FR2885126A1

FR2885126A1 - Procede d'epuration d'effluent en reacteur anaerobie, et utilisation d'un reacteur biologique pour le traitement d'effluent

Info

Publication number: FR2885126A1
Application number: FR0551092A
Authority: FR
Inventors: Michel Torrijos; Rene Moletta; Thanikal Joseph V
Original assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Current assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-03
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: US20090078648A1; WO2006114552A3; CA2606062A1; MD20070287A; MD4155B1; EP1874695A2; NO20076095L; FR2885126B1; US7670489B2; WO2006114552A2; UA89402C2

Abstract

L'invention concerne un procédé d'épuration d'effluent en réacteur (1) anaérobie dans lequel les microorganismes sont retenus par des supports, les supports formant un lit fixe dans une partie (4, 5) du réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à procéder à un décolmatage du réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté, par mise en suspension temporaire des supports. L'invention concerne également une utilisation d'un réacteur (1) biologique comportant des microorganismes retenus par des supports et des moyens de fluidisation (6, 7, 9) aptes à mettre en suspension les supports, caractérisée en ce que le réacteur est utilisé pour l'épuration d'un effluent par traitement anaérobie, les moyens de fluidisation étant utilisés temporairement de manière à décolmater le réacteur, les supports étant immobiles et formant un lit fixe dans le réacteur lorsque les moyens de fluidisation ne sont pas utilisés.

Description

Procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie, et utilisation d'un

réacteur biologique pour le traitement d'effluent L'invention concerne un procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie. Plus précisément l'invention concerne un procédé d'épuration dans lequel les microorganismes sont fixés sur des supports solides et forment un lit fixe, ou filtre anaérobie. L'invention concerne également l'utilisation d'un réacteur biologique dans lequel on laisse les supports portant les microorganismes s'organiser en lit fixe, pour les remettre en suspension une fois seulement que le réacteur est colmaté.

Actuellement il existe deux grands modes de traitements biologiques des eaux usées, ou effluents, à savoir les traitements aérobies et anaérobies. L'invention concerne l'épuration des eaux usées par traitement anaérobie.

L'utilisation de réacteurs aérobies pour le traitement des eaux usées fortement chargées entraîne la production de quantités importantes de boues par les microorganismes devant dépolluer les eaux usées. Ainsi, 50% en moyenne des pollutions éliminées en réacteur aérobie sont transformées en boues, qui sont une autre forme de pollution qui devra à son tour être traitée.

Les procédés aérobies sont donc utilisés en priorité pour les effluents peu concentrés en pollution. Par ailleurs, les réacteurs aérobies demandent une aération fréquente et prolongée, consommatrice d'énergie.

Il est donc connu d'utiliser pour certains traitements biologiques d'eaux usées, dont la concentration en pollution est forte, un réacteur anaérobie. La pollution traitée dans ce type de réacteur est principalement transformée en gaz énergétique, qui peut être utilisé par la suite pour d'autres applications.

Parmi les avantages de ce mode de dépollution des eaux usées on peut citer le fait que la production de boues en excès est faible car le rendement biomasse, c'est-à-dire les kilogrammes de microorganismes formés par kilogramme de DCO éliminé ou apporté, est faible. Parmi les inconvénients de ce mode de dépollution des eaux usées on peut citer le fait que les microorganismes anaérobies ont un taux de croissance plus faible que les microorganismes aérobies et le fait qu'en réacteur à microorganismes en suspension, il n'est pas possible de dépasser une concentration en microorganismes de 10 à 15 g/L. La DCO est la demande chimique en oxygène, c'est-à-dire la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement toute la matière polluante, en particulier les composés organiques biodégradables ou non.

Aussi, pour obtenir une quantité plus importante de microorganismes dans le réacteur, il est connu d'utiliser des supports particuliers qui sont immergés et immobiles dans la phase liquide, et sur lesquels les microorganismes se fixent. Il existe deux types de supports, les supports dits "vrac" et les supports dits "ordonnés".

L'utilisation de tels supports fixes dans le réacteur permet de retenir la biomasse dans le réacteur sous forme de biofilm et ainsi d'augmenter la quantité de microorganismes dans le réacteur, ce qui permet d'augmenter les performances du réacteur. Par biomasse, on entend l'ensemble des microorganismes qui servent à dégrader les pollutions contenues dans l'effluent. Par biofilm, on entend l'ensemble des microorganismes fixés sur les supports qui servent à dégrader les pollutions contenues dans l'effluent.

L'effluent à traiter circule à travers le support de bas en haut (upflow) ou de haut en bas (downflow). L'effluent est ainsi en contact avec la biomasse qui procède à la dépollution.

