sur des supports de croissance spécifiques, dans le but de réduire la dimension des installations.

La mise en oeuvre des cultures fixées est réalisée, soit en lit fixé, c'est-à-dire que le support de croissance des micro-organismes est immobile dans le réacteur, soit en lit mobile, auquel cas les matériaux support sont des éléments de petite taille pouvant se déplacer librement dans la zone de contact avec l'eau polluée. La mise en mouvement de ces éléments support peut être réalisée, soit par une agitation mécanique, soit par une injection de liquide, soit encore par une injection de gaz, notamment d'air (cet air pouvant être par exemple l'air nécessaire au fonctionnement des micro-organismes lorsque ceux-ci sont aérobies).

La création et l'entretien d'un certain niveau de turbulence dans le milieu réactionnel sont utiles pour maintenir une abrasion et un nettoyage en continu du matériau support des micro-organismes, cette turbulence permettant en outre de limiter l'accumulation de boues biologiques fixées. Une telle turbulence peut être créée par exemple par l'intensité du gaz injecté dans le milieu.

On peut se référer à cet égard à EP-A-0 549 443.

Dans le cas où l'on souhaite traiter simultanément la pollution due au carbone et à l'azote, il est possible de trouver des solutions avantageuses étant donné que les matériaux servent de support à la croissance d'une certaine biomasse nitrifiante, dont le développement est bien supérieur à celui que l'on aurait en l'absence de ces

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matériaux (voir EP-A-0 549 443) : c'est ce qu'on appelle des cultures mixtes.

Ces systèmes connus présentent toutefois un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, dans le procédé décrit cidessus, la production de boues biologiques est liée au métabolisme normal de croissance des bactéries réalisant la dépollution de l'eau. En outre, les matériaux support de croissance utilisés sont maintenus dans l'enceinte de réaction, soit par une grille de rétention (qui laisse passer l'eau, mais pas le matériau support), soit au moyen d'un système spécifique de séparation. L'inconvénient majeur des grilles est leur colmatage.

Partant de ces systèmes connus, la présente invention s'est fixé comme objectif de résoudre le double problème technique ci-après : - éviter le colmatage des grilles de rétention positionnées à la sortie de l'eau traitée ; - réduire la quantité de boues produites, par comparaison avec la quantité de boues produites par les procédés classiques réalisant la même épuration biologique.

Ces problèmes techniques sont résolus par un procédé d'épuration biologique des eaux résiduaires en cultures mixtes, mettant en oeuvre des micro-organismes dont une partie au moins est fixée sur des supports solides, caractérisé en ce que lesdits supports sont mis en mouvement de façon à engendrer une turbulence dans le milieu réactionnel, dont l'intensité est telle qu'elle assure une réduction de la production de boues biologiques, les matériaux constituant lesdits supports de microorganismes étant soumis à une abrasion et à un nettoyage tout en étant retenus dans ledit milieu réactionnel.

Le niveau de turbulence souhaitable afin d'obtenir les meilleurs résultats dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, tel que défini ci-dessus, peut être exprimé par l'énergie qui est fournie par les moyens d'aération et/ou de brassage. De préférence, cette énergie est comprise entre 1 et 200 Watts par mètre cube de réacteur et, de préférence, entre 2 et 50 Watts par mètre cube de

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réacteur. De tels niveaux d'énergie par mètre cube peuvent être économiquement viables, compte tenu du caractère compact des réacteurs mis en oeuvre dans le procédé objet de l'invention et définis ci-après.

Selon un exemple préféré de mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, le matériau support de micro-organismes présente une dimension, selon n'importe quel axe, qui est comprise entre 2 et 50 mm et une texture de surface telle qu'elle comporte des zones protégées de l'abrasion, permettant la croissance d'une biomasse assurant l'activité biologique, ainsi que des zones abrasives permettant, en présence d'un niveau de turbulence suffisant (tel que défini ci-dessus) d'exercer des frictions sur les surfaces externes des autres particules qui sont présentes dans le milieu réactionnel.

