CA2501387A1 - Procede de reduction des boues d'un traitement biologique de l'eau mettant en oeuvre de l'ozone - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement d'un effluent comprenant au moins une étape de traitement biologique conduisant à la production de boue biologique, étape au cours de laquelle l'effluent est mis en contact avec de s microorganismes dans un bassin, dans lequel on injecte dans ledit bassin un gaz ozoné comprenant au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz.
Description
Procédé de réduction des boues d'un traitement biologique de l'eau mettant en aeuvre de l'ozone.
La présente invention concerne les procédés de traitement d'effluents aqueux mettant en oeuvre une étape biologique.
Les traitements biologiques aérobie d'effluents consistent généralement à
mettre en contact ces effluents avec une biomasse (micro-organismes) qui dégrade la pollution contenue dans ceux-ci en transformant les molécules organiques en minéraux : il s'agit de l'étape appelée communément aération des bassins biologiques.
La mise en oeuvre de tels traitements conduit à une augmentation progressive de la quantité de biomasse et à la nécessité d'évacuer la biomasse en excès communément appelée "boues en excès". Pour faire face à la quantité sans cesse croissante de ces boues biologiques en excès et de leur évacuation, différentes solutions ont été
proposées.
Une première famille de procédés consiste à soutirer ces boues en excès à
l'issue du traitement biologique et soit leur trouver un débouché adapté soit les traiter lors d'une étape spécifique de dégradation. Elles peuvent ainsi être utilisées comme engrais dans l'agriculture (épandage). Toutefois, le respect des normes sur l'environnement et la présence possible de micropolluants ou de métaux lourds dans les boues conduisent à réduire cette utilisation. Une autre solution consiste à soutirer ces boues et à les incinérer ; il faut alors les transporter vers un incinérateur ce qui implique un co0t. De plus, les difficultés pour implanter de nouveaux incinérateurs freinent le développement de cette solution. Une autre solution consiste à
réaliser une oxydation par voie humide des boues en excès : les boues sont alors minéralisées.
Une seconde famille de procédés consiste à réduire la production de boues lors du traitement biologique. Ces solutions consistent à utiliser des moyens permettant de réduire la production de boues au cours du processus biologique de dépollution des eaux. Ces solutions consistent à réaliser une lyse partielle les boues, c'est-à-dire détruire une partie des micro-organismes qui composent les boues en les rendant partiellement solubles. Les produits issus de cette lyse qui contiennent des composés organiques au moins partiellement solubles peuvent alors être renvoyés en tête du traitement d'effluents pour subir le traitement biologique, au cours duquel les micro-organismes vont traiter les produits issus de la lyse. Une première technique de lyse connue consiste à exercer une action mécanique sur les boues provenant du bassin de traitement biologique ce qui provoque l'éclatement d'une partie des cellules des micro-
La présente invention concerne les procédés de traitement d'effluents aqueux mettant en oeuvre une étape biologique.
Les traitements biologiques aérobie d'effluents consistent généralement à
mettre en contact ces effluents avec une biomasse (micro-organismes) qui dégrade la pollution contenue dans ceux-ci en transformant les molécules organiques en minéraux : il s'agit de l'étape appelée communément aération des bassins biologiques.
La mise en oeuvre de tels traitements conduit à une augmentation progressive de la quantité de biomasse et à la nécessité d'évacuer la biomasse en excès communément appelée "boues en excès". Pour faire face à la quantité sans cesse croissante de ces boues biologiques en excès et de leur évacuation, différentes solutions ont été
proposées.
