FR2962051A1 - Procede d'elimination de la pollution d'un gaz charge en sulfure d'hydrogene et en ammoniac, et installation pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede d'elimination de la pollution d'un gaz charge en sulfure d'hydrogene et en ammoniac, et installation pour la mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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Abstract

Procédé d'élimination de la pollution d'un gaz chargé en sulfure d'hydrogène, et généralement aussi en ammoniac, en particulier un gaz issu de la gazéification de boues provenant de stations d'épuration d'eaux usées, selon lequel le gaz est soumis à un lavage (2) à l'eau qui assure un transfert de la pollution du gaz dans l'effluent de lavage, et l'effluent de lavage est soumis, pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- , à un traitement (9) par voie biologique, anaérobie, sous agitation, avec un ratio molaire N/S (NO / HS ) compris 0,6 et 0,9.

Description

PROCEDE D'ELIMINATION DE LA POLLUTION D'UN GAZ CHARGE EN SULFURE D'HYDROGENE ET EN AMMONIAC, ET INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.
L'invention est relative à un procédé d'élimination de la pollution d'un gaz chargé en sulfure d'hydrogène, et généralement aussi en ammoniac, selon lequel le gaz est soumis à un lavage à l'eau qui assure un transfert de la pollution du gaz dans l'effluent de lavage. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, 1 o un gaz appelé syngas, issu de la gazéification des boues provenant de stations d'épuration d'eaux usées, ainsi que de la gazéification de toute matière contenant une forte proportion d'inorganiques. Un gaz qui présente une forte teneur en sulfure d'hydrogène (H2S) et en ammoniac (NH3) ne peut être utilisé directement comme combustible, 15 notamment pour des turbines à gaz, des moteurs ou autres procédés chimiques, et doit être épuré de ces contaminants. De plus, le gaz doit être refroidi pour être déshumidifié, car il contient généralement comme contaminant supplémentaire de l'eau. Pour l'utilisation de gaz comme combustible dans un moteur ou une 20 turbine à gaz, en particulier pour produire de l'énergie électrique, les données des constructeurs spécifient des concentrations d'ammoniac NH3 inférieures à 35 mg/Nm3 (46 ppm) et de sulfure d'hydrogène H2S inférieures à 34 mg/Nm3 (22,3 ppm). Or, des concentrations pouvant aller jusqu'à 36,3 g/Nm3 (47 351 ppm) d'ammoniac NH3 et 4,5 g/Nm3 (3000 ppm) de sulfure d'hydrogène 25 H2S se retrouvent dans le syngas suite à la gazéification des boues. Ce gaz doit donc être purifié afin de respecter les standards de qualité. Pour abattre la teneur en sulfure d'hydrogène H2S du gaz une technique de traitement économiquement intéressante réside dans l'absorption du sulfure d'hydrogène lors d'un passage du gaz dans une tour de lavage. Le 30 flux de gaz pollué est mis en contact avec le liquide de lavage pour éliminer les polluants. Cette technique permet un excellent abattement du contaminant et offre des coûts d'investissement et d'opération relativement bas. Toutefois, cette technique ne met en place qu'un transfert de pollution d'une phase gazeuse à une phase liquide. Les coûts d'élimination et les problèmes de 35 législation (sécurité, manutention, transport, élimination) persisteront puisque ces effluents liquides doivent être prétraités et dilués avant leur rejet en station d'épuration. En effet, les fortes concentrations en sulfure inhibent les processus biologiques de nitrification en station d'épuration.
