LU82688A1 - Procede de preparation d'une biomasse fixee sur un support - Google Patents

Description

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« ! 1 I : d La présente invention concerne un procédé de préparation d'une biomasse fixée sur un support.

Dans toutes sortes de procédés biologiques, de l'eau qui contient des éléments nutritifs est mise en 5 contact avec des micro-organismes (appelés collectivement biomasse) qui convertissent ces éléments nutritifs contenus dans l'eau. D'importants procédés de ce genre sont, par exemple, les procédés d'épuration biologique des eaux usées et les procédés dans lesquels les micro-10 organismes excrètent un produit désiré sous la forme d'un métabolite.

Dans les procédés appliqués en pratique à l'épuration des eaux usées, la vitesse de conversion (vitesse à laquelle les éléments nutritifs contenus dans l'eau d 15 usée sont convertis) calculée par mJ de volume de réac tion est faible parce que la concentration en biomasse qui peut être atteinte dans le réacteur est faible.

: Tel est le cas, entre autres,dans: - les procédés biologiques aérobies d'élimina- ; 20 tion de la demande chimique en oxygène des eaux usées dans un réacteur continu, - les procédés biologiques de nitrification aérobie dans un réacteur continu, - les procédés biologiques anaérobies d'élimi-25 nation de la demande chimique en oxygène des eaux usées dans un.réacteur continu, " - les procédés biologiques de dénitrification anaérobie dans un réacteur continu.

Des concentrations typiques en biomasse sont de ^ "2 ; 30 là 3 kg par mr et des vitesses de conversion typiques sont de 0,1 à 3 kg de demande chimique en oxygène par m^ et par jour.

La faible concentration en biomasse dans ces procédés est due au fait que les micro-organismes ont - 35 une très petite vitesse de sédimentation, en raison de laquelle une évacuation continue de ces microorganismes a lieu au sortir d'un réacteur continu.

» 2

En pratique, les micro-organismes entraînés hors du réacteur sont séparés autant que possible par sédimentation, filtration ou centrifugation, puis sont renvoyés au réacteur. Néanmoins, ces techniques de 5 séparation sont onéreuses (centrifugation) ou ont des limitations spécifiques (par exemple boue flottante ; dans le bassin de sédimentation) et des concentrations en biomasse supérieures à celles indiquées ne peuvent être atteint es- 10 De même,dans certains procédés dans lesquels les micro-organismes forment un produit de métabolisme recherché, qui, _en concentration plus élevée, inhibe sa 3 propre vitesse de formation, la conversion par m de volume du réacteur est faible. Un exemple en est 15 la production de l’éthanol à partir des hydrates de carbone. L'inhibition de la production conduit à de petites vitesses de conversion par kg de biomasse.

Des vitesses de conversion plus élevées par mr de volume du réacteur ne peuvent alors être atteintes par 20 accroissement de la concentration en biomasse dans le réacteur.

Il ressort de manière évidente des indications données ci-dessus qu'il est nécessaire d'établir une haute concentration en biomasse pour atteindre une 25 grande vitesse de conversion dans les procédés biologiques.

Un procédé fort prometteur pour atteindre une concentration élevée en biomasse consiste à fixer celle-ci sur un support. Un tel support recouvert par la 30 croissance de la biomasse a une grande vitesse de sédimentation si le poids spécifique du support est suffisamment élevé. Au cas où la vitesse de sédimentation du support recouvert par la croissance de la biomasse est supérieure à la vitesse du liquide à la sortie du 35 réacteur, la biomasse n'est nullement entraînée hors du réacteur.

Toutefois, l'adhérence de la biomasse à un tel s ί .

!| support doit satisfaire à des critères astreignants.

I Poux atteindre réellement une vitesse de con- 1 version élevée, les autres facteurs qui sont importants ^ pour la conversion ne peuvent faire obstacle.