Une première famille de procédés consiste à soutirer ces boues en excès à
l'issue du traitement biologique et soit leur trouver un débouché adapté soit les traiter lors d'une étape spécifique de dégradation. Elles peuvent ainsi être utilisées comme engrais dans l'agriculture (épandage). Toutefois, le respect des normes sur l'environnement et la présence possible de micropolluants ou de métaux lourds dans les boues conduisent à réduire cette utilisation. Une autre solution consiste à soutirer ces boues et à les incinérer ; il faut alors les transporter vers un incinérateur ce qui implique un co0t. De plus, les difficultés pour implanter de nouveaux incinérateurs freinent le développement de cette solution. Une autre solution consiste à
réaliser une oxydation par voie humide des boues en excès : les boues sont alors minéralisées.
Une seconde famille de procédés consiste à réduire la production de boues lors du traitement biologique. Ces solutions consistent à utiliser des moyens permettant de réduire la production de boues au cours du processus biologique de dépollution des eaux. Ces solutions consistent à réaliser une lyse partielle les boues, c'est-à-dire détruire une partie des micro-organismes qui composent les boues en les rendant partiellement solubles. Les produits issus de cette lyse qui contiennent des composés organiques au moins partiellement solubles peuvent alors être renvoyés en tête du traitement d'effluents pour subir le traitement biologique, au cours duquel les micro-organismes vont traiter les produits issus de la lyse. Une première technique de lyse connue consiste à exercer une action mécanique sur les boues provenant du bassin de traitement biologique ce qui provoque l'éclatement d'une partie des cellules des micro-
2 organismes constituant les boues en excès. II peut s'agir d'un broyage mécanique, de technique de compression/détente, de sonochimie, ... Cette technique est généralement simple à mettre en oeuvre mais présente l'inconvénient de ne réduire que faiblement la production des boues en excès. En outre, le co0t énergétique est important. Une deuxième technique de lyse est une attaque basique ou acide à
l'aide d'agents chimiques éventuellement couplée à une élévation de température, mais cette technique nécessite le réajustement du pH de la solution obtenue avant sa réinjection dans le bassin d'aération. L'inconvénient de cette solution est qu'elle augmente la salinité des boues hydrolysées ce qui peut conduire à un dysfonctionnement de l'étape de traitement biologique. Une troisième technique de lyse est basée sur faction d'agents oxydants tels que : l'ozone, l'air, le peroxyde d'hydrogène ou l'oxygène sous pression. L'inconvénient de l'air, du peroxyde d'hydrogène et de l'oxygène est qu'ils ne sont pas assez efficaces seuls : ils doivent être associés à un chauffage et/ou un catalyseur, ce qui augmente également le co0t de ces techniques. Quant à
l'ozone, son utilisation nécessite la mise en place d'un dispositif particulier. En effet, dans son utilisation pour la réduction du volume de boues en excès, l'injection d'ozone est dissociée de l'étape d'aération des bassins d'aération. Le gaz ozoné est injecté au sein d'un réacteur séparé des bassins d'aération. C'est un inconvénient, car l'installation est coûteuse et la mise en oeuvre sur des unités existantes est compliquée.
Le document US-A-5,573,670 évoque la possibilité d'injecter un gaz ozoné très faiblement concentré en ozone (0,01 à 0,16 % en poids d'03 par rapport à O~) dans un bassin d'aération d'une unité de traitement biologique d'effluents aqueux uniquement dans les buts d'éviter la formation de bactéries filamenteuses et de faire chuter le Carbone Organique Total (COD) de manière significative. Aucune influence de cette injection directe de gaz à faible taux d'ozone sur le taux de boues en excès n'a pu être constatée.
Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle mise en oeuvre de l'ozone pour la réduction des boues en excès produites classiquement lors d'un traitement biologique des eaux ne présentant pas les difficultés de mise en oeuvre définies ci-dessus.
