FR2503690A1 - Procede pour eliminer le phosphore contenu dans des liquides organiques residuaires - Google Patents

Abstract

PROCEDE POUR ELIMINER LE PHOSPHORE CONTENU DANS DES LIQUIDES ORGANIQUES RESIDUAIRES ET EN PARTICULIER DES EFFLUENTS D'EGOUTS MUNICIPAUX. ON MELANGE LE LIQUIDE RESIDUAIRE AVEC DES BOUES ACTIVEES RECYCLEES EN L'ABSENCE PRATIQUEMENT COMPLETE D'OXYGENE, D'ACIDE NITRIQUE ET D'ACIDE NITREUX DISSOUS, FORMANT AINSI UN PREMIER MELANGE CONTENANT UNE FORTE PROPORTION DE PHOSPHORE SOLUBLE, ON SEPARE CEMELANGE EN MATIERES SOLIDES DE PREMIERES BOUES ACTIVEES CONCENTREES ET LIQUIDE SEPARE A FORTE TENEUR EN P SOLUBLE, ON MELANGE LE RESTE DU PREMIER MELANGE ET LES PREMIERES BOUES ACTIVEES CONCENTREES AVEC DE L'OXYGENE, DE L'ACIDE NITRIQUE, DE L'ACIDE NITREUX, FORMANT UN SECOND MELANGE DANS LEQUEL ON SOUMET LES SUBSTANCES ORGANIQUES A OXYDATION BIOLOGIQUE ET ON ABSORBE LE PHOSPHORE SOLUBLE DANS LES BOUES ACTIVEES, ON SEPARE CE MELANGE EN LIQUIDE TRAITE ET SECONDES BOUES ACTIVEES QU'ON RECYCLE ET ON ELIMINE LE PHOSPHORE DU LIQUIDE SEPARE PAR VOIE CHIMIQUE.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé

pour éliminer le phosphore avec la DUBO de liquides organiques rési-

duaires tels que les effluents municipaux contenant du phosphore à Lasse concentration (à une concentration ne dépassant pas par exemple 10 mg/l). Les effluents des égouts municipaux et les effluents industriels organiques sont habituellement traités par la technique classique aux boues activées. Toutefois, en raison de l'élimination incomplète de l'azote et du phosphore présents en excès par rapport à la DBO, les liquides traités provoquent l'eutrophicatian des lacs et des baies, conduisant à des dommages sévères pour la pêche et le tourisme. Ainsi donc, il est tout à fait urgent de mettre au point une technique permettant d'éliminer de manière stable, efficace et économique le phosphore et l'azote, avec la DBO, de liquides

résiduaires. Pour ce qui concerne l'élimination de l'azote, le pro-

cédé de nitrification-dénitrification biologique s'est avéré un

procédé très efficace avec le développement du procédé de nitrifi-

cation-dénitrification en circulation qui utilise au maximum la

DBO du liquide résiduaire.

Parmi les procédés de la technique antérieure pour éliminer le phosphore présent & l'état de phosphate soluble (PO 3 on citera la sédimentation par coagulation utilisant le chlorure ferrique (FeCl3), le sulfate d'aluminium (Al2SO4)3) ou la chaux éteinte (Ca(OH)2) comme agent coagulant. Toutefois, ces procédé exigent une grande quantité d'agents coagulants si l'on veut abaisser dans le liquide traité la concentration du phosphore à

un point suffisant pour empêcher l'eutrophication. Or, l'utilisa-

tion d'un agent coagulant en grande quantité fait que non seulement les opérations sont conteuses mais qu'il est également difficile de traiter les boues obtenues dans l'opération parce qu'elles sont

difficiles à déshydrater. En raison de ces problèmes, la sédimenta-

tion après coagulation a atteint ses limites, et il existe en fait un besoin en procédés efficaces et économiques pour éliminer

le phosphore et qui remplaceraient la sédimentation après coagu-

lation.

Parmi les procédés en question qui sont prometteurs, on citera: (1) le "procédé par déphosphoration catalytique" opérant sur le principe de la formation du minerai de phosphore, et (2Y le "procédé de déphosphoration biologique" (procédé aux boues activées

modifiées) pour éliminer le phosphore et la DBO ensemble par exploi-

tation du métabolisme du phosphore sous l'action de micro-organismes spéciaux. Le procédé de déphosphoration catalytique a de nombreux avantages et présente une importance essentielle en tant que technique convenant pour le traitement de liquides résiduaires contenant du phosphore à haute concentration. Par contre, il n'est pas économique lorsqu'on l'applique à des effluents municipaux contenant du phosphore à basse concentration, ne dépassant pas

environ 10 mg/l.

La première raison de son prix élevé réside dans

la consommation d'un réactif calcique en grande quantité.

La seconde raison de son prix élevé réside en ce

que le réglage du pH du liquide à traiter est coûteux.

En dépit de ses avantages marqués, le procédé de déphosphoration catalytique ne convient pas pour le traitement de liquides résiduaires contenant du phosphore à basse concentration et ne peut pas être appliqué directement au traitement d'effluents municipaux. D'autre part, pour ce qui concerne le procédé de déphosphoration biologique dont on a parlé cidessus, il consiste en une modification du procédé classique aux boues activées, dans

laquelle on prévoit un réservoir anaérobie dans lequel des micro-

organismes spéciaux, les bactéries déphosphorantes, qui provoquent le métabolisme du phosphore, sont choisies principalement parmi les microorganismes de boues activées, et utilisées pour éliminer le phosphore avec des substances organiques et, dans certains cas

même, pour provoquer également la dénitrification.

On a proposé deux procédés de déphosphoration bio-

logique exploitant le métabolisme du phosphore caractéristique des bactéries déphosphorantes. L'un de ces procédé est le procédé aux boues activées, avec un réservoir de déphosphoration, connu sous le nom commercial de "procédé Phostrip". Le principe de ce procédé réside en ce que le phosphore contenu à basse concentration dans une grande quantité de liquide résiduaire est concentré dans une petite quantité de liquide à l'aide de boues activées contenant des

bactéries déphosphorantes et d'o le phosphore est éliminé facile-

ment par la technique de coagulation et de sédimentation (avec, dans la plupart des cas, la chaux éteinte en tant qu'agent coagu- lant). La demanderesse a trouvé que, comparativement au procédé anaérobie-aérobie aux boues activées décrit ci-après, ce

procédé conduisait à une mauvaise sélection des bactéries dépho-

phorantes et que, par suite, les boues recyclées devaient être maintenues très longtemps dans le réservoir de déphosphoration maintenu dans des conditions anaérobies. On a également trouvé qu'en maintenant les boues recyclées dans des conditions anaérobies

pendant des durées prolongées, on provoquait la mort de micro-

organismes des boues activées autres que les bactéries déphospho-

rantes et que les boues contenant les micro-organismes tués donnaient lieu à des formations anormales de bulles au retour dans le réservoir

d'aération, provoquant des incidents dans les opérations.

Un autre procédé de déphosphoration biologique exploitant le métabolisme du phosphore sous l'action des bactéries déphosphorantes est appelé procédé anaérobie-aérobie aux boues activées. Dans ce procédé, avant le réservoir d'aération, on place une installation de type courant aux boues activées avec un réservoir anaérobie à petit volume qui ne permet pas la présence

d'o, et de NO. Dans ce réservoir supplémentaire, le liquide rési-

x duaire à traiter est mélangé avec des boues activées recyclées du réservoir de sédimentation finale. Au moins une partie de la DBO du liquide résiduaire est absorbée dans les boues activées par un processus non oxydatif, par un métabolisme caractéristique du phosphore,et le métabolisme des substances organiques provoqué par les bactéries déphosphorantes contenues dans les boues activées, et le phosphore est libéré des boues activées et retourne dans le liquide résiduaire. Le liquide mélangé obtenu contenant du phosphore soluble à haute concentration est introduit dans le réservoir d'aération suivant dans lequel la DBO restant dans la solution et la substance organique intracellulaire, absorbées et stockées par les bactéries des boues activées, sont soumises à oxydation biologique, le phosphore contenu dans le liquide résiduaire et le phosphore présent dans la solution étant simultanément absorbés

à nouveau par les boues activées.

Dans le procédé anaérobie-aérobie aux boues activiées, un réservoir anaérobie pour sélection des bactéries déphosphorantes est installé à l'entrée du liquide résiduaire à traiter, et il est utilisé à la fois pour la libération du phosphore et rabsorption de la DBO. Par conséquent, ce procédé permet la libération du phosphore et la sélection des bactéries déphosphoranres plus activement que

le procédé aux boues activées avec réservoir de déphosphoration.

Néanmoins, l'élimination du phosphore est moins stable et la teneur finale en phosphore du liquide résiduaire traité est plus forte que

dans le procédé aux boues activées avec réservoir de déphosphoration.