La présente invention vise également un réacteur biologique pour la mise en oeuvre du procédé défini cidessus, ce réacteur étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de retenue des supports de micro-organismes, ces moyens étant positionnés en amont des moyens d'évacuation de l'effluent liquide sortant, après traitement, dudit réacteur, ces moyens de retenue comprenant : - une grille inclinée par rapport à la verticale selon un angle compris entre 0 et 300 environ, et dont l'écartement des barreaux est déterminé de façon qu'elle laisse passer l'eau mais non les supports de micro-organismes ; - une rampe d'amenée d'air, positionnée à la base de ladite grille et fonctionnant en continu ou par intermittence afin d'assurer un balayage de la grille et - un panneau déflecteur, parallèle à ladite grille et situé en amont de cette dernière.

Dans ce qui précède, le qualificatif en amont sous-entend par rapport au sens de l'écoulement de l'effluent, de son entrée dans le réacteur vers son évacuation de ce dernier.

Ainsi, grâce à l'invention, la caractéristique qui consiste à mettre en mouvement les supports des microorganismes, par exemple par injection d'un gaz ou par

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agitation mécanique ou bien encore par une combinaison de ces deux moyens, combinée à la caractéristique selon laquelle on retient, dans le milieu réactionnel, le matériau constituant les supports de micro-organismes, tout en le soumettant à une abrasion et à un nettoyage, permet d'une part de réduire le colmatage des grilles retenant le matériau support et d'autre part de réduire la quantité de boues biologiques d'épuration normalement générée par rapport à un procédé réalisant la même épuration, cette réduction étant de l'ordre de 2 à 50%.

En effet, le fait que le réacteur biologique dans lequel est mis en oeuvre le procédé objet de l'invention,

comporte une grille inclinée munie d'un déflecteur et d'une rampe d'amenée d'air balayant la surface de la grille, assure un colmatage moins rapide de la grille que celui observé dans les enceintes de réacteurs selon l'état antérieur de la technique. On a observé que le passage des matériaux support au voisinage de la grille, à une vitesse accélérée en raison de la présence du déflecteur, contribue à détacher les matières solides susceptibles de se déposer sur ladite grille, permettant ainsi de réduire la vitesse de colmatage.

On a également observé, et ceci de façon surprenante, qu'une certaine intensité turbulente dans le milieu réactionnel permettait de réduire la production de boues biologiques. Ce phénomène peut être expliqué par le fait que la turbulence régnant dans le milieu engendre des frictions telles que les micro-organismes fixés sous forme de biofilm adoptent un métabolisme particulier. En effet, l'intensité d'abrasion très importante oblige certains micro-organismes à synthétiser des substances permettant de renforcer la tenue mécanique du biofilm. Lorsque l'intensité de l'abrasion est suffisamment importante pour qu'une grande partie des micro-organismes adopte ce fonctionnement métabolique particulier, le rendement de croissance (qui est généralement défini comme étant la quantité de cellules produite par rapport à la quantité de matière polluante dégradée) diminue de manière importante.

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Il en résulte une nette diminution de la quantité de boues produites par rapport à un fonctionnement en l'absence de turbulence.

Selon la présente invention, le matériau support des micro-organismes doit présenter une surface importante par rapport au volume qu'il occupe et, préférentiellement, une partie de cette surface doit être protégée de la turbulence et des collisions, ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus.

Ainsi, selon l'invention, la surface du matériau support est supérieure à 100 m2 par mètre cube de matériau et l'on prévoit des excroissances abrasives sur la surface externe dudit matériau. Grâce à cette dernière caractéristique, on définit des zones internes qui pourront être colonisées par des micro-organismes en quantité suffisante pour réaliser l'épuration biologique désirée. La surface externe abrasive pourra être colonisée par des micro-organismes sous forme de biofilm, mais l'intensité de l'agitation et de la turbulence sera telle que ce biofilm sera en perpétuelle reconstitution, ce qui orientera le métabolisme d'une partie des micro-organismes réalisant l'épuration, vers un fonctionnement particulier et qui limitera ainsi la production de boues biologiques.