15 Ainsi, dans l'épuration aérobie des eaux usées avec une concentration plus élevée en biomasse, l'oxygène moléculaire doit être transféré beaucoup plus rapidement et dans l'épuration anaérobie des eaux usées le méthane et le dioxyde de carbone doivent être éva-10 cués beaucoup plus rapidement. Les variations du pH, de la concentration en substrat, de la température ou de la concentration en substances toxiques des eaux usées qui sont introduites dans le réacteur doivent être amorties beaucoup plus rapidement par un mélange l5 convenable de la phase liquide.

Ce résultat ne peut être atteint que par la dissipation d'une grande quantité d'énergie mécanique dans le réacteur, ce qui* exerce des forces de cisaillement intense dans celui-ci.

20 L’adhérence de la biomasse à un support doit alors être telle que la biomasse reste adhérer au support dans des conditions où les forces de cisaillement sont intenses.

L'adhérence de la biomasse à des surfaces est 25 un processus qui n*a guère été élucidé. Une revue des connaissances dans ce domaine a été donnée par E.C. Marschall sous le titre "The effect of surfaces on microbial activity" dans Vater Pollution Microbiology 2 (1978) 5l. Une distinction est .établie entre : 30 (1) L'adhérence de la biomasse à des surfaces par des forces faibles (forces électrostatiques, forces de Van der Vaals et actions hydrophobes inertes). Cette adhérence de la biomasse est tellement faible qu’elle est déjà perturbée par de faibles forces de cisaille-35 ment, par exemple telles qu’elles se manifestent dans de l'eau courante aérée. Les mêmes forces influencent la floculation des micro-organismes,comme indiqué par t

V

C.W.C. Gregor et al. "Factors affecting the flocculation of bacteria by Chemical additives", Biot. and Bioeng.

11 (1969) 127 et M.W. Œenny et al, "Chemical and autoflocculation of micro-organisms in biological waste 5 water treatment", Biot. and Bioeng. 1_5 (1973) 10^5-La conclusion est que l'adhérence des micro-; organismes par ces forces faibles disparaît lorsque des forces de cisaillement intenses interviennent.

Lu fait, comme indiqué précédemment, que dans les pro- 3 10 cédés biologiques où la vitesse de conversion par nr de volume du réacteur est beaucoup augmentée, des forces de cisaillement fortement accrues sont nécessaires, l'adhérence de la biommase par des forces de ce genre n'offre, pas d’intérêt- 15 (2) P adhérence de la biomasse à des surfaces par des couches visqueuses. Cette adhérence est plus forte que celle assurée par les forces faibles précitées. En pratique, cette adhérence est bien connue et peut être observée dans des processus tels que: 20 (a) fonctionnement des filtres à ruissellement, M.F. Kong et al, "Practical design équations for trickling filter process", Biot. and Bioeng. 21 (1979) W, (b) dénitrification en lit fluidisé, J. S. Jeris 25 et al, "high rate biological dénitrification using a granulär fluidized bed", J- Water Poll. Contr.Fed. b6_ (197*+), 2118 et demande de brevet des Pays-Bas n° 73 00+23, (c) réduction de la demande biochimique en 30 oxygène en lit fluidisé, J.S. Jeris et al, "Biological f luidised bed treatment for BOD and ni trogen removal", J. 'Water Poll. Contr. Ped. U-9 (1977.) 816 et demande de brevet des Pays-Pas n° 7h 01957- Même s’il- est question d'adhérence par une 35 couche visqueuse, la biomasse se détache encore du support -lorsque des forces de cisaillement intense interviennent et elle est alors entraînée hors du réac- ! * , i ; teur. Dans des procédés en lit fluidisé (b) et (c), ce I phénomène est mis à profit et de l'air est insufflé pour détacher la couche biologique afin d'empêcher le colmatage du réacteur.

|| 5 De plus, on ne dispose guère d'informations à propos des conditions qui sont nécessaires pour la ; ; formation d'une biomasse fixée sur un support.

De manière générale, on peut indiquer qu'un support granulaire est toujours mis en contact dans 10 un volume de réaction avec un flux continu de liquide qui contient une flore de micro-organismes suffisamment abondante et une quantité suffisante d’éléments nutritifs nécessaires pour la croissance et/ou 1? entretien des micro-organismes jusqu’à fixation d’une couche 15 suffisamment épaisse des micro-organismes sur le support.

