WO1996036567A1 - Reacteur destine a la mise en ×uvre de reactions chimiques faisant intervenir une biomasse - Google Patents

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WO1996036567A1
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cylindrical
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Luc Louvel
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Rhone-Poulenc Chimie
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • biomass is meant a population of living microorganisms, such as microbes, bacteria or protozoa.
  • active biomass is commonly referred to as "mud".
  • Models of small or medium volume are already known which make it possible to study treatments by culture of sludge in an aerated environment consisting of a tank aerator, in which the sludge is purified in an aerated environment, connected by an overflow system to a settling tank.
  • the sludge accumulated in the settling tank is recycled to the aerating tank by means of a withdrawal line.
  • these systems have the disadvantage of requiring maintenance which is all the more frequent as they are of small volume. Indeed, the sludge tends to accumulate in the small section pipes, which constitute the overflow or the recycling circuit of the settled sludge, the resulting blockages causing the interruption of the test to carry out the cleaning of the elements.
  • the reactor is provided with means for introducing gas, in particular an oxygen-containing gas, which act as means for agitating the reactive mass.
  • the gas introduction means are preferably arranged at the bottom of the cylindrical body, in the vicinity of the axis of the elements of revolution.
  • they include a device for adjusting the size of the gas bubbles.
  • the invention also relates to devices for the implementation of several, in particular of two successive reactions each involving a biomass, which comprise several, in particular two, reactors according to the invention, equipped with means of supply in reaction liquid and means for withdrawing the filtered liquid, arranged in a cascade, the means for supplying the reaction liquid to a reactor being connected to the means for sampling the filtered liquid contained in the upper section of the previous reactor.
  • FIG. 3 shows a device according to the invention combining a reactor in an aerated environment and a reactor in non-aerated environment.
  • the reactor of FIG. 1 essentially comprises a cylindrical tubular body 1, a filtration ring 2, a cylindrical internal element 3, a device for diffusing gas bubbles 4 and supply means or effluent to be treated and means for the withdrawal of treated liquid which will be detailed below.
  • the ring 2 with an internal diameter D2 greater than the internal diameter D5 of the lower section 5, is arranged coaxially with the cylindrical body 1.
  • the filtering material is thus set back relative to the lower section 5.
  • this withdrawal is of the '' from 1 to 2 mm.
  • the external contour of the filter ring 2 follows the internal contour of the upper section 6.
  • the filter ring 2 can be made of a filter material suitable for the reaction mixture, in particular the biomass used, the volume of the interstices of the filter material being such that it does not allow the sludge to infiltrate the ring 2. Fibrous materials are preferred, such as the materials sold by the company 3M under the brand Scotch Brite, or synthetic materials expanded in the form of foam.
  • the internal cylindrical element 3 is itself held in place in the body 1 by means of a centering ring 11 made of compressible plastic material, such as polyurethane foam, with dimensions adapted to be adjusted by force between the internal cylindrical element 3 and the internal wall of the upper section 6.
  • a centering ring 11 made of compressible plastic material, such as polyurethane foam, with dimensions adapted to be adjusted by force between the internal cylindrical element 3 and the internal wall of the upper section 6.
  • the cylindrical body 1 is provided with gas introduction means arranged at the bottom of the lower section 5. They consist of a device for diffusing (or diffusing) gas bubbles 4, which may in particular consist of a block of solid porous material, and which is connected to a gas supply pipe 13.
  • the diffuser 4 is arranged in the vicinity of one axis of the tubular body 1 so as to create an ascending current of gas bubbles along this axis.
  • the reactor is then continuously supplied with liquid to be treated via line 14 by means of the pump 15 delivering a flow rate of 15 to 120 ml / l. These flows produce a drip feed which allows the effluent to be quickly mixed with the reactive mass.
  • the introduction of the liquid and the development of the biomass cause the liquid level in the reactor to rise regularly.
  • the reaction medium is contained inside the cylindrical element 3 while part of the liquid is filtered through the filtering ring 2.
  • the internal space of the section upper 6 located around the cylindrical element 3 constitutes a ditch 10 for retaining the filtered treated effluent into which the filtered liquid can penetrate by virtue of the free space 9 between the flange 8 and the internal wall of the upper cylinder 6.
  • the filtered treated liquid flows out of the reactor by overflow.