L'inconvénient principal d'un tel réacteur biologique anaérobie est le risque de colmatage du réacteur qui peut entraîner, au bout d'un temps plus ou moins long, un blocage total du réacteur. En effet, bien que la fabrication de boues par les microorganismes soit moins importante dans ce type de réacteurs qu'en réacteurs aérobies, au fil du temps les boues s'accumulent sur les parois des supports et dans les interstices entre les supports et ne peuvent pas être évacuées. L'accumulation des boues peut aboutir à une mise hors service du réacteur en le bouchant complètement.

Dans le domaine du traitement des eaux usées en anaérobie, on connaît, par exemple, un réacteur biologique utilisant des supports fixes ordonnés sur les parois desquels les microorganismes sont fixés. Les supports sont formés de tubes creux fixés par une extrémité et de manière ordonnée dans la cuve du réacteur. Les tubes ont un diamètre de 102,5 mm et sont divisés dans leur diamètre en quatorze canaux dans lesquels les microorganismes se fixent et peuvent ainsi s'organiser en biofilm.

Cependant l'expérience montre qu'avec ce type de réacteur, un colmatage progressif intervient inéluctablement au bout de quelques mois de fonctionnement. En effet, au fil du temps, les boues s'accumulent sur les parois des colonnes et ne peuvent pas être évacuées. Ce colmatage perturbe grandement le fonctionnement du réacteur et, à terme, l'accumulation des boues peut aboutir à une mise hors service du réacteur en le bouchant complètement.

D'une manière alternative, il est connu d'utiliser un réacteur anaérobie fonctionnant en lit fluidisé, c'est-à-dire avec des supports mobiles. Les microorganismes sont fixés sur des supports de très petites tailles maintenus en suspension dans le réacteur. Les supports sont mobiles dans le réacteur et se frottent les uns les autres et/ou avec les parois internes de la cuve du réacteur, arrachant le biofilm formé par les microorganismes dès qu'il dépasse une certaine épaisseur. Les boues tombent dans le fond de la cuve où elles peuvent être purgées ou sortent avec l'effluent traité. II n'existe ainsi aucun risque de colmatage du réacteur puisque l'accumulation des boues au niveau des supports est rendue quasiment impossible. La mobilité permanente ou quasi permanente des supports est obtenue par la création de turbulences permanentes ou quasi permanentes dans le réacteur.

Cependant un tel réacteur a pour inconvénients, d'une part, de consommer énormément d'énergie pour maintenir en permanence les supports en suspension, et, d'autre part, de nécessiter un suivi intensif de l'installation.

Un but de l'invention est de traiter des effluents par un traitement biologique en milieu anaérobie, de manière à éliminer une grande partie de la pollution qu'ils contiennent avec d'excellentes performances, sans risque de colmatage du réacteur, avec de faibles coûts d'exploitation. Un autre but de l'invention est de permettre le traitement de tous types d'effluents, y compris d'effluents fortement chargés en pollution. Un but supplémentaire de l'invention est de favoriser la croissance de la biomasse dans le réacteur.

L'invention a également pour but de fournir une solution pour le traitement des effluents, qui soit facilement utilisable directement par les industries polluantes.

Pour cela l'invention propose de traiter les eaux usées à dépolluer dans un réacteur anaérobie, en lit fixe, qui peut être rendu mobile selon les besoins des utilisateurs. Le fonctionnement en lit fixe entraîne de faibles coûts d'exploitation. Le lit fixe est formé d'une pluralité de petits supports disposés en vrac dans le réacteur et sur lesquels les microorganismes forment du biofilm. Les supports sont immobiles dans le réacteur ce qui permet aux microorganismes de croître de manière optimale sur les parois du support et/ou de s'accumuler dans les supports et/ou dans les interstices créés entre les supports. Au fur et à mesure de l'utilisation du réacteur pour le traitement des eaux usées, des boues s'accumulent sur, à l'intérieur, et entre les supports, et commencent à colmater le réacteur. Lorsque le réacteur est au moins partiellement colmaté, il est prévu selon l'invention, de fluidiser les supports. Par fluidiser, on entend une remise en suspension des supports de manière à ce qu'ils soient mobiles dans le réacteur. La fluidisation est temporaire et s'étale sur un temps court, c'est-à-dire de l'ordre que quelques minutes ou quelques heures. Lors de la fluidisation, la mobilité des supports permet des frottements suffisants pour faire tomber les boues dans le fond de la cuve. Le surplus de boues peut alors être retiré de la cuve de manière classique. La fluidisation est ensuite arrêtée. Les supports redeviennent immobiles dans le réacteur de manière à former à nouveau un lit fixe. Le temps s'écoulant entre deux fluidisations peut être relativement long, de l'ordre de plusieurs mois à plusieurs années, selon le type de support et la charge appliquée. En décolmatant le réacteur une fois seulement qu'il est partiellement colmaté, on ne perturbe pas la biomasse, et on élimine les risques d'obturation du réacteur qui pourraient le rendre inutilisable.