Selon l'invention, les éléments support de microorganismes présentent de préférence une dimension comprise entre 2 mm et 50 mm et le matériau constituant lesdits éléments support est une matière plastique, obtenue par exemple à partir de matériau recyclé, par exemple du polyéthylène. On décrira ci-après, plus en détail, des exemples de supports de micro-organismes pouvant être mis en oeuvre dans le procédé objet de la présente invention.

Le procédé objet de la présente invention peut être mis en oeuvre dans des modes de traitement biologique réalisés par voie aérobie, anaérobie ou anoxique ou dans des systèmes de traitement fonctionnant selon une combinaison de ces trois voies.

Dans son application à l'épuration aérobie, le procédé selon l'invention se caractérise par le fait que la mise en mouvement des supports de micro-organismes est obtenue par

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une injection d'air ou d'un gaz inerte additionné d'oxygène, la quantité dudit gaz étant déterminée de façon d'une part à assurer l'épuration biologique et d'autre part à obtenir l'intensité de turbulence nécessaire.

Dans le cas d'une application à l'épuration anaérobie ou à l'épuration anoxique, la mise en mouvement des supports de micro-organismes est assurée par le gaz de fermentation ou par un système d'agitation mécanique.

Dans son application au traitement combiné du carbone et de l'azote impliquant deux étapes, une étape d'anoxie et une étape aérobie, avec un recyclage des boues mixtes depuis l'étape aérobie vers l'étape d'anoxie, le procédé objet de l'invention pourra être mis en oeuvre sur l'une ou les deux desdites étapes, de préférence sur l'étape aérobie afin d'immobiliser les micro-organismes oxydant l'azote ammoniacal. On peut également mettre en oeuvre, dans le même bassin, les étapes d'anoxie et aérobie, le bassin étant alors aéré par intermittence, le brassage pendant la phase d'anoxie étant réalisé par un autre moyen notamment mécanique.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif.

Afin de faire ressortir l'avantage apporté par l'invention en ce qui concerne la réduction de la production des boues, on a utilisé un dispositif expérimental décrit ci-après et dont les résultats seront ensuite commentés. On décrira ensuite les moyens de rétention des matériaux support de micro-organismes mis en oeuvre dans le réacteur objet de l'invention.

Sur les figures : - la figure 1 est un schéma représentant le dispositif expérimental utilisé pour la mise en évidence de la réduction de production des boues obtenue grâce à l'invention ;

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- les figures 2a à 2c sont des courbes qui font ressortir les résultats apportés par l'invention en ce qui concerne l'élimination de la DCO.

- les figures 3a et 3b sont des courbes représentant la quantité cumulée de boues produites en fonction de la quantité cumulée de DCO éliminée dans chacune des deux lignes de réacteurs expérimentaux utilisés (figure 1) et pour deux âges de boues différents ; - la figure 4 est une vue schématique représentant les moyens de rétention mis en oeuvre dans le réacteur selon l'invention ; - la figure 5 est une vue, à échelle agrandie, d'un détail de la figure 4 et les figures 6,7a, 7b et 8 représentent de façon schématique des exemples de matériaux supports de microorganismes qui peuvent être mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention.

Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, afin de mettre en évidence la réduction de production de boues biologiques apportée par le procédé objet de l'invention, on a réalisé deux lignes de réacteurs de type boues activées strictement identiques, chaque réacteur étant alimenté avec la même eau résiduaire et fonctionnant dans les mêmes conditions opératoires. Une ligne a constitué le témoin (elle est désignée ci-après par ligne Témoin ) et elle ne contient pas de matériau flottant support de biomasse, l'autre ligne (appelée ci-après ligne Test ) contenant un matériau flottant support de croissance pour la biomasse, selon l'invention.

La figure 1 représente donc chacune des lignes expérimentales. Chaque ligne comporte un réacteur biologique 8, un décanteur 10, une sonde de pH et de température 3 et une sonde à oxygène 2. Le réacteur 8 est alimenté par une pompe 5 à partir d'un bac de stockage 4 d'eaux résiduaires urbaines ayant subi une décantation primaire. La sortie du réacteur se fait par l'intermédiaire d'un trop-plein à partir d'un séparateur liquide/solide 9, vers un décanteur 10. L'eau décantée sort de l'installation

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alors qu'une partie des boues est recyclée vers le réacteur biologique 8 à l'aide d'une pompe de recirculation 6. Les boues en excès sont éliminées au moyen d'une purge 11.