Dans le procédé anaérobie-aérobie aux boues activées qui est connu, les boues activées circulant dans l'installation libèrent et absorbent très activement le phosphore, mais la cause principale d'une élimination substantielle du phosphore réside uniquement dans les boues activées qui croissent dans le réservoir d'aération (La quantité de boues activées correspond A la quantité

de boues activées en excès). Par conséquent, l'élimination du phos-

phore est instable même lorsque le liquide résiduaire ne subit que de petites fluctuation en matière de quantité, de qualité et de température. Comme on vient de le voir, le procédé classique anaérobie-aérobie aux boues activées n'a pas des effets satisfaisants

et supporte plusieurs limitations. Néanmoins, il présente des avan-

tages en ce que (1) la libération du phosphore dans le réservoir anaérobie est rapide et sre, (2) même si l'absorption du phosphore dans le réservoir d'aération est mauvaise, le phosphore qui a été libéré dans le réservoir anaérobie est certainement absorbé par les boues activées, et (3) les boues activées obtenues sont faciles

à sédimenter et à concentrer. En raison de ces avantages, la deman-

deresse a pensé que, par une combinaison appropriée avec le procédé chimique d'élimination du phosphore, le procédé anaérobie-aérobie aux boues activées pouvait être amélioré de manière à permettre une élimination économique et efficace du phosphore avec la DBO de liquides organiques résiduaires tels que des effluents municipaux

contenant le phosphore à basse concentration. La présente inven-

tion est basée sur ce concept.

Ainsi donc, l'invention a pour objet un perfection-

nement au procédé anaérobie-aérobie aux boues activées conduisant à une élimination efficace et stable du phosphore contenu dans des liquides résiduaires à un bas rapport DBO/phosphore, par exemple à un rapport ne dépassant pas 30, ce perfectionnement étant atteint en combinant le procédé anaérobie-aérobie aux boues activées avec le

procédé chimique d'élimination du phosphore.

Le procédé selon l'invention permet de concentrer facilement des liquides résiduaires contenant du phosphore à basse concentration jusqu'à un petit volume de liquide contenant du phosphore à haute concentration sous l'action de boues activées, et ceci avec des moyens plus simples que ceux utilisés dans le

procédé aux boues activées avec réservoir de déphosphoration.

La première caractéristique de l'invention réside dans la modification du procédé classique anaérobie-aérobie aux

boues activées, dans lequel le liquide mélangé sortant du réser-

voir anaérobie est introduit dans le réservoir d'aération ou réservoir de dénitrification. Selon cette modification, le courant est dévié en partie vers l'opération intermédiaire de séparation solide-liquide. La seconde caractéristique de l'invention réside

en ce que l'on sépare un liquide contenant du phosphore à concen-

tration beaucoup plus forte que le liquide résiduaire du liquide

mélangé dévié et on obtient simultanément dans l'opération inter-

médiaire de séparation solide-liquide des boues intermédiaires concentrées contenant du phosphore à basse concentration avec du

phosphore soluble corrélativement en quantités relativement faibles.

La troisième caractéristique de l'invention réside en ce que les boues concentrées intermédiaires sont introduites avec le restant du liquide mélangé ou le courant principal du liquide mélangé évacué du réservoir anaérobie dans le réservoir d'aération ou réservoir de dénitrification dans lequel - ou dans le réservoir suivant de nitrification - le phosphore soluble contenu dans le courant principal du liquide mélangé et un petit volume du phosphore accompagnant les boues concentrées intermédiaires

sont absorbés par les boues activées, ce qui conduit à une élimi-

nation totale du phosphore.

La quatrième caractéristique de l'invention réside en ce que le liquide séparé contenant le phosphore à haute concen- tration, obtenu dans l'opération intermédiaire de séparation solide-liquide, est soumis à une opération chimique d'élimination

du phosphore.

La cinquième caractéristique de l'invention réside en ce que le liquide déphosphoré obtenu comme décrit ci-dessu est de préférence introduit dans le réservoir anaérobie, le réservoir d'aération, le réservoir de dénitrification, et le réservoir suivant, s'il subsiste de la DBO et/ou du phosphore non éliminés dans le

liquide déphosphoré.

La sixième caractéristique de l'invention réside en ce que le procédé d'élimination chimique du phosphore pour

traitement du liquide séparé contenant du phosphore à haute concen-

tration est de préférence un procédé de déphosphoration catalytique.

La septième caractéristique de l'invention réside

en ce que le liquide séparé contenant le phosphore à haute concen-

tration est soumis, lorsque c'est nécessaire, à un traitement

d'oxydation biologique avant d'être traité par le procédé d'élimi-

nation chimique du phosphore.

La huitième caractéristique de l'invention réside en ce que les boues concentrées obtenues dans la denière opération de séparation solideliquide sont recyclées en partie lorsque

c'est nécessaire directement dans le réservoir d'aération.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront plus clairement de la description détaillée

donnée ci-après en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure l représente schématiquement un cycle opératoire type dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel on élimine les substances organiques et le phosphore par le procédé aux boues activées; et - la figure 2 représente un cycle opératoire dans

un mode de réalisation du procédé selon l'invention appliqué à l'opé-

ration de nitrification-dénitrification en circulation.

Le procédé selon l'invention sera maintenant décrit en détail en référence au mode de réalisation de la figure 1

des dessins annexés.

Sur cette figure, un liquide résiduaire 31, par exemple un effluent d'égouts municipaux à traiter, qui a déjà passé dans un réservoir de sédimentation (non représenté) pénètre dans le réservoir anaérobie 1 dans lequel il est mélangé avec les boues activées 32 recyclées du réservoir de sédimentation finale 10 pour séparation solide-liquide. Le réservoir anaérobie est maintenu dans un "état anaérobie" dans lequel les microorganismes ne peuvent pas respirer et le métabolisme est dû à l'absence pratiquement totale

d'oxygène dissous [DO] et de NOx (acide nitrique ou acide nitreux).

Les concentrations en DO et NO ne sont pas définies avec précision x mais, de préférence, elles doivent être maintenues à un niveau tel

que le potentiel d'oxydo-réduction [ORP] ne dépasse pas -130 mV.

Les boues recyclées 32 contiennent fréquemment NOx. Une petite proportion de NOx est consommée immédiatement au mélange avec le liquide résiduaire 31 mais, de préférence, la proportion de NOX ne sera pas importante, sinon elle affecterait l'état anaérobie du réservoir 1. Pour répondre à cette condition, il est souhaitable

de prolonger la durée de séjour des boues dans le réservoir de sédi-

mentation finalelO ou de prévoir sur le retour des boues un réservoir de stockage des boues recyclées 23 dans lequel ou bien il n'y a pas

d'aération, ou bien on procède à une légère aération pour dénitri-

fication. Si NO X pénètre encore dans le réservoir anaérobie 1, celui-ci doit être divisé en deux ou plusieurs compartiments, comme représenté sur la figure, ou bien encore le réservoir anaérobie 1 doit être de forme allongée dans la direction de l'écoulementen sorte que le liquide contenu dans le réservoir se mélange sous la forme d'un écoulement en faux bouchon, d'o il résulte un état

anaérobie au moins dans la moitié aval du réservoir anaérobie 1.

Dans un tel cas, la DBO du liquide résiduaire (liquide mélangé dans le réservoir) est consomméeen partie pour la dénitrification et la sélection des bactéries de déphosphoration se fait mal. Par conséquent, la mesure la plus appropriée consiste à supprimer totalement toute entrée de NOX Le réservoir anaérobie 1 peut

être du type couramment utilisé en tant que réservoir de dénitri-

fication dans l'opération de nitrification-dénitrification. Pour empocher l'entrée de l'oxygène de l'atmosphère et la diffusion des

odeurs du liquide résiduaire, le réservoir anaérobie sera de pré-

férence hermétique. Toutefois, le type de construction de ce réser-

voir n'est pas particulièrement limité. Le mélange est réalisé par gitation à l'aide d'un gaz, agitation mécanique, agitation par écoulement du liquide, etc., c'est-à-dire comme pour le réservoir

de dénitrification.

Si le réservoir anaérobie 1 tel que décrit ci-

dessus est relié au réservoir d'aération 5 placé à la suite, il se forme des boues activées. Dans une telle disposition, les boues activées obtenues contiennent des bactéries déphosphorantes en tant que principale variété de micro-organisme. Dans le réservoir anaérobie 1, les bactéries des boues activées assimilent par un processus non oxydant au moins une partie de la DBO contenue dans le liquide

résiduaire et la stocke à l'état de substance organique intracellu-

laire, avec libération simultanée de phosphore (principalement des granules d'acide polyphosphorique) sous la forme de phosphore

soluble, à partir des cellules contenues dans le liquide résiduaire.

Dans le réservoir anaérobie 1, la libération du phosphore à partir des boues activées se produit rapidement et en toute certitude, simultanément avec l'assimilation de la DBO. Dans

le cas o le liquide résiduaire consiste en effluent d'égouts muni-

cipaux, on libère en 2 h environ cinq fois la quantité de phosphore contenue dans le liquide résiduaire; cependant, on peut constater de légères différences selon les conditions observées. Par suite, la concentration du phosphore soluble dans le liquide mélangé est multipliée par 6 environ par rapport à celle du liduide résiduaire;

la teneur en phosphore des boues activées diminue en correspondance.