L'invention a donc pour objet un procédé d'épuration d'un effluent en réacteur anaérobie dans lequel les microorganismes sont retenus par des supports, les supports formant un lit fixe dans une partie du réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à -procéder à un décolmatage du réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté, par mise en suspension temporaire des supports dans 30 l'ensemble du réacteur.

Par épuration, on entend l'élimination au moins partielle, des pollutions contenues dans l'effluent au moment de pénétrer dans le réacteur.

La mise en suspension consiste à rendre mobiles les supports initialement immobiles dans le réacteur. Les supports peuvent alors se répartir dans l'ensemble du volume du réacteur et s'y déplacer. La mise en suspension n'est que temporaire dans la mesure où, dès que cesse le décolmatage, les supports se réorganisent en lit fixe.

Alors que le principe de l'invention laissait supposer aux spécialistes des performances proches de ceux des lits fixes classiques, ils ont constaté avec étonnement que cette invention permettait d'atteindre des performances en terme de charge appliquée épurée plus de deux fois supérieures à celles obtenues avec les lits fixes classiques.

Dans un exemple particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut utiliser des supports qui ont une densité inférieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie supérieure du réacteur. Inversement il est possible d'utiliser des supports qui ont une densité supérieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie inférieure du réacteur.

Ces supports sont préférentiellement en matière extrudée ou moulés. et munis d'ailettes internes protégées des turbulences qui peuvent exister au sein du réacteur, lesdites ailettes internes présentant une surface d'accrochage importante pour les microorganismes. Ces supports permettent de fixer la biomasse sur une surface importante mais en plus de retenir la biomasse dans les interstices entre les ailettes et entre les supports eux- mêmes.

Les moyens pour fluidiser les supports peuvent être situés dans une partie du réacteur dépourvue du lit fixe. De même, les moyens d'approvisionnement de la cuve du réacteur en effluent peuvent être situés dans la partie du réacteur dépourvue du lit fixe. Il est également possible d'y prévoir des moyens d'homogénéisation permettant de répartir l'effluent dans l'ensemble du réacteur.

Avantageusement, les supports occupent entre 40% et 80% du volume du réacteur et préférentiellement entre 50% et 70%.

Plus les supports sont nombreux à l'intérieur du réacteur plus la biomasse peut être importante et donc plus la charge appliquée sera élevée.

Par charge appliquée, on entend la quantité de pollution qui est traitée dans le réacteur, par mètre cube de réacteur ou par kilogramme de biomasse et par jour.

Cependant, il faut qu'il y ait dans le réacteur suffisamment d'espace entre le lit fixe et au moins une paroi, inférieure ou supérieure, du réacteur, pour autoriser une remise en suspension à la demande desdits supports dans l'ensemble du volume du réacteur. Par remise en suspension ou fluidisation des supports, on entend que les supports sont désorganisés, le lit fixe rompu, de sorte que l'ensemble des supports est mobile dans le réacteur. On permet ainsi le décolmatage du réacteur.

La fluidisation peut être obtenue en actionnant un système de fluidisation, tel qu'une pompe, apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur, de manière à mettre en suspension les supports.

Il peut être intéressant d'utiliser un réacteur dans lequel le système de fluidisation est amovible et externe au réacteur, ledit système de fluidisation étant branché au moins temporairement à des canalisations pour réaliser le décolmatage. Par système de fluidisation externe, il faut comprendre que le système de fluidisation n'est pas immergé dans le volume du réacteur mais est situé à l'extérieur. Le système de fluidisation n'est donc pas en contact avec l'effluent et les supports. Cela facilite notamment la maintenance du système de fluidisation qui est de fait facilement accessible.

De plus, il est possible d'utiliser un même système de fluidisation pour le décolmatage de plusieurs réacteurs. En effet, dans la mesure où selon le procédé de l'invention le décolmatage n'est réalisé que rarement et pendant un temps court, un même système de fluidisation peut être utilisé pour décolmater alternativement différents réacteurs.

La fluidisation est réalisée une fois seulement que le réacteur est colmaté. Le temps nécessaire au colmatage peut varier d'un réacteur à un autre, en fonction notamment du type et de la quantité de supports, de la quantité de biomasse dans le réacteur et de la charge appliquée.

Dans un exemple particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on prévoit d'appliquer le cycle de fonctionnement composé des étapes suivantes: - utiliser le réacteur pendant au moins un mois en lit fixe - décolmater le réacteur pendant un temps court, puis - cesser le décolmatage de manière à ce que les supports puissent se réorganiser en lit fixe.