La matière constituant le support est considérée comme essentielle par certains auteurs. [D.W. Devine et al "Optimisation of growth surface parameter in micro-20 carrier eultieve", Biot. and Bioeng. 21 (1979) 821 ].

Dans les procédés connus précités où on utilise des particules fluidisées d'un support portant une couche de biomasse attachée, les particules du support •! qui sont ensemencées au moyen des bactéries habituelles 25 des eaux usées normales sont introduites dans un-réac- ; teur à lit fluidisé, après quoi le support est amené à I. l'état de fluidisation par un flux ascendant des eaux ! usées dans lesquelles de l'air a préalablement été I dissous de manière qu'une couche de biomasse se forme i 30 sur les particules du support.

i Néanmoins, comme déjà indiqué, la biomasse se j détache lorsque les forces de cisaillement sont intenses.

Lors de l'investigation de la possibilité de fixer une biomasse sur un support de façon que la bio-35 masse ne se détache pas,même dans des conditions -où les forces de cisaillement sont intenses, il est apparu que les conditions de travail sont critiques.

î 6

La Demanderesse a commencé une série d'essais pour vérifier si la fluidisation par elle-même ou la nature du support sont essentielles pour la croissance d'une "boue aérobie active sur un support. Ces essais 5 sont exécutés dans un réacteur en forme de colonne d'une hauteur de 6 m et d'un diamètre de 25 cm. La température est de H-0°C et le pH est ajusté à une valeur de 6,5 à 8,0. De l'air est injecté au fond de la colonne par un diffuseur en forme d'étoile. L'ad-10 mission d'air varie de 0,7 à 19,2 Norpar heure.Ce débit correspond à une vitesse gazeuse superficielle de 0,38 à 11 cm par seconde. Dans ces conditions, la dissipation d'énergie est de 38 à 1100 W par m^. Pour des quantités d'air correspondant à une vitesse superficielle de 2 cm 15 par seconde et davantage, le mouvement du liquide dans la colonne est vivement turbulent. Les eaux usées sont admises au bas de la colonne en quantité de 25 litres par heure. Cela correspond à m temps de séjour du liquide de 11 heures dans la colonne.

20 La concentration en demande chimique en oxygène des eaux usées varie de jour en jour entre des limites extrêmes de 3000 et de 12.000 mg de demande chimique en oxygène par litre. Ces eaux usées sont débarrassées préalablement de toute substance organique en suspension 25 possible.

i

Les supports utilisés successivement sont les suivants: gravier de rivière de 0,8 à 1,2 mm sable blanc de 0,1 à 0,3 mm 30 perles de verre de 0,25 à 0,32 mm perles de verre de 0,1 à 0,12 mm charbon actif de 0,25 a 1 mm et lave de l'Eiffel de < 1 mm

Avec chacun de ces supports, des essais ont été 35 effectués dans un grand intervalle d’états de fluidisation s'échelonnant d'une fluidisation nulle à une bonne fluidisation. Chacun des supports a été essayé dans la co- ! 7 • ι i lonne pendant 2 ou 3 semaines pour apprécier la crois- I! sance de la biomasse sur ses particules. Néanmoins, tous les essais de la série ont conduit aux résultats décourageants qu'aucune croissance de boue aérobie 5 active fixée n'avait lieu,avec la conclusion que la nature du support et que les conditions d'expérience s'échelonnant de la fluidisation à l'absence de flui-, disation ne sont pas des facteurs essentiels pour l'a- dhérenc.e d'une boue aérobie active sur un support,mais 10 que d'autres facteurs sont importants.

D'autres expériences ont indiqué que pour obtenir sur un support une couche de biomasse qui ne se détache pas lorsque les forces de cisaillement sont intenses, il est essentiel que le support soit mis en 15 contact avec le liquide tandis qu'une énergie mécanique de 0,1 à 1,5 kV par m^ de volume de liquide dans le réacteur est dissipée dans ce liquide, au moins partiellement sous forme d'un barbotage de gaz dans le liquide, j et que le temps de séjour du liquide dans le volume de 20 réaction est maintenu inférieur à l'inverse de la vitesse • ' de croissance maximale des micro-organismes.

