l'épuration biologique d'eaux usées.
La présente invention concerne un procédé pour l'épuration biologique d'eaux usées, tant urbaines qu'industrielles ou leur
mélange, et plus particulièrement utilisable pour le traitement
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eaux usées issues de cokerie et de gazéification de charbon.
Elle sera décrite ici, dans son application au traitement des
eaux résiduaires de cokerie, sans toutefois que cela implique
une quelconque limitation de son domaine d'application.
On a depuis longtemps reconnu la nécessité de procéder à. l'épuration des eaux résiduaires de cokerie et imaginé et développé
des procédés divers à cet effet, en particulier des procédés
d'épuration biologique.
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luée consiste, dans son principe général, à transformer les polluants biodégradables dissous dans l'eau, essentiellement en gaz. sels et biomasse insoluble, par l'action de divers
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stabiliser cette biomasse insoluble.
Il existe actuellement deux grandais catégories de procédés
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suspension dans l'eau et les procédés à biomasse fixée sur un support .
Parmi les procédés de la presser e catégorie, le plus employé en épuration d'eaux résiduaires de cokerie est incontestablement le procédé d'épuration par bassins à boues activées. Les autres techniques, telles que par exemple les lagunes aérées ou les fossés d'oxydation, sont nettement moins répandues.
Comme procédé à biomasse fixée, on peut surtout mentionner les lits bactériens. Récemment cependant, ont été également utili-
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ques garnies de supports fixes ou fluidiaés.
En tant que tel, tous ces procédés d'épuration sont bien connus en soi.
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complet, procédé essentiellement utilisé à l'heure actuelle en cokerie, de manquer de stabilité. d'être lents à reprendre un rendement optimum lorsqu'un accident se produit, de poser certaines difficultés d'exploitation, telles que par exemple des problèmes de foisonnement de boue, de moussage, de recyclage des boues..., d'occuper beaucoup de surface au sol et de nécessiter un personnel d'exploitation très spécialisé.
C'est la raison pour laquelle des technologies nouvelles d'épuration ont été introduites.
En particulier, la technique des disques biologiques rotatifs consiste à utiliserons batterie de disques de grand diamètre, tournant autour d'un axe horizontale l'axe étant généralement entraîné par moto-réducteur au rythme d'1 à 2 tours/tain. Les
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du disque, sous forme de lambeaux, par effet de cisaillement au moment de l'immersion*et par autocurage.
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batteries de disques associées en série et groupées par étages. Chaque étage constituant un réacteur à mélange complet, on se rapproche d'autant .. plus d'un réacteur à écoulement piston que
le nombre d'étages est élevé. Chaque étage est également caractérisé par une flore biologique spécifique et bien adaptée au substrat en présence.
Sur le plan technique. ces disques assurent une maturation rapide du biofilm Lors de la mise ou de la remise en marche, ainsi que d'excellentes propriétés de décantation des boues biologi-
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bles aux variations de charges hydrauliques du fait que la biomasse est fixée sur un. support.
Sur le plan économique, ils se caractérisent également par une faible consommation d'énergie (lorsque la vitesse de rotation
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et de maintenance peu élevés (processus biologique simple et quasi-autonome).
Toutefois, ils présentent deux inconvénients : - en premier lieu, le réacteur à disques biologiques rotatifs multiétages est plus sensible aux phénomènes d'inhibition par le substrat. Cela implique une dilution préalable plus importante des eaux usées de cokerie avant leur entrée dans le réacteur. Cela s'explique par le mode d'écoulement piston de <EMI ID=11.1>
concentrations élevées en substrat, en particulier des phénols, .et peut subir de ce fait un effet d'inhibition important;
- en second lieu, le r6acteur à disques biologiques rotatifs est limité dans sa capacité d'épuration par l'apport limita d'oxygène au cours de la rotation et/ou par le manque de contrôle des caractéristiques du biofilm, en particulier l'épaisseur et le développement de microorganismea nuisibles à l'épuration.
Cette limitation implique par conséquent, l'utilisation de réacteurs de dimensions importantes dont le coût d'investissement est relativemenc élevés.
Le développement d'une biomasse trop épaisse peut entratner les inconvénients suivants : colmatage du support, rupture des divers éléments de construction par fatigue, phénomènes anaérobies.
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couches inférieures du biofilm - peuvent proliférer avec pour conséquences :
- une chute de rendement,
-l'émission d'odeur,
- l'accroissement de la pollution soluble par production d'acides volatils.