En d'autres termes, le liquide mélangé 33 évacué du réservoir anaérobie contient les boues activées qui ont libéré le phosphore et> par conséquent, contient le phosphore à basse concentration et

le phosphore soluble en quantité correspondant à la somme du phos-

phore libéré et du phosphore contenu dans le liquide résiduaire.

Dans le procédé classique anaérobie-aérobie aux boues activées, le liquide mélangé 33 évacué du réservoir anaérobie est introduit dans le réservoir d'aération 5. En-d'autres termes, ?50369o le réservoir d'aération 5 est chargé par les boues activées qui ont libéré le phosphore et tout le phosphore soluble (phosphore libéré et phosphore contenu dans le liquide résiduaire) de l'effluent provenant du réservoir anaérobie. Par contre, dans le procédé selon l'invention, le phosphore soluble contenu dans le liquide mélangé 33 évacué du réservoir anaérobie est séparé en partie des boues activées

qui ont libéré là phosphore, de sorte qu'il y a diminution du char-

gement en phosphore soluble du réservoir d'aération. Le mode opéra-

toire est décrit ci-après: Le liquide mélangé 33 évacué du réservoir anaérobie passe dans le réservoir de distribution 2 qui sépare le courant en le courant principal 34 de liquide mélangé passant directement au

réservoir d'aération 5 et le courant dévié 35 de liquide mélangé.

Le courant dévié 35 deliquide mélangé est introduit dans le réser-

voir de sédimentation intermédiaire 3 qui provoque une séparation

intermédiaire solide-liquide. Le liquide 36 séparé par le réser-

voir de sédimentation 3 contient du phosphore à haute concentration.

Les boues concentrées 37 qui se déposent dans le réservoir de sédi-

mentation 3 et qui ont libéré le phosphore contiennent le phosphore soluble d'accompagnement en quantité relativement faible. Cette opération intermédiaire de séparation solide-liquide est essentielle et d'une importance cruciale dans l'invention. Il ne s'agit pas nécessairement d'une sédimentation sous l'action de la gravité,

comme représenté dans la figure 1. On peut faire appel à une flotta-

tion par l'air dissous et à une sédimentation centrifuge et à d'autres techniques de sédimentation mécaniques. Les boues activées formées dans le procédé aux boues activées ou dans le procédé de nitrificationdénitrificiation selon l'invention sédimentent en général facilement et peuvent être traitées de manière satisfaisante par la sédimentation courante par gravité. Les boues concentrées intermédiaires 37 obtenues dans le réservoir de sédimentation intermédiaire 3 sont envoyées dans le réservoir d'aération 5 par

la pompe 4. Le liquide séparé 36 est envoyé à l'opération d'élimina-

tion chimique du phosphore.

La concentration du phosphore dans le liquide séparé 36 est égale ou légèrement supérieure à celle du phosphore soluble

contenu dans le liquide mélangé 33 évacué du réservoir anaérobie.

Elle dépend de la qualité du liquide résiduaire 31 et des conditions opératoires dans le réservoir anaérobie 1. Dans le cas d'effluents municipaux moyens, contenant environ 5 mg/i de P, les concentrations en phosphore seront de 25 à 30 mg/Il de P. 1 Conformément à l'invention, on exploite de préférence

un procédé de déphosphoration catalytique en tant que procédé chi-

mique d'élimination du phosphore contenu dans le liquide séparé 36 contenant cet élément à concentration relativement forte; toutefois, on peut faire appel à un autre procédé quelconque. La raison du

choix ci-dessus réside en ce que le procédé de déphosphoration cata-

lytique n'exige pas de traitement des boues et permet de récupérer des matières minérales phosphatées utiles et en ce qu'il convient

pour le traitement de liquides contenant du phosphore à haute concen-

tration. Dans le cas o le liquide résiduaire 31 consiste en effluents d'égouts municipaux, le liquide séparé 36 contient le phosphore à

haute concentration, alors que les concentrations en substances alca-

lines sont très basses, 120 mg/i exprimés en CaCO3, comparativement à la concentration en phosphore. Par conséquent, on peut éliminer facilement plus de 90% du phosphore en ajoutant simplement Ca(OH)2

en quantité de 2 moles par mole de phosphore, sans le réglage d'alca-

linité nécessaire habituellement. Même si un réglage d'alcalinité était nécessaire, son coût serait très faible parce que le volume du liquide séparé 36 est diminué, représentant de 3 à 25% de celui

du liquide résiduaire traité.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le liquide séparé est introduit par la pompe 12, sans réglage d'alcalinité, dans le réservoir 13, pour mélange du réactif calcique dans lequel le liquide séparé 36 est mélangé avec un réactif calcique 14 tel que Ca(OH)2 et CaCl2, puis envoyé à la tour de déphosphoration 15. La tour de déphosphoration 15 est construite comme la tour du procédé classique de déphosphoration

catalytique et opère de la même manière. Dans le mode de réalisa-

tion représenté sur la figure 1, on utilise une tour de déphospho-

ration du type à lit fluidisé parce que le liquide séparé 36 contient du phosphore à haute concentration et qu'on peut parvenir à une élimination suffisante du phosphore avec un lit fluidisé facile à entretenir. Il est inutile de préciser que le type de la tour de déphosphoration 15 n'est nullement limité au-type à lit

fluidisé et qu'on peut utiliser une tour à lit fixe ou une combi-

naison de lit fluidisé et de lic fixe. Le liquide séparé 36 doit de préférence présenter un pH de 6 à 11 au moment o il entre dans

la tour de déphosphoration remplie de matière minérale phosphatée.

Après élimination chimique du phosphore, le liquide séparé 36 est alors le liquide traité et déphosphoré 38 qu'on peut rejeter tel quel si c'est autorisé ou qu'on peut envoyer à un autre tra5tement dans une autre installation, ou qu'on peut encore recycler soit dans le réservoir anaérobie 1, soit dans le réservoir d'aération 5 de l'installation anaérobie-aérobie au boues activées. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le liquide traité 38 est envoyé au réservoir d'aération 5 pour l'élimination de la DBO et du

phosphore subsistant.

Le réservoir d'aération 5 reçoit le courant principal de liquide mélangé 34, les boues concentrées intermédiaires 37 et,

dans certains cas, le liquide traité par déphosphoration chimique 38.

Le réservoir d'aération 5 peut être conçu comme celui utilisé dais le procédé classique aux boues activées et il peut fonctionner de la même manière. Ce réservoir doit avoir une forme telle qu'il permette un écoulement à faux bouchon plutôt qu'un mélange complet; on évite ainsi un court-circuit du liquide entrant et on forme des boues activées qui sédimentent facilement. Pour répondre à ces exigences, on peut

utiliser un réservoir rectangulaire de forme allongée dans la direc-

tion de l'écoulement ou encore un réservoir rectangulaire à compar-

timents. Le.courant principal du liquide mélangé 34 doit être intro-

duit dans le réservoir d'aération au point le plus éloigné de la sortie du réservoir d'aération, ceci afin que la durée de passage soit au maximum. Toutefois, il n'est pas nécessaire d'introduire les boues concentrées intermédiaires 37 et le liquide traité par déphosphoration chimique 38 dans le réservoir d'aération au même point que le courant

principal de liquide mélangé 34.

Le liquide mélangé contenu dans le réservoir d'aéra-

tion doit être réglé à pH 6,0 à 9,0, de préférence à pH 6,5 à 8,5.

Il doit y avoir dans tout le réservoir de l'oxygène dissous [DO] à

des concentrations supérieures à 2 mg/l. Toutefois, il est inévi-

table que les concentrations en DO soient plus basses qu'au voisi-

nage du point d'entrée du courant principal de liquide mélangé 34 et des boues concentrées intermédiaires 37. L'aération dans le réservoir d'aération peut être réalisée selon les techniques exploitées dans le procédé classique aux boues activées. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on exploite un système par barbotage d'air, avec insufflation d'air par la soufflante 16, sous forme de fines bulles, dans le liquide mélangé;

mais on peut réaliser l'aération par d'autres systèmes mécaniques.

On peut aérer à l'oxygène, c'est-à-dire remplacer l'air par l'oxy-

gène. A l'entrée du courant principal de liquide mélangé 34

et des boues concentrées intermédiaires 37 dans le réservoir d'aéra-

tion 5 équipé comme décrit ci-dessus, les bactéries des boues

activées contenues dans les deux courants peuvent respirer active-

ment et provoquer un métabolisme actif, provoquant l'oxydation biologique de la DBO à l'extérieur des cellules et des réserves

de substances organiques intracellulaires, avec assimilation simul-

tanée du phosphore soluble à l'extérieur des cellules et stockage de ce phosphore dans les cellules sous la forme de granules d'acide polyphosphorique. L'absorption du phosphore soluble est proportion-

nelle en quantité et en vitesse à la différence entre la teneur critique en phosphore des boues activées et la teneur en phosphore à un point déterminé. Par conséquent, les boues activées, avec phosphore libéré, contenues dans le courant principal de liquide mélangé 34 et des boues concentrées intermédiaires 37 absorbent vigoureusement le phosphore soluble de la solution immédiatement après entrée dans le réservoir d'aération. Toutefois, la vitesse d'absorption du phosphore diminue au fur et à mesure que la teneur en phosphore augmente dans les boues activées ou que la capacité

d'absorption du phosphore diminue.

