WO2018145891A1 - Installation de traitement biologique à réacteur séquentiel discontinu intégrant des plantes épuratrices et des supports mobiles de biomasse et procédé de mise en oeuvre - Google Patents

Installation de traitement biologique à réacteur séquentiel discontinu intégrant des plantes épuratrices et des supports mobiles de biomasse et procédé de mise en oeuvre Download PDF

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compartment
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Abdelkader Gaid
Malik Djafer
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Veolia Water Solutions & Technologies Support
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Definitions

  • the invention relates to the field of water treatment, including wastewater for purification.
  • the invention relates to the field of water treatment in a sequential batch reactor also known in the state of the art by the English term “sequencing batch reactor” (SBR).
  • SBR sequencing batch reactor
  • SBR sequential batch reactors
  • An SBR is typically implemented in four distinct steps: (1) reactor filling, (2) biological reaction, (3) settling and (4) emptying.
  • the tank receives raw water that has generally undergone only pretreatment, for example desanding, deoiling and degreasing. During this operation, the water can be brewed and / or aerated.
  • the bacterial biomass consumes, through biochemical reactions, the biodegradable organic carbon and the organic and inorganic nitrogen (ammonia and nitrates) contained in the water.
  • the supply of oxygen in the reactor promotes the biochemical oxidation reactions and the bacterial development that results.
  • Intermittent cycles of aeration and nonaeration allow either the oxidation of ammonia (aerated phase) or the reduction of nitrates (non-aerated phase).
  • the third step is the settling phase in which activated sludge settles at the bottom of the pond without any mechanical action.
  • the reactor is emptied of the treated water without most of the suspended solids that it contained following the decantation stage.
  • the SBR is not supplied with raw water to be treated.
  • the SBR process therefore has a limited load capacity. Therefore, the raw water to be treated must be stored in a buffer basin located upstream of the SBR but very often this buffer tank is not sufficient to store all the flow of incoming water to be treated and therefore a second line of SBR must be installed. This second line then operates alternately with respect to the first line and thus allows to process continuously all the gross influent that arrives on the station.
  • the disadvantages of the prior art include the following.
  • NNL global nitrogen
  • An object of the present invention is to provide a water treatment plant in a batch sequential reactor not having at least some of the disadvantages of the state of the art mentioned above.
  • an object of the invention is to describe such a water treatment plant incorporating a batch sequential reactor having a reduced footprint compared to prior art installations with equal performance and processing capacity.
  • Another objective of the invention is to provide a water treatment facility to overcome the implementation of a secondary clarifier to clarify the treated water that is extracted.
  • Yet another object of the present invention is to disclose a water treatment method implementing such an installation to reduce the content of organic and inorganic pollutants.
  • Another objective of the invention is to propose such a process that does not include a secondary clarification step for the treated water.
  • Another objective of the present invention is to propose such a method which makes it possible to optimize the depollution of water.
  • SBR batch sequential reactor
  • the said batch sequential reactor accommodates purification plants provided with at least one root system. portion immersed in said reactor and movable hollow supports of hard plastic on which a biomass develops.
  • a biofilm is formed both on the at least partially immersed roots of the purifying plants and on the hollow mobile supports.
  • the amount of free biomass is greatly reduced.
  • the water obtained after the decantation phase is therefore little loaded with particulate matter.
  • the plant according to the present invention does not need to include a secondary clarifier to treat the water withdrawn from the reactor after the settling phase.
  • the plant according to the invention therefore preferably does not comprise a secondary clarifier downstream of the batch sequential reactor for the treatment of water extracted from the reactor at the end of the settling phase.
  • the installation according to the invention may therefore have a reduced footprint compared to prior art facilities equivalent capacity and quality of treatment. It is also less expensive.
  • the roots of purifying plants of the batch sequential reactor are at least partly immersed.
  • their participation in the biological treatment of water is optimized.
  • those skilled in the art would not have been inclined to provide mobile supports under such roots, for fear of damaging them and thus to harm this participation.
  • the batch sequential reactor may be equipped with at least one gate for isolating said movable supports said roots at least partly immersed.
  • said movable supports are isolated from said roots at least partly immersed by a slice of quiet water.
  • a quiet water blade is provided between the lower end of at least partially immersed roots of the purifying plants and the mobile hollow supports, so that even when those they are brought into motion, this movement does not put them in contact with the roots of the purifying plants.
  • the purifying plants used according to the invention may be chosen from those known to those skilled in the art and used in the context of the treatment of water.
  • the species are chosen and adapted according to the geographical zones characterized by the conditions necessary for their development such as for example the humidity rate, the temperature. They may be constituted, within a single reactor, by a mixture of purifying plants of different species.
  • a greenhouse will be advantageously provided above the reactor to protect them, especially low temperatures and temperature variations.
  • mobile hollow support means supports in the form of independent elements, a part of the surface is protected from shocks and friction. Such shocks or friction may occur when the contents of the reactor are agitated during the filling phase or the biological treatment phase. Such elements are available on the market, in particular from AnoxKaldnes ® .
  • the density of the material constituting these mobile hollow supports is such that when they receive a biofilm, they do not float but rather sink to the bottom of the reactor. In practice this density will be close to that of water.
  • the installation according to the invention comprises means for distributing ballast in said batch sequential reactor.
  • This ballast may be constituted by any material conventionally used in this context, such as for example microsand. Decanted sludge extracted from the reactor can be treated to allow the recycling of this ballast.