  • the height of the connection point of the pipe 12 on the upper section of the reactor body can be advantageously chosen to avoid shortened circuits for the circulation of the effluent to be treated, that is to say to avoid that part of The effluent to be treated coming from line 14 does crosses the upper section € -.ur 6 to be directly filtered without entering into reaction with the biomass.
  • This type of reactor can be advantageously used to carry out the purification of aqueous effluents polluted by organic materials, by means of nitrifying sludge.
  • the aqueous effluent to be treated is introduced into the reactor via the supply line 14, reacts with the biomass, and an aqueous phase containing nitrogen is recovered after filtration in the retention ditch of the section 6, in the form of nitrites or nitrates ions.
  • the reactor can operate without maintenance and without clogging the filter for several weeks.

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Abstract

Ce réacteur comprend un corps cylindrique (1) comprenant un tronçon cylindrique inférieur (5) et un tronçon cylindrique supérieur (6) de diamètre supérieur à celui du tronçon inférieur, reliés entre eux par un anneau de raccordement (7), un anneau filtrant (2) disposé dans la partie basse du tronçon supérieur (6) en appui sur l'anneau de raccordement (7), et un élément cylindrique interne (3) possédant à son extrémité inférieure une collerette (8) en appui sur l'anneau filtrant (7) et ménageant un espace libre (9) entre le contour externe de la collerette (8) et la paroi interne du tronçon supérieur (6), tous les éléments de révolution étant disposés de façon coaxiale.

Description

" Réacteur destiné à la mise en oeuyre de réactions chirriiques faisant intervenir une biomasse".
La présente invention concerne un réacteur destiné à la mise en oeuvre de réactions chimiques faisant intervenir une biomasse.
Notamment dans le domaine de l'épuration des eaux, de nombreuses réactions peuvent être effectuées par des organismes vivants qui sont capables de dégrader diverses matières organiques au cours de leurs processus biologiques, par exemple le processus respiratoire.
Ainsi, l'élimination de la pollution organi- que d'effluents aqueux est effectuée en entretenant le développement d'une biomasse' dans des bacs contenant les effluents à traiter pendant une certaine période à l'issue de laquelle la biomasse est séparée par décanta¬ tion de la phase aqueuse liquide. Par "biomasse", on entend une population de microorganismes vivants, tels que microbes, bactéries ou protozoaires. Dans le domaine de l'épuration des eaux, la biomasse active est commu ément désignée par le terme de "boue". Pour mettre en oeuvre un traitement d'épura¬ tion sur un effluent particulier, de nombreux paramètres doivent être étudiés, notamment la compatibilité de la boue traitante avec l'effluent pollué (présence éven¬ tuelle dans l' ffluent de; substances inhibant les propriétés des boues), la concentration utile en boues, la température, éventuellement la quantité utile d'oxy¬ gène dissous. Les essais correspondants doivent être réalisés en grand nombre et donc à une échelle beaucoup plus réduite que l'échelle de la station d'épuration pour des raisons de durée et de coût.
On connaît déjà des systèmes modèles de petit ou moyen volume permettant d'étudier des traitements par culture de boues en milieu aéré constitués d'un bac aérateur, dans lequel les boues réalisent l'épuration en milieu aéré, relié par un système de trop plein à un bac décanteur. Les boues accumulées dans le bac décanteur sont recyclées vers le bac aérateur par 1 ' intermédiaire d'une conduite de soutirage. Toutefois, ces systèmes ont l'inconvénient de nécessiter un entretien d'autant plus fréquent qu'ils sont de petit volume. En effet, les boues ont tendance à s'accumuler dans les conduites de faible section, qui constituent le trop plein ou le circuit de recyclage des boues décantées, les colmatages résultants entraînant l'interruption de l'essai pour effectuer le nettoyage des éléments.
Des réacteurs constitués d'un seul bac aréteur/décanteur existent mais ne permettent que de faire des essais en semi-continu où l'on introduit l'effluent à traiter à concurrence d'une quantité prédé¬ terminée dans le réacteur contenant la boue sous aéra¬ tion, puis l'aération est interrompue pour laisser la boue décanter, après quoi on soutire le liquide traité surnageant. Ces systèmes ne permettent cependant pas d'étudier des phénomènes nécessitant une quantité impor¬ tante d'effluents à traiter, par exemple pour étudier les problèmes dus à une substance polluante organique agissant par effet de seuil. Ainsi, il subsiste encore le besoin d'un réacteur qui permette de simuler exactement la mise en oeuvre d'un processus biologique à grande échelle et d'étudier tous les paramètre opératoires correspondants.