! Ces nécessités pourraient être expliquées de la façon suivante. Les eaux usées qui passent par l’espace de réaction contiennent un grand nombre de micro-25 organismes divers,parmi lesquels certains ont des propriétés adhésives à l’égard du support dans le réacteur dans des conditions où les forces de cisaillement exercées dans la colonne sont intenses et qui sont de plus i * capables de décomposer les polluants des eaux usées, j 30 Par un ajustement des conditions qui assure | un temps de séjour du liquide dans le volume de réac- tion qui est plus court que l'inverse de la vitesse de croissance des micro-organismes, avec dissipation si-multanée de 0,1 à 1,5 kW d’énergie mécanique par nr de 35 liquide dans le réacteur, des forces de cisaillement ' .intenses sont -exercées dans le liquide du réacteur et ont pour effet que tous les micro-organismes non adhé- 8 a?ents sont entraînés hors de l’espace de réaction. Ensuite,, les micro-organismes gui peuvent adhérer au support ne sont pas recouverts par la croissance de micro-organisme s non adhérents. Ils adhèrent au 5 support de sorte qu’ils ne peuvent être entraînés hors de la colonne et peuvent consommer le substrat qui reste disponible pour les organismes adhérents, du fait que les micro-organisme s non adhérents n'ont pas eu le temps de croître aux dépens du substrat.

10 La vitesse de croissance maximale des micro organismes dépend de façon générale de la nature des micio-organismes, de la nature du substrat, de la température eh de la concentration en substrat dans la colonne. Ainsi, les micro-organismes qiii jouent un rOle dans 15 l’épuration aérobie de l’eau et les micro-organismes de -dénitrification croissent en général relativement vite ^tandis que les micro-organismes qui jouent un rôle dans l’épuration anaérobie de l’eau et les micro-organismes de nitrification croissent beaucoup 20 plus lentement. Comme on le sait, la vitesse de croissance maximale de tous les micro-organismes augmente avec la température en conformité avec la relation d'Arrhenius- .

lors de l’épuration aérobie des eaux usées,il 25 se trouve que lorsque la vitesse de croissance des micro-organismes n'est pas limitée par la concentration en éléments nutritifs, la vitesse de croissance est en pratique telle qu’un temps de séjour du liquide dans le réacteur de moins de h5 minutes donne un support 30 portant une couche bien adhérente de biomasse, les temps de séjour plus longs du liquide sont possibles , mais ne sont pas nécessaires.

Lorsque la température du contenu du réacteur est de 30 à 50°C, le temps de séjour du liquide pour 35 former une- couche de biomasse aérobie sur le support est de préférence ajusté à un maximum de 30 minutes.

Un temps de séjour plus long ne conduit pas à un meil- 9 ' j î lein résultat, mais est moins économique.

Pour la production d'une 'biomasse anaérobie sur un support, le temps de séjour est avantageusement de 1 à V heures et si la température du contenu du 5 réacteur est de 30 à 50°C, de préférence de 2 à 3 heures.

L'ajustement du temps de séjour du liquide dans . * le volume de réaction peut en principe être obtenu par modification de la quantité de liquide passant par le réacteur.

10 Néanmoins, des limites pratiques sont imposées dans -certains cas à ces paramètres.

; Par exemple, pour la production d'une biomasse aérobie sur un support, il faut non seulement ajuster | le temps de séjour à une valeur relativement faible, ; 15 mais aussi disposer de suffisamment d'oxygène pour la conversion de la demande chimique en oxygène.

Théoriquement, il faut disposer d'environ 1,1 kg d'oxygène par kg de demande chimique en oxygène et, de préférence,pour la production d'une biomasse aérobie 20 sur un support, il faut introduire une quantité d’air : et/ou d’oxygène au moins telle que le transfert au liquide du réacteur soit de 0,8 à 1,6 kg par kg de demande chimique en oxygène entrant dans le volume de réaction.