Dans le cas du procédé classique anaérobie-aérobie aux boues activées, dans lequel le liquide mélangé 33 évacué du réservoir anaérobieest envoyé tel quel et en totalité dans le réservoir d'aération 5, les boues activées sont presque saturées dans leur capacité d'absorption du phosphore lorsqu'elles ont

réabsorbé le phosphore déchargé dans le réservoir anaérobie 5.

Et l'absorption du phosphore supplémentaire contenu dans le liquide résiduaire 31 ne représente qu'une petite augmentation dans le réservoir d'aération 5 ou que la capacité d'absorption du phosphore de l'excès des boues. Par conséquent, dans la dernière moitié du réservoir d'aération 5, l'absorption du phosphore est très lente

et il n'y a pratiquement pas d'élimination du phosphore.

Dans l'invention, ce problème a été résolu en intro-

duisant dans le réservoir d'aération 5 la bouillie concentrée inter-

médiaire 37 avec le phosphore libéré qui contient du phosphore soluble concomitant en quantité relativement faible par rapport à sa capacité d'absorption de phosphore. La boue activée contenue dans la boue concentrée intermédiaire 37 est initialement la même que la boue activée contenue dans le mélange liquide d'écoulement dans la

dérivation 35. Mais, par suite du procédé de séparation solide-

liquide dans le réservoir de sédimentation intermédiaire 3, le phosphore soluble concomitant est diminué autant que le phosphore

introduit avec le liquide séparé 36 dans le procédé chimique d'éli-

mination du phosphore. Donc, cette boue activée présente encore une capacité résiduelle d'absorption de phosphore, même après avoir réabsorbé le phosphore soluble concomitant dans le réservoir d'aération 5 et, conjointement avec la boue activée ayant poussé dans le réservoir d'aération 5, elle absorbe sensiblement le phosphore contenu dans le liquide résiduaire 31. En raison de cette capacité de la boue concentrée intermédiaire 37, l'absorption de phosphore dans le réservoir d'aération 5 est beaucoup plus rapide que celle obtenuedans le procédé classique anaérobie-aérobie à la boue

activée, en particulier dans la seconde moitié du réservoir d'aéra-

tion. Donc, selon le procédé de la présente invention, l'élimination du phosphore est effectuée de manière certaine, même si le réservoir d'aération 5 a une capacité relativement faible et la concentration

de phosphore dans le liquide traité 40 est invariablement faible.

Selon le procédé de l'invention, la capacité du réser-

voir d'aération 5 est souvent déterminée par la charge de boue en DBO (F/M) comme dans, le procédé ordinaire à la boue activée, au lieu de la charge de phosphore. Dans le procédé classique anaérobie-aérobie à la boue activée, l'élimination du phosphore repose entièrement sur la capacité d'absorption de phosphore de la boue en excès,

et par conséquent il est nécessaire de faire fonctionner le sys-

tème de telle manière que la boue en excès soit formée en grandes quantités. Donc, le système fonctionne souvent avec une charge de DBO excessivement élevée et un âge de la boue réduit, avec pour résultat que l'élimination de la DBO, qui est le but initial du procédé à la boue activée, devient insuffisante et la boue en excès produite n'est pas totalement stable. Selon le procédé de l'invention, il est possible de maintenir un traitement stable et de choisir une charge appropriée de boue de DBO en ayant en vue l'élimination de la DBO et la stabilisation de la boue en excès, compte

tenu de la boue concentrée intermédiaire 37 qui absorbe le phosphore.

Les mécanismes et les procédés ci-dessus mentionnés

provoquent l'absorption du phosphore soluble par la boue activée.

Le mélange liquide 39 déchargé du réservoir'd'aération, qui est formé après oxydation biologique totale de la DBO, est introduit dans le réservoir de sédimentation finale 10 o s'effectue le procédé

final de séparation solide-liquide. Dans ce réservoir de sédimenta-

tion, la boue activée est déposée, séparée et concentrée et le liquide traité 40 est obtenu. Le liquide traité 40 peut être déchargé

tel quel ou soumis à un autre traitement, si nécessaire.

D'autre part, la boue activée qui a été séparée et concentrée par précipitation est au moins partiellement renvoyée au réservoir anaérobie 1 par la pompe 11. La boue recyclée est indiquée par 32. La boue restante 41 est déchargée du système, mais elle peut être partiellement renvoyée au réservoir d'aération 5,

si nécessaire. La boue recyclée par dérivation est indiquée par 42.

Dans le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1, la boue en excès est déchargée au réservoir final de sédimentation 10. Ceci n'est pas limitatif et une partie du mélange liquide déchargé du réservoir d'aération 5 peut être utilisée comme boue en excès, comme c'est souvent le cas avec certaines des installations classiques

à la boue activée. Egalement, une partie de la boue concentrée inter-

médiaire 37 obtenue dans le réservoir de sédimentation intermé-

diaire 3 peut être utilisée comme boue en excès. La boue en excès

obtenue dans ce cas est la boue qui a libéré complètement le phos-

phore dans la cuve anaérobie 1 et elle ne libère que très peu de phosphore soluble, même si elle est laissée pendant une longue durée dans la cuve de concentration de la boue en excès, avec pour résultat que le retour de phosphore du système de traitement de la

boue en excès peut être réduit.

On peut modifier les détails de construction du mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1 sans toutefois

s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention.

La présente invention peut être appliquée au procédé de nitrificationdénitrification pour l'Vimination simultanée de l'azote avec la DBO. Dans le procédé de nitrification-dénitrification, il est ordinairement nécessaire de prolonger l'Age de la boue en vue d'éviter la lixiviation des bactéries nitrifiantes. Le procédé

classique de nitrification-dénitrification ne peut donc pas effec-

tuer complètement la déphosphoration à moins que le liquide rési-

duaire ait un rapport DBO/phosphore suffisamment élevé. Cependant, le procédé de l'invention peut traiter des liquides résiduaires ayant des rapports DBO/phosphore extrêmement faibles. La figure 2 illustre un mode de mise en oeuvre complété par l'application de la présente invention au procédé dit de nitrification-dénitrification px circulation. Les caractéristiques de ce mode de mise en oeuvre

sont brièvement décrites ci-dessous.

Dans le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 2, le liquide résiduaire 31 et la boue recyclée 32 pénètrent dans le réservoir anaérobie 1 pour être mélangés, de la même manière que dans le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1. Dans

le mode de mise en oeuvre de la figure 2, qui a pour but une déni-

trification complète, on utilisera avec satisfaction un mélan-

geur total pour le réservoir anaérobie 1 parce que la boue recyclée 32 ne contient qu'un peu de NO, si toutefois elle en contient. D'autres conditions pour la cuve anaérobie 1 sont les mêmes que pour le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1 et la réaction bactérienne qui a lieu dans le réservoir anaérobie est également la même. Le mélange liquide 33 déchargé du réservoir anaérobie 1 est séparé en le mélange liquide d'écoulement principal 34 et le mélange liquide de dérivation 35 par le réservoir de distribution 2. Le mélange liquide de dérivation 35 est introduit

dans le réservoir de sédimentation intermédiaire 3 pour la sépara-

tion en liquide séparé 36 et boue concentrée intermédiaire 37.

L'une des différences entre le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1 et le mode de mise en oeuvre repré-

senté à la figure 2 est le procédé pour traiter le liquide séparé 36.

Dans le cas du mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1> le liquide séparé 36 est introduit directement dans le procédé pour éliminer chimiquement le phosphore, tandis que, dans le cas du mode de mise en oeuvre représenté à la figure 2, le liquide séparé 36

subit un traitement d'oxydation biologique avant le procédé d'élimi-

nation chimique du phosphore. Autrement dit, le liquide séparé 36 est introduit dans la tour d'oxydation biologique par filtration 18 dans laquelle la DBO est éliminée par oxydation et, de préférence, la nitrification a lieu. Ce procédé n'est pas indispensable dans le procédé de l'invention, mais il est souhaitable dans le cas o l'on utilise un lit fixe pour la tour de déphosphoration ultérieure 15, dans laquelle le phosphore est éliminé catalytiquement, parce que l'oxydation biologique évite la présence de boue bactérienne qui

provoque l'obturation du matériau de déphosphoration (phosphate miné-

ral) prolongeant les intervalles de lavage en retour du lit fixe.