Le but de la présente invention est de répondre à ce besoin.
A cet effet, l'invention a pour objet un réacteur destiné à la mise en oeuvre de réactions chimiques faisant interveni:- une biomasse et un liquide réactionnel, caractérisé en ce qu'il comprend : - un corps cylindrique comprenant un tronçon cylindrique inférieur et un tronçon cylindrique supérieur, de diamètre supérieur à celui du tronçon inférieur, reliés entre eux par un anneau de raccordement,
- un anneau filtrant disposé dans la partie basse du tronçon supérieur en appui sur l'anneau de raccordement, et
- un élément cylindrique interne possédant à son extré¬ mité inférieure une collerette en appui sur l'anneau filtrant et ménageant un espace libre entre le contour externe de la collerette et la paroi interne du tronçon supérieur, tous les éléments de révolution étant disposés de façon coaxiale.
Les moyens de centrage peuvent avantageuse¬ ment comprendre une bague de centrage disposée dans le tronçon supérieur et ajustée à force entre la paroi externe dudit élément cylindrique interne et la paroi interne dudit tronçon supérieur.
L'espace compris à l'intérieur de l'élément interne et du tronçon inférieur est destiné à recevoir la biomasse et du liquide réactionnel. L'espace situé entre l'élément cylindrique interne et le tronçon cylindrique supérieur constitue un fossé de rétention du liquide ayant réagi filtré au travers de l'anneau fil¬ trant. De préférence, le réacteur peut opérer en continu et à cet effet il peut comprendre des moyens d'alimentation en liquide réactionnel et des moyens de prélèvement du liquide filtré contenu dans l'espace situé entre le cylindre supérieur et l'élément interne cylin- drique. Avantageusement, les moyens d'alimentation en liquide réactionnel débouchent au-dessus du niveau de remplissage dans le réacteu::.
De préférence, le réacteur comprend en outre des moyens d'agitation de la masse réactive disposés dans le tronçon cylindrique inférieur. Le réacteur selon l'invention est adapté à la mise en oeuvre de réactions avec une biomasse en milieu non aéré ou aéré.
Dans le premier cas, le réacteur est avanta- geusement muni de moyens d'agitation mécanique de la masse réactive, disposés de préférence au fond du tronçon cylindrique inférieur.
Dans le second cas, le réacteur est muni de moyens d'introduction de gaz, notamment d'un gaz conte- nant de l'oxygène, qui jouent le rôle de moyens d'agita¬ tion de la masse réactive. Les moyens d'introduction de gaz sont de préférence disposés au fond du corps cylin¬ drique, au voisinage de l'axe des éléments de révolution. Avantageusement, ils comprennent un dispositif de réglage de la taille des bulles de gaz.
Il est tout particulièrement avantageux que lesdits moyens d'introduction de gaz soient adaptés pour créer un courant ascendant de bulles de gaz localisé au voisinage de l'axe des éléments de révolution. Dans un mode de réalisation très avantageux, notamment dans le cas de réacteurs aérés, les dimensions de l'anneau filtrant sont telles qu'il s'ajuste extérieu¬ rement au cylindre du tronçon supérieur et son contour interne est en retrait par rapport au tronçon inférieur, et la partie cylindrique de l'élément cylindrique interne est en retrait par rapport au contour interne de l'anneau filtrant.
L'invention concerne également des disposi¬ tifs pour la mise en oeuvre de plusieurs, notamment de deux réactions successives faisant intervenir chacune une biomasse, qui comprennent plusieurs, notamment deux, réacteurs selon l'invention, équipés de moyens d'alimen¬ tation en liquide réactionnel et de moyens de prélèvement du liquide filtré, agencés en cascade, les moyens d'alimentation en liquide réactionnel d'un réacteur étant reliés aux moyens de prélèvement du liquide filtré contenu dans le tronçon supérieur du réacteur précédent.
On peut ainsi associer des réacteurs fonc¬ tionnant chacun en milieu aéré, ou chacun en milieu non aéré, ou bien dont au moins l'un fonctionne en milieu aéré et au moins un fonctionne en milieu non aéré.