25 Toutefois, la quantité d'air et/ou d'oxygène qui peut être introduite dans le volume de réaction est limitée à une certaine valeur maximale.

; Par conséquent, si les eaux usées disponibles j sont fortement contaminées (haute demande chimique en ; 30 oxygène) comme le cas est fréquent pour les eaux usées î des industries et spécialement des industries dans les- I quelles des matières biologiques sont traitées ou des procédés biologiques sont exécutés, il n’est pas facile | de modifier la quantité de liquide passant par le réac- 35 teur, mais considérant la-quantité maximum d'air et/ou d'oxygène qui peut passer par le réacteur, les eaux usées doivent souvent être diluées de manière que la demande ! t i 10 chimique en oxygène prenne une valeur appropriée.

Pour un réacteur aérobie pratique dans lequel de l’air est introduit et dans lequel le temps de séjour du liquide est de l5 à 30 minutes, par exemple, 5 une demande chimique en oxygène des eaux usées de 200 à 500 mg/litre convient. Si l'air est remplacé par de 1'oxygène, la demande chimique en oxygène des eaux usées peut être à peu près 5 fois plus élevée, par exemple de 1000 à 2500 mg/litre.

10 Pour assurer une évolution régulière du pro cessus, il est désirable qu'aucun moussage n'ait lieu dans le réacteur. Par conséquent, si la chose est nécessaire, un agent antimousses peut être ajouté. Tous les agents antimousses connus comme les silicones,par 15 exemple un glycolpolysiloxane, un méthylphénylpoly- siloxane, un polydiméthylsiloxane liquide, du propylène-glycol, de la triéthanolamine, un alcool supérieur et ! les polyoxyalkylènes,conviennent.

Le procédé de l'invention peut être appliqué 20 à la production de toutes espèces de biomasses fixées sur un support, par exemple, une biomasse telle qu'elle est utilisée pour l’épuration biologique dés eaux usées, une biomasse aérobie, une biomasse anaérobie, une biomasse nitrifiante et une biomasse dénitrifiante, de 25 même qu'une biomasse qui élabore un produit métabolique désiré qui, en concentration plus élevée,inhibe sa propre vitesse de production,comme une biomasse produisant de l'alcool.

Les biomasses sur un support qui peut être obte-3° nues par le procédé de 'l'invention permettent d'atteindre une concentration en biomasse beaucoup plus élevée que celle établie dans les procédés jusqu'à présent habituels.

L'invention est davantage illustrée par des 35 exemples dans lesquels on utilise une colonne telle qu'illustrée à la Fig. 1 des dessins annexés. La Fig.l représente une colonne 1 qu.i est munie à son sommet 11 jj d'une chambre de sédimentation et dégazage comportant un trop-plein 3 et une conduite de gaz usé Cette chambre comporte aussi une admission 5 par laquelle, si nécessaire, l'agent antimousses peut être introduit.

5 Les eaux usées sont introduites au bas de la colonne en 6. De l'air est injecté par un diffuseur à huit : - branches en forme d'étoile. De l'eau de distribution peut être introduite dans la colonne en 8. Un filtre à sable (non illustré) est agencé à l'aval de la colonne 10 dans la sortie pour l'eau traitée.

EXEMPLE 1 -

On utilise une colonne telle que celle illustrée à la Eig. 1 d'une hauteur de 6 m et d'un diamètre de 25 cm comportant une chambre de sédimentation et dégaza-15 ge d'une hauteur de 75 cm.

Après avoir introduit 1*0 kg de sable blanc d'une granulométrie de 0,1 à 0,3 mm dans la colonne, on remplit cette dernière d'eau de distribution. On admet ensuite les eaux usées en quantité de 25 litres par heure 20 au point 6. Au point 8, on admet de l'eau de distribution en quantité de 660litres par heure et on ajuste le pH du liquide dans la colonne à une valeur de 6,5 à 8,0.