  • said batch sequential reactor has a first compartment accommodating purifying plants communicating with a second compartment accommodating purifying plants, mobile hollow supports being provided at least in said second compartment.
  • said first compartment of said batch sequential reactor also accommodates mobile biomass plastic supports.
  • said batch sequential reactor comprises means for rerouting the water contained in said second compartment to said first compartment.
  • the present invention also relates to a method for treating water in a batch sequential reactor, said method comprising the steps of filling said reactor with water to be treated, biological treatment of said water present in said reactor, decantation of biologically treated water in said reactor. said reactor, and discharging treated water from said reactor, wherein said biological treatment step is carried out in part by a biomass developing on at least partially immersed roots of purifying plants present in said reactor, and partly by a biomass developing on mobile hollow supports present in said reactor.
  • Such a process may be implemented in a reactor according to the invention having only one compartment. It will then allow the treatment of carbon pollution (DB05, COD) and, if necessary, denitrification by alternating the aerated and unaerated phases during the biological treatment phase.
  • DB05, COD carbon pollution
  • said batch sequential reactor has a first compartment communicating with a second compartment and said biological treatment step is carried out partly by means of a biomass developing on at least partly immersed roots of purification plants present in said first compartment. compartment and in said second compartment, and partly thanks to a biomass developing on mobile hollow supports present in at least said second compartment, said reactor including a step of rerouting water contained in the second compartment to said first compartment.
  • said biological treatment comprises:
  • said first compartment of said batch sequential reactor does not contain mobile hollow supports.
  • said first compartment of said batch sequential reactor contains mobile hollow supports.
  • the size of the first compartment may be smaller, with performance and capacity and level of treatment equal to that of an installation in which the first compartment does not contain movable hollow supports.
  • the mobile hollow supports are kept at a distance from the at least partially submerged roots of the said purification plants.
  • said mobile supports are maintained in controlled fluidization, leaving a quiet water slice without mobile supports in which said roots extend at least partially immersed in said purifying plants.
  • a slice of quiet water may preferably have a thickness ranging from 0.5 m to 2 m approximately.
  • said movable supports are kept at a distance from roots at least partly immersed from the purifying plants by means of a grid.
  • the method further comprises a step of injecting a ballast into said batch sequential reactor so as to ballast the unfixed particulate matter on the supports and accelerate its decantation.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a first embodiment of an installation according to the present invention in which the SBR reactor has only one compartment;
  • FIG. 2 represents an example of mobile supports that can be used in the context of the present invention
  • FIG. 3 represents a schematic view of a second embodiment of the invention in which the SBR reactor has only one compartment;
  • FIG. 4 represents a schematic view of a third embodiment of the invention in which the SBR reactor has two compartments.
  • the plant according to the invention comprises a reactor 1 of discontinuous sequential reactor (SBR) type surmounted by a greenhouse 6.
  • SBR discontinuous sequential reactor
  • This reactor 1 comprises both purifying plants 2 and mobile hollow supports 4.
  • the purifying plants are placed in a medium that allows them to be maintained and the development of their roots to reach the liquid medium.
  • these purifying plants 2 may be constituted by all those known to those skilled in the art conventionally used in the context of water treatment. According to an essential characteristic of the invention, these purifying plants 3 have roots at least partially immersed in the water to be treated. These plants are protected from low temperatures and sudden temperature variations by the greenhouse 6.
  • the purifying plants 2 cover the entire surface of the waters present in the reactor 1 with the exception of a part thereof occupied by a device allowing the evacuation of water after the settling phase.
  • This device consists of a floating weir 7 connected to an evacuation pipe 8 of the treated water.
  • the mobile hollow supports 4 used in the context of the present embodiment are supports conventionally used for commercially available "Mobile Bed Bioreactors" (MBBR). A support of this type is shown in FIG. 2. These mobile hollow supports are made of hard plastic and have a density between 0.9 and 1.2. They have a void fraction and a high specific surface area. It will be noted that in other embodiments, other types of supports than that represented in FIG. 2 may be implemented, in particular supports K1, K3, K5 BiofilmChip TM M, BiofilmChip TM P or F3 by ANOXKALDNES. .
  • the reactor 1 is also provided with stirring means 10 including paddle stirrers and / or aeration means 11 including a ventilation ramp.
  • stirring means 10 including paddle stirrers and / or aeration means 11 including a ventilation ramp.
  • the height of the reactor 1 is designed so as to provide a quiet water slice H in which the mobile supports 4 are not made to penetrate when the stirring means 10 are actuated in order to fluidize the bed of moving supports. hollow 4. This height H avoids any interaction that could damage these roots 3 between these supports 4 and the roots 3 of the purifying plants 2 during this fluidization.
  • Means for emptying the reactor 1 following the decantation stage are provided. These means include a pipe 9 sludge evacuation.
  • a sieve (not shown) may be provided to prevent the supports 4 from being entrained with the water extracted from the reactor.
  • Such an installation is intended to be implemented according to a batch sequential treatment process of said water comprising the steps of filling said reactor with water to be treated, biological treatment of said water present in said reactor, decantation of biologically treated water in said reactor, and discharging treated water from said reactor.
  • the biological treatment step is carried out in part by means of a biofilm developing on the roots at least partly immersed 3 of the purifying plants 2, and partly thanks to a biofilm developing on the mobile hollow supports 4 .
  • the biologically treated water discharged by the floating spillway 7 and the pipe 8 contain only very few solids so that no further clarification of these waters is necessary.