La présente invention va maintenant être dé¬ crite en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un réacteur selon l'invention destiné à la mise en oeuvre d'une réaction en milieu aéré,
- la figure 2 représente la partie intermé¬ diaire du même réacteur en coupe longitudinale à une échelle agrandie et représente schématiquement les lignes de courant du liquide dans ce réacteur,
- la figure 3 représente un dispositif selon l'invention associant un réacteur en milieu aéré et un réacteur en milieu non aéré.
Le réacteur de la figure 1 comprend essen- tiellement un corps tubulaire cylindrique 1, un anneau de filtration 2, un élément interne cylindrique 3, un dispositif de diffusion de bulles de gaz 4 et des moyens d'alimentation ou effluent à traiter et des moyens de prélèvement de liquide traité qui seront détaillés ci- après.
Le corps tubulaire 1 comprend un tronçon inférieur cylindrique 5 à fond conique et un tronçon supérieur cylindrique 6, coaxial avec le tronçon supé¬ rieur et de diamètre intérieur D6 supérieur au diamètre intérieur D5 du tronçon inférieur 5. Le tronçon supérieur 6 est ouvert à son extrémité supérieure.
Les cylindres constituant les tronçons infé¬ rieur 5 et supérieur 6 sont raccordés transversalement par un anneau plan 7. L'anneau plan de raccordement 7 peut être remplacé par tout autre élément de forme annu- laire appropriée, par exemple un convergent conique.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l'anneau de raccordement 7 joue le rôle de fond plat percé d'un orifice axial mettant en communication les espaces internes du tronçon supérieur 6 et du tronçon inférieur 5.
L'anneau de filtration 2 est disposé sur le fond plat du tronçon supérieur cylindrique 6 constitué par 1 'anneau de raccordeπuînt 7, de façon à ne pas déborder sur l'orifice correspondant au tronçon cylindri¬ que inférieur 5. Le diamètre interne de l'anneau 2 est au moins égal au diamètre intérieur D5 de l'élément cylindrique 5.
L'anneau 2, de diamètre interne D2 supérieur au diamètre intérieur D5 du tronçon inférieur 5, est disposé coaxialement avec Le corps cylindrique 1. Le matériau filtrant est ainsi disposé en retrait par rapport au tronçon inférieur 5. Avantageusement, ce retrait est de l'ordre de 1 à 2 mm. Le contour externe de l'anneau filtrant 2 épouse le contour interne du tronçon supérieur 6.
L'anneau de filtration 2 peut être réalisé en un matériau filtrant adapté au mélange réactionnel, en particulier à la biomasse utilisée, le volume des interstices du matériau filtrant étant tel qu'il ne permet pas aux boues de s'infiltrer dans l'anneau 2. On préfère les matériaux fibreux, tels que les matériaux commercialisés par la société 3M sous la marque Scotch Brite, ou les matériaux synthétiques expansés sous forme de mousse.
L'élément cylindrique 3 est disposé à l'inté¬ rieur du tronçon supérieur 6 et possède un diamètre interne D3 inférieur au diamètre interne D6 de ce tronçon supérieur 6. Il possède à son extrémité inférieure une collerette 8 qui vient se mettre en appui sur l'anneau filtrant 2 qui est ainsi maintenu en place.
L'élément cylindrique interne 3 a un diamètre intérieur D3 supérieur au diamètre D2 et est également disposé coaxialement avec le corps cylindrique 1 de façon à être lui-même en retrait par rapport au matériau filtrant. Avantageusement, ce retrait est de l'ordre de 2 à 4 mm. La collerette 8 en appui sur l'anneau filtrant 2 est de forme annulaire et son diamètre externe D8 est inférieur au diamètre intérieur D6 du tronçon supérieur. L'élément interne cylindrique 3 ménage ainsi un espace libre 9 au-dessus du matériau filtrant au voisinage à la fois de la périphérie interne et de la périphérie externe de l'anneau de filtration 2.
L'élément cylindrique interne 3 est lui-même maintenu en place dans le corps 1 au moyen d'une bague dé centrage 11 en matière plastique compressible, telle qu'une mousse de polyuréthane, aux dimensions adaptées pour être ajustée à force entre l'élément cylindrique interne 3 et la paroi interne du tronçon supérieur 6. L'espace situé entre la partie cylindrique de
1'élément interne 3 et la paroi interne du tronçon cylindrique supérieur 6 constitue un fossé de rétention 10 qui communique avec la partie interne du réacteur par l'intermédiaire de l'espace libre 9 et des espaces intersticiels du matériau filtrant de l'anneau 2.