La nitrification simultanée abaisse l'alcalinité du liquide séparé 38, permettant de séparer davantage de phosphore avec une plus faible quantité de réactif au calcium. Dans le mode de mise en oeuvre de la figure 2, la tour filtrante d'oxydation biologique 18 est un lit fixe d'aération garni de sable fin et à travers lequel on injecte de l'air par le bas au moyen de la soufflante 19. Cependant, ceci n'est pas limitatif et il est possible d'utiliser un lit fluidisé d'aération, dans lequel le sable fin chargé de bactéries est fluidisé

par aération, le filtre à ruissellement et le filtre immergé.

Le liquide 43 traité par oxydation biologique est introduit par la pompe 12' dans le réservoir de mélange du réactif au calcium 13 dans lequel le liquide est mélangé avec le réactif au

calcium 14,et le mélange liquide passe à travers la tour de déphos-

phoration 15 du type à lit fixe, dans laquelle on élimine chimiquement, de préférence, plus de 80% du phosphore. Le liquide traité 38 peut être déchargé tel quel si cela est autorisé. Cependant, dans le

mode de mise en oeuvre de la figure 2, il est renvoyé a l'installa-

tion de nitrification-dénitrification à circulation en vue d'éliminer complètement une faible quantité de phosphore résiduel et NO formé x dans la tour d'oxydation biologique par filtration 18. Dans ce cas, il peut être renvoyé au premier réservoir de dénitrification 6, au

réservoir de nitrification 7 ou au second réservoir de dénitrifica-

* tion 8. Dans le mode de mise en oeuvre de la figure 2, il est

renvoyé au réservoir de nitrification 7. Dans le cas o la nitrifi-

cation n'est pas effectuée dans la tour d'oxydation biologique à filtration 18, le liquide traité chimiquement déphosphoré 38 peut

être renvoyé au réservoir anaérobie 1; mais ceci n'est pas préfé-

rable si l'on effectue la nitrification et si le liquide contient NO x

D'autre part, le mélange liquide d'écoulement prin-

cipal 34 séparé par le réservoir de distribution 2 et la boue

concentrée intermédiaire 37 obtenue par le réservoir de sédimenta-

tion intermédiaire 3 sont également introduits dans l'installation de nitrification-dénitrification à circulation. Dans ce cas, le mélange liquide d'écoulement principal 34 doit de préférence être introduit dans le premier réservoir de dénitrification 6, mais la boue concentrée intermédiaire 37 peut être introduite soit dans le premier réservoir de dénitrification 6, soit dans le réservoir

de nitrification 7.

Les bactéries de déphosphoration effectuent égale-

ment la dénitrification ou le métabolisme de respiration utilisant NO comme accepteur d'hydrogène. La boue activée débarrassée du x phosphore, qui pénètre dans le premier réservoir de dénitrification 6, utilise NO contenu dans le liquide en circulation 44 qui est x introduit dans le premier réservoir de dénitrification 6 depuis le réservoir de nitrification 7 par la pompe de circulation 20, de sorte que la dénitrification est effectuée et la DBO extérieure aux cellules et la substance organique intracellulaire sont oxydées biologiquement et, simultanément, le phosphate soluble extérieur

aux cellules est absorbé dans les cellules. Cette réaction d'absorp-

tion du phosphore peut être terminée dans le premier réservoir de

dénitrification 6, ou bien être effectuée en continu dans le réser-

voir de nitrification 7 ultérieur et le second réservoir de dénitri-

03690

fication 8, et même dans le réservoir de ré-aération 9. Dans ces réactions d'absorption du phosphore, la boue activée qui contiaeit simultanément du phosphore soluble en quantité raltivement faible, par rapport à la capa,:ité d'absorption de phosphore contenue dans la boue concentrée intermédiaire 37,remplit la même fonction et a le même effet que dans le mode de mise en oeuvre représenté à

la figure 1.

On peut faire fonctionner le premier réservoir de dénitrification 6, le réservoir de nitrification 7, le second réservoir de dénitrification 8 et le réservoir de ré-aération 9

presque de la même manière que dans le procédé classique de nitri-

fication-dénitrification à circulation. Bien que cela ne soit pas représenté à la figure 2, il est admissible d'ajouter un composé

de carbone comme donneur d'hydrogène auxiliaire au second réser-

voir de dénitrification 8 pour provoquer la dénitrification. Dans ce cas, le méthanol est le donneur d'hydrogène auxiliaire préféré

dans la présente invention, parce que le méthanol est inerte vis-

à-vis des bactéries de déphosphoration et il ne provoque pas à nouveau la libération du phosphore, même s'il est ajouté en excès par rapport à la quantité correspondant à NOx introduit et reste

dans le système. Dans le procédé classique de nitrification-

dénitrification à circulation, on ajoute souvent un composé de carbone au premier réservoir de dénitrification 6 si l'on doit traiter un liquide résiduaire ayant un rapport DBO/azote très faible. Dans ce cas, le composé de carbone doit être ajouté au premier réservoir de dénitrification 6 selon la présente invention, parce que le composé de carbone provoque la libération du phosphore

et contribue à son tour au choix de la bactérie de déphosphoration.

Les composés de carbone préférés dans ce cas sont l'éthanol, les acides organiques, tels que l'acide acétique, et les sucres de bas

poids moléculaire plutôt que le méthanol.

Dans le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 2, on maintient 1'OD dans le réservoir de nitrification 7 par injection d'air au moyen de la soufflante 16. Le réservoir de ré-aération 9 est hermétique et on introduit de l'oxygène à partir du générateur d'oxygène 21. L'utilisation d'oxygène pour maintenir 1 'OD dans le réservoir de ré-aération 9 présente les deux avantages suivants. Premièrement, on peut former une boue activée qui est déposée et concentrée très facilement (le VSI est souvent inférieur à 50). Deuxièmement, le potentiel d'oxydo-réduction (POR) de la boue activée, qui a été précipitée et concentrée dans le réservoir de sédimentation finale 10, diminue lentement et on peut réduire au

minimum une nouvelle libération de phosphore par la boue activée.

Il n'est pas économique d'introduire un excès d'oxygène dans le réservoir de ré-aération 9 pour augmenter excessivement l'0D dans le mélange liquide 45 déchargé du réservoir de ré-aération 9. De ce fait, également, l'OD reste dans la boue recyclée 32. L'OD restant dans la boue recyclée 32 détruit l'état de respiration impossible dans le réservoir anaérobie 1. Ceci pourrait gêner la sélection des bactéries de déphosphoration qui est la base

de la technologie de la présente invention. Pour éviter cette situa-

tion, l'appareil de contrôle 22, tel qu'un appareil de mesure du

POR ou un appareil de mesure du DO, est fixé à la partie de sédimen-

tation de la boue du réservoir de sédimentation finale 10 ou sur le trajet de la boue recyclée 32. La fourniture d'oxygène à partir du générateur d'oxygène 2 est réglée en fonction des signaux de sortie de l'appareil de contrôle 22. Il va sans dire que l'aération dans le réservoir de ré-aération 9 peut être effectuée par l'air

aussi bien que par l'oxygène.

Le mélange liquide 45 déchargé du réservoir de ré-

aération 9 quitte le procédé de nitrification-dénitrification et il est ensuite introduit dans le réservoir de sédimentation finale 10

pour le procédé final de séparation solide-liquide. Après précipita-

tion et séparation de la boue activée, on obtient le liquide traité 40.

La boue activée précipitée et séparée est le plus souvent renvoyée au réservoir anaérobie 1 et partiellement déchargée du système. La

boue activée recyclée est indiquée par 32 et la boue en excès par 41.

Incidemment, dans les figures 1 et 2, les numéros de référence 51, 52, 53 et 54 désignent la pompe d'alimentation pour

le liquide résiduaire, la pompe pour le mélange liquide de dériva-

tion, la pompe d'alimentation pour le liquide traité chimiquement

déphosphoré et la pompe d'évacuation de la boue en excès, respective-

ment. Ce qui précède définit les caractéristiques du mode de mise en oeuvre tel que représenté à la figure 2,et on pourrait concevoir de nombreuses variantes et modifications de la présente

invention combinées avec le procédé de nitrification-dénitrification.

Leurs détails ne sont cependant pas mentionnés ici. Que la présente invention puisse être appliquée au procédé à la boue activée tel que représenté à la figure 1, ou au procédé de nitrification-dénitrification tel que représenté à la figure 2, les conditions les plus importantes pour la conception et le fonctionnement dans la mise en oeuvre de la présente invention est le rapport de la quantité de phosphore à éliminer biologique

ment àla quantité de phosphore à éliminer chimiquement.

La quantité de phosphore à éliminer par-le procédé anaérobie-aérobie à la boue activée est déterminée par la quantité de boue en excès produite et par la teneur en phosphore dans la

boue activée. Par contre, la quantité de boue en excès est fonc-

tion de la quantité de DBO éliminée et de lVâge de la boue. Donc, l'équation suivante est valable pour la relation entre la quantité

de phosphore éliminée et la teneur en phosphore.

Y AS (1)

dans laquelle 0 est la teneur en phosphore dans la boue en-excès (kg de P/kg de VSS) O est l'âge de la boue (jours) a P est la quantité de phosphore éliminé (kg de P/jour) 4S est la quantité de DBO éliminée (kg de DBO/jour) K est le coefficient de désactivation naturelle de la boue (/jour) Y est le coefficient de conversion de la DBO en boue (kg deVSS/kg

de DBO).