  • FIG. 3 another embodiment of an installation according to the invention is shown.
  • This installation differs from that described in Figure 1 only by the characteristic that a grid 5 is provided to isolate the mobile supports 4 roots 3 at least partly immersed plants purifier 2.
  • This grid has a mesh that holds the supports 4 in the lower part of reactor 1 while allowing the water to pass.
  • FIGS. 1 and 3 can be implemented to reduce the carbon pollution, and where appropriate the ammoniacal nitrogen and the water phosphorus by alternating aerobic conditions, anaerobic anoxies during the biological treatment step, in practice. distributing or not air through the ramp 11.
  • FIG. 4 a third embodiment of an installation according to the invention is shown.
  • said batch sequential reactor comprises two compartments 1a, 1b communicating with each other via a pipe 13.
  • the second compartment 1b corresponds to a reactor 1 as described with reference to FIGS. 1 and 3.
  • the first compartment comprises for its purifying plants 2 but does not include aeration means.
  • Means for recycling water from the second compartment to the first compartment are also provided. These means including a recycling pipe 12.
  • the purifying plants 2 used are essentially the same in the first and second compartments.
  • Sieves may be provided to prevent carriers 4 from being entrained with the water extracted from the first and second compartments.
  • the reduction of a part of the carbon pollution, the denitrification, and if necessary the dephosphatation of the waters is carried out in the first compartment by placing it alternatively under anoxic conditions or under anaerobic conditions. the biomass it contains.
  • the stirring means 10 of the first compartment 1b can then be implemented so as to fluidise the mobile supports in a controlled manner so that they do not penetrate into the quiet water section and thus do not damage the roots 3 of the plants 2.
  • Nitrification and abatement in carbon pollution of water are carried out in the second compartment by placing the biomass under aerobic conditions.
  • a recycling of water from the second compartment to the first compartment lb is provided via the pipe 12.
  • the inventors have been able to observe that under anoxic or anaerobic conditions, the oxygen differential rejected by the plants does not disturb the kinetics of denitrification or dephosphatation, these kinetics being low compared to the biochemical limits tolerated by the bacteria of denitrification and dephosphatation. Under aerobic conditions, oxygen released by plants enhances biofilm development conditions because oxygen diffuses directly into the biofilm and becomes more easily accessible to bacteria.
  • These tests consist in verifying the biological activity of the heterotrophic bacteria of the biofilm immersed in raw water, the biological activity being measured by the consumption of oxygen in the reaction medium.
  • the collected roots are immersed in a 2-liter beaker filled with raw water.
  • a dissolved oxygen probe is introduced into the beaker and aeration means and stirring means are used to agitate and aerate the contents thereof.
  • the oxygen decay, which reveals bacterial activity, is thus measured.
  • the atmosphere in the greenhouse has also been studied. Since the greenhouse is only aerated during the day when climatic conditions (temperature and wind) permit, the atmosphere may contain compounds such as ammonia (NH 3 ), hydrogen sulphide (H 2 S) or various mercaptans (sulfur compounds). Measuring sensors for NH 3 , H 2 S and mercaptans installed in the greenhouse indicated very low concentrations of these different compounds. An air sample was then taken for analysis subcontracted to a specialized laboratory. The parameters analyzed in this sample are NH 3 , H 2 S, mercaptans. A gas analyzer was installed to track oxygen and carbon dioxide concentrations for 39 hours, with no greenhouse during this period. As regards the analysis of odoriferous compounds, none of the measured compounds did not reach a concentration above the quantification thresholds.
  • NH 3 ammonia
  • H 2 S hydrogen sulphide
  • mercaptans sulfur compounds
  • Biomass at least partly immersed in aerated, anoxic and anaerobic zones are similar, in terms of bacterial species composition, to those found on the conventional Mobile Bed Bio Reactors (MBBR) media.
  • MBBR Mobile Bed Bio Reactors

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Abstract

Installation pour le traitement biologique d'eaux comprenant un réacteur séquentiel discontinu (SBR) caractérisée en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu (1) accueille des plantes épuratrices (2) pourvues de racines au moins en partie immergées (3) et des supports creux mobiles (4) en matière plastique dure sur laquelle une biomasse se développe.

Description

Installation de traitement biologique à réacteur séquentiel discontinu intégrant des plantes épuratrices et des supports mobiles de biomasse et procédé de mise en œuvre.
Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine du traitement des eaux, notamment des eaux usées en vue de leur épuration.
Plus précisément, l'invention concerne le domaine du traitement des eaux dans un réacteur séquentiel discontinu également connu dans l'état de la technique par les termes anglais « sequencing batch reactor » (SBR).
Art antérieur
De tels réacteurs séquentiels discontinus (SBR) ont été utilisés pour le traitement des eaux usées depuis le début du XXème siècle. Ce type de réacteur est largement utilisé dans le monde pour traiter à la fois les eaux usées municipales et industrielles. Lorsque l'on dispose d'un espace limité, un SBR procure en effet l'opportunité de traiter les eaux usées dans un unique bassin de réaction dans lequel se déroulent toutes les réactions biochimiques attendues, en remplacement de multiples bassins qui assureraient le même fonctionnement. Cette caractéristique permet de construire des systèmes de traitement des eaux usées avec une emprise au sol relativement faible. Les SBR constituent donc une variante du procédé par boues activées classique.
Un SBR est typiquement mis en œuvre selon quatre étapes distinctes : (1) remplissage du réacteur, (2) réaction biologique, (3) décantation et (4) vidange.