FR 2 913 234 concerne un procédé et une installation pour le traitement d'eaux usées chargées en carbone, ammonium, et sulfures biodégradables. Le procédé prévu dans ce document est conçu pour abattre principalement le carbone et l'azote et non pas les sulfures, avec un traitement de l'azote qui est uniquement aérobie, et des concentrations en polluants bien plus faibles que celles des gaz à traiter selon l'invention, de sorte que le procédé et l'installation de FR 2 913 234 ne peuvent convenir au traitement d'un effluent dans lequel a été transférée la pollution d'un gaz concerné par l'invention.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé d'élimination de la pollution d'un gaz chargé en sulfure d'hydrogène, généralement aussi en ammoniac, et en eau, qui permet d'éviter des rejets polluants dans l'environnement, tout en étant d'une mise en oeuvre relativement économique. L'invention est basée sur un couplage entre la technique d'absorption, notamment au travers d'une tour ou colonne de lavage à l'eau, du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac, puis à leur biodégradation en soufre élémentaire et azote gazeux respectivement dans des réacteurs biologiques. Selon l'invention, le procédé d'élimination de la pollution d'un gaz chargé en sulfure d'hydrogène et généralement aussi en ammoniac, en particulier un gaz issu de la gazéification de boues provenant de stations d'épuration d'eaux usées, suivant lequel le gaz est soumis à un lavage à l'eau qui assure un transfert de la pollution du gaz dans l'effluent de lavage, est caractérisé en ce que l'effluent de lavage est soumis, pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- , à un traitement par voie biologique, anaérobie, sous agitation, avec un ratio molaire N/S (NO3 -/ HS-) compris 0,6 et 0,9. Avantageusement, le traitement par voie biologique pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- est assuré par une population microbienne anaérobie bio-augmentée en Thiobacillus denitrificans, pour une désulfurisation et une dénitrification simultanée. 3o La température lors du traitement anaérobie est maintenue entre 16°C et 45°C, de préférence à 30°C, et le pH à 7,4 ± 0,1. De préférence, le lavage du sulfure d'hydrogène H2S et de l'ammoniac NH3 est effectué simultanément par une colonne d'eau dont le pH est compris entre 7,04 et 9,2, à 25°C, sous une atmosphère. 35 L'effluent sortant du premier traitement biologique anaérobie peut être soumis à un deuxième traitement biologique pour élimination de l'ion ammonium NH4+ Les deux traitements, respectivement pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- et pour éliminer l'ion ammonium NH4, sont avantageusement couplés pour un fonctionnement optimum et autosuffisant. Le traitement de l'ion ammonium NH4+ peut être assuré par une population microbienne aérobie autolithotrophe, fixée ou libre, bio-augmentée en Nitrosomonas sp. et Nitrobacter sp. à température maintenue entre 16°C et 45°C, de préférence à 30°C, et pH compris entre 7,4 et 8. L'effluent sortant du deuxième traitement, chargé en nitrates provenant de l'ammonium oxydé, est recirculé vers le lavage et/ou vers le 10 premier traitement biologique. Selon une autre possibilité, le traitement de l'ion ammonium NH4+ est assuré par une population microbienne anaérobie autolithotrophe, fixée ou libre, bio-augmentée en bactéries type Anammox à température maintenue entre 16°C et 45°C, de préférence à 30°C, sous agitation en anoxie, à pH compris 15 entre 7,0 et 8,0. L'invention est également relative à une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une tour de lavage du gaz et un réacteur biologique anaérobie dans lequel est envoyé l'effluent sortant de la tour de lavage, ce 20 réacteur contenant une population microbienne anaérobie bio-augmentée en Thiobacillus denitrificans, pour une désulfurisation et une dénitrification simultanée. Avantageusement, le réacteur anaérobie contient une population microbienne fixée, en particulier sur des supports mobiles. 