Le temps de décolmatage est par exemple compris entre 15 minutes 35 et 1 heure, plus ou moins 10 minutes.

Bien entendu, il est possible de décolmater après une période d'utilisation plus courte qu'un mois. II est également possible de procéder à une étape de décolmatage plus longue ou plus courte. D'une manière générale il est possible d'ajuster la période de décolmatage, ainsi que le temps de décolmatage, de manière à tenir compte de la qualité des supports, et/ou de la quantité de biomasse et/ou de la charge appliquée.

Le décolmatage peut être périodique, avec une période allant de quelques jours à quelques années selon les besoins. Dans des exemples de réalisation particuliers, on peut procéder au décolmatage une fois par an, ou tous les deux ans, trois ans etc. Le décolmatage peut également avoir lieu de manière irrégulière, chaque fois que le réacteur est plus ou moins colmaté et que l'utilisateur souhaite le décolmater.

Afin de connaître le niveau de colmatage du réacteur et donc pouvoir le décolmater en conséquence, il est possible de prévoir un système de détection du niveau de colmatage dans le réacteur, qui mesure par exemple des pertes de charge dans le réacteur.

Entre deux décolmatages successifs les supports se réorganisent en lit fixe.

L'invention concerne également une utilisation d'un réacteur biologique comportant des microorganismes retenus sur des supports et des moyens de fluidisation aptes à mettre en suspension les supports, caractérisée en ce que le réacteur est utilisé pour l'épuration d'un effluent par traitement anaérobie, les moyens de fluidisation étant utilisés temporairement de manière à décolmater le réacteur, les supports étant immobiles et formant un lit fixe dans le réacteur lorsque les moyens de fluidisation ne sont pas utilisés.

Pour l'utilisation selon l'invention, les supports occupent par exemple 40% à 80% du volume du réacteur, et préférentiellement 50% à 70%, de sorte que lorsque les moyens de fluidisation temporaire sont utilisés les supports peuvent se répartir dans l'ensemble du volume du réacteur, du fait de la mise en suspension desdits supports qui leur permet d'être mobiles dans le volume du réacteur.

Les supports utilisés sont par exemple en matière extrudée ou moulés et munis d'ailettes, les microorganismes étant fixés sur lesdites ailettes et/ou 35 retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports.

Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, les moyens de fluidisation du réacteur biologique utilisé comportent un système de fluidisation apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur, pour mettre les supports en suspension.

Le système de fluidisation est par exemple une pompe. La pompe peut être une pompe à eau ou une pompe à biogaz.

Dans un autre exemple de réalisation, le système de fluidisation comporte une réserve de gaz inerte, telle qu'une bouteille d'azote, à partir de laquelle le gaz sous pression est injecté dans le réacteur.

Le système de fluidisation peut être situé à l'extérieur ou à l'intérieur du réacteur. Dans le cas où le système de fluidisation comporte une pompe externe, ledit système de fluidisation comporte également au moins une canalisation, ladite canalisation débouchant à l'intérieur du réacteur Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, il est possible de créer les turbulences de manière mécanique, c'est-à-dire par agitation mécanique par tout moyen connu.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent: - Figure 1: un exemple de réacteur biologique pouvant être utilisé pour le traitement des effluents selon l'invention; -Figure 2: un second exemple de réacteur biologique pouvant être utilisé pour le traitement des effluents selon l'invention; - Figure 3: une représentation du réacteur biologique selon la figure 2, dans lequel les supports sont fluidisés; - Figures 4A et 4B: une représentation schématique d'un support de fixation de la biomasse, vu de côté (figure 4A) et vu de dessus (figure 4B) ; - Figure 5: une représentation graphique de l'évolution du temps de rétention hydraulique (TRH) et de la quantité de pollution (OLR) introduite dans le réacteur dans un exemple de mise en oeuvre du traitement selon l'invention; - Figures 6A et 6B: des représentations graphiques de l'évolution de l'efficacité du procédé d'épuration d'un effluent en fonction du temps de rétention hydraulique (TRH) et de la quantité de pollution (OLR) introduite dans le réacteur.

Sur la figure 1 est représenté un réacteur biologique 1 pouvant fonctionner en anaérobie. Le réacteur 1 comporte une cuve 2 dans laquelle une pluralité de supports 3 solides sont disposés en vrac. Dans le cas représenté, les supports 3 ont une densité sensiblement inférieure à la densité de l'eau de sorte que l'ensemble des supports est concentré dans une partie supérieure 4 de la cuve 2 du réacteur 1. La densité des supports est par exemple comprise entre 0,90 et 1,2.