Pendant l'étape de remplissage, le réservoir reçoit des eaux brutes n'ayant généralement subi qu'un prétraitement, par exemple de dessablage, déshuilage et dégraissage. Pendant cette opération, les eaux peuvent être brassées et/ou aérées.
Pendant la phase de réaction biologique, la biomasse bactérienne consomme par le biais de réactions biochimiques le carbone organique biodégradable et l'azote organique et minéral (ammoniaque et nitrates) contenues dans les eaux. L'apport d'oxygène dans le réacteur favorise les réactions biochimiques d'oxydation et le développement bactérien qui en résulte. Des cycles intermittents d'aération et de non aération permettent soit l'oxydation de l'ammoniaque (phase aérée) soit la réduction des nitrates (phase non aérée). La troisième étape est la phase de décantation au cours de laquelle la boue activée se dépose au fond du bassin sans aucune action mécanique. Enfin, au cours de la dernière étape le réacteur est vidangé des eaux traitées dépourvues de l'essentiel des matières en suspension qu'elles contenaient suite à l'étape de décantation.
Ces eaux doivent ensuite être clarifiées, car elles contiennent encore une partie de la biomasse qui n'a pas décanté. L'utilisation d'un dispositif de clarification en aval des SBR est donc classique. La mise en œuvre de celui-ci augmente les coûts et l'emprise des installations.
En parallèle, l'extraction et le traitement des boues en excès, suite à leur développement lors des phases de réactions biochimiques doivent être mis en œuvre.
Ainsi, pendant l'étape de décantation et l'étape de vidange, le SBR n'est pas alimenté en eaux brutes à traiter. Le procédé SBR présente donc une capacité de charge limitée. De ce fait, les eaux brutes à traiter doivent être stockées dans un bassin tampon situé en amont du SBR mais très souvent ce bassin tampon ne suffit pas à emmagasiner tout le débit des eaux à traiter entrantes et par conséquent une deuxième ligne de SBR doit être installée. Cette second ligne fonctionne alors en alternance par rapport à la première ligne et permet ainsi de traiter en continu tout l'influent brut qui arrive sur la station.
Il existe donc un besoin pour résoudre le problème de la capacité limitée des procédés SBR voire pour augmenter cette capacité pour des SBR existants en lieu et place d'en construire de nouveaux.
Pour ce faire, des procédés de type SBR fonctionnant avec des plantes épuratrices , le plus souvent intégrées dans une serre, dont les racines sont immergées dans le réacteur, ont été développés. Selon de tels procédés, de telles plantes participent au traitement biologique des eaux complémentairement à la boue activée. Ces plantes participent également à la réduction des odeurs dans la station de traitement. Il existe aujourd'hui de nombreuses références industrielles fonctionnant selon cette configuration
Les inconvénients liés à l'art antérieur sont notamment les suivants.
Ces techniques nécessitent l'installation d'un clarificateur secondaire pour réduire la concentration en matières en suspension dans l'effluent rejeté. Un tel clarificateur augmente l'emprise au sol de l'installation. De plus, son utilisation dans de mauvaises conditions peut conduire à des fuites de boues. La concentration en boues dans le bassin biologique doit donc être contrôlée en permanence afin de maintenir cette concentration élevée.
Par ailleurs, en pratique, il est difficile d'obtenir de faibles concentrations en azote global (NGL) en raison des conditions de dénitrification qui ne sont pas simples à mettre en œuvre (recirculation eau nitrifiée, apport source extérieure de carbone organique...).
Objectifs de l'invention
Un objectif de la présente invention est de proposer une installation de traitement d'eaux dans un réacteur séquentiel discontinu ne présentant pas aux moins certains des inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus.
Notamment, un objectif de l'invention est de décrire une telle installation de traitement d'eau intégrant un réacteur séquentiel discontinu présentant une emprise au sol réduite par rapport aux installations de l'art antérieur, à performance et capacité de traitement égales.
Encore un objectif de l'invention est de proposer une installation de traitement d'eaux permettant de s'affranchir de la mise en œuvre d'un clarificateur secondaire pour clarifier les eaux traitées qui en sont extraites.
Encore un autre objectif de la présente invention est de divulguer un procédé de traitement d'eaux mettant en œuvre une telle installation en vue d'en abattre la teneur en polluants organiques et minéraux.
Egalement un objectif de l'invention est de proposer un tel procédé n'incluant pas d'étape de clarification secondaire des eaux traitées.
Egalement un objectif de la présente invention est de proposer un tel procédé qui permette d'optimiser la dépollution des eaux.
Description de l'invention
Tout ou partie de ces objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne une installation pour le traitement biologique d'eaux comprenant un réacteur séquentiel discontinu (SBR) caractérisée en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu accueille des plantes épuratrices pourvues de racines au moins en partie immergées dans ledit réacteur et des supports creux mobiles en matière plastique dure sur laquelle une biomasse se développe.
Ainsi, selon l'invention, un biofilm est formé à la fois sur les racines au moins en partie immergées des plantes épuratrices et sur les supports mobiles creux. Grâce à la fixation d'une partie de la biomasse sur les supports creux mobiles et d'une autre partie sur les racines, la quantité de biomasse libre est fortement diminuée. Les eaux obtenues après la phase de décantation sont donc peu chargées en matières particulaires. Ainsi, l'installation selon la présente invention n'a pas besoin d'inclure un clarificateur secondaire pour traiter les eaux extraites du réacteur après la phase de décantation. L'installation selon l'invention ne comprend donc préférentiellement pas de clarificateur secondaire en aval du réacteur séquentiel discontinu pour le traitement des eaux extraites du réacteur à l'issue de la phase de décantation. Corolairement, l'installation selon l'invention peut donc présenter une emprise au sol réduite par rapport aux installations de l'art antérieur à capacité et qualité de traitement équivalentes. Elle est également moins coûteuse.