La quantité de phosphore éliminée biologiquement ou la différence de la quantité totale de phosphore éliminée et de la quantité dephosphore éliminée chimiquement est également représentée

dans l'équation suivante, semblable à l'équation (1).

0 - i< t P- Pc (2)

<503690

dans laquelle AP est la quantité de phosphore éliminée chimique

meut (kg de P/jour).

La différence de l'équation(l)et de l'équation (2)

représente la différence essentielle du procédé classique anaérobie-

aérobie à la boue activée et du procédé de la présente invention.

Si le phosphore doit être éliminé totalement dans le procédé clas-

sique, la boue en excès ou la teneur en phosphore dans la boue activée formée à la fin du réservoir d'aération ne peut être réglée que par l'âge de la boue. Dans le procédé de l'invention, cependant, la teneur en phosphore peut être réglée facilement par

ajustage de la quantité de phosphore à éliminer chimiquement.

Dans le procédé anaérobie-aérobie à la boue activée, le vitesse à laquelle la boue activée absorbe le phosphore dans le réservoir d'aération est proportionnelle à la différence entre la teneur critique en phosphore et la teneur en phosphore au point spécifique. Donc, si l'activité élevée d'absorption du phosphore doit être maintenue jusqu'à la fin du réservoir d'aération, la teneur en phosphore dans la boue en excès doit être très différente de la teneur critique en phosphore. Il serait alors possible de produire de manière invariable le liquide traité contenant du

phosphore en faibles concentrations. Selon le procédé de l'inven-

tion, la teneur en phosphore dans la boue en excès n'est pas parti-

culièrement spécifiée, mais il est souhaitable de la maintenir au-

dessous de 95%, de préférence au-dessous de 80%,de la teneur cri-

tique en phosphore. Dans ce cas, la quantité de phosphore à éli-

miner chimiquement est déterminée à partir de l'équation (2) par l'équation (3) suivante Y0 AS Pc A P - 0,8 1 + K(3) dans laquelle 0c est la teneur critique en phosphore (kg de P/kg de

VSS).

Une fois que l'on a déterminé comme ci-dessus la quantité de phosphore à éliminer chimiquement, on peut connattre le débit du liquide séparé 36, et à son tour le débit du mélange liquide de dérivation 35, à partir de la concentration en phosphore

soluble dans le liquide séparé 36.

Les caractéristiques et effets de la présente inven-

tion ont été décrits ci-dessus en détail. En résumé, la présente invention a les avantages suivants par rapport au procédé classique anaérobie-aérobie à la boue activée. (1) Le fonctionnement nesc pas limité par le rapport DBO/phosphore du liquide résiduaire à traiter.

(2) L'âge de la boue peut être choisi comme on le désire. (3) L'acti-

vité d'absorption du phosphore de la boue activée peut être mainte-

nue jusqu'à la fin du réservoir d'activation. (4) le liquide traité

contient invariablement du phosphore à des concentrations suffisam-

ment faibles. La présente invention présente sur le procédé cata-

lytique classique de déphosphoration l'avantage que l'on peut récupé-

rer efficacement des matières premières phosphatées minérales à partir des liquides résiduaires contenant du phosphore à des concentrations relativement faibles, en utilisant une faible quantité de réactif au calcium sans effectuer un réglage de l'alcalinité. La présente

invention dans son ensemble propose un procédé pour éliminer effi-

cacement et économiquement la DBO, le phosphore et, dans certains cas, l'azote de liquides résiduaires organiques tels que des eaux

d'égouts municipales contenant du phosphore en faibles concentrations.

Les exemples suivants illustrent l'invention sans

toutefois en limiter la portée.

EXEMPLE 1

Le procédé de l'invention est appliqué au traitement

des liquides résiduaires provenant de l'édifice à habitation mul-

tiple pour les employés de la Société EM Company à F City, après

que l'essai de vérification ait révélé que le procédé anaérobie-

aérobie classique à la boue activée ne donnait pas satisfaction.

L'installation expérimentale est par construction presque la même que dans le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 1. Le réservoir anaérobie consiste en deux réservoirs hermétiques cylindriques en PVC rigide (chlorure de polyvinyle)

disposés en série. Chaque réservoir est muni d'un agitateur tour-

nant à 60 tr/min, entraîné par un moteur avec engrenage de rédue-

tion. Chaque réservoir a une capacité de 140 1 et la capacité totale est de 280 1. Le réservoir de sédimentation intermédiaire est également en PVC rigide et il a la forme d'un clarificatcur circulaire, Le diamètre est d'environ 280 mm et la capacité d'environ 90 1. Le fond est muni d'un râteau qui est entraîné à 2 tr/min par un moteur avec engrenage de réduction. Le réservoir d'aération rectangulaire est fait de plaques d'acier et divisé en quatre compartiments. Chaque compartiment a une capacité de 160 1 et la capacité totale est de 640 1. Chaque compartiment comporte des tubulures perforées de soufflage d'air à travers lesquelles de l'air est envoyé par une petite soufflante. Le débit d'aération

est de 120 à 150 1/min pour la totalité du réservoir d'aération.

Le réservoir de sédimentation finale est également fait de plaques d'acier et il a la forme d'un clarificateur circulaire. Le diamètre est d'environ 800 mm et la capacité d'environ 300 1. Le fond est muni d'un râteau qui est entraîné à 0,5 tr/min par un moteur avec

engrenage de réduction. On utilise des pompes à vis pour l'alimen-

tation en liquide résiduaire et le recyclage de la boue activée et

des pompes à tube pour l'alimentation du mélange liquide en dériva-

tion, de la boue concentrée intermédiaire et du liquide traité

chimiquement déphosphoré et pour l'évacuation de la boue en excès.

Pour un réglage précis de l'àge de la boue, on évacue la boue en excès sous forme de mélange liquide depuis le compartiment final du réservoir d'aération. Dans ce cas, l'âge de la boue est la capacité du réservoir d'aération divisée par la quantité de boue

évacuée chaque jour.

On utilise une usine pilote de déphosphoration cata-

lytique comme installation pour éliminer chimiquement le phosphore.

Comme le liquide séparé est en faible quantité, on utilise une tour de déphosphoration du type à lit fixe. Cependant, elle est encore trop grande pour faire passer de l'eau 24 h sur 24 et la durée de

fonctionnement est inévitablement limitée à quelques heures par jour.

Le liquide séparé déchargé en 24 h est stocké dans un réservoir "DYLITE de 500 1 et, le jour suivant, il est traité en quelques heures. Le liquide traité est également conservé dans un réservoir "DYLITE" de 500 1 et renvoyé régulièrement au premier compartiment du réservoir d'aération en 24 h. Les échantillons de liquide résiduaire à traiter et

de liquides traités sont tous recueillis comme échantillons compo-

sites. Les échantillons de liquides séparés et de liquides traités déphosphorés chimiquement sont recueillis avant et après le procédé de déphosphoration catalytique. Les échantillons de mélange liquide

et de boue recyclée sont prélevés en général à 9 h chaque matin.

On fait fonctionner l'installation expérimentale ci-

dessus mentionnée pendant une longue durée avec un age de la boue de 5,6 jours. On effectue deux expériences concernant l'invention de 1l manièresuivante: On effectue la première expérience pendant 5 semaines

avec les débits indiqués dans le tableau 1 ci-après.

TABLEAU 1

Débits dans la première expérience.

Liquide résiduaire à traiter 4 300 1/jour Boue recyclée 1 100 1/jour Mélange liquide s'écoulant dans la dérivation 430 1/jour Boue concentrée intermédiaire 110 1/jour Liquide séparé 320 1/jour Boue en excès 120 1/jour Le MLSS et le MLVSS à la fin du réservoir d'aération sont de 3 320 et 2 830 mg/l respectivement. Le MLSS et le MLVSS de la boue recyclée sont de 16 200 et 13 900 mg/l respectivement. Le MLSS et le MLVSS de la boue concentrée intermédiaire sont de 13 400 et

11 120 mg/l respectivement.

D'autre part, on fait fonctionner l'usine pilote de déphosphoration catalytique dans les conditions indiquées dans le tableau 2 ci-après. Le liquide séparé déchargé est entièrement

traité et recyclé au réservoir d'aération.

TABLEAU 2

Conditions opératoires pour la déphosphoration catalytique.

Débit de traitement 150 1/h Vitesse spatiale horaire 3 h1 Vitesse linéaire 5 m/h Quantité de Ca(OH)2 ajoutée: pour le liquide séparé 150 mg/l consommation journalière 48 g/jour Tour de déphosphoration: charge, roche phosphatée d'Amérique du Nord

liquide séparé (après addition du réactif au calcium), pH 7-10.