Chaque ligne comporte un ordinateur 1 permettant l'analyse des résultats obtenus. L'agitation du réacteur biologique 8 est assurée par un agitateur mécanique 7 ainsi que par une aération lorsque cette dernière fonctionne.

En ce qui concerne le matériau support de biomasse, on pourra se reporter à la fin de la présente description, laquelle en donne quelques exemples, à titre non limitatif.

La ligne Test fonctionne selon le principe décrit cidessus.

Dans le tableau 1 ci-après, on a indiqué les caractéristiques principales de ces deux lignes de réacteurs.

TABLEAU I

<tb>
<tb> Paramètres <SEP> principaux <SEP> des <SEP> Valeurs
<tb> lignes
<tb> Volume <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> (8) <SEP> 22 <SEP> litres
<tb> Volume <SEP> du <SEP> décanteur <SEP> (10) <SEP> 2 <SEP> litres
<tb> Support <SEP> plastique <SEP> (ligne
<tb> Test) <SEP> en <SEP> polyéthylène
<tb> - <SEP> densité <SEP> 935 <SEP> kg/m3
<tb> - <SEP> diamètre <SEP> moyen <SEP> 3 <SEP> mm
<tb> - <SEP> géométrie <SEP> grains <SEP> irréguliers
<tb> Taux <SEP> de <SEP> remplissage
<tb> volumique <SEP> (ligne <SEP> Test) <SEP> 20%
<tb> Agitateur <SEP> mécanique <SEP> (7) <SEP> 2 <SEP> hélices <SEP> type <SEP> marine
<tb> - <SEP> diamètre <SEP> 10 <SEP> cm
<tb>
Dans le Tableau II ci-après, on a précisé les conditions opératoires des lignes Témoin et Test

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TABLEAU II

<tb>
<tb> Nature <SEP> de <SEP> l'eau <SEP> usée <SEP> à <SEP> Eau <SEP> résiduaire <SEP> domestique,
<tb> traiter <SEP> décantée <SEP> primaire, <SEP> stockée <SEP> à
<tb> 4 C <SEP> et <SEP> renouvelée <SEP> tous <SEP> les
<tb> trois <SEP> jours.
<tb>

Complément <SEP> sources <SEP> carbone
<tb> facilement <SEP> assimilable
<tb> (acétate, <SEP> éthanol, <SEP> propionate
<tb> amidon) <SEP> la
<tb> phase <SEP> anoxique
<tb> Eaux <SEP> urbaines
<tb> ERU
<tb> - <SEP> DCO <SEP> 350-500 <SEP> mg/1
<tb> - <SEP> DCO/DB05 <SEP> 1,5
<tb> - <SEP> MES <SEP> 100-150 <SEP> mg/1
<tb> - <SEP> NTK <SEP> 60-90 <SEP> mg/1
<tb> - <SEP> N-NH4 <SEP> 50-75 <SEP> mg/1
<tb> Complément
<tb> - <SEP> DCO <SEP> Environ <SEP> équivalente <SEP> à <SEP> la <SEP> DCO
<tb> de <SEP> l'ERU
<tb> (donc <SEP> DCO <SEP> synthétique <SEP> = <SEP> 50%
<tb> DCO <SEP> totale <SEP> d'alimentation).
<tb>

Elle <SEP> est <SEP> apportée <SEP> en <SEP> phase
<tb> anoxique <SEP> sur <SEP> les <SEP> deux <SEP> lignes.
<tb>