Sur les figures 4A et 4B est représenté un exemple de support 3 pouvant être utilisé dans le réacteur 1. Le support 3 a une forme générale circulaire cylindrique de hauteur h d'environ 3 cm et de diamètre d compris entre 2,5 et 3,5 cm. Par hauteur h, on entend la dimension du support 3 dans la direction parallèle à l'axe longitudinal du support. Le support 3 est muni d'une pluralité d'ailettes 11 rigides dirigées vers le centre 12 du support 3. Les ailettes 11 sont toutes fixées par une première extrémité 15 à un premier anneau rigide 13 et par une deuxième extrémité 16 à un deuxième anneau rigide 14. Les ailettes 11 forment le corps du support 3. Les ailettes 11 sont espacées les unes des autres de manière à ménager un espace 17 par lequel l'effluent, ou le liquide en général, peut passer, afin d'être en contact avec la partie des ailettes 11 dirigée vers le centre 12 du support 3.

II est bien entendu possible d'utiliser toutes sortes d'autres supports 3 pour fixer les microorganismes.

Préférentiellement les supports 3 utilisés sont des supports de taille macroscopique, de hauteur h comprise entre 15 mm et 50 mm, et de diamètre compris entre 10 mm et 50 mm.

Dans la partie inférieure 5 de la cuve 2, dépourvue de supports 3, sont disposés des moyens de fluidisation 6 internes, c'est-à-dire entièrement logés dans la cuve 2. Les moyens de fluidisation 6 comportent une pompe 7 apte à insuffler un gaz ou un liquide dans la cuve 2. La pompe 7 peut être actionnée et stoppée à la demande.

La partie inférieure 5 de la cuve 2 du réacteur 1 comporte également des moyens d'homogénéisation 8. Les moyens d'homogénéisation 8 comportent par exemples une turbine munie de pales de manière à brasser l'effluent qui pénètre dans la cuve 2 au niveau de la partie inférieure 5 de ladite cuve 2.

De tels moyens d'homogénéisation 8 peuvent être particulièrement intéressants lorsque le réacteur 1 est utilisé pour traiter des effluents fortement chargés, qui sinon pourraient rester concentrés localement dans la partie inférieure 5 de la cuve 2.

Avec les moyens d'homogénéisation 8, l'effluent est mélangé au reste du fluide contenu dans la cuve 2. L'effluent traverse ainsi la partie supérieure 4 de la cuve 2 contenant le lit fixe formé par les supports 3.

Une grille située au niveau de la sortie du liquide empêche les supports 3 de sortir de la cuve 2 par la canalisation de sortie de cuve (non représentée) par laquelle l'effluent traité est évacué.

II est également possible de prévoir une grille (non représentée) au niveau de la partie basse 5 du réacteur 1, pour protéger les moyens de fluidisation 6 et d'homogénéisation 8. La grille permet alors d'éviter tout contact entre les moyens de fluidisation et les supports 3. Ainsi, même si certains supports 3 tombent au fond 10 de la cuve 2, par exemple lorsque la quantité de microorganismes fixés sur les supports est telle que la densité totale est supérieure à celle de l'eau, lesdits supports 3 ne peuvent ni être endommagés par les moyens defluidisations, ni endommager ces derniers.

Il est possible, dans un autre exemple de réalisation, d'utiliser des supports 3 ayant une densité supérieure à la densité de l'eau, de sorte que le lit fixe formé par les supports 3 est situé dans la partie basse 5 de la cuve 2. L'effluent pénètre alors dans la cuve 2 au niveau de la partie haute 4, ou de la partie basse 5, qui peut également comporter les moyens d'homogénéisation 8 et les moyens defluidisation 7.

Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de fluidisation 6 peuvent être situés dans la partie du réacteur 1 comportant le lit fixe.

Dans l'exemple représenté à la figure 2, les moyens de fluidisation 6 sont seulement partiellement internes. Les moyens de fluidisation 6 comportent une pompe 7 externe à la cuve 2 et un système de canalisation 9 interne. La pompe 7 est branchée au système de canalisation 9 situé à l'intérieur de la cuve 2. Le système de canalisation 9 comporte une pluralité de canalisations réparties dans le fond 10 de la cuve 2. Il est bien entendu possible de ne prévoir qu'une seule canalisation dans le système de canalisation 9. La pompe 7 externe peut être une pompe amovible. Ainsi, il est possible de brancher la pompe 7 au système de canalisation 9 de façon temporaire lorsque l'utilisateur souhaite créer des turbulences dans la cuve 2.