25 L'installation comporte, de préférence, un deuxième réacteur biologique recevant l'effluent sortant du premier réacteur biologique, ce deuxième réacteur contenant une population microbienne propre à éliminer l'ion ammonium, une liaison étant prévue entre le deuxième réacteur et la tour de lavage pour le recyclage de l'effluent de lavage. 30 Le deuxième réacteur biologique peut contenir une population microbienne aérobie autolithotrophe, bio-augmentée en Nitrosomonas sp. et Nitrobacter sp., et comporter un aérateur qui injecte de l'air et/ou de l'oxygène en partie basse du réacteur. En variante, le deuxième réacteur biologique contient une population 35 microbienne anaérobie autolithotrophe, bio-augmentée en bactéries type Anammox. Avantageusement, le deuxième réacteur biologique contient une population microbienne fixée, en particulier sur des supports mobiles.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. 1 est un schéma d'une installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Fig. 2 est un schéma d'une installation mettant en oeuvre une 1 o variante du procédé de Fig. 1. Fig. 3 est un schéma illustrant le procédé selon Fig. 1. Fig. 4 est un schéma illustrant le procédé selon Fig. 2 et Fig. 5 est un diagramme illustrant l'élimination des ions ammonium et hydrosulfure dont les consommations exprimées en mg ion/g biomasse/heure 15 sont portées en ordonnée, en fonction du temps porté en abscisse, exprimé en minutes. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir que du gaz contenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac, en particulier du syngas obtenu par gazéification de boues de stations d'épuration, arrive par une 20 conduite 1 pour être soumis à un lavage dans une tour 2 de lavage. De préférence, le gaz traverse un filtre granulométrique 3, en particulier à paille ou à copeaux de bois, situé en amont de la tour de lavage 2, afin d'abattre la demande chimique en oxygène dure (DCO dure), principalement la DCO inorganique. 25 Le gaz à traiter est injecté en partie basse 2a de la tour 2 et s'élève dans cette tour à contre-courant de l'eau de lavage qui tombe en pluie de gouttes à partir d'un distributeur 4 situé en partie haute de la tour 2. De préférence, le gaz traverse, vers le haut de la tour 2, un dévésiculeur 5 qui élimine la majeure partie de l'humidité du gaz. Le gaz lavé sort par une 30 conduite 2b en partie supérieure de la tour 2. La première partie du procédé de l'invention est basée sur l'absorption simultanée du sulfure d'hydrogène H2S et de l'ammoniac NH3 par une colonne d'eau, notamment formée de gouttes, dont le pH est compris entre 7,04 et 9,2, de préférence à une température de 25°C et sous une pression 35 d'une atmosphère afin de pouvoir absorber les deux espèces polluantes. En variante toutefois, il serait possible de prévoir une tour de lavage dédiée au sulfure d'hydrogène suivie d'une tour de lavage dédiée à l'ammoniac. Le lavage du gaz peut se faire à l'aide d'une tour de lavage simple ou d'une colonne à remplissage. A la sortie de la tour ou colonne 2, le gaz est épuré du sulfure d'hydrogène H2S et de l'ammoniac NH3 dans des proportions suffisantes pour présenter la qualité d'un gaz admissible pour moteur ou turbine à gaz.
Autrement dit, le gaz sortant de la tour ou colonne 2 présente une teneur en H2S inférieure à 34 mg/Nm3 et en NH3 inférieure à 35 mg/Nm3. Le gaz est également débarrassé d'une partie de l'eau qu'il contenait sous forme de vapeur à l'entrée de la tour, après condensation partielle de la vapeur d'eau au travers de la tour et passage au travers du dévésiculeur 5 1 o permettant d'enlever les particules d'eau en suspension. Afin de totalement éliminer l'eau liquide, une unité de refroidissement du gaz (non représentée) est prévue en aval de la sortie 2b de la tour. Cela ne pose plus de problème technique puisque le gaz n'est plus acide, le sulfure d'hydrogène H2S et l'ammoniac NH3 ayant été abattus. 