Charge <SEP> volumique <SEP> appliquée <SEP> 1 <SEP> kg <SEP> DCO/m\j
<tb> Charge <SEP> massique <SEP> appliquée* <SEP> A <SEP> varié <SEP> entre <SEP> 0,5 <SEP> et
<tb> 1 <SEP> kg <SEP> DCO/kg <SEP> MVS. <SEP> j
<tb> Age <SEP> des <SEP> boues <SEP> A <SEP> varié <SEP> entre <SEP> 3 <SEP> et <SEP> 8 <SEP> jours
<tb> Température <SEP> contrôlée <SEP> 16 C <SEP> plus <SEP> ou <SEP> moins <SEP> 10C
<tb> Alternance <SEP> phase <SEP> aérée/
<tb> phase <SEP> non <SEP> aérée <SEP> :
<tb> - <SEP> Durée <SEP> des <SEP> phases <SEP> 45 <SEP> min/45 <SEP> min
<tb> - <SEP> Contrôle <SEP> de <SEP> l'aération <SEP> Oxygène <SEP> dissous <SEP> > <SEP> 3 <SEP> mg/1
<tb>
* Ligne Témoin : la biomasse à l'équilibre est plus faible pour la ligne Test.

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Les deux lignes ont fonctionné avec une alimentation continue en eaux résiduaires et selon un débit permettant d'obtenir une charge appliquée moyenne de 1 kg de DCO par mètre cube de réacteur et par jour.

Le réacteur biologique 8 a fonctionné tantôt avec l'aération et l'agitation, tantôt avec l'agitation seulement. Ce mode opératoire permet d'alterner les phases aérobies assurant la nitrification des espèces contenant de l'ammoniaque (désigné par N-NH4 dans le Tableau II) présentes dans l'eau résiduaire (c'est-à-dire leur transformation en espèces oxydées comme les nitrites ou les nitrates), et les phases anoxiques permettant la dénitrification (c'est-à-dire la transformation des espèces oxydées en azote moléculaire).

Ce mode de fonctionnement permet de réaliser, dans le même réacteur, l'ensemble des étapes de l'élimination de la pollution azotée.

Durant les phases aérobies, la concentration en oxygène dissous est maintenue supérieure à 3 mg/1. Durant les phases anoxiques, on rajoute dans le réacteur 8 une certaine quantité de carbone organique prélevée à partir d'une source 12 de carbone externe, afin de réduire le temps nécessaire à l'étape de dénitrification.

Lors de l'expérience, l'âge des boues (c'est-à-dire le rapport entre la quantité de boues biologiques totale contenue dans le dispositif expérimental, décanteur inclus, sur la quantité de boues biologiques extraites) varie entre trois et huit jours. Ce paramètre est ajusté par le débit de purge 11 des boues biologiques.

Les mesures effectuées concernent l'ensemble des paramètres qui permettent de caractériser les bilans de la pollution qui entre et qui sort du dispositif : Demande Chimique en Oxygène Totale et Soluble, Azote ammoniacal N-NH4, nitrites et nitrates. La quantité de boues est quantifiée à partir des matières en suspension (MES) et des matières volatiles en suspension (MVS).

La production de boues est calculée comme étant la somme de boues extraites par la purge, de la quantité de

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boues sortant dans l'effluent décanté et de l'accumulation de boues dans le réacteur biologique (sous forme libre ou sous forme fixée).

On a également calculé un rendement en biomasse apparent Yobs, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de boues produites et la quantité de DCO éliminée par le système.

Les résultats obtenus sont illustrés par les figures 2a et 2c qui illustrent la variation de la charge éliminée en fonction de la charge appliquée. Ces figures montrent qu'il n'existe pas de différences importantes en ce qui concerne les quantités de DCO éliminées, entre la ligne Témoin et la ligne Test.

On se réfère maintenant aux figures 3a et 3b qui représentent la quantité cumulée de boues produites en fonction de la quantité cumulée de DCO éliminée, dans chacune des deux lignes (ligne Test et ligne Témoin) et pour deux âges de boues différents. Les courbes illustrées par ces figures démontrent que la quantité de boues produites exprimée à partir de la quantité de matières volatiles en suspension, est plus faible dans la ligne Test que dans la ligne Témoin. La pente de chacune des courbes représente le rendement apparent en biomasse, ce qui permet de comparer les résultats ainsi obtenus. On observera que, pour un âge de boues de huit jours, le rendement en biomasse obtenu dans la ligne Témoin est de 0,4 kg MVS/kg DCO, tandis qu'il est de 0,24 kg MVS/kg DCO dans la ligne Test. La diminution observée est sensible (de l'ordre de 40%). Pour un âge de boues de trois jours, le rendement apparent est de 0,44 pour la ligne Témoin et de 0,32 pour la ligne Test, soit une diminution de 27%. On rappellera que la seule différence entre les deux lignes de réacteurs est la présence de matériau support de croissance dans la ligne Test, avec un taux de remplissage volumique de 20%.