Sur la figure 3, on peut voir le réacteur biologique 1 dans lequel les moyens de fluidisation 6 ont été activés. La pompe 7 insuffle un liquide ou un gaz dans la cuve 2, de sorte que des turbulences sont créées. Les turbulences sont suffisantes pour désorganiser le lit fixe de supports 3. Les supports 3 se retrouvent tous en suspension dans l'ensemble du volume de la cuve 2, en mouvement dans ladite cuve 2. Ainsi, le surplus de boues accumulé dans les supports 3 peut tomber dans le fond 10 de la cuve, où il pourra être facilement vidangé.

Lorsque la pompe 7 est désactivée, c'est-à-dire arrêtée, les turbulences cessent. Les supports 3, de part leur densité, remontent alors tous vers la partie supérieure 4 de la cuve 2 du réacteur 1 où ils s'immobilisent pour former à nouveau un lit fixe.

Un exemple d'utilisation du réacteur 1 décrit ci-dessus est maintenant étudié plus en détails.

Matériel et méthode On utilise un réacteur comportant une cuve cylindrique en PVC. Le diamètre interne de la cuve est d'environ 190 mm pour une hauteur de 1150 mm. Par hauteur, on entend la plus grande dimension de la cuve, parallèlement à l'axe longitudinal de ladite cuve. Ce réacteur a un volume utile d'environ 30 litres.

Le réacteur est équipé de moyens de chauffage permettant de maintenir l'intérieur de la cuve à une température d'environ 35 C.

Un tuyau d'alimentation permet d'amener l'effluent à traiter à l'intérieur de la cuve, au niveau de la partie inférieure de ladite cuve. Un tuyau d'évacuation, situé en partie supérieure de la cuve, permet d'évacuer l'effluent traité. Un système à débordement permet de maintenir le niveau de liquide à une hauteur de 1000 mm dans la cuve.

La cuve du réacteur contient des supports en polyéthylène de forme générale tubulaire cylindrique, tels que les supports BIOFLOW 30. Les supports remplissent environ 60% du volume de la cuve. Ces supports ont une densité sensiblement égale à 0.93 et une surface spécifique de 320 m2/m3. Par surface spécifique, on entend la surface sur laquelle les microorganismes sont susceptibles de s'accrocher pour former un biofilm.

Les supports utilisés ont une taille importante par rapport aux supports habituellement utilisés en lit mobile, et une taille relativement petite par rapport aux supports habituellement utilisés en lit fixe. Plus précisément les supports utilisés ont des dimensions d'environ 30 à 35 mm de hauteur pour environ 29 mm de diamètre.

Afin de pouvoir fluidiser à la demande les supports organisés en lit fixe dans le réacteur, le réacteur est équipé d'une pompe interne, fixée au fond de la cuve de manière à être immergée dans le liquide contenu dans la cuve. La pompe interne constitue les moyens de fluidisation, c'est-à- dire de décolmatage, du réacteur. Le débit de la pompe est d'environ 480 L/h.

L'effluent à traiter est de la vinasse de distillerie dont une DCO totale est comprise entre 10 et 24 g/L avec une DCO soluble comprise entre 10 et 19 g/L. Le pH initial de l'effluent est compris entre 4 et 5, 5. Par pH initial, on entend le pH de l'effluent au moment d'être introduit dans la cuve du réacteur. Avant le traitement de dépollution dans le réacteur, le pH est amené à un pH neutre, c'est-à-dire d'environ 7.

L'inoculat anaérobie utilisé provient d'un autre réacteur anaérobie qui a servi à traiter de la vinasse de distillerie, et qui a été concentré par décantation. Par inoculat, on entend des groupes de bactéries utilisés pour ensemencer la cuve du réacteur.

Un décolmatage a été réalisé au bout de 101 jours d'utilisation, par activation de la pompe pendant 15 minutes.

Mesures Afin d'analyser les performances du réacteur et la qualité de dépollution de l'effluent, on mesure l'évolution de la quantité de biomasse sur les supports, ainsi que l'évolution de la DCO soluble. La quantité de biomasse sur les supports est déterminée par mesure du

poids sec des supports préalablement chauffés à 100 C pendant 24 heures.

La DCO est mesurée de manière classique par une méthode colorimétrique (Jirka, 1975).

Observations du fonctionnement du réacteur.

Dans un premier temps, afin d'initialiser le procédé de traitement de l'effluent, le réacteur est activé de manière à ce que le temps pendant lequel l'effluent à traiter séjourne dans le réacteur, c'est-à-dire le temps de rétention hydraulique TRH, soit élevé, et la charge volumique appliquée (OLR), c'est- à-dire la quantité de pollution introduite dans le réacteur, par m3 de réacteur et par jour, soit faible. Puis le TRH a été diminué progressivement tandis que I'OLR a été augmentée, en augmentant le volume de vinasse de distillerie introduit dans le réacteur.