15 La tour de lavage 2 fait également office de tour de dilution dans laquelle la concentration des contaminants est diluée jusqu'à produire des effluents dont la teneur, diminuée en contaminants, permet un traitement par voie biologique en aval. Les effluents sortent en partie basse de la tour 2 par une conduite 6, 20 Au cours de tests de gazéification de boues sur une unité pilote, 6% en masse et en volume était constitué d'hydrocarbures légers qui avaient pu outrepasser un lavage au dimethylesther et qui se sont retrouvés dans le filtre granulométrique 3 lors de la condensation du gaz. Afin de séparer ces hydrocarbures, on prévoit avantageusement un décanteur 7 placé après le 25 filtre granulométrique 3 et avant la tour de lavage 2. Le gaz étant en partie condensé dans le filtre granulométrique, on récupère l'effluent de condensation que l'on décante. Pour ce faire, cet effluent liquide est envoyé, par une conduite 3a, vers le décanteur 7. La décantation sépare un effluent contenant les hydrocarbures qui est renvoyé par une conduite 8, reliée à la partie supérieure 3o du décanteur, vers un gazéifieur (non représenté) d'où provient le gaz qui entre par la conduite 1. Un effluent contenant la partie aqueuse est recueilli en partie inférieure du décanteur et est redirigé par une conduite 7a vers la tour de lavage 2, en partie inférieure de cette tour, pour dilution avec le liquide de lavage du gaz. La séparation des hydrocarbures effectuée en amont de la tour 35 de lavage 2 permet d'éviter leur dilution qui rendrait plus difficile l'opération. Cela permet ainsi de limiter une surcharge de DCO (demande chimique en oxygène) et de DCO dure (non biodégradable) pour le système. La recirculation de cette DCO permet de récupérer une partie du PCI (pouvoir calorifique inférieur) du combustible qui n'a pas été dégazéifié et d'augmenter ainsi le rendement global de la gazéification. La seconde partie du procédé permet, par voie biologique, le traitement de la pollution transférée dans l'eau de lavage préalablement, c'est-5 à-dire de l'ion hydrosulfure HS- et de l'ion ammonium NH4+ Bien que l'épuration de chacun des contaminants puisse être effectuée par des modules indépendants, le cas général selon l'invention est divisé en deux étapes : - première étape : le traitement de l'ion hydrosulfure HS- est effectué dans un 1 o premier réacteur anaérobie 9 dans lequel débouche la conduite 6, - deuxième étape : le traitement de l'ion ammonium NH4+ est effectué dans un deuxième réacteur 10 (Fig.1) ou 22 (Fig.2). La température dans les deux réacteurs 9 et 10 est maintenue de préférence à 30°C, mais peut être comprise entre 16°C et 45°C. 15 Deux paramètres sont importants pour le procédé : la DCO qui déterminera la dilution, afin de ne pas encourager le développement de bactéries hétérotrophes, ainsi que le ratio N/S (NO3%HS-) qui régulera les débits de recirculation. Le fait de coupler les deux réacteurs 9 et 10 permet un fonctionnement optimum et autosuffisant de l'installation, avec recirculation de 20 nitrates depuis le deuxième réacteur 10 vers le premier réacteur 9 par une conduite 11 munie d'une vanne 12. Dans le cas où des modules séparés seraient utilisés, un apport externe de la source d'électrons nécessaire devrait être prévu au niveau du premier réacteur 9 anaérobie. Afin de limiter les dépenses énergétiques, les réacteurs 9 et 10 25 peuvent être chauffés par l'énergie récupérée sur le procédé de gazéification et de purification de gaz installé en amont du traitement d'épuration. Chaque réacteur comporte des sondes (non représentées) de mesure d'ammonium et de sulfures connectées à un contrôleur 13 qui commande les débits de recirculation, en fonction des paramètres mesurés, par 3o action sur des vannes dont certaines sont représentées sur le schéma. De même, sur chaque réacteur sont prévus des capteurs (non représentés) de pH, de température et d'oxygène dissous reliés respectivement au contrôleur 13 qui peut commander : selon le pH, à partir d'un réservoir 14, une injection de soude NaOH, ou d'acide sulfurique H2SO4; selon la température, un système de 35 récupération de chaleur (non représenté) ; et selon la teneur en oxygène dissous, un variateur 15a, 15b de vitesse de l'agitation mécanique. Le même réservoir 14 à compartiments séparés de manière étanche peut assurer le stockage séparé de soude et d'acide sulfurique. 