Une conduite 12 de prélèvement de liquide est raccordée en un point intermédiaire du tronçon supérieur 6. D'autres moyens de prélèvement peuvent toutefois être envisagés par exemple une conduite de prélèvement plon- géant dans ce fossé de rétention situé dans l'espace interne du tronçon 6 autour de l'élément cylindrique interne 3.
Le corps tubulaire 1, l'élément interne 3 et la conduite peuvent être faits en tout matériau adapté à la fabrication de réacteurs chimiques, de préférence en verre pour permettre à un opérateur de contrôler visuellement l'évolution de la réaction.
Le corps cylindrique 1 est muni de moyens d'introduction de gaz disposés au fond du tronçon infé- rieur 5. Ils consistent en un dispositif de diffusion (ou diffuseur) de bulles de gaz 4, qui peut être constitué notamment d'un bloc de matériau poreux solide, et qui est relié à une conduite d'amenée de gaz 13. Le diffuseur 4 est disposé au voisinage de 1 ' axe du corps tubulaire 1 de façon à créer un courant ascendant de bulles de gaz le long de cet axe.
Des moyens d'alimentation en liquide réac¬ tionnel annexés au réacteur comprennent une conduite d'alimentation en liquide 14 débouchant à l'intérieur de l'élément cylindrique interne 3, alimentée via une pompe péristaltique 15 en liquide réactionnel contenu dans une réserve 16.
Le fonctionnement du réacteur sera décrit ci- après dans le cas de la mise en oeuvre d'un procédé d'épuration d'effluents aqueux pollués par des matières organiques.
Une quantité prédéterminée de biomasse (boue) est placée dans le tronçon inférieur 5 du corps du réacteur 1 avec une certaine quantité d'effluents aqueux à traiter. On injecte de l'air par l'intermédiaire du diffuseur 4, ce qui provoque une dispersion des boues dans le milieu liquide et fait monter le niveau de liquide dans le réacteur. Le débit d'air injecté est ajusté en fonction des conditions opératoires désirées, notamment de la concentration en oxygène dissous à laquelle les boues sont les plus efficaces. A cet égard, le réacteur peut également comprendre une sonde de mesure de la quantité d'oxygène dis. ous. Le débit doit cependant être suffisant pour mettre les boues en suspension dans le réacteur. La biomasse commence alors à consommer et dégrader les matières organiques contenues dans l'ef¬ fluent aqueux. La dégradation des matières organiques peut se faire selon un processus respiratoire, en dégageant du dioxyde de carbone, ou au profit du dévelop¬ pement des microorganismes. On peut estimer que chaque type de processus consomme environ la moitié de la matière organique contenue dans l'effluent.
Le réacteur est ensuite alimenté en continu en liquide à traiter par la conduite 14 par l'intermé¬ diaire de la pompe 15 délivrant un débit de 15 à 120 ml/1. Ces débits produisent une alimentation au goutte à goutte qui permet à l'effluent d'être rapidement mélangé à la masse réactive. L'introduction du liquide et le développement de la biomasse entraînent une élévation régulière du niveau de liquide dans le réacteur. Lorsque le niveau de liquide dépasse le tronçon inférieur 5, le milieu réactionnel est contenu à l'intérieur de l'élément cylindrique 3 alors qu'une partie du liquide est filtré au travers de l'anneau filtrant 2. L'espace interne du tronçon supérieur 6 situé autour de l'élément cylindrique 3 constitue un fossé 10 de rétention de l'effluent traité filtré dans lequel le liquide filtré peut pénétrer grâce à l'espace libre 9 entre la collerette 8 et la paroi interne du cylindre supérieur 6.
Lorsque le niveau de liquide dans le réacteur atteint le niveau de la conduite de prélèvement de liquide 12, le liquide traité filtré s'écoule hors du réacteur par trop-plein. La hauteur du point de raccord de la conduite 12 sur le tronçon supérieur du corps du réacteur peut être choisie avantageusement pour éviter les circuits raccourcis de circulation de l'effluent à traiter, c'est-à-dire pour éviter qu'une partie de 1'effluent à traiter provenant de la conduite 14 ne traverse le tronçon supéri€-.ur 6 pour être directement filtrée sans entrer en réaction avec la biomasse.