On fait fonctionner l'installation pendant 5 semaines dans les conditions mentionnées au tableau 2 et on prélève des échantillons du liquide résiduaire à traiter, du liquide traité, du liquide séparé et du liquide traité déphosphoré catalyciquement pendant les 12 derniers jours. Les valeurs analytiques rroyennes sont indiquées dans le tableau 3 ci-après. Les résultats sont presque satisfaisants.

TABLEAU 3

Valeurs analytiques moyennes dans la première expérience.

- (unité: mg/l) Liquide traité

Liquide rési- par déphospho-

duaire à Liquide Liquide ration cataly-

traiter traité séparé tique DBO5 totale 132 8,3 35,0 28,0 DBO5 dissoute 58 4,1 23,0 20,5

DCO Mn 56 6,5 - -

SS 72 7,2 - -

phosphore total 6,7 0,50 30,2 4,3 phosphore soluble 4,8 0,12 28,3 2,3 La teneur en phosphore de la boue en excès évacuée de l'extrémité du réservoir d'aération est maintenue à 52-55 mg de P/g de VSS pendant cette durée. La teneur en phosphore dans le mélange liquide déchargé du réservoir anaérobie est de 43 à 45 mg de P/g de VSS, ce qui est inférieur d'environ 20% à la teneur dans

la boue en excès. En ce qui concerne le bilan de phosphore, la quan-

tité totale de phosphore introduit est de 28,8 g/jour et la quantité

totale de phosphore sortant est de 2,2 g/jour, le taux d'élimina-

tion étant de 92%. Sur les 26,6 g/jour du phosphore total éliminé dans le système, 8,3 g/jour, soit 30%, sont éliminés par le procédé de déphosphoration catalytique. Il s'ensuit donc qu'une quantité de 18,3 g/jour est évacuée avec la boue en excès. Comme la boue en excès est évacuée à un débit de 340 g/jour en moyenne, on calcule, à partir de ce débit, que la teneur en phosphore dans la boue en

?503690

excès est de 53 mg de P/g de VSS ce qui est bien en accord avec

les résultats analytiques mentionnés ci-dessus.

Dans cette durée, les concentrations de phosphore soluble dans le mélange liquide déchargé du réservoir anaérobie et les mélanges liquides dans les premier à quatrième compartiments du réservoir d'aération sont de 26,5 mg/l, 10,2 mg/1, 4,2 mg/l, 0,2 mg/l et 0,1 mg/l, respectivement. Ceci suggère que l'absorption du phosphore est presque terminée dans le troisième compartiment

du réservoir d'aération.

Dans la seconde expérience, on augmente la quantité de mélange liquide en écoulement dans la dérivation, la quantité

de liquide séparé et la quantité de phosphore éliminée chimiquement.

Les débits sont indiqués dans le tableau 4 ci-après.

TABLEAU 4

Débits dans la seconde expérience.

Liquide résiduaire à traiter 4 300 1/jour Boue recyclée 1 100 1/jour Mélange liquide s'écoulant dans la dérivation 850 1/jour Boue concentrée intermédiaire 250 1/jour Liquide séparé 600 1/jour Boue en excès 120 1/jour Dans la seconde expérience, le MLSS et le MLVSS du réservoir d'aération et de la boue recyclée sont-presque les mêmes que dans la première expérience, mais la concentration de la boue

dans la boue concentrée intermédiaire est légèrement plus faible.

Ceci est indiqué dans le tableau 5 ci-après.

TABLEAU 5

MLSS et MILVSS MLSS (mg/l) MLVSS (mg/l) Mélange liquide dans le réservoir d'aération 3 220 2 770 Boue recyclée 16 100 13 600 Boue concentrée intermédiaire il 000 9 400

Les conditions du procédé de déphosphoration cata-

lytique restent inchangées, mais la quantité traitée est accrue

et la consommation journalière de Ca(H 2 est donc accrue à 90 g/jour.

Les valeurs analytiques moyennes dans la seconde

expérience sont indiquées dans le tableau 6 ci-après.

TABLEAU 6

Valeurs analytiques moyennes dans la seconde expérience.

(unité: mg/l)

Déphospho-

Liquide rési- Liquide Liquide ration duaire à traiter traité séparé catalytique DBO totale 140 8,0 33,0 30,0 DBO dissoute 55 3,2 20,0 18,0

DCO Mn 62 7,0 - -

SS 68 5,5 - -

Phosphore total 7,0 0,45 27>4 3,9 Phosphore soluble 4,1 0,13 25,0 1,8 On n'observe pas dans le résultat du traitement de différence notable avec la première expérience. Cependant, on notera que la teneur en phosphore dans la boue en excès est très faible - 42 à 45 mg de P/g de VSS, et la libération de phosphore dans le réservoir anaérobie est un peu faible. D'autre part, l'absorption de phosphore dans le réservoir d'aération est plus rapide, par rapport à la première expérience. Les concentrations de phosphore soluble dans le mélange liquide déchargé du réservoir anaérobie et les mélanges liquides dans les premier à quatrième compartiments du réservoir d'aération sont de 23,8 mg/l, 5,9 mg/l, 0,1 mg/l,O,l mg/I et 0, 1 mg/l, respectivement. Ceci suggère que l'absorption du phosphore est presque terminée dans le second

compartiment du réservoir d'aération.

La quantité de Ca(OH)2 ajoutée dans le procédé de déphosphoration catalytique est fixée à 150 mg/l pour le liquide séparé-à la fois dans la première et la seconde expérience. Cette quantité est environ 2,5 fois (en moles) la quantité de phosphore contenue dans le liquide séparé. Cette quantité équivaut à 11 mg/l dans la première expérience et 21 mg/I dans la seconde expérience lorsqu'on la convertit en quantité par unité de volume du liquide résiduaire à traiter. Les quantités ajoutées dans l'une ou l'autre expérience sont beaucoup plus faibles que dans le cas o les eaux résiduaires traitées secondaires des égouts municipaux sont

soumises directement au procédé de déphosphoration catalytique.

A titre comparatif, le tableau 7 ci-après indique les résultats de l'expérience utilisant le procédé anaérobie- aérobie classique à la boue activée, qui est mis en oeuvre en amont des expériences de cet exemple. Les conditions d'écoulement sont

exactement les mêmes que dans les deux expériences ci-dessus men-

tionnées.

TABLEAU 7

Résultats du fonctionnement avec le procédé classique anaérobie-

aérobie à la boue activée.

(Unité: mg/l) Liquide résiduaire Liquide à traiter traité DBO totale 137 8,8 DBO5 dissoute 52 5,0 DCOMn 60 7,0

SS 75 5,8

Phosphore total 6,8 2,2 Phosphore soluble 4,8 1,9 La teneur en phosphore dans la boue en excès est de

à 61 mg de P/g de VSS et l'on n'observe pas d'augmentation au-

delà de cette valeur. Les concentrations en phosphore soluble dans le mélange liquide déchargé du réservoir anaérobie et dans les

mélanges liquides des premier à quatrième compartiments du réser-

voir d'aération sont de 30,2 mg/l, 14,3 mg/l, 5,2 mg/l, 1,9 mg/l et 1,8 mg/l, respectivement. Ceci suggère que l'absorption du phosphore a lieu à une vitesse extrêmement élevée dans le premier et le second compartiment, mais que l'absorption de phosphore s'arrête dans le troisième compartiment et le suivant, bien qu'il

y ait du phosphore en grande quantité.

EXEMPLE 2

A la suite des deux expériences de l'exemple 1, on effectue la troisième expérience dans cet exemple en utilisant l'appareil représenté à la figure 2, dans lequel on combine le

procédé de nitrification-dénitrificacion. Le réservoir de nitrifi-

cation est remplacé par le réservoir d'aération utilisé dans la

première et la seconde expérience et le premier réservoir de déni-

trification et le seconde réservoir de dénitrification avec réservoir de ré-aération sont d'une construction nouvelle. Ces réservoirs sont faits de plaques d'acier et sont rectangulaires et hermétiques et chaque réservoir est divisé en trois compartiments, chaque compartiment ayant une capacité de 160 1 et la capacité totale étant de 480 1. Le dernier compartiment du second réservoir de dénitrification avec réservoir de ré- aération est isolé des autres compartiments, même dans la section en phase gazeuse. On l'utilise comme réservoir de ré-aération par l'oxygène et les deux compartiments précédents sont utilisés comme second réservoir de dénitrification. L'agitation et le mélange du liquide dans chaque réservoir de dénitrification sont effectués par soufflage du gaz produit qui est mis en circulation par une pompe à air. Le réservoir de réaération est agité par soufflage d'oxygène fourni à un débit constant à partir d'une bouteille d'oxygène, de sorte que le mélange/agitation et la dissolution de l'oxygène sont effectués simultanément. On utilise une pompe à soufflard à sable comme pompe de circulation du liquidé du réservoir de nitrification au premier réservoir de dénitrification. On utilise le méthanol comme donneur d'hydrogène auxiliaire pour le second réservoir de dénitrification. Une petite pompe à tube est utilisée pour fournir le méthanol. D'autres composants utilisés dans la première expérience sont détournés dans la seconde expérience. L'appareil expérimental utilisé dans cet exemple est différent de celui représenté à la figure 2. Autrement dit, le liquide séparé est soumJs directement à la déphosphoration catalytique sans l'oxydation biologique et le

liquide traité est introduit dans le premier compartiment du réser-

voir de nitrification.