1. Traitement de l'ion hydrosulfure HS" Le traitement de l'ion hydrosulfure HS- est assuré par une population microbienne anaérobie, facultative, autolithotrophe, c'est-à-dire que les bactéries constituant cette population n'ont besoin que de carbone inorganique pour croître. La population microbienne peut être fixée, en particulier sur des supports mobiles 16a schématiquement représentés sur Fig. 1 constitués notamment par des anneaux en matière plastique de densité légèrement inférieure à celle de l'eau et conçus pour permettre une colonisation durable et 1 o stable, comme exposé dans le Mémento technique de l'eau, 10e édition, tome 2 de Degrémont, pages 947 et 948. La population microbienne est bioaugmentée en Thiobacillus denitrificans pouvant effectuer la conversion suivante :
15 14.5HS- + 5NO3 + 0.2NH4+ + HCO3 + 20.3H+ -* CH1.800.5N0.2 + 2.5N2 + 14.5S + 27.4H20
Les conditions de culture optimales sont à température de 30°C, sous agitation assurée en particulier par une hélice 17a entraînée en rotation autour d'un axe vertical. La vitesse de rotation de l'hélice 17a est réglée par le 20 variateur 15a. Le traitement a lieu en anoxie, avec un ratio molaire N/S (NO3 /HS-) compris entre 0,6 et 0,9 , bornes comprises, et à pH = 7,4. Le contrôleur 13, selon les informations fournies par les sondes et capteurs, assure le maintien de ces conditions, notamment en commandant la vanne 12. Avec un ratio N/S supérieur à 1 du sulfate (SO42-) serait produit, ce 25 qu'il faut éviter. Les granules de sulfure sont évacués des cellules bactériennes et pour empêcher leur accumulation à long terme, le réacteur 9 est équipé en partie basse d'un réceptacle 18 pour récupérer le soufre. Les concentrations maximales à respecter pour éviter une inhibition 30 de l'activité de Thiobacillus denitrificans sont données ci-après :
Tableau 1 Composant Concentrations maximales NO3 6 gN-NO3-/L 35 S2-/HS- 300 mg/L NO2 750 mg/L SO42- 5 g/L Les concentrations des composants mentionnés doivent rester inférieures aux valeurs maximales. Le traitement de l'ion hydrosulfure HS-, selon l'invention, assure une désulfurisation et une dénitrification simultanées.
Une fois les sulfures épurés, avec une concentration en S2-/HS-inférieure à 1,9 mg/L, les effluents poursuivent leur trajet par une conduite 19 vers le second réacteur 10 assurant la phase d'abattement de l'ion ammonium NH4+ 2. Traitement de l'ion ammonium NH4+ a) Option n° 1 L'option n° 1 correspond au schéma de Fig. 1 selon lequel le traitement de l'ion ammonium NH4+ dans le réacteur 10 est assuré par une population microbienne aérobie autolithotrophe, libre ou fixée notamment sur des supports mobiles 16b, semblables aux supports 16a du réacteur 9. La population, du fait des conditions régnant dans le réacteur, est bio-augmentée en Nitrosomonas sp. et en Nitrobacter sp. pouvant effectuer la conversion suivante :
2 0 Nitrosomonas : NH3+ 02 + 2e- + 2H+ - NH2OH + H2O NH2OH + 1/202 - NO2 + H2O + H+
Nitrobacter : 25 NO2 + 1/202 - NO3
Les conditions de culture optimales sont de 30°C sous agitation en aérobie à pH compris entre 7,4 et 8,0. L'agitation peut être assurée par au moins une hélice 17b. 30 Les conditions d'aérobie sont assurées à l'aide d'un aérateur 20 qui injecte de l'air ou de l'oxygène en partie basse du réacteur 10 sous forme de bulles de gaz. Les concentrations maximales à respecter pour éviter l'inhibition de l'activité de Nitrosomonas et Nitrobacter sp. sont données ci-après 35 Tableau 2 Composant Concentrations maximales S2-/HS- 1,9 mg/L NO2 1,4 g/L SO42- ND NH4+ 3,3 gN-NH4+/L