On notera que selon l'invention, les racines de plantes épuratrices du réacteur séquentiel discontinu sont au moins en partie immergées Ainsi, leur participation au traitement biologique des eaux est optimisée. A ce sujet, on notera que l'homme de l'art n'aurait pas été enclin à prévoir des supports mobiles sous de telles racines, de crainte d'abimer celles-ci et ainsi de nuire à cette participation.
Dans le but de protéger ces racines, selon une variante de l'invention, le réacteur séquentiel discontinu peut être équipé d'au moins une grille permettant d'isoler lesdits supports mobiles desdites racines au moins en partie immergées.
Selon une autre variante de l'invention lesdits supports mobiles sont isolés desdites racines au moins en partie immergées par une tranche d'eau tranquille. En pratique, lorsque l'eau à traiter est présente dans le réacteur, une lame d'eau tranquille est prévue entre l'extrémité inférieure des racines au moins en partie immergées des plantes épuratrices et les supports creux mobiles, de sorte que même lorsque ceux-ci sont amenés à être mis en mouvement, ce mouvement ne les met pas en contact avec les racines des plantes épuratrices . Ces racines et leurs fonctions sont ainsi préservées.
Les plantes épuratrices mises en œuvre selon l'invention pourront être choisies parmi celles connues de l'homme de l'art et utilisées dans le cadre du traitement de l'eau. Les espèces sont choisies et adaptées en fonction des zones géographiques caractérisées par les conditions nécessaires à leur développement telles que par exemple le taux d'humidité, la température. Elles pourront être constituées, au sein d'un même réacteur, par un mélange de plantes épuratrices de différentes espèces. Une serre sera avantageusement prévue au-dessus du réacteur pour les protéger, notamment des faibles températures et des variations de températures.
On entend par support creux mobiles des supports se présentant sous la forme d'éléments indépendants dont une partie de la surface est protégée des chocs et des frottements. De tels chocs ou frottements peuvent se produire lorsque le contenu du réacteur est agité, lors de la phase de remplissage ou de la phase de traitement biologique. De tels éléments sont disponibles sur le marché, notamment auprès de la société AnoxKaldnes ®.
La masse volumique du matériau constituant ces supports creux mobiles est telle que lorsque ceux-ci accueille un biofilm, ils ne flottent pas mais au contraire coulent au fond du réacteur. En pratique cette masse volumique sera proche de celle de l'eau.
Selon une variante de l'invention, l'installation selon l'invention comprend des moyens de distribution de lest dans ledit réacteur séquentiel discontinu. Ceci permet de lester la matière particulaire non fixée sur les supports mobiles et de favoriser sa décantation. Ce lest pourra être constitué par tout matériau classiquement utilisé dans ce cadre, tel que par exemple du micro-sable. Les boues décantées extraites du réacteur pourront être traitées de façon à permettre le recyclage de ce lest.
Selon une variante particulièrement intéressante de l'invention, ledit réacteur séquentiel discontinu (SBR) présente un premier compartiment accueillant des plantes épuratrices communiquant avec un second compartiment accueillant des plantes épuratrices , des supports creux mobiles étant prévus au moins dans ledit second compartiment.
Selon une variante, ledit premier compartiment dudit réacteur séquentiel discontinu (SBR) accueille également des supports mobiles de biomasse en matière plastique.
Egalement avantageusement, ledit réacteur séquentiel discontinu (SBR) comprend des moyens de réacheminement des eaux contenues dans ledit second compartiment vers ledit premier compartiment.
La présente invention concerne également un procédé de traitement d'eaux dans un réacteur séquentiel discontinu, ledit procédé comprenant les étapes de remplissage dudit réacteur avec des eaux à traiter, de traitement biologique desdites eaux présentes dans ledit réacteur, de décantation des eaux biologiquement traitées dans ledit réacteur, et d'évacuation des eaux traitées dudit réacteur, dans lequel ladite étape de traitement biologique est effectuée en partie grâce à une biomasse se développant sur les racines au moins en partie immergées de plantes épuratrices présentes dans ledit réacteur, et en partie grâce à une biomasse se développant sur des supports creux mobiles présents dans ledit réacteur.
Un tel procédé pourra être mis en œuvre dans un réacteur selon l'invention ne présentant qu'un seul compartiment. Il permettra alors le traitement de la pollution carbonée (DB05, DCO) et le cas échéant la dénitrification en alternant les phases aérées et non aérées durant la phase de traitement biologique.
Selon une variante particulièrement intéressante, ledit réacteur séquentiel discontinu présente un premier compartiment communiquant avec un second compartiment et ladite étape de traitement biologique est effectuée en partie grâce à une biomasse se développant sur les racines au moins en partie immergées de plantes épuratrices présentes dans ledit premier compartiment et dans ledit second compartiment, et en partie grâce à une biomasse se développant sur des supports creux mobiles présents au moins dans ledit second compartiment, ledit réacteur incluant une étape de réacheminement des eaux contenues dans le second compartiment vers ledit premier compartiment.