La troisième expérience est effectuée pendant

18 semaines avec l'appareil ci-dessus mentionné. Le tableau 8 ci-

après donne les conditions d'écoulement dans les 3 semaines pen-

dant lesquelles on recueille les données.

O3690

TABLEAU 8

Débit dans la troisième expérience.

Liquide résiduaire à traiter 4 300 1/jour Boue recyclée 1 500 1/jour Mélange liquide s'écoulant dans la dérivation 870 1/jour Boue en excès 50 1/jour Boue concentrée intermédiaire 250 1/jour Liquide séparé 520 1/jour Liquide en circulation 12 000 1/jour Méthanol 90 1/jour La boue activée obtenue dans cette expérience a

de très bonnes propriétés de précipitation et de concentration.

Les valeurs moyennes de MLSS et de MLVSS de la boue recyclée sont de 21 500 et 16 600 mg/l,respectivement. En conséquence, bien que le rapport de recyclage ne dépasse pas 35%, le MLSS et le MLVSS du mélange liquide à la fin du réservoir de nitrification sont d'environ 5 380 et environ 4 200 mg/lrespectivement. D'autre part, le MLSS et le MLVSS dans la boue concentrée intermédiaire sont de 18 900 et 14 500 mg/l,respectivement. On détermine le débit de la boue en excès en calculant l'âge de la boue suffisant pour la nitrification complète. L'âge de la boue d'environ 13 jours est déterminé à partir de la quantité de boue maintenue dans le réservoir de nitrification. Les conditions opératoires pour le procédé de déphosphoration catalytique sont fondamentalement les

mêmes que celles utilisées dans la première et la seconde expé-

rience, sauf que la quantité de Ca(OH)2 à ajouter au liquide séparé est accrue à 180 mg/l parce que la concentration de phosphore dans le liquide séparé est légèrement plus élevée par rapport à la première et à la seconde expérience. En conséquence, la consommation

journalière de Ca(OH)2 est de 95 g/jour.

Le tableau 9 ci-après indique les valeurs analytiques moyennes obtenues dans les conditions ci-dessus mentionnées pour des échantillons recueillis du liquide résiduaire à traiter, du

liquide surnageant centrifugé du mélange liquide à la fin du réser-

voir de nitrification (liquide nitrifié), du liquide traité, du

liquide séparé et du liquide traité par déphosphoration catalytique.

Le liquide traité résultant est satisfaisant quant à la qualité de l'eau pour la DBO, le phosphore et l'azote. La teneur en phosphore dans la boue en excès est d'environ 58 mg de P/g de VSS, ce qui est supérieur à celle obtenue dans la seconde expérience, mais l'absorp- tion du phosphore est presque complète à la fin du réservoir de nitrification, comme l'indique le tableau 10 ci-après. La libération de phosphore par la boue est légèrement observée dans le second

réservoir de dénitrification, mais le phosphore libéré est complé-

tement absorbé dans le réservoir de ré-aération. Le bilan de phosphore calculé indique que 57% du phosphore introduit doivent avoir été éliminés par le procédé de déphosphoration catalytique, et le restant doit avoir été évacué du système simultanément avec la boue

en excès. Ainsi donc, le poids du procédé de déphosphoration cata-

lytique est élevé dans cet exemple, parce que la boue en excès doit être réduite dans des conditions telles que l'âge de la boue est prolongé en vue de réaliser une nitrification complète. Bien que

l'on n'ait pas effectué d'expérience de confirmation, la concentra-

tion de phosphore dans le liquide traité aurait été beaucoup plus élevée si le procédé de déphosphoration catalytique avait été

supprimé dans la troisième expérience.

TABLEAU 9

Valeurs analytiques moyennes dans la troisième expérience.

(Unité: mg/l)

Liquide rési-

duaire à traiter DBO5 totale 140 DBO5 dissoute 62

DCOM 60

SS 82

Phosphore total 6,9 Phosphore soluble 5,1 N sous forme NH3 12,3

N sous forme NO - N.D.

N total 21,0

* N.D. = non décelé.

Liquide Liquide Liquide nitrifié traité séparé

- 6,2

3,2 3,1

- 6,2

6,0

*0,22 0,62

0, 13 0, 11

N.D* N.D*

4,2 0,7

,2 2xl ,5 ,0 36,0 32, 8 13,7 N.D.* 16,0 Liquide traité par

déphosphora-

tion cata-

lytique 26,0 18,5 3,1 1,8 14,0 N.D.* 16, 1

9 03690

Dans les figures 1 et 2 des dessins annexés, les parties d'appareillage qui n'ont pas été expressément mentionnées

dans la description ci-dessus sont identifiées dans la liste

suivante: 1. réservoir anaérobie 2. réservoir de distribution 3. réservoir de sédimentation intermédiaire 4. pompe des boues concentrées intermédiaires 5. réservoir d'aération 6. premier réservoir de dénitrification 7. réservoir de nitrification 8. deuxième réservoir de dénitrification 9. réservoir de ré-aération 10. réservoir de sédimentation finale 11. pompe de recyclage des boues 12. pompe d'alimentation de liquide séparé

12'. pompe d'alimentation du liquide traité par oxydation biologique.

13. réservoir de mélange pour le réactif calcique 14. réactif calcique 15. tour de déphosphoration 16. soufflante 18. tour d'oxydation biologique et de filtration 19. soufflante 20. pompe de circulation 21. générateur d'oxygène 22. appareil de contrôle 23. réservoir de stockage des boues recyclées 31. liquide résiduaire à traiter 32. boues recyclées 33. liquide mélangé évacué du réservoir anaérobie 34. courant principal de liquide mélangé 35. courant dévié de liquide mélangé 36. 37.

38.

39. 40. liquide séparé boues concentrées intermédiaires liquide traité par déphosphoration chimique liquide mélangé évacué du réservoir d'aération liquide traité

* 503690

41. boues en excès 42. court-circuit des boues recyclées 43. liquide traité par oxydation biolosique 44. liquide en circulation 45. liquide mélangé évacué du réservoir de ré-aération 51. pompe d'alimentation du liquide résiduaire à traiter 52. pompe du courant dévié de liquide mélangé 53. pompe du liquide traité par déphosphoration chimique 54. pompe d'évacuation des boues activées

TABLEAU 10

Concentrations en phosphore soluble dans les mélanges liquides

dans les réservoirs dans la troisième expérience.

(Unité: mg/l) Liquide déchargé du réservoir anaérobie Premier réservoir de dénitrification premier compartiment deuxième compartiment troisième compartiment Réservoir de nitrification premier compartiment deuxième compartiment troisième compartiment quatrième compartiment Second réservoir de dénitrification premier compartiment deuxième compartiment Réservoir de ré-aération 33,0 7,2 4, 1 2,3 1,0 0,45 0,22 0,12 0,17 0,22 0, 13 Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux

modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'illustra-

tion et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifications et divers changements sans toutefois s'écarter du cadre et de

l'esprit de l'invention.

Claims (5)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1 - Procédé pour éliminer le phosphore contenu dans un liquide organique résiduaire, caractérisé en ce qu'il comprend les stades suivants: un premier stade dans lequel on mélange ce liquide résiduaire avec des boues activées recyclées en l'absence pratiquement totale d'oxygène, d'acide nitrique et d'acide nitreux dissous, formant ainsi un premier mélange contenant une proportion importante de phosphore soluble; un second stade dans lequel on sépare une partie de ce premier mélange en matières solides de premières boues activées concentrées et un liquide séparé contenant une proportion importante de phosphore soluble; un troisième stade opératoire dans lequel on mélange le restant du premier mélange et les premières boues activées concentrées avec un réactif au moins choisi dans le groupe formé par l'oxygène, l'acide nitrique et l'acide nitreux, formant ainsi un deuxième mélange dans lequel les substances organiques contenues sont soumises à oxydation biologique et le phosphore soluble contenu est absorbé dans les boues activées contenues dans ce deuxième mélange; un quatrième stade opératoire dans lequel on sépare ce deuxième mélange en liquide traité et des deuxièmes boues activées concentrées qu'on utilise en tant que boues activées recyclées; et un cinquième stade opératoire dans lequel on élimine chimiquement une partie au moins du phosphore soluble contenu dans le liquide

séparé, avec formation d'un liquide à teneur amoindrie en phosphore.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'une partie au moins du liquide à teneur diminuée en phos-

phore est introduite au premier stade opératoire.

3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie au moins du liquide à teneur en phosphore

diminuée est introduite au troisième stade opératoire.

4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide séparé est mis en contact avec des matières minérale phosphatées contenant du phosphate de calcium à un pH de

6 à Il en présence d'ions calcium.

- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide séparé est soumis à un traitement préalable

d'oxydation biologique.

6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxydation biologique est effectuée simultanément à la nitrification-dénitrification.