Dans ce but, l'invention concerne un procédé de réduction des boues formées lors du traitement biologique d'un effluent aqueux, ledit traitement comprenant au moins une étape au cours de laquelle l'effluent est mis en contact avec des microorganismes dans un bassin d'aération, procédé dans lequel on injecte dans le bassin d'aération un gaz ozoné comprenant au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz
l'aide d'agents chimiques éventuellement couplée à une élévation de température, mais cette technique nécessite le réajustement du pH de la solution obtenue avant sa réinjection dans le bassin d'aération. L'inconvénient de cette solution est qu'elle augmente la salinité des boues hydrolysées ce qui peut conduire à un dysfonctionnement de l'étape de traitement biologique. Une troisième technique de lyse est basée sur faction d'agents oxydants tels que : l'ozone, l'air, le peroxyde d'hydrogène ou l'oxygène sous pression. L'inconvénient de l'air, du peroxyde d'hydrogène et de l'oxygène est qu'ils ne sont pas assez efficaces seuls : ils doivent être associés à un chauffage et/ou un catalyseur, ce qui augmente également le co0t de ces techniques. Quant à
l'ozone, son utilisation nécessite la mise en place d'un dispositif particulier. En effet, dans son utilisation pour la réduction du volume de boues en excès, l'injection d'ozone est dissociée de l'étape d'aération des bassins d'aération. Le gaz ozoné est injecté au sein d'un réacteur séparé des bassins d'aération. C'est un inconvénient, car l'installation est coûteuse et la mise en oeuvre sur des unités existantes est compliquée.
Le document US-A-5,573,670 évoque la possibilité d'injecter un gaz ozoné très faiblement concentré en ozone (0,01 à 0,16 % en poids d'03 par rapport à O~) dans un bassin d'aération d'une unité de traitement biologique d'effluents aqueux uniquement dans les buts d'éviter la formation de bactéries filamenteuses et de faire chuter le Carbone Organique Total (COD) de manière significative. Aucune influence de cette injection directe de gaz à faible taux d'ozone sur le taux de boues en excès n'a pu être constatée.
Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle mise en oeuvre de l'ozone pour la réduction des boues en excès produites classiquement lors d'un traitement biologique des eaux ne présentant pas les difficultés de mise en oeuvre définies ci-dessus.
Dans ce but, l'invention concerne un procédé de réduction des boues formées lors du traitement biologique d'un effluent aqueux, ledit traitement comprenant au moins une étape au cours de laquelle l'effluent est mis en contact avec des microorganismes dans un bassin d'aération, procédé dans lequel on injecte dans le bassin d'aération un gaz ozoné comprenant au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz
3 au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent.
L'invention se rapporte à tout type de procédé de traitement d'effluent dans lequel l'effluent est soumis à une étape de traitement biologique. Au cours de cette étape de traitement biologique, l'effluent est mis en contact avec des micro-organismes (biomasse) et une boue biologique est générée. Cette boue comprend généralement des micro-organismes vivants et morts, des débris cellulaires, des absorbats et colloïdes organiques, des corpuscules organiques et/ou des particules minérales.
Selon l'invention, on injecte un gaz ozoné dans le bassin d'aération de manière à
obtenir une aération du bassin et une lyse des micro-organismes contenus dans la boue biologique et réduire ainsi la formation d'excès de boue. Selon l'invention, on entend par gaz ozoné, un gaz comprenant au moins de (ozone et de l'oxygène.
Une première caractéristique essentielle de l'invention tient à ce que le gaz ozoné est directement injecté dans le bassin d'aération. Une deuxième caractéristique essentielle concerne la composition du gaz ozoné qui doit comprendre au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz. De préférence, ce gaz ozoné comprend au plus 300 mg d'ozone par litre de gaz.
Selon l'invention, le gaz ozoné est injecté directement dans le bassin d'aération au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent De façon avantageuse, les appareils connus pour posséder un taux de transfert élevé en oxygène dans les effluents aqueux seront utilisés. En effet, l'utilisation de ces appareils permet en général de transférer ia quasi-totalité de l'ozone dans l'effluent et ainsi de n'avoir aucun risque environnemental de rejet d'ozone à l'atmosphère. Cela vient du fait que la solubilité de l'ozone dans l'eau est approximativement dix fois plus élevée que celle de l'oxygène et sa réactivité dans l'effluent très rapide (au cours des essais, aucun ozone résiduel n'a été détectë sur le mélange d'effluent et de boues biologiques en sortie du bassin d'aération).