Une fois l'ammonium oxydé en nitrate, les effluents sont recirculés 1 o vers la tour de lavage par la conduite 11 et/ou vers le premier réacteur 9 par une conduite 21 représentée en tirets, et le cycle recommence. Le procédé de l'invention permet ainsi de faire tourner le liquide de lavage en circuit fermé. Fig. 3 est un schéma récapitulatif des réactions bactériennes 15 responsables de l'abattement de l'ion hydrosulfure HS- et de l'ion ammonium NH4+ selon cette première option. Dans le premier réacteur 9, sous l'action de Thiobacillus denitrificans, l'ion hydrosulfure HS- donne du soufre So. Le déroulement du traitement est schématisé par une flèche circulaire orientée dans le sens d'horloge. 20 Dans le deuxième réacteur 10, l'ion ammonium NH4+ sous l'effet de Nitrosomonas donne un ion nitrite NO2 et sous l'effet de Nitrobacter se transforme en ion nitrate NO3 puis en gaz azote N2. Le déroulement du traitement est schématisé par une flèche circulaire orientée dans le sens d'horloge. 25 b) Option n° 2 : Technologie Anammox Cette option, illustrée par le schéma de Fig. 2, est basée sur la technologie Anammox permettant d'éviter d'utiliser un réacteur aérobie tel que le réacteur 10 de Fig. 1, et ainsi de s'affranchir des coûts d'aération. 30 Le traitement de l'ion ammonium NH4+ selon cette option repose sur une population microbienne anaérobie autolithotrophe, fixée ou libre, bioaugmentée en bactéries du type Anammox pouvant effectuer la conversion suivante : NO2 + NH4+ - N2 + H2O Les conditions de culture optimales correspondent à une température de 30°C, sous agitation, en anoxie, à pH compris entre 7,0 et 8,0. Selon Fig. 2, il apparaît que le traitement de l'ion ammonium est 35 effectué dans un réacteur anaérobie 22 qui reçoit l'effluent sortant du premier réacteur 9 de traitement de l'ion hydrosulfure. Les éléments du schéma de Fig. 2, identiques ou analogues à des éléments déjà décrits à propos de Fig. 1, sont désignés par les mêmes références numériques sans que leur description soit reprise. Selon l'exemple de Fig. 2, le deuxième réacteur anaérobie 22 comporte des cultures fixées sur des supports mobiles 16c, semblables aux supports 16a et 16b. Les concentrations maximales à ne pas dépasser pour éviter une 10 inhibition de l'activité des Anammox sont les suivantes :
Tableau 3 Composant Concentrations maximales S2-/HS- 0,03 g/L 15 NO2 0,9 g/L.
Dans cette option, une source extérieure de nitrite (NO2-) et de nitrate (NO3) est nécessaire pour le fonctionnement du procédé. On effectue donc une injection de nitrite en quantité suffisante dans le réacteur 20 anaérobie 22 et une injection de nitrate en quantité suffisante dans le réacteur anaérobie 9 respectivement à partir de sources 23 de nitrite et 24 de nitrate. Fig. 4 est un schéma récapitulatif des réactions bactériennes responsables de l'abattement de l'ion ammonium NH4+ et de l'ion hydrosulfure HS- selon la variante du procédé de Fig. 2. L'ion hydrosulfure HS- est abattu 25 dans le réacteur 9 qui reçoit du nitrate à partir de la source 24, pour donner du soufre. Dans le réacteur 22, où du nitrite est injecté à partir de la source 23, l'ion ammonium NH4+ est abattu pour donner de l'azote N2.
Exemples 30 Des exemples de vitesses de traitement sont donnés avec référence à Fig. 5. Dans le premier réacteur 9, les sulfures sont abattus en présence de nitrates à un pH = 7,4, à une température de 30°C et sous agitation à 400 tr/min, en conditions d'anoxie. La concentration de la biomasse mesurée 35 par gramme de support immobilisé a été établie à 0,02 (± 4 %) gbactérie/gsupport (poids sec) et la teneur en eau des échantillons à 60,05 % (± 3 %). La masse sèche de bactéries immobilisées dans le réacteur atteint 1,7090 g. Par conséquent, en prenant en compte les pentes de consommation des sulfures et des nitrates selon Fig. 5, les activités suivantes ont été obtenues :
Dégradation des sulfures : (mgHs-/gvss/h) = 226,3 (par gvss on désigne la biomasse volatile soluble solide, qui correspond aux 5 matières en suspension.)
Dégradation des nitrates : (mgNo3-/gvss/h) = 356,0.