Selon cette variante particulièrement intéressante, ledit traitement biologique comprend :
l'abattement d'une partie de la pollution carbonée, la dénitrification, et le cas échéant la déphosphatation des eaux dans ledit premier compartiment en plaçant alternativement en conditions anaérobie et anoxie la biomasse qu'il contient ; et,
la nitrification et l'abattement en pollution carbonée des eaux dans le second compartiment en plaçant en conditions aérobies la biomasse qu'il contient.
On notera que dans de telles conditions d'anoxie et d'anaérobie, les quantités d'oxygène rejetées par les plantes épuratrices ne perturbent pas les cinétiques de dénitrification et le cas échéant de dé-phosphatation, ces quantités étant faibles par rapport aux limites biochimiques tolérées par les bactéries de la dénitrification et de la dé-phosphatation.
Selon une variante, ledit premier compartiment dudit réacteur séquentiel discontinu ne contient pas de supports creux mobiles. Selon une alternative intéressante, ledit premier compartiment dudit réacteur séquentiel discontinu contient des supports creux mobiles. Selon une telle variante, la taille du premier compartiment peut être inférieure, à performances et capacités et niveau de traitement égales, à celle d'une installation dans laquelle le premier compartiment ne contient pas de supports creux mobiles.
Afin que les supports mobiles n'abîment pas les racines des plantes épuratrices durant ladite étape de traitement biologique, les supports creux mobiles sont maintenus à distance des racines au moins en partie immergées desdites plantes épuratrices . Selon une variante, lesdits supports mobiles sont maintenus en fluidisation contrôlée ménageant une tranche d'eau tranquille sans supports mobiles dans laquelle s'étendent lesdites racines au moins en partie immergées desdites plantes épuratrices. En pratique, une telle tranche d'eau tranquille pourra présenter préférentiellement une épaisseur allant de 0,5 m à 2 m environ.
Selon une autre variante, lesdits supports mobiles sont maintenus à distance des racines au moins en partie immergées des plantes épuratrices grâce à une grille.
Selon une variante, le procédé comprend de plus une étape d'injection d'un lest dans ledit réacteur séquentiel discontinu de façon à lester la matière particulaire non fixée sur les supports et accélérer sa décantation
Liste des figures
L'invention, ainsi que les avantages qu'elle présente, seront mieux compris grâce à la description qui va suivre de modes de réalisation de celle-ci donnés en référence aux dessins dans lesquels :
la figure 1 représente une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'une installation selon la présente invention dans lequel le réacteur SBR ne présente qu'un compartiment ;
la figure 2 représente un exemple de supports mobiles pouvant être utilisés dans le cadre de la présente invention ;
la figure 3 représente une vue schématique d'un second mode de réalisation de l'invention dans lequel le réacteur SBR ne présente qu'un compartiment ;
- la figure 4 représente une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le réacteur SBR présente deux compartiments.
Description de modes de réalisation En référence à la figure 1, l'installation selon l'invention comprend un réacteur 1 de type réacteur séquentiel discontinu (SBR) surmonté par une serre 6.
Ce réacteur 1 comprend à la fois des plantes épuratrices 2 et des supports creux mobiles 4. Les plantes épuratrices sont mises en place dans un milieu leur permettant leur maintien et le développement de leurs racines pour atteindre le milieu liquide.
Comme indiqué ci-dessus, ces plantes épuratrices 2 peuvent être constituées par toutes celles connues par l'homme de l'art classiquement utilisées dans le cadre du traitement de l'eau. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ces plantes épuratrices 3 présentent des racines au moins en partie immergées 3 dans l'eau à traiter. Ces plantes sont protégées des basses températures et des variations brutales de températures par la serre 6.
Les plantes épuratrices 2 recouvrent toute la surface des eaux présentes dans le réacteur 1 à l'exception d'une partie de celle-ci occupée par un dispositif permettant l'évacuation des eaux après la phase de décantation. Ce dispositif est constitué d'un déversoir flottant 7 relié à une canalisation d'évacuation 8 des eaux traitées.
Les supports 4 creux mobiles utilisés dans le cadre du présent mode de réalisation sont des supports classiquement utilisés pour les « Mobile Bed Bioreactors » (MBBR) disponibles dans le commerce. Un support de ce type est représenté à la figure 2. Ces supports creux mobiles sont en matière plastique dure et ont une densité entre 0,9 et 1,2. Ils présentent une fraction de vide et une surface spécifique élevée. On notera que dans d'autres modes de réalisations, d'autres types de supports que celui représenté à la figure 2 pourront être mis en œuvre, notamment des supports Kl, K3, K5 BiofilmChip™ M, BiofilmChip™ P ou F3 d'ANOXKALDNES.
De façon facultative, le réacteur 1 est par ailleurs pourvu de moyens de brassage 10 incluant des agitateurs à pales et/ou de moyens d'aération 11 incluant une rampe d'aération. Ces différents moyens peuvent permettre de créer dans les eaux présentes dans le réacteur des conditions d'aérobie, d'anoxie ou d'anaérobie en fonction du traitement biologique souhaité.
On notera aussi que la hauteur du réacteur 1 est conçue de façon à ménager une tranche d'eau tranquille H dans laquelle les supports mobiles 4 ne sont pas amenés à pénétrer lorsque les moyens de brassage 10 sont actionnés afin de fluidiser le lit de supports mobiles creux 4. Cette hauteur H évite toute interaction qui pourrait abimer ces racines 3 entre ces supports 4 et les racines 3 des plantes épuratrices 2 pendant cette fluidisation.