Bien qu'au stade actuel des expérimentations, les résultats surprenants obtenus par la mise en oeuvre du procédé de l'invention ne peuvent pas faire l'objet d'une

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théorie complète, on peut toutefois apporter plusieurs explications.

En premier lieu, on notera que les différences observées entre les résultats obtenus sur les lignes Témoin et Test sont clairement liés à un métabolisme différent des micro-organismes lorsqu'ils sont fixés sur leur support et mis en mouvement par agitation mécanique et/ou aération.

- Il est clair que les bactéries fixées ont un temps de séjour dans le réacteur beaucoup plus élevé que les bactéries libres. Par conséquent, la mortalité cellulaire est plus importante, ce qui conduit à une plus faible production de boues. Toutefois, ce facteur ne peut pas à lui-même justifier une baisse de 27 à 40% de la production de boues telle qu'on l'a constatée ci-dessus.

- Les micro-organismes fixés ainsi que les flocs bactériens présents dans le milieu de culture du réacteur biologique de la ligne Test subissent un travail mécanique lié à l'agitation et à l'abrasion entre les matériaux granulaires, en raison des collisions entre les particules.

Il est connu que les micro-organismes fixés sont structurés en biofilm et la cohésion de ce biofilm est assurée par des exopolymères synthétisés par les bactéries. Des contraintes mécaniques importantes contribuent à la destruction de cette structure ; le maintien d'une activité biologique sur le matériau nécessite donc une synthèse continue d'exopolymères par les bactéries. Il en résulte que la synthèse de ces polymères devient une voie métabolique plus importante que la production de boues. Ces exopolymères étant soit partiellement biodégradables, soit solubles, se retrouvent dans le mécanisme d'abrasion dans l'effluent liquide.

Une diminution accrue de la réduction de production de boues pour un âge de boues élevées comme le montrent les figures 3a et 3b peut corroborer cette seconde hypothèse, dans la mesure où la durée de la contrainte mécanique exercée sur la biomasse est plus élevée.

On a vu ci-dessus que la mise en oeuvre de matériaux support pour la croissance des micro-organismes nécessitait

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des moyens particuliers pour retenir ces matériaux dans l'enceinte du réacteur biologique. On se réfère maintenant aux figures 4 et 5 qui illustrent un exemple de réalisation des moyens de rétention ainsi mis en oeuvre.

Sur ces figures, on voit que ce dispositif de rétention, qui est placé devant la goulotte 17 de la sortie du réacteur 13 de l'effluent traité, comprend essentiellement une grille 15 inclinée par rapport à la verticale selon un angle a compris de préférence entre 0 et 300. L'écartement des barreaux de la grille est déterminé de façon à laisser passer l'eau mais non les supports des micro-organismes. L'espacement de ces barreaux est donc inférieur à la plus petite dimension de support utilisée pour l'immobilisation des micro-organismes. Un panneau déflecteur 16 est disposé parallèlement à la grille, en amont de cette dernière dans le réacteur 13. A la base de la grille 15, on prévoit une rampe d'insufflation d'air 14 permettant de balayer la grille en continu ou par intermittence. L'effet combiné de ce panneau déflecteur 16 et du balayage ainsi réalisé permet de canaliser un flux de liquide ascendant par effet gazosiphon (ou air- lift ) qui entraîne également les particules de matériaux support de croissance des micro-organismes 18 (figure 5).

Le flux ainsi créé présente un double avantage :

- d'une part les particules de matériau support contribuent au nettoyage de la grille 15 et d'autre part les contraintes mécaniques importantes exercées sur la surface des particules de matériau support dans cette zone améliorent l'effet de réduction de production de boues observé expérimentalement ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus.