Il est préférable que la conduite 14 d'ali¬ mentation en effluent à traiter débouche dans le réacteur au-dessus du niveau du trop-plein.
La configuration du réacteur est telle que la filtration se fait sans aucun problème de colmatage dû à l'accumulation de boues sur le filtre. Il semblerait que la filtration au travers de 1 'anneau soit de type tangentiel, c'est-à-dire que le courant de liquide à filtrer est parallèle à la surface du filtre, et perpen¬ diculaire au sens de filtration.
La figure 2 indique sommairement quelles sont les lignes de courant de liquide supposées dans le réacteur.
Les bulles d'air qui s'élèvent vers la surfa¬ ce entraîneraient avec elles une partie du liquide en créant un courant ascendant de liquide localisé au centre du réacteur. Au niveau de la surface du liquide, les bulles d'air se dispersent et s'échappent dans l'espace libre à travers toute la surface du liquide. Ce faisant, le liquide serait entraîné vers la périphérie du réac¬ teur, et sous l'effet du courant ascendant central créé par les bulles d'air formerait un courant descendant périphérique, qui passe tangentiellement à la surface accessible du matériau filtrant.
Les problèmes de colmatage du filtre appa¬ raissent lorsque la filtration se fait de façon frontale. Le liquide à filtrer circulant dans le sens de filtra- tion, le passage du liquide à travers le filtre crée une force qui pousse les particules solides dans le filtre, qui s'y accumulent rapidement.
Avec le réacteur de l'invention, on éviterait que des courants transversaux soient créés au niveau du matériau filtrant, qui pourraient entraîner à l'intérieur de ce dernier ou accumuler sur sa surface accessible des particules de boues en suspension. Le réacteur peut ainsi fonctionner en continu pendant plusieurs semaines sans observer de colmatage de l'anneau filtrant. Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 où la collerette 8 est en retrait par rapport à l'anneau 2, lui-même en retrait par rapport au bord du raccord 7, est très avantageux en ce qui concerne l'éli¬ mination du problème de colmatage. Cette configuration permet une sorte de "nettoyage" en continu de la surface accessible du filtre avec une très grande efficacité.
Ce type de réacteur peut être utilisé avanta¬ geusement pour effectuer l'épuration d'effluents aqueux pollués par des matières organiques, au moyen de boues nitrifiantes.
La réaction chimique de nitrification consiste à transformer l'azote présent dans les effluents sous forme d'ions ammonium NH4 * en nitrites N02 " ou nitra¬ tes N03 ". Des microorganismeε; sont couramment employés en station d'épuration pour effectuer cette réaction qu'ils sont capables de réaliser en présence d'oxygène.
L'effluent aqueux à traiter est introduit dans le réacteur via la conduite d'alimentation 14, réagit avec la biomasse, et l'on récupère après filtra- tion dans le fossé de rétention du tronçon 6 une phase aqueuse contenant de 1 ' azote, sous forme d' ions nitrites ou nitrates.
La figure 3 représente un dispositif asso¬ ciant un réacteur aéré tel que décrit précédemment et un réacteur non aéré, similaire au premier mais comprenant, à la place du dispositif d'introduction de gaz, un dispositif d'agitation mécanique de la masse réactive, par exemple un barreau aimanté 17 commandé par un agitateur magnétique 18. Tous les éléments du second réacteur portant une référence déjà citée pour le premier réacteur, à laquelle on a accolé la lettre b, sont identiques aux éléments du premier réacteur portant ladite référence. Ce réacteur fonctionne de manière similaire au premier à ceci près que l'agitation de la masse réactive est réalisée mécaniquement ; cette agitation est en général ajustée de façon à réaliser une mise en suspension sensiblement homogène sur toute la hauteur du réacteur, tout en évitant le cisaillement des particules de boues et la formation de courant susceptibles de causer le colmatage de l'anneau filtrant. Le dispositif de la figure 3 peut être utilisé pour réaliser l'épura¬ tion d'effluents aqueux en deux étapes : une étape de nitrification en milieu aéré puis une étape de dénitrifi- cation en milieu non aéré.