Des moyens de vidange du réacteur 1 à la suite de l'étape de décantation sont prévus. Ces moyens incluent une canalisation 9 d'évacuation de boues.
Enfin, un tamis (non représenté) pourra être prévu pour empêcher les supports 4 d'être entraînés avec les eaux extraites du réacteur.
Une telle installation est destinée à être mise en œuvre selon un procédé de traitement séquentiel discontinu desdites eaux comprenant les étapes de remplissage dudit réacteur avec des eaux à traiter, de traitement biologique desdites eaux présentes dans ledit réacteur, de décantation des eaux biologiquement traitées dans ledit réacteur, et d'évacuation des eaux traitées dudit réacteur.
Selon l'invention, l'étape de traitement biologique est effectuée en partie grâce à un biofilm se développant sur les racines au moins en partie immergées 3 des plantes épuratrices 2, et en partie grâce à un biofilm se développant sur les supports creux mobiles 4.
La biomasse utilisée pour cette étape étant ainsi fixée, les eaux traitées biologiquement évacuées par le déversoir flottant 7 et la canalisation 8 ne contiennent que très peu de matières solides de sorte qu'aucune clarification ultérieure de ces eaux n'est nécessaire.
Après l'étape de décantation des eaux, les boues interstitielles présentes dans le réacteur sont quant à elles évacuées du réacteur 1 par la canalisation 9.
En référence à la figure 3, un autre mode de réalisation d'une installation selon l'invention est représenté. Cette installation ne diffère de celle décrite à la figure 1 que par la caractéristique selon laquelle une grille 5 est prévue pour isoler les supports mobiles 4 des racines 3 au moins en partie immergées des plantes épuratrices 2. Cette grille présente un maillage qui retient les supports mobiles 4 dans la partie inférieure du réacteur 1 tout en laissant passer les eaux.
Les installations représentées aux figures 1 et 3 peuvent être mises en œuvre pour abattre la pollution carbonée, et le cas échéant l'azote ammoniacal et le phosphore des eaux en alternant les conditions aérobies, anoxies anaérobies durant l'étape de traitement biologique, en pratique en distribuant ou non de l'air par la rampe 11. En référence à la figure 4, un troisième mode de réalisation d'une installation selon l'invention est représenté.
Selon ce mode de réalisation, ledit réacteur séquentiel discontinu comprend deux compartiments la, lb communiquant entre eux par une canalisation 13.
Le second compartiment lb correspond à un réacteur 1 tel que décrit en référence aux figures 1 et 3.
Le premier compartiment comprend quant à lui des plantes épuratrices 2 mais ne comprend pas de moyens d'aération.
Des moyens de recyclage des eaux du second compartiment vers le premier compartiment sont également prévus. Ces moyens incluant une canalisation de recyclage 12.
Les plantes épuratrices 2 utilisées sont essentiellement les mêmes dans les premier et second compartiments.
Des tamis (non représentés) peuvent être prévus pour empêcher les supports 4 d'être entraînés avec les eaux extraites des premier et second compartiments.
Lors de la mise en œuvre de cette installation, l'abattement d'une partie de la pollution carbonée, la dénitrification, et le cas échéant la déphosphatation des eaux est effectuée dans le premier compartiment la en plaçant alternativement en conditions anoxie ou en conditions anaérobie la biomasse qu'il contient. Les moyens de brassage 10 du premier compartiment lb peuvent alors être mis en œuvre de façon à fluidiser les supports mobiles de façon contrôlée afin que ceux-ci ne pénètrent pas dans la tranche d'eau tranquille et n'abiment donc pas les racines 3 des plantes 2.
La nitrification et l'abattement en pollution carbonée des eaux sont effectués dans le second compartiment la en plaçant la biomasse en conditions aérobies. Un recyclage des eaux du second compartiment la vers le premier compartiment lb est assuré via la canalisation 12.
Les inventeurs ont pu constater qu'en conditions anoxie ou anaérobie, le différentiel d'oxygène rejeté par les plantes ne perturbe pas les cinétiques de dénitrification ou de déphosphatation, ces cinétiques étant faibles par rapport aux limites biochimiques tolérées par les bactéries de la dénitrification et de la déphosphatation. En conditions aérobies, l'oxygène rejeté par les plantes améliore les conditions de développement du biofilm car l'oxygène diffuse directement dans le biofilm et devient plus facilement accessible aux bactéries.
Des essais ont été menés sur site afin d'estimer l'impact du biofilm des racines sur la consommation de la pollution carbonée et azotée.
Ces tests consistent à vérifier l'activité biologique des bactéries hétérotrophes du biofilm immergé dans de l'eau brute, l'activité biologique étant mesurée par la consommation en oxygène dans le milieu réactionnel.
Selon ces tests, les racines prélevées sont immergées dans un bêcher de 2 litres rempli d'eau brute. Une sonde d'oxygène dissous est introduite dans le bêcher et des moyens d'aération et des moyens d'agitation sont utilisés pour agiter et aérer le contenu de celui-ci. On mesure ainsi la décroissance de l'oxygène, révélatrice de l'activité bactérienne.
Le même protocole a été utilisé pour évaluer l'effet de la nitrification. Tout en suivant la décroissance de l'oxygène, NH4 et N03 sont également analysés. De la même façon que précédemment, on constate que la biomasse fixée sur les racines présente bien une activité de nitrification.