Le réacteur a été utilisé pendant 180 jours.

Pour que le réacteur soit considéré comme performant, on estime que le TRH doit être le plus petit possible et l'OLR le plus grand possible.

Sur la figure 5 est représenté un graphe montrant l'évolution du TRH et de l'OLR au court du temps dans le réacteur utilisé.

Pendant une première période, comprise entre le jour 1 et le jour 81, l'OLR est faible et reste inférieur à 5,6 g DCO/L.jour. Le TRH décroît rapidement et passe de 35 jours, au jour 1, à 5 jours, au jour 81.

Pendant une deuxième période, comprise entre le jour 82 et le jour 101, le TRH augmente légèrement. La valeur moyenne du TRH est de 7,7 jours, du fait d'une disponibilité insuffisante en vinasse de distillerie. L'OLR connaît parallèlement une légère chute et est comprise entre 1,6 et 2,6 g DCO/L. jour.

Dans une troisième période, comprise entre le jour 102 et le jour 180, le TRH décroît rapidement pour atteindre un temps de séjour minimum de 0.7 jour. L'OLR augmente à l'inverse très rapidement pour atteindre des valeurs allant jusqu'à 36 g DCO/L.jour.

A titre comparatif, dans des conditions identiques, un réacteur anaérobie à lit fixe, contenant un support ordonné tel que du Cloisonyle, a un OLR beaucoup plus faible, ne dépassant pas 14 g DCO/L.jour.

Analyses et résultats La première période de fonctionnement constitue la phase de démarrage du réacteur et de faibles charges sont appliquées pour éviter toute surcharge organique et permettre à la biomasse de s'accumuler dans le réacteur. Pendant cette première période de purification, le rendement épuratoire est supérieur à 85%.

Au cours de la troisième période de fonctionnement, qui est représentative du fonctionnement optimum du réacteur, le temps de séjour avoisine 0.7 jour et la charge appliquée 30 g DCO/L.jour pour éliminer plus de 85% des pollutions de l'effluent, la DCO soluble en sortie du réacteur étant inférieure 5,5 g/L.

Sur les graphes des figures 6A et 6B, on peut voir l'évolution de la capacité de dépollution du réacteur. Ces graphes montrent clairement qu'avec le procédé selon l'invention il est possible d'éliminer plus de 80% de la pollution d'un effluent fortement chargé, comme la vinasse de distillerie, avec une charge appliquée d'au moins 30 g DCO/L.jour et un temps de séjour dans le réacteur inférieur à 1 jour.

Evolution de la quantité de biomasse fixée sur les supports Des échantillons de quatre supports sont régulièrement prélevés dans la cuve du réacteur et mis à sécher pendant 24 heures à 100 C. Les échantillons sont alors pesés pour évaluer la quantité de biomasse présente sur les supports.

Le premier échantillon est prélevé après 66 jours de fonctionnement du réacteur, c'est-à-dire durant la première période de fonctionnement. La quantité moyenne de biomasse est de 2,5 g par support.

Le deuxième échantillon est prélevé après 156 jours de fonctionnement du réacteur, c'est-à-dire durant la deuxième période de fonctionnement. La quantité moyenne de biomasse est alors de 3,2 g par support. La biomasse a donc augmentée de 30% entre le jour 66 et le jour 156.

Le troisième échantillon a été prélevé après 180 jours, c'est-à-dire à la fin de la troisième période de fonctionnement. La quantité moyenne de biomasse est de 4,5 g par support. Après 180 jours d'utilisation du réacteur, la concentration totale en biomasse fixée sur les supports dans le réacteur est d'environ 57 g/L de réacteur.

La biomasse augmente donc de manière satisfaisante dans le réacteur. Cela s'explique par la surface spécifique importante sur les supports utilisés et par le fait que les supports sont organisés en lit fixe, ce qui permet à la biomasse de se fixer sur les supports et de s'accumuler dans les interstices sans événement perturbant. Par rapport à un réacteur dans lequel les microorganismes sont libres dans le volume du réacteur, la concentration en microorganismes est 5 à 6 fois plus élevée avec une activité spécifique maintenue. Par activité spécifique on entend la quantité de DCO qui peut être éliminée par kilogramme de biomasse. De ce fait, il est attendu que les performances de dépollution du réacteur soient supérieures.

Performances du réacteur La charge appliquée dans le procédé d'épuration selon l'invention est supérieure à 30 g DCO/L.jour, tout en éliminant de manière efficace plus de 80% de la pollution contenue dans l'effluent. D'une manière générale, à titre de comparaison, l'activité mesurée classiquement dans un réacteur anaérobie à lit fixe sans aucun décolmatage possible est d'environ 15 g DCO/L.jour.