L'effluent liquide traité sortant du réacteur biologique en passant à travers la grille 15 est ensuite évacué par trop plein au moyen d'un déversoir vers la goulotte 17.

En ce qui concerne les éléments support de microorganismes, on peut utiliser selon la présente invention, tout matériau existant disponible dans le commerce ou

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pouvant être fabriqué conformément aux caractéristiques spécifiées ci-dessus. Ce matériau doit donc présenter les caractéristiques suivantes : - une dimension, prise selon n'importe quel axe, comprise entre 2 et 50 mm ;

- une texture de surface particulière, à savoir la présence de zones protégées de l'abrasion (qui permettent la croissance d'une biomasse assurant l'activité biologique), ainsi que de zones abrasives, qui permettent, en présence du niveau de turbulence suffisant tel que défini ci-dessus, d'exercer des frottements sur la surface externe des autres particules présentes dans le milieu réactionnel.

Ainsi, en tenant compte des caractéristiques spécifiées ci-dessus, l'Homme de l'art sera à même de sélectionner les types de matériaux appropriés à la mise en oeuvre devant être effectuée. On a donné ci-après quelques exemples, non limitatifs, de matériaux pouvant ainsi être utilisés.

Exemple 1 : Matériau granulaire.

Les éléments support de micro-organismes sont constitués de particules granulaires pouvant être issus du recyclage des matières plastiques comme décrit par exemple dans FR-A-2 612 085. La figure 6 des dessins annexés illustre un exemple de telles particules qui se présentent sous la forme de granules ayant une forme très irrégulière avec des creux 20 protégés de l'abrasion et des parties en saillie 19 qui favorisent l'abrasion. La dimension de ces granules est comprise entre 2 et 5 mm et leur surface développée peut être comprise entre 5000 et 20000 m2/m3.

Exemple 2 : Matériau en plastique extrudé.

Dans ce cas, les éléments support de micro-organismes sont constitués de matériaux en matière plastique, extrudés et coupés. Sur les figures 7a et 7b des dessins annexés, on a représenté en des vues en bout et en élévation latérale, respectivement, un exemple de réalisation d'un tel élément.

Cet élément est de forme cylindrique et il comporte des ailettes 21,22, ménagées respectivement sur ses surfaces externe et interne. Les ailettes externes 21 permettent

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d'effectuer l'abrasion et les ailettes internes 22 assurent une amélioration de la surface disponible pour la colonisation de la biomasse. La dimension de ces éléments de support peut être comprise entre 5 et 25 mm et leur surface totale développée peut être comprise entre 100 et 1500 m2/m3.

Exemple 3 : Matériau en plastique injecté ou moulé.

On sait qu'il existe dans le commerce de nombreux types d'éléments de garnissage pour colonnes ayant les caractéristiques requises pour tirer partie, de manière avantageuse, de la présente invention. Sur la figure 8 des dessins annexés, on a représenté, en perspective, trois exemples de réalisation d'éléments de ce type. Ils sont généralement désignés sous l'appellation d'anneaux. Leur dimension peut être comprise entre 10 et 50 mm et leur surface développée entre 100 et 1000 m/m\ Sur les anneaux illustrés sur la figure 8, les surfaces abrasives peuvent être les bords des cylindres 24 ainsi que les parties évidées 23.

On notera qu'avec ce type de matériau, qui se caractérise notamment par une dimension plus importante que les précédents, l'abrasion est également réalisée par l'écoulement liquide dans les zones internes. Les anneaux comportent des ailettes internes 25 permettant la colonisation par les micro-organismes.

Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1-Procédé d'épuration biologique des eaux résiduaires en cultures mixtes mettant en oeuvre des microorganismes dont une partie au moins est fixée sur des supports solides, caractérisé en ce que lesdits support sont mis en mouvement de façon à engendrer une turbulence dans le milieu réactionnel, dont l'intensité est telle qu'elle assure une réduction de la production de boues biologiques, les matériaux constituant lesdits supports de micro-organismes étant soumis à une abrasion et à un nettoyage, tout en étant retenus dans ledit milieu réactionnel.