La réaction de dénitrification consiste à réduire les espèces nitrites et nitrates contenues dans un effluent traité par nitrification, en azote gazeux par des microorganismes. Les mêmes microorganismes que ceux réalisant la nitrification en milieu aéré peuvent effec¬ tuer cette réaction. Il s'agit pour eux de "respirer" l'oxygène contenu dans les ions N02 " et N03 " en milieu anaérobie ou anoxique. Pour cela, ils ont besoin d'une source de carbone, classiquement le méthanol. A l'issue de ce processus en deux étapes, on élimine totalement l'azote ammoniacal contenu dans les effluents aqueux.
L'effluent traité dans le premier réacteur de nitrification, contenu dans le fossé de rétention de ce réacteur, alimente en continu le second réacteur via le trop-plein 12, qui se prolonge en une conduite d'alimen¬ tation en liquide 14b.
Une conduite d'alimentation en liquide 19 débouchant dans l'élément cylindrique interne 3b du second réacteur introduit en continu une source de carbone contenue dans une réserve 20, telle que le méthanol, dans le milieu réactionnel.
Le filtrat récupéré dans le fossé de réten¬ tion du tronçon supérieur 6b, ne contenant quasiment plus d'azote peut être récupéré en sortie du dispositif par le trop-plein 12b.
La présente invention va maintenant être il¬ lustrée par les exemples suivants : EXEMPLE 1 Un réacteur aéré du type représenté sur la figure 1 d'un volume utile de 1 litre est utilisé pour réaliser l'épuration d'eaux résiduaires urbaines au moyen de boues nitrifiantes utilisées dans la station traitant habituellement ces eaux résiduaires. Les boues se présen¬ tent sous forme d'agrégats floconneux de 1 à 2 mm de taille moyenne.
L'anneau filtrant 2 est constitué par la superposition de deux matériaux fibreux commercialisés par la société 3M sous la marque SCOTCH BRITE, de qualité standard et d'une épaisseur chacun de 5 mm. Ce matériau présente des espaces intersti- ciels suffisamment petits pour ne pas permettre la pénétration des agrégats de 1 à 2 mm dans l'anneau filtrant. Seules les particules de boues libres de taille inférieure à 100 μm ne sont pas retenues par le filtre et passent avec le filtrat dans le fossé de rétention. Cela est tout à fait acceptable dans la mesure où ces mêmes particules restent en suspension dans le liquide de décantation dans une station d'épuration. De ce point de vue, les conditions de l'épuration dans le réacteur sont représentatives des conditions réelles en station.
L'anneau de filtration 2 est disposé en retrait d'environ 1 à 2 mm par rapport au fond plat 7 du tronçon supérieur 6. L'élément cylindrique interne 3 est disposé lui-même en retrait de 2 à 4 mm par rapport au bord interne de l'anneau 2 en matériau fibreux. La concentration en matière organique dans 1'effluent aqueux à traiter, exprimée par la demande chi¬ mique en oxygène (DCO) de l'effluent, est d'environ 350 mg d'oxygène par litre. La concentration moyenne des boues dans le réacteur est de 2 à 3 g de matière solide par litre. La concentration de boues varie dans le temps, en fonction du développement des microorganismes. On prélève donc régulièrement une certaine quantité de boue pour mainte- nir une concentration moyenne et/ou un âge moyen des boues (temps de séjour dans le réacteur) à peu près constants.
Dans les conditions de fonctionnement de l'exemple, l'âge moyen des boues, qui correspond au rapport de la quantité de boue totale à la quantité de boue éliminée par jour (de l'ordre de 1 à 5 % par jour), est de 20 jours.
Le débit d'alimentation journalier en effluent aqueux à traiter est de 2,5 litres par jour. Le temps de séjour hydraulique de l'effluent dans le réac¬ teur, qui correspond au rapport du volume utile du réacteur au débit d'alimentation en effluent, est donc d'environ 10 h.
Dans ces conditions, le réacteur peut fonc- tionner sans entretien et sans colmatage du filtre pendant plusieurs semaines.
On parvient ainsi à une épuration de haute qualité. Le rendement d'élimination de la demande chimique en oxygène est de 95 % et le rendement d'élimi- nation de l'azote ammoniacal est de 98 %.