Le diagramme de Fig. 5 illustre la consommation des nitrates et des 1 o sulfures dans de l'eau d'épuration par une population immobilisée de Thiobacillus denitrificans en conditions anoxie à 30°C et pH = 7,4. Sur le diagramme, les points illustrés par des losanges correspondent à la consommation de nitrates tandis que les points illustrés par des triangles correspondent à la consommation de sulfures. Le temps exprimé en minutes 15 est porté en abscisse. En ordonnée, sont portées les consommations exprimées en mg ion/g biomasse/heure. Les consommations diminuent avec le temps comme illustré par la courbe 25 pour les nitrates et la courbe 26 pour les sulfures. A l'instant zéro, la consommation de nitrates est d'environ 260 mg/g/h tandis que la consommation 20 de sulfures est d'environ 360 mg/g/h. A l'instant 20 minutes, la consommation de nitrates a chuté à environ 60 mg/g/h tandis que la consommation de sulfures à l'instant 30 minutes est d'environ 180 mg/g/h. Dans le second réacteur anaérobie 22, l'ion ammonium NH4+ est abattu en présence d'oxygène apporté par l'agitation mécanique. Les conditions 25 restent similaires à celles du premier réacteur 9, c'est-à-dire température de 30°C, et pH = 7,4. Pour l'option n°1, seul l'apport d'oxygène se fait en plus dans le réacteur aérobie 10. L'option n° 1, du réacteur aérobie 10, consiste en une nitrification. Les vitesses de dégradation des deux espèces majoritaires sont les suivantes : 30 Nitrosomonas sp. : 4,24 mg NH4+/gvss/h Nitrobacter sp. : 11,17 mg NO2%gvss/h L'option n° 2, correspondant au schéma de Fig. 2, consiste en une 35 dénitrification anaérobie en anoxie totale. Les conditions sont les mêmes que décrites précédemment, à savoir pH compris entre 7,4 et 8,0 (bornes comprises) à une température de 30°C, sous agitation. Les bactéries Anammox atteignent des vitesses de dégradation de l'ammonium de : Anammox : 23 mg N H4+/gvss/h .
Autres applications Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec une installation conçue comme un module d'assemblage où les différents éléments sont indépendants les uns des autres. Selon le gaz à traiter, le besoin sera différent. Dans le cas de traitements de gaz issus de gazéification et de 1 o compostage, riches en H2S et en NH3, le procédé de l'invention convient particulièrement. Toutefois, pour des gaz du type biogaz avec de fortes teneurs en H2S, mais contenant peu ou ne contenant pas d'ammoniac, seule la première étape du procédé concernant la désulfurisation couplée à la dénitrification sera 15 utilisée. Pour cela, un apport externe de nitrates sera prévu. Typiquement, sur une station d'épuration des eaux usées ayant un traitement de l'azote, les eaux des bassins de nitrification pourront être utilisées. Cela permettra une double épuration en abattant le sulfure d'hydrogène H2S du gaz mais aussi les nitrates dans l'effluent. La solution de l'invention étant totalement modulable entre les 20 réacteurs, le choix d'une des fonctions ne perturbera en rien la qualité de l'abattement du contaminant et son traitement. Inversement, pour un gaz avec une très forte teneur en ammoniac NH3, une deuxième colonne de lavage acide peut être envisagée afin de réduire la taille des équipements et donc des coûts. En effet, la première 25 colonne sera maintenue à un pH compris entre 7,04 et 9,2 (7,04 < pH < 9,2) pour piéger le sulfure d'hydrogène alors que la seconde tour serait à un pH < 2 pour assurer le meilleur taux de capture de l'ammoniac NH3. Le pH de l'effluent sera ensuite régulé à pH = 7,4, lorsque l'effluent entrera dans le réacteur biologique 9. 30 Le procédé de l'invention concerne donc le traitement de gaz contaminés en sulfure d'hydrogène, et généralement aussi en ammoniac, ainsi que le traitement d'effluents chargés en nitrates et/ou en nitrites dans le cas de l'option n° 2. Dans le procédé de l'invention, les sulfures sont traités en premier 35 lors de la deuxième étape, dans le réacteur 9, car les sulfures sont toxiques pour les bactéries utilisées dans le deuxième réacteur. La biomasse des bactéries Anammox se développe plus lentement que celle des bactéries traitant les nitrates.