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les couches inférieures du biofilm la réduction des sulfates et thiosulfates en sulfures, qui servent d'apport énergétique dans les couches supérieures à des bactéries sulfureuses aéro-
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blanchâtre, épais et gélatineux, supplantent assez facilement les bactéries aérobies hétérotrophes d'oxydation du substrat carboné, ce qui entraîne une chute du rendement d'épuration. Par ailleurs, elles décantent mal et sont peu perméables à l'oxygène
- ce qui accentue la disparition des bactéries hétérotrophes.
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Afin d'augmenter l'apport d'oxygène et diminuer l'épaisseur du biofilm, on a déjà proposé d'augmenter la vitesse de rotation des disques. Cette solution entraîne toutefois des problèmes de fatigue des matériaux et surtout une consommation d'énergie rapidement inacceptable. A titre d'exemple, la consommation électrique est doublée lorsque la vitesse de rotation est portée de 1,5 à 2,1 tours/min., alors que 1; apport supplémentaire d'oxygène est à peine perceptible.,
On a également proposé d'injecter en continu de l'air supplémentaire au moyen de rampes immergées sous les disques. Du point de vue énergétique, cette solution "et elle aussi fort désavantageuse. A titre d'exemple, la consommation électrique pour un réac-
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tien qui n'est que de l'ordre de 25 %.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier, de manière efficace et économique, aux inconvénients respectifs qui viennent d'être rappelée.
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vient d'expliciter, d'une part les processus des traitements biologiques invoqués, et d'autre part de rapporter les investigations du demandeur pour arriver à formuler le procédé de la présente invention.
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lution progressive de la biomaaae qui crott puis décrotta tandis que les matières polluantes sont dégradées de façon continue, mais à un rythme variable. On distingue essentiellement au cours du cyle de vie des microorganismes, les phases de développement suivantes :
a) phase de latence, qui marque l'acclimatation et la sélection <EMI ID=18.1> nutritifs); c) phase de ralentissement, au cours de laquelle l'appauvrissement progressif du milieu entraîna un ralentissement des synthèses cellulaires: <EMI ID=19.1>
commencent à consommer leurs réserves glucidiques et lipidiques accumulées précédemment; e) phase de décroissance, traduisant la mort de nombreux microorganismes par suite de l'appauvrissement accru du milieu en éléments nutritifs.
En régime d'alimentation continue en eau usée, on peut donc, par
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épurer en permanence dans l'une ou L'autre dea phase susmentionnées.
Le praticien sait que lorsque le temps de séjour est très court, cas correspondant au régime d'alimentation discontinue IL la phase de croissance exponentielle des microorganismes, le rendement d'épuration est faible, la production de boue biologique est 'levée, les floc. de biomasse sont très fins et pratiquement indé-
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posant, en effet, 8'une grande quantité d'éléments nutritifs, sont dotés d'une grande mobilité et d'une grande activité, et n'ont pas tendance' t'agglomérer pour former des floc@ compacts
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gle" et d'épuration à forte ou très forte charge polluante (exprimée en kg de polluants par m<3> de bassin et par jour) . La pol-
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insoluble ne peut être éliminée de l'effluent et l'eau répétée conserve ainsi pratiquement son degré initial de pollution.
Bien que la limite de charge polluante au-delà de laquelle la
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çon précise en fonction du substrat spécifique, on peut néanmoins la situer, dans la plupart des cas, entre 2,5 et 5 kg
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très forte charge polluante, d'autant plus que celle-ci sera supérieure aux valeurs définies ci-avant.
t
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l'eau. on évite donc toujours de déparer cette limite.
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gligeables.
Au cours de son recherches, le demandeur a constat'. de façon
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et abondante, constituée par des floc. en tête d'épingle, formée dans les procédés d'épuration à biomasse en suspension fonctionnant à forte ou très forte charge polluante "pouvait être éliminée par simple passage dana un réacteur à disques biologiques totatifs multiétages.
Bien que les phénomènes en cause ne soient pas connus avec exac-
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masse fixée.
Le procédé d'épuration biologique d'e&ux usées, objet de la présente invention, comportant au moins deux étapes de traitement passai lesquelles la ou les premières consistent à soumet-
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biomasse en suspension, la ou les suivantes faisant intervenir un traitement biologique à l'aide d'une biomasse fixée, est essentiellement caractérisé en ce qu'une au moins des premières <EMI ID=31.1>
au moins des étapes ultérieures ait effectuée sous charge polluants plus faible,
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une charge polluante telle qu'il n'y a pas de Limitation en oxygène et/ou de phénomène d'inhibition par le substrat.