Ces performances sont très proches de celles de la station d'épuration modélisée. EXEMPLE 2
Dans le même réacteur que celui de l'exemple 1, on réalise l'épuration d'effluents aqueux d'origine industrielle provenant d'une installation de fabrication organique et de fermentation.
La demande chimique en oxygène de ces ef- fluents est de 2 000 mg/1 et le rapport de la demande biologique en oxygène à la demande chimique en oxygène est d'environ 0,4. Les boues utilisées proviennent d'une station d'épuration traitant habituellement ces effluents et sont utilisées à une concentration moyenne dans le réacteur de 6 à 8 g de matière solide par litre.
L'âge moyen des boues au cours de cet essai est de 20 jours et le temps de séjour hydraulique des effluents est de 17 heures.
Dans ces conditions, le réacteur fonctionne pendant plusieurs semaines sans entretien et sans observer de colmatage du filtre.
Les réacteurs selon 1 ' invention trouvent une application particulièrement utile dans la simulation de traitement d'épuration.
Leur taille peut varier en fonction des phénomènes que l'on désire étudier.
Il convient d'utiliser des réacteurs de volume utile relativement important, par exemple de l'ordre de 1 à 10 litres, lorsque le débit d'alimenta¬ tion (en terme de charge en matière organique) est plutôt faible ou lorsque les volumes d'échantillons de boues prélevés pour les analyses sont importants.
Des réacteurs de volume utile aussi petit que
300 ml peuvent être utilisés pour observer la plupart des phénomènes usuels et étudier les paramètres correspon- dants. Leur faible coût de revient et coût de maintenance (entretien quasi nul pendant des semaines) leur permet d'être utilisés en batterie pour réaliser de nombreux essais en simultané.
En dehors du domaine de l'épuration, le spécialiste saura reconnaître les différents domaines auxquels peut s'appliquer le réacteur selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réacteur destiné à la mise en oeuvre de réactions chimiques faisant intervenir une biomasse et un liquide réactionnel, caractérisé en ce qu'il comprend: - un corps cylindrique ( 1 ) comprenant un tronçon cylin¬ drique inférieur (5) et un tronçon cylindrique supérieur (6) de diamètre supérieur à celui du tronçon inférieur, reliés entre eux par un anneau de raccordement (7),
- un anneau filtrant (2) disposé dans la partie basse du tronçon supérieur ( 6 ) en appui sur l'anneau de raccorde¬ ment (7 ) , et
- un élément cylindrique interne (3) possédant à son extrémité inférieure une collerette (8) en appui sur l'anneau filtrant (7) et ménageant un espace libre (9) entre le contour externe de la collerette (8) et la paroi interne du tronçon supérieur (6), tous les éléments de révolution étant disposés de façon coaxiale.
2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de centrage de l'élément cylindrique interne (3) comprenant une bague de centrage (11) disposée dans le tronçon supérieur (6) et ajustée à force entre la paroi externe de l'élément cylindrique interne ( 3 ) et la paroi interne dudit tronçon supérieur ( 6) .
3. Réacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (14,15,16) d'alimentation en liquide réactionnel et des moyens de prélèvement ( 12 ) du liquide filtré contenu dans l'espace situé entre le cylindre supérieur (6) et l'élément interne cylindrique (3).
4. Réacteur selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'agitation disposés dans le tronçon inférieur ( 5 ) .
5. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'agitation comprennent des moyens d'introduction de gaz (4,13).
6. Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'introduction de gaz sont adaptés pour créer un courant ascendant de bulles de gaz localisé au voisinage de l'axe des éléments de révolution.
7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les dimen- sions de l'anneau filtrant sont telles qu'il s'ajuste extérieurement sur la paroi interne du tronçon supérieur (6) et ue son contour interne soit en retrait par rapport au tronçon inférieur (5), et en ce que la partie cylindrique de l'élément cylindrique interne (3) est en retrait par rapport au contour interne de l'anneau filtrant (2) .
8. Dispositif pour la mise en oeuvre de deux réactions consécutives faisant intervenir chacune une biomasse, caractérisé en ce qu'il comprend deux réacteurs selon la revendication 3 et l'une quelconque des revendi¬ cations 4 à 7, les moyens d'alimentation en liquide réac¬ tionnel du second réacteur (14b) étant reliés aux moyens de prélèvement (12) du liquide filtré contenu dans le tronçon supérieur du premier réacteur.
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