Selon une première mise en oeuvre, le moyen de transfert du gaz ozoné dans l'effluent peut être composé d'un venturi alimenté par une pompe et comprenant un moyen d'injection de gaz dans la partie étroite du venturi. La pompe permet de faire circuler l'effluent du bassin d'aération dans le venturi et le moyen d'injection de gaz assure l'injection du gaz ozoné dans le courant d'effluent créé par le venturi et la pompe. II se produit alors une émulsion gaz ozoné/efBuent liquide qui est diffusée dans le bassin d'aération. Cette diffusion peut étre améliorée par l'intermédiaire de tuyères et d'éjecteurs placés après le venturi dans le sens du courant de l'effluent.
Ce type d'appareil est commercialisé par Air Liquide sous la référence Ventoxal~.
L'invention se rapporte à tout type de procédé de traitement d'effluent dans lequel l'effluent est soumis à une étape de traitement biologique. Au cours de cette étape de traitement biologique, l'effluent est mis en contact avec des micro-organismes (biomasse) et une boue biologique est générée. Cette boue comprend généralement des micro-organismes vivants et morts, des débris cellulaires, des absorbats et colloïdes organiques, des corpuscules organiques et/ou des particules minérales.
Selon l'invention, on injecte un gaz ozoné dans le bassin d'aération de manière à
obtenir une aération du bassin et une lyse des micro-organismes contenus dans la boue biologique et réduire ainsi la formation d'excès de boue. Selon l'invention, on entend par gaz ozoné, un gaz comprenant au moins de (ozone et de l'oxygène.
Une première caractéristique essentielle de l'invention tient à ce que le gaz ozoné est directement injecté dans le bassin d'aération. Une deuxième caractéristique essentielle concerne la composition du gaz ozoné qui doit comprendre au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz. De préférence, ce gaz ozoné comprend au plus 300 mg d'ozone par litre de gaz.
Selon l'invention, le gaz ozoné est injecté directement dans le bassin d'aération au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent De façon avantageuse, les appareils connus pour posséder un taux de transfert élevé en oxygène dans les effluents aqueux seront utilisés. En effet, l'utilisation de ces appareils permet en général de transférer ia quasi-totalité de l'ozone dans l'effluent et ainsi de n'avoir aucun risque environnemental de rejet d'ozone à l'atmosphère. Cela vient du fait que la solubilité de l'ozone dans l'eau est approximativement dix fois plus élevée que celle de l'oxygène et sa réactivité dans l'effluent très rapide (au cours des essais, aucun ozone résiduel n'a été détectë sur le mélange d'effluent et de boues biologiques en sortie du bassin d'aération).
Selon une première mise en oeuvre, le moyen de transfert du gaz ozoné dans l'effluent peut être composé d'un venturi alimenté par une pompe et comprenant un moyen d'injection de gaz dans la partie étroite du venturi. La pompe permet de faire circuler l'effluent du bassin d'aération dans le venturi et le moyen d'injection de gaz assure l'injection du gaz ozoné dans le courant d'effluent créé par le venturi et la pompe. II se produit alors une émulsion gaz ozoné/efBuent liquide qui est diffusée dans le bassin d'aération. Cette diffusion peut étre améliorée par l'intermédiaire de tuyères et d'éjecteurs placés après le venturi dans le sens du courant de l'effluent.
Ce type d'appareil est commercialisé par Air Liquide sous la référence Ventoxal~.