2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité de turbulence engendrée dans le milieu réactionnel, définie par l'énergie fournie par les moyens d'aération et/ou de brassage dudit milieu est comprise entre 1 et 200 Watts par mètre cube de réacteur et, de préférence, entre 2 et 50 Watts par m3 de réacteur.

3-Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la réduction de la production de boues biologiques d'épuration est de l'ordre de 2 à 50% par rapport à la production de boues obtenue dans des procédés classiques réalisant la même épuration biologique.

4-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface du matériau constituant lesdits supports solides de micro-organismes est supérieure à 100 m2 par mètre cube de matériau.

5-Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau présente une texture de surface qui comporte des zones protégées de l'abrasion permettant la croissance d'une biomasse assurant l'activité biologique et des zones abrasives.

6-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que les éléments support de micro-organismes présentent une dimension comprise entre 2 mm et 50 mm.

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7-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 4 à 6, caractérisé en ce que le matériau constituant lesdits supports des micro-organismes est une matière plastique.

8-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1,4 à 7, caractérisé en ce que le matériau constituant lesdits supports de micro-organismes est un matériau granulaire présentant des parties en creux (20) protégées de l'abrasion et des parties en saillie (19) favorisant l'abrasion.

9-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1,4 à 7, caractérisé en ce que le matériau constituant lesdits supports de micro-organismes est constitué d'éléments en matière plastique extrudés et coupés, notamment de forme cylindrique et munis d'ailettes externes (21) favorisant l'abrasion et interne (22) pour la colonisation de la biomasse.

10-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 4 à 7, caractérisé en ce que le matériau constituant lesdits supports de micro-organismes est constitué d'éléments de garnissage en matière plastique injectés ou moulés, présentant notamment la forme d'anneaux cylindriques dont les bords (24) et des parties évidées (23) favorisent l'abrasion, ces anneaux comportant des ailettes internes (25) permettant la colonisation par la biomasse.

11-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes appliqué à l'épuration aérobie, caractérisé en ce que la mise en mouvement des supports des microorganismes est obtenue par l'injection d'air ou d'un gaz inerte additionné d'oxygène, la quantité dudit gaz étant déterminée de façon d'une part à assurer l'épuration biologique et d'autre part à obtenir l'intensité de turbulence nécessaire.

12-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 appliqué à l'épuration anaérobie ou à l'épuration anoxique, caractérisé en ce que la mise en mouvement des

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supports de micro-organismes est assurée par l'injection du gaz de fermentation.

13-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 appliqué à l'épuration anaérobie ou à l'épuration anoxique, caractérisé en ce que la mise en mouvement des supports de micro-organismes est obtenue par agitation mécanique du milieu réactionnel.

14-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 appliqué au traitement combiné du carbone et de l'azote, selon lequel il est mis en oeuvre en deux étapes, une étape d'anoxie et une étape aérobie, avec recyclage des boues mixtes depuis l'étape aérobie vers l'étape d'anoxie, caractérisé en ce qu'il est appliqué sur l'une au moins desdites étapes.

15-Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est appliqué sur l'étape aérobie afin d'immobiliser les micro-organismes oxydant l'azote ammoniacal.

16-Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les étapes d'anoxie et aérobie sont mises en oeuvre dans le même bassin, ce dernier étant aéré par intermittence et le brassage pendant la phase anoxique étant assuré par un autre moyen, tel que notamment une agitation mécanique.

17-Réacteur biologique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de retenue des supports de micro-organismes positionnés en amont des moyens d'évacuation de l'effluent liquide sortant du réacteur (13) et comprenant : - une grille (15) inclinée par rapport à la verticale selon un angle (a) compris entre 0 et 30 et dont l'écartement des barreaux est déterminé de façon qu'elle laisse passer l'eau mais non les supports de micro-organismes ; - une rampe d'amenée d'air (14), positionnée à la base de ladite grille et fonctionnant en continu ou par intermittence afin d'assurer un balayage de la grille et

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- un panneau déflecteur (16), parallèle à ladite grille (15) et situé en amont de cette dernière.