On maintient la température dans la colonne à ^-0°C par une injection de vapeur d5eau en 8. La quantité d;aàr intro-25 duite pour la première expérience est de 0,71 Nm^ par heure (ce qui correspond à 71 W par m.·^)pour une seconde expérience de U·,2 Norpar heure (ce qui correspond à *f20 ¥ par m^).

Dans les deux expériences, on constate une croissance considérable de la biomasse sur le sable en 30 quelques jours.

A différentes reprises, on prélève des échantillons du sable recouvert par la croissance de la biomasse hors de la colonne (échantillon a après le premier jour de l'expérience 1 et échantillons h et c 35 après le premier jour et le second de l'expérience 2) et on les lave soigneusement avec de l'eau pure. On exécute ensuite un essai sur ces échantillons dans un 12 fermenteux d'Eschweiler d'une capacité de 6 litxes poux déterminer l'activité du sable recouvert par la croissance de la biomasse,en introduisant dans le fermenteur 25 ml d’échantillon a ou bien 20 ml d'échantillon b 5 ou 20 ml d'échantillon c. On remplit le fermenteur d'Eschweiler à chaque reprise au moyen de 3 litres d’eaux usées, puis on y fait barboter de l'air à raison i de 200 litres par heure. On anime l’agitateur d’une vi tesse de 200 tours par minute pour l'échantillon a.

10 et d'une vitesse de 300 tours par minute pour les échantillons b et c. La température est toujours de *iO°C.

Les résultats sont représentés par les diagrammes des Fig. 2 à b qui représentent la quantité d'oxygène consommée en millimoles par heure en fonction du temps de réac-15 tion,en heures, La courbe en trait continu indique la consommation d'oxygène en fonction de la durée dans le fermenteur ensemencé de la biomasse fixée sur le sable.

La courbe en traits interrompus indique la consommation d'oxygène dans le fermenteur non ensemencé 20 de la biomasse fixée au sable (témoin). La consommation ! d'oxygène des témoins est le résultat de la croissance des bactéries naturellement contenues dans les eaux usées.

Il ressort de manière évidente des expériences 25 effectuées dans un fermenteur dans lequel on utilise i une biomasse fixée sur du sable que la consommation : d’oxygène est immédiatement élevée par comparaison avec celle atteinte dans les essais témoins. Il convient de noter également que les aires sous les courbes pour 30 les essais témoins et les essais avec la biomasse fixée sur le support sont à peu près égales, c'est-à-dire que la consommation totale d'oxygène est à peu près la même. En d'autres termes, la biomasse fixée sur du sable permet une réduction de la demande chimique en oxy-35 gène des eaux usées qui est semblable à celle effectuée avec une boue active en suspension.

On effectue de plus l'analyse bactériologique ! 13 [ des échantillons de biomasse fixés sur le sable. Il il

Iiessort de ces analyses que de grandes quantités de micro-organismes sont présentes sur le sable. L'observation visuelle montre que les grains de sable d'un 5 diamètre de 200 yum ont atteint un diamètre d'environ 300 ^um en raison de la croissance de la biomasse, c'est-à-dire que l'épaisseur de la couche biologique est d'environ 50 yum. Pour une telle épaisseur de couche, aucune limitation due à la diffusion n'est à 10 prévoir.

\ Le tableau suivant rassemble quelques résultats d'analyse relevés sur des échantillons de boue aérobie j active sur support. Tous les résultats sont rapportés t ! à 1 litre de grains de sable sédimentés portant une 15 couche biologique dans de l'eau.

! TABLEAU

Eésultats d'analyse de la biomasse fixée sur du sable (sable blanc d'une granulométrie de 0,1 à 0,3 mm, d’un poids spécifique de 2,6 g/cm3 et d'un poids spécifique apparent de 1,65 g/cnP) 20

Ech. Poids Mat.sèche N DCO P Cou- Eap- Eap- - ehe port port cen- vo- * dres la- ! tile ab ede f g h i 3 25 a 769 95 5,00 - 2,0 36¼ i*,0 1,23 b 1,59 801 61 7,16 73,3 21,8 352 5,9 1,1¼ ; . c 1,66 610 ' 75 8,30 111,9 6,1 1+25 5,67 1,81 i a = Echantillon : 30 b = Poids spécifique apparent, g par cm·^ ! c = Cendres, g par litre d = Matière volatile sèche, g par litre e = g par litre f = Demande chimique en oxygène, g par litre 35 g = g par litre h = cnr* de couche biologique par litre i = Rapport du volume de couche biologique au poids de matière sèche volatile, cm3 par g.

ih j = Rapport volumique de la couche biologique au sable.