Suivant encore une autre modalité de réalisation du procédé de
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dix heures.
Suivant une modalité de mise en oeuvre préférentielle du procédé, objet de 1' invention, on soumet lea eaux uaéea à une première étape de traitement biologique à l'aide d'une biomasse en
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à faible temps de .'jour, travaillant à très forte charge pol-
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ge polluante, sans limitation en oxygène et/ou sans phénomène d'inhibition par le substrat.
Le procédé de l'invention permet donc d'une part. de travailler
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des conditions de charge polluante que l'on devait absolument éviter auparavant et, d'autre part, dans la seconde phase d'épu-
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puration primaire* et donc sana les inconvénients précitée d'in-
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La procédé de l'invention rend également minima les frais de consommation énergétique et les fraie d'investissement. L'épu-
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en effet par des besoins en oxygène réduite. cet oxygène étant fourni. sans limitation d'apport, par un quelconque moyen bien
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L'épuration secondaire à l'aide de disques biologique. rotatifs est également caractérisée par une faible consommation énergétique (la vitesse de rotation peut ici tire maintenue entre 1
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lement réduites et l'investissement global diminue. Les frais annuels de fonctionnement ( amortissement compris; sont ainsi rendus minime par la conjonction synergique des daux techniques d'épuration utilisées.
Le procédé de l'invention rend également optimale la cinétique de dégradation. L'épuration primaire à forte charge, en réac-tour à mêlant* complet et parfaitement aéré, est en effet caractérisé* par une vitesse de dégradation élevée du substrat.
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quilibre (cinétique d'ordre 1), on travaille par contre dans un réacteur du type' écoulement piston.
L'absence de recyclage de boues biologiques, contrairement aux
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tr8le de l'épuration.
Enfin, le procéda de l'invention réduit ou supprime la dilution
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non d'inhibition par la substrat. L'épuration primaire est en effet réalisée dans un réacteur à mélange complet, main..ensible aux phénomènes d'inhibition que le réacteur à écoulement piston. Lorsque les eaux polluées atteignent la zone d'épura-
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luante (phénols, en particulier) est déjà réduite à un niveau tel qu'il n'y a plus de risques d' inhibition par le substrat.
Selon une modalité particulièrement intéressante de réalisation du procédé de l'invention, la phase d'épuration primaire en cuve ou bassin airé avec biomasse en suspension est définie
<EMI ID=46.1> biologique et par jour, <EMI ID=47.1>
De cette ornière, le rendement d'épuration au cours de cette
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Datte ce" conditions, appâtait spontanément une flore biologique peu diversifiée, exempte pratiquement de protozoaires et
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trations en substrat. Etant donné que le@ phénols et en par-
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- temps de "jour des eaux dans l'ensemble du réacteur multiétages supérieur ou égal à 7,5 heures et dans le premier étage supérieur ou égal à 3 heures,
- charge hydraulique superficielle sur l'ensemble du réacteur <EMI ID=53.1>
disque et par jour, '
- charge massique superficielle sur le premier étage du réac- <EMI ID=54.1>
disque et par jour, '
- teneur en phénols totaux de l'affluent inférieure ou égale a <EMI ID=55.1> par jour,
De cette manière, les rendements d'épuration globaux sont éle-
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cokerie. Les charges massiques superficielles sont limitées pour éviter des biofilms trop épais,, des phénomènes anaérobies, le
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phénomènes d'oxygène limitant. la
A titre d'exemple non limitatif du domaine d'utilisation prati- que du procédé de l'invention, nous décrivons ci-après une ins-
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de son fonctionnement et aussi les résultats de rendement obtenue.
La figure 1 montre de façon fort schématique la composition de l'Installation précitée.
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en ( SI l'alimentation en eau de rivière, les deux liquides étant réunit en (3) et introduite dans la cuve aérée (4) .
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Le produit issu en (8) de la cuve aérée (4) est alors divisé en deux flux égaux (9) et (10), chacun de ces derniers étant envoyé vers un réacteur à dingues rotatifs, respectivement (11) et (12) .
A la sortie des réacteurs à disques rotatifs (11) et (12), les deux flux sont réunis et introduite dans un décanteur (13), où sont éliminées les boues évacuées en (14), l'effluent épuré étant soustrait en (15) .
Les conditions particulières de travail de l'installation ci-
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suivantes
- Alimentation :
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.
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polluante plus faible.
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