La température de traitement optimale est de 30°C mais la gamme peut s'élargir de 16°C à 45°C. Les cultures, au lieu d'être fixées sur des supports tels que 16a, 16b, 16c, peuvent être fixées sur du biolite . La biomasse fixée est apte à résister à 5 des chocs de température et de pH. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé est particulièrement flexible.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination de la pollution d'un gaz chargé en sulfure d'hydrogène, et généralement aussi en ammoniac, en particulier un gaz issu de la gazéification de boues provenant de stations d'épuration d'eaux usées, selon lequel le gaz est soumis à un lavage à l'eau qui assure un transfert de la pollution du gaz dans l'effluent de lavage, caractérisé en ce que l'effluent de lavage est soumis, pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- , à un traitement par voie biologique, anaérobie, sous agitation, avec un ratio molaire N/S (NO3 -/ HS-) compris 0,6 et 0,9.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement par voie biologique pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- est assuré par une population microbienne anaérobie bio-augmentée en Thiobacillus denitrificans, pour une 15 désulfurisation et une dénitrification simultanée.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température lors du traitement anaérobie est maintenue entre 16°C et 45°C, de préférence à 30°C, et le pH à 7,4 ± 0,1.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le lavage du sulfure d'hydrogène H2S et de l'ammoniac NH3 est effectué simultanément par une colonne d'eau dont le pH est compris entre 7,04 et 9,2, à 25°C, sous une atmosphère.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'effluent sortant du premier traitement biologique anaérobie est soumis à un deuxième traitement biologique pour élimination de l'ion ammonium NH4+
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux traitements, respectivement pour éliminer l'ion hydrosulfure HS- et pour éliminer l'ion ammonium NH4, sont couplés pour un fonctionnement optimum et autosuffisant.
  7. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le traitement de l'ion ammonium NH4+ est assuré par une population microbienne aérobie autolithotrophe, fixée ou libre, bio-augmentée en Nitrosomonas sp. et 20 25 30 35Nitrobacter sp. à température maintenue entre 16°C et 45°C, de préférence à 30°C, et pH compris entre 7,4 et
  8. 8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'effluent sortant du 5 deuxième traitement, chargé en nitrates provenant de l'ammonium oxydé, est recirculé vers le lavage et/ou vers le premier traitement biologique.
  9. 9. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le traitement de l'ion ammonium NH4+ est assuré par une population microbienne anaérobie 1 o autolithotrophe, fixée ou libre, bio-augmentée en bactéries type Anammox à température maintenue entre 16°C et 45°C, de préférence à 30°C, sous agitation en anoxie, à pH compris entre 7,0 et 8,0.
  10. 10. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une tour de lavage (2) du gaz et un réacteur biologique anaérobie (9) dans lequel est envoyé l'effluent sortant de la tour de lavage, ce réacteur (9) contenant une population microbienne anaérobie bio-augmentée en Thiobacillus denitrificans, pour une désulfurisation et une dénitrification simultanée. 20
  11. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le réacteur anaérobie (9) contient une population microbienne fixée, en particulier sur des supports mobiles (16a). 25
  12. 12. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième réacteur biologique (10, 22) recevant l'effluent sortant du premier réacteur biologique (9), ce deuxième réacteur contenant une population microbienne propre à éliminer l'ion ammonium, une liaison (11) étant prévue entre le deuxième réacteur et la tour de lavage (2) pour le recyclage de 3o l'effluent de lavage.
  13. 13. Installation selon la revendication 12, pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le deuxième réacteur biologique (10) contient une population microbienne aérobie autolithotrophe, 35 bio-augmentée en Nitrosomonas sp. et Nitrobacter sp., et comporte un aérateur (20) qui injecte de l'air et/ou de l'oxygène en partie basse du réacteur (10).
  14. 14. Installation selon la revendication 12, pour la mise en oeuvre d'un procédéselon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le deuxième réacteur biologique (22) contient une population microbienne anaérobie autolithotrophe, bio-augmentée en bactéries type Anammox.
  15. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que le deuxième réacteur biologique (10,22) contient une population microbienne fixée, en particulier sur des supports mobiles (16b, 16c).
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