Ces résultats sont synthétisés sur le graphe selon la figure 5 qui indique que le biofilm présente une activité biologique (décroissance de l'oxygène lié à la respiration du biofilm).
L'atmosphère dans la serre a également fait l'objet d'une étude. En effet, la serre n'étant aérée que durant la journée lorsque les conditions climatiques (température et vent) le permettent, l'atmosphère peut alors contenir des composés tels que l'ammoniac (NH3), le sulfure d'hydrogène (H2S) ou encore divers mercaptans (composés soufrés). Les capteurs de mesure de NH3, H2S et mercaptans installés dans la serre ont indiqué des concentrations très faibles de ces différents composés. Un prélèvement d'air a alors été effectué pour analyse sous-traitée à un laboratoire spécialisé. Les paramètres analysés dans ce prélèvement sont le NH3, le H2S, les mercaptans. Un analyseur de gaz a été installé pour suivre les concentrations en oxygène et dioxyde de carbone durant 39 heures, la serre n'ayant pas été aérée durant cette période. Concernant l'analyse des composés odorants, aucun des composés mesurés n'a atteint une concentration supérieure aux seuils de quantification.
Des essais ont été menés afin de caractériser la biomasse présente sur les supports creux mobile, qui est retrouvée sous forme de biomasse libre dans les eaux dans lesquels baignent ses supports, et la biomasse fixée sur les racines des plantes immergées.
Ces tests ont montré que :
- les biomasses au moins en partie immergées des zones aérées, anoxies et anaérobies sont similaires, en terme de composition en espèces bactériennes, à celles retrouvées sur les média supports des « Mobile Bed Bio Reactors » (MBBR) conventionnels.
- la biomasse fixée sur les racines des plantes était similaire à celle présente sur les supports creux mobiles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation pour le traitement biologique d'eaux comprenant un réacteur séquentiel discontinu (SBR) caractérisée en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu (1) accueille des plantes épuratrices (2) pourvues de racines au moins en partie immergées (3) et des supports creux mobiles (4) en matière plastique dure sur laquelle une biomasse se développe.
2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu (1) est équipé d'au moins une grille (5) permettant d'isoler lesdits supports mobiles (4) desdites racines au moins en partie immergées (3).
3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits supports mobiles (4) sont isolés desdites racines au moins en partie immergées (3) par une tranche d'eau tranquille.
4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle comprend une serre (6) protégeant lesdites plantes épuratrices.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de distribution de lest dans ledit réacteur séquentiel discontinu (SBR).
6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu (SBR) présente un premier compartiment accueillant des plantes épuratrices communiquant avec un second compartiment accueillant des plantes épuratrices , des supports creux mobiles étant prévus dans ledit second compartiment.
7. Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce que ledit premier compartiment dudit réacteur séquentiel discontinu (SBR) accueille également des supports mobiles de biomasse en matière plastique.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu (SBR) comprend des moyens de réacheminement des eaux contenues dans ledit second compartiment vers ledit premier compartiment.
9. Procédé biologique de traitement d'eaux dans un réacteur séquentiel discontinu ledit procédé comprenant les étapes de remplissage dudit réacteur avec des eaux à traiter, de traitement biologique desdites eaux présentes dans ledit réacteur, de décantation des eaux biologiquement traitées dans ledit réacteur, et d'évacuation des eaux traitées dudit réacteur,
dans lequel ladite étape de traitement biologique est effectuée en partie grâce à une biomasse se développant sur les racines au moins en partie immergées de plantes épuratrices présentes dans ledit réacteur, et en partie grâce à une biomasse se développant sur des supports creux mobiles en matière plastique dure présents dans ledit réacteur.
10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit réacteur séquentiel discontinu présente un premier compartiment communiquant avec un second compartiment,
et en ce que ladite étape de traitement biologique est effectuée en partie grâce à une biomasse se développant sur les racines au moins en partie immergées de plantes épuratrices présentes dans ledit premier compartiment et dans ledit second compartiment, et en partie grâce à une biomasse se développant sur des supports creux mobiles présents au moins dans ledit second compartiment, ledit réacteur incluant une étape de réacheminement des eaux contenues dans le second compartiment vers ledit premier compartiment.
11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit traitement biologique comprend :
la dénitrification, le cas échéant la déphosphatation, et un abattement d'une partie de la pollution carbonée des eaux dans ledit premier compartiment en plaçant alternativement en anoxie ou en anaérobie la biomasse qu'il contient ; et, la nitrification et l'abattement en pollution carbonée des eaux dans le second compartiment en plaçant en conditions aérobies la biomasse qu'il contient.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11 caractérisé en ce que ledit premier réacteur ne contient pas de supports creux mobiles
13. Procédé selon la revendication 10 ou 11 caractérisé en ce que ledit premier réacteur contient des supports creux mobiles.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 caractérisé en ce que durant ladite étape de traitement biologique, lesdits supports creux mobiles sont maintenus à distance desdites racines au moins en partie immergées desdites plantes épuratrices .
15. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que durant ladite étape de traitement biologique, lesdits supports mobiles sont maintenus en fluidisation contrôlée ménageant une tranche d'eau tranquille sans supports mobiles, dans laquelle s'étendent lesdites racines au moins en partie immergées desdites plantes épuratrices.
16. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que lesdits supports mobiles sont maintenus à distance des racines au moins en partie immergées des plantes épuratrices grâce à une grille.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 16 caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection d'un lest dans ledit réacteur séquentiel discontinu.
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