Les performances du réacteur utilisé dans l'invention sont directement liées à la capacité des microorganismes à se fixer sur les supports et à l'absence de turbulence au sein dudit réacteur. Le fait de laisser le réacteur se colmater permet donc à la biomasse de croître de manière optimum. Le décolmatage, qui a lieu à la demande, par exemple une fois seulement que l'utilisateur estime que le colmatage peut être préjudiciable, permet d'augmenter la durée de fonctionnement du réacteur et de maintenir ses performances tout le long de l'utilisation.

Claims

REVENDICATIONS

1- Procédé d'épuration d'effluent en réacteur (1) anaérobie dans lequel les microorganismes sont retenus par des supports (3), les supports formant un lit fixe dans une partie (4, 5) du réacteur, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à - procéder à un décolmatage du réacteur une fois qu'il est au moins partiellement colmaté, par mise en suspension temporaire des supports.

2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les supports occupent entre 40% et 80% du volume du réacteur et préférentiellement entre 50% et 70%.

3- Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les supports ont une densité inférieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie supérieure (4) du réacteur.

4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les supports ont une densité supérieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie inférieure (5) du réacteur.

5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les supports sont munis d'ailettes (11), les microorganismes pouvant être fixés sur lesdites ailettes et/ou retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports.

6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à - actionner un système defluidisation (7) apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur, de manière mettre en suspension les supports.

7- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système de fluidisation est un système amovible externe, ledit système étant branché au moins temporairement sur au moins une canalisation (9) débouchant à l'intérieur du réacteur pour réaliser le décolmatage.

8- Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - décolmater le réacteur après au moins un mois d'utilisation en lit fixe, 35 pendant un temps court; puis cesser le décolmatage de manière à ce que les supports puissent se réorganiser en lit fixe dans une partie du réacteur.

9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le temps de décolmatage est compris entre 15 minutes et 1 heure, plus ou moins 10 minutes.

10- Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'effluent à traiter est introduit dans le réacteur au niveau de la partie dudit réacteur dépourvue du lit fixe, l'effluent étant alors réparti dans l'ensemble du réacteur par des moyens d'homogénéisation (8).

11- Utilisation d'un réacteur (1) biologique comportant des microorganismes retenus par des supports (3) et des moyens de fluidisation (6, 7, 9) aptes à mettre en suspension les supports, caractérisée en ce que le réacteur est utilisé pour l'épuration d'un effluent par traitement anaérobie, les moyens de fluidisation étant utilisés temporairement de manière à décolmater le réacteur, les supports étant immobiles et formant un lit fixe dans le réacteur lorsque les moyens de fluidisation ne sont pas utilisés.

12- Utilisation du réacteur biologique selon la revendication 11, caractérisée en ce que les supports occupent 40% à 80% du volume du réacteur, et préférentiellement 50% à 70%, de sorte que lorsque les moyens de fluidisation sont utilisés les supports sont mis en suspension de manière à se répartir dans le volume du réacteur.

13- Utilisation du réacteur biologique selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisée en ce qu'on utilise des supports ayant une densité inférieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie supérieure (4) du réacteur lorsque les moyens defluidisation ne sont pas utilisés.

14- Utilisation du réacteur biologique selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisée en ce qu'on utilise des supports ayant une densité supérieure à la densité du liquide contenu dans le réacteur, de sorte qu'ils forment un lit fixe dans la partie inférieure (5) du réacteur lorsque les moyens de fluidisation ne sont pas utilisés.

15- Utilisation du réacteur biologique selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisée en ce qu'on utilise des supports munis d'ailettes (11), les microorganismes étant fixés sur lesdites ailettes et/ou retenus dans des interstices entre les ailettes et/ou entre les supports.

16- Utilisation du réacteur biologique selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisée en ce que les moyens de fluidisation comportent un système de fluidisation (7) apte à créer des turbulences à l'intérieur du réacteur de manière à mettre en suspension les supports.

17- Utilisation du réacteur biologique selon la revendication 16, caractérisée en ce que le système defluidisation est une pompe à eau.

18- Utilisation du réacteur biologique selon la revendication 16, caractérisée en ce que le système defluidisation est une pompe à biogaz.

19- Utilisation du réacteur biologique selon la revendication 16, caractérisée en ce que le système de fluidisation est un injecteur de gaz inerte provenant d'une réserve dudit gaz sous pression.

20- Utilisation du réacteur biologique selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisée en ce que le système de fluidisation est situé à l'extérieur du réacteur, associé à au moins une canalisation (9), ladite canalisation débouchant à l'intérieur du réacteur.

21- Utilisation du réacteur biologique selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisée en ce que le système de fluidisation est situé à l'intérieur du réacteur.