Il ressort du tableau-qu'une quantité de 1 litre de sable porteur d'une couche biologique contient -envi-cj ion 75 g de biomasse en matièie sèche. A paitii du lappoit volumique de la couche biologique au sable,qui est de 1,2 à 1,8,on peut calculei qu'un giain de sable poitant une couche biologique a un diamètie valant 1,3 à 1,½ fois celui du giain de sable sans couche biologi-PO Q.Ue· Pour un diamètie moyen des giains de 200 y-um, le diamètie du giain de sable poiteui d’une couche biologique doit alois êtie de 270 yum. Ce résultat correspond raisonnablement à l'observation visuelle- 'On peut déduire des diagrammes 2 à ^ que le sable portant la couche biologique a une capacité d'absorption de l'oxygène qui est d'environ 9 millimoles par heure pour 20 ml de sable portant la couche biologique. Pour la biomasse, cela correspond à une absorption d'oxygène de 20 n non 6 millimoles Op par gramme et par υ,υ^υ x n heure .

Ce résultat est en conformité raisonnable avec la capacité maximale.d'absorption de l'oxygène pour une boue en suspension,qui est de 8 millimoles d'oxygène 2^ par gramme et par heure observée lors d'autres expériences. Ce résultat confirme l'absence de limitation due à la diffusion.

Il résulte également des concentrations en azote et en demande chimique en oxygène mesurées qui sont précisées au tableau,que toute la matière sèche consiste en matière organique. Le rapport entre le volume de la couche biologique et le volume de la matière sèche volatile est aussi en accord avec cette conclusion.

Il convient de remarquer en outre que l'échantillon a n'a été examiné qu'après avoir été conservé pendant 2 jours à 5°C de sorte qu'il semble probable • · 15 j f que la "boue active fixée sur un support peut être conservée longtemps.

Un essai de sédimentation révèle en outre que la vitesse de sédimentation des grains de sable portant 5 la couche biologique est d'environ 50 m par heure.

EXEMPLE 2 -

On utilise une colonne telle que celle illustrée à la Eig. 1 ayant une hauteur de 6,5 m et un diamètre de 25 cm (volume utile 300 litres).

10 On introduit dans la colonne 80 kg de sable blanc (d'une granulométrie de 0,1 à 0,3 mm).

On introduit au point 6, en quantité de hO litres par heure, des eaux usées ayant'une demande chimique en oxygène de 6000 mg par litre et au point 7j en j , 15 quantité de 760 litres par heure5de l'eau de distribu tion (la demande chimique en oxygène du mélange est de 300 mg par litre et le temps de séjour dans le réacteur de 3/8 heure).

On introduit au point 7 de l'air en quantité de 20 20 Nm·^ par teure (ce qui correspond à une vitesse de l’air rapportée à la section de la colonne de 11 cm par seconde).

Après une semaine, le sable est recouvert par i la croissance d'une couche de biomasse et le régime stationnaire est établi.

25 L'analyse d'un échantillon du sable portant la couche biologique indique que T litre de grains de sable ' sédimentés (poids spécifique apparent de 1,65 g par cm^) recouverts par la croissance de la biomasse porte 50 g de biomasse (à calculer en matière sèche). L'épais-30 seur de la couche biologique est de M3 yum.

La quantité de biomasse dans le réacteur (à calculer en matière sèche) est de l5 g par litre.

A une telle concentration en biomasse, les eaux usées ayant une demande chimique en oxygène de 300 mg par li-35 tre manifestent dans les conditions indiquées ci-dessus une baisse de la demande chimique en oxygène de 70% pour une charge de demande chimique en oxygène de l6 20 kg par m^ de volume de réaction et par jour.