4 Selon une deuxième mise en oeuvre, le moyen transfert du gaz ozoné dans l'effluent peut être composé d'une turbine et d'un moyen d'injection de gaz dans la turbine. Selon une variante préférée, ce dispositif est composé d'une turbine auto-aspirante et d'une hélice, ladite turbine auto-aspirante et ladite hélice étant portées par un même arbre d'entraînement creux, et ledit arbre creux assurant l'approvisionnement en gaz ozoné de la turbine. Plus précisément, ce type de dispositif comprend un dispositif d'entraînement placé au-dessus du liquide à agiter et pourvu d'un arbre équipé à son extrémité inférieure d'au moins un mobile à flux axial immergé
dans le liquide. L'arbre porte également la turbine auto-aspirante immergée dans le liquide et pouvant être entraînée par l'arbre. L'arbre est enveloppé coaxialement par un cylindre lié à son extrémité supérieure de manière étanche au dispositif d'entraînement et dont l'extrémité inférieure débouche dans la turbine. L'extrémité supërieure du cylindre est percée d'une ouverture d'injection du gaz ozoné dans un intervalle annulaire délimité
par l'arbre et le cylindre. Lors du fonctionnement de ce dispositif, le liquide est brassé
par la turbine. En tournant, celle-ci aspire le gaz ozoné à travers l'espace annulaire de l'arbre et le diffuse dans le liquide au niveau de la turbine. La dispersion gaz/liquide ainsi créée est diffusée très largement dans le bassin d'aération par l'intermédiaire de la turbine et de l'hélice placée généralement sous ladite turbine. Ce moyen d'injection est décrit dans la demande EP-A1-0 995 485. Ce type d'appareil est commercialisé par Air Liquide sous la référence Turboxal~.
Pour ces deux mises en oeuvre, les moyens de transfert du gaz ozoné dans l'effluent ont l'avantage de présenter de très bons rendements de transfert et un effet de déstructuration partielle des flocs biologiques (désagrégation des flocs, voire destruction des parois cellulaires des microorganismes). Cet effet de déstructuration des flocs accroît l'efficacité de l'ozone pour la réduction de la biomasse.
Le gaz ozoné peut provenir directement d'un générateur d'ozone ou d'une autre étape du procédé de traitement des effluents qui met également en oeuvre un gaz ozoné. Ainsi, le gaz ozoné peut être le gaz ozoné résiduel provenant d'un évent gazeux (recyclage).
Du fait de la décomposition très rapide de l'ozone dans les effluents aqueux et de sa grande solubilité dans ces effluents, le transfert de l'ozone dans ces effluents est proche de 100 % et la formation d'ozone à la surface des bassins d'aération est évitée.
Le procédé selon l'invention présente l'avantage de combiner en une seule étape : l'aération au moins partielle du bassin biologique au moyen de l'oxygène du gaz ozoné et la réduction de boues au moyen de la quantité élevée d'ozone dans le gaz ozoné.
EXEMPLE - Oxygénation pour l'aération et l'ozonation pour la réduction de
dans le liquide. L'arbre porte également la turbine auto-aspirante immergée dans le liquide et pouvant être entraînée par l'arbre. L'arbre est enveloppé coaxialement par un cylindre lié à son extrémité supérieure de manière étanche au dispositif d'entraînement et dont l'extrémité inférieure débouche dans la turbine. L'extrémité supërieure du cylindre est percée d'une ouverture d'injection du gaz ozoné dans un intervalle annulaire délimité
par l'arbre et le cylindre. Lors du fonctionnement de ce dispositif, le liquide est brassé
par la turbine. En tournant, celle-ci aspire le gaz ozoné à travers l'espace annulaire de l'arbre et le diffuse dans le liquide au niveau de la turbine. La dispersion gaz/liquide ainsi créée est diffusée très largement dans le bassin d'aération par l'intermédiaire de la turbine et de l'hélice placée généralement sous ladite turbine. Ce moyen d'injection est décrit dans la demande EP-A1-0 995 485. Ce type d'appareil est commercialisé par Air Liquide sous la référence Turboxal~.