La "biomasse fixée sur le support reste inaltérée et ne continue pas de croître. L’entraînement de la "biomasse hors du réacteur n'est pas observé.

5 EXEMPLE 3 “

On utilise une colonne telle que celle illustrée à la Eig. 1 ayant une hauteur de ^ m et un diamètre de 7.6 cm (volume utile de 18 litres).

On exécute dans ce réacteur une expérience de 10 formation d’une biomasse anaérobie sur un support.

On introduit à cette fin dans le réacteur 20.6 kg de sable blanc (d'une granulométrie de 0,1 à 0,3 mm, d'un poids spécifique de 2,6g par cnß et d’un poids spécifique apparent de 1,65 g par cm^).

15 On admet au point 6, en quantité de 7,5 litre s par heure des eaux usées ayant une demande chimique en oxygène de 6000 mg par litre (temps de séjour du liquide de 2,1+ heures) ce qui correspond à une charge de demande chimique en oxygène de 60 kg par nr et par jour. Le pH 20 dans le réacteur varie de 7 à 8 et on y maintient la température à hO°C. La conversion anaérobie de la demande chimique en oxygène fait se dégager du gaz.

Après 6 semaines, le sable est recouvert par la croissance d'une couche de biomasse et le régime sta-25 tionnaire est établi.

Dans les conditions indiquées ci-dessus, on observe une baisse de la demande chimique en oxygène de 60% après 'établissement du régime stationnaire.

- Le dégagement de gaz est de l5 m^.parm^de volume \ 30 du réacteur et par jour et la teneur en méthane du gaz est de 70%.

L’expérience montre qu'après l'établissement du régime stationnaire en 6 semaines, des modifications soudaines de la demande chimique en oxygène des eaux 35 usées, des modifications de la charge de demande chimique en oxygène et une baisse du pH des eaux usées sont sans influence pratique sur le fonctionnement du réacteur.

Claims (5)

1 17 . % l· REVENDICATIONS.

1. Procédé pour produire une "biomasse fixée sua? un support, suivant lequel on met dans un volume de réaction un support granulaire en contact avec un flux 5 continu d'un liquide qui contient une floa?e suffisamment abondante de micro-organismes et suffisamment d'éléments nutritifs pouo? la croissance et/ou 1?entretien des micro-organismes jusqu'à fixation d'une couche suffisamment épaisse des micro-organismes sur le support, carac- 10 térisé en ce qu'on met le support en contact avec le flux de liquide tandis qu'on dissipe dans le liquide 0,1 à O 1,5 kW d'énergie mécanique par ht de liquide dans le réacteur au moins pour partie sous forme de barbotage de gaz dans le liquide,et on maintiènt le temps de sé- 15 jour du liquide dans le volume de réaction inférieur à 1*inverse de la vitesse de croissance maximale des micro-organismes.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour produire une biomasse aérobie 20 fixée sur un support^ alors qu'on utilise des liquides dans lesquels la vitesse de croissance n'est pas limitée par la concentration sn éléments nutritifs, on ajuste le temps de séjour du liquide dans le réacteur à moins de k5 minutes. 25 3 _ Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la température du contenu du réacteur est de 30 à 50°C et le temps de séjour est de 30 minutes au maximum. h - Procédé suivant la revendication 1, carac- I 30 térisé en ce que pour la production d'une biomasse ana érobie fixée sur un support, le temps de séjour du liquide dans le réacteur est de 1 à b heures.

5. Procédé suivant la revendication caractérisé en ce que la température du contenu du réacteur 35 est de 30 à 50°C et le temps de séjour est de 2 à 3 heures.

6. Procédé suivant les revendications 1 à 5, 18 » ê caractérise en. ce que pour la production d'une "biomasse aérobie fixée sur un support, on introduit une quantité d’air et/ou d’oxygène au moins telle que le transfert d’oxygène au liquide du réacteur soit de 0,1 à 1,6 kg par 5 kg de demande chimique en oxygène entrant dans le volume de réaction. »