Pour ces deux mises en oeuvre, les moyens de transfert du gaz ozoné dans l'effluent ont l'avantage de présenter de très bons rendements de transfert et un effet de déstructuration partielle des flocs biologiques (désagrégation des flocs, voire destruction des parois cellulaires des microorganismes). Cet effet de déstructuration des flocs accroît l'efficacité de l'ozone pour la réduction de la biomasse.
Le gaz ozoné peut provenir directement d'un générateur d'ozone ou d'une autre étape du procédé de traitement des effluents qui met également en oeuvre un gaz ozoné. Ainsi, le gaz ozoné peut être le gaz ozoné résiduel provenant d'un évent gazeux (recyclage).
Du fait de la décomposition très rapide de l'ozone dans les effluents aqueux et de sa grande solubilité dans ces effluents, le transfert de l'ozone dans ces effluents est proche de 100 % et la formation d'ozone à la surface des bassins d'aération est évitée.
Le procédé selon l'invention présente l'avantage de combiner en une seule étape : l'aération au moins partielle du bassin biologique au moyen de l'oxygène du gaz ozoné et la réduction de boues au moyen de la quantité élevée d'ozone dans le gaz ozoné.
EXEMPLE - Oxygénation pour l'aération et l'ozonation pour la réduction de
5 la production de boues simultanée d'un bassin biologique.
Un bassin de 9 m de profondeur et de 6000 m3 de volume est aéré à l'aide de deux appareils Ventoxal. Chaque appareil Ventoxal injecte 53 Nm3/h d'oxygène correspondant au besoin horaire en aération. La production de boues biologiques en excès extraite chaque jour permettant de maintenir constante la concentration en boues dans le bassin aérée est de 460 kg/j.
Sur une filière de traitement parallèle et identique, l'oxygène d'un des deux appareils Ventoxal est dopé par 17 mg/I d'ozone. La production de boues journalière passe à 320 kg/j soit une réduction de 30 %. Une amélioration de l'indice de boues est également observée ainsi qu'une facilité de déshydratation de l'excès de boues restantes.
Un bassin de 9 m de profondeur et de 6000 m3 de volume est aéré à l'aide de deux appareils Ventoxal. Chaque appareil Ventoxal injecte 53 Nm3/h d'oxygène correspondant au besoin horaire en aération. La production de boues biologiques en excès extraite chaque jour permettant de maintenir constante la concentration en boues dans le bassin aérée est de 460 kg/j.
Sur une filière de traitement parallèle et identique, l'oxygène d'un des deux appareils Ventoxal est dopé par 17 mg/I d'ozone. La production de boues journalière passe à 320 kg/j soit une réduction de 30 %. Une amélioration de l'indice de boues est également observée ainsi qu'une facilité de déshydratation de l'excès de boues restantes.
Claims (5)
1. Procédé de réduction des boues formées lors du traitement biologique d'un effluent aqueux, ledit traitement comprenant au moins une étape au cours de laquelle l'effluent est mis en contact avec des microorganismes dans un bassin d'aération, caractérisé
en ce qu'on injecte dans le bassin d'aération un gaz ozoné comprenant au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent.
en ce qu'on injecte dans le bassin d'aération un gaz ozoné comprenant au moins 2,5 mg d'ozone par litre de gaz au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz ozoné
comprend au plus 300 mg d'ozone par litre de gaz.
comprend au plus 300 mg d'ozone par litre de gaz.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent est composé d'un venturi alimenté
par une pompe et comprenant un moyen d'injection de gaz dans la partie étroite du venturi.
par une pompe et comprenant un moyen d'injection de gaz dans la partie étroite du venturi.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent est composé d'une turbine et d'un moyen d'injection de gaz dans la turbine.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent est composé d'une turbine auto-aspirante et d'une hélice, ladite turbine auto-aspirante et ladite hélice étant portées par un même arbre d'entraînement creux, et ledit arbre creux assurant l'approvisionnement en gaz ozoné de la turbine.
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