FR3020806A1

FR3020806A1 -

Info

Publication number: FR3020806A1
Application number: FR1554086A
Authority: FR
Inventors: Hong W Zhao; Michael Leon Gutshall; Glenn Thesing; Richard W Dimassimo; Magnus Christensson
Original assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2015-11-13
Also published as: CA2948330A1; KR20160146944A; US20150321937A1; AU2015256436A1; JP2017514681A; EP3140258A1; SG11201609271YA; AU2015256436B2; WO2015171374A1; AU2015256436C1

Abstract

La présente invention concerne un réacteur séquentiel discontinu à boues activées à membranes fixes intégrées (10) dans lequel à la fois une biomasse en suspension et une biomasse supportée sur des supports à film biologique (16) sont utilisées pour traiter biologiquement des eaux usées reçues dans le réacteur séquentiel discontinu (10). Le réacteur séquentiel discontinu (10) comprend deux réservoirs connectés hydrauliquement (12, 14) avec une biomasse en suspension contenue dans au moins un réservoir (12) et une biomasse supportée sur des supports à film biologique (16) dans l'autre réservoir (14).

Description

METHODE ET SYSTEME POUR LE TRAITEMENT DES EAUX USEES DANS UN REACTEUR SEQUENTIEL DISCONTINU A BOUES ACTIVEES A MEMBRANES FIXES INTEGREES La présente invention concerne un système et un procédé pour le traitement des eaux usées et, plus particulièrement, un système de réacteur séquentiel discontinu à boues activées à membranes fixes intégrées et des procédés associés. Des réacteurs séquentiels discontinus (SBR) ont été employés dans le traitement des eaux usées depuis les années 1920 et sont maintenant utilisés dans le monde entier. Les SBR sont largement utilisés au Etats- Unis, en Chine et en Europe pour traiter à la fois les eaux usées municipales et industrielles. Ils sont spécialement pratiques dans des applications ayant des modèles de flux faible ou variable. Il existe d'autres caractéristiques des SBR qui en font une option viable dans certains cas. Par exemple, là où il existe une quantité d'espace limitée, un SBR offre l'opportunité de traiter des eaux usées dans un unique réservoir, au lieu de multiples réservoirs. Ceci permet de construire des systèmes de traitement des eaux usées sur une surface relativement petite. De plus, des SBR peuvent être contrôlés pour fournir des conditions aérobies, anaérobiques et anoxiques afin d'obtenir l'élimination biologique des nutriments y compris la nitrification/dénitrification, la nitrification seule et, dans certains cas, l'élimination du phosphore. La demande biochimique en oxygène (DBO) peut être éliminée à des niveaux relativement bas. Les SBR sont efficaces pour une élimination de l'azote total jusqu'à 5 mg/L. Ceci est obtenu en utilisant des conditions aérobies pour convertir l'ammoniac en nitrates et en nitrites (nitrification) et un traitement anoxique des nitrates 5 et des nitrites pour produire de l'azote gazeux (dénitrification). Tout ceci peut être obtenu dans le même réservoir. Dans certains cas, des SBR peuvent être utilisés pour réduire des concentrations de phosphore jusqu'à moins de 2 mg/L en employant un traitement 10 anaérobique. Les SBR sont une variation du procédé conventionnel dit «à boues activées ». Ils diffèrent des installations à boues activées en ce que les SBR combinent généralement les étapes et procédés de 15 traitement dans un bassin ou un réservoir unique, alors que des procédés à boues activées conventionnels se fondent sur de multiples réservoirs. Un SBR comprend généralement quatre étapes ou phases différentes : (1) remplissage, (2) réaction, (3) sédimentation et (4) 20 décantation. Durant la phase de remplissage, le réservoir reçoit l'influent d'eaux usées. L'influent fournit de la nourriture aux microorganismes dans les boues activées et crée un environnement pour que des réactions biochimiques aient lieu. Durant l'opération 25 de remplissage, les eaux usées peuvent être mélangées et/ou aérées. Durant la réaction ou phase de réaction, la biomasse ou la flore bactérienne dans les eaux usées consomme des nutriments. Dans un exemple, le SBR dans 30 la phase de réaction est utilisé dans des conditions aérobies. Dans ce cas-ci, la biomasse effectue un procédé de nitrification en convertissant de l'ammoniac en nitrites et en nitrates. Dans ce procédé, les eaux usées sont aérées et mélangées. L'ajout d'oxygène aux eaux usées favorise la multiplication de bactéries aérobies. L'étape ou la phase de sédimentation suit la phase de réaction. Durant ce stade, les boues formées par les bactéries sont laissées sédimenter au fond du réservoir. Généralement, les bactéries aérobies continuent à se multiplier jusqu'à ce que l'oxygène dissous soit consommé. Lorsque les bactéries se multiplient et meurent, les boues augmentent dans le temps à l'intérieur du réservoir et une pompe à boues activées résiduaires élimine une partie des boues durant le stade de sédimentation pour traitement subséquent. Durant le stade de sédimentation, les boues activées sont laissées sédimenter dans des conditions de repos. Aucun influent ne pénètre dans le réservoir et aucune aération ou mélange n'a lieu. Les boues activées tendent à sédimenter comme une masse de flocs, formant une interface avec le surnageant clair. Parfois, la masse de boues est désignée comme un lit de boues. La phase de sédimentation est une partie importante du cycle du SBR car, si les solides ne sédimentent pas rapidement, une certaine quantité de boues peut être soutirée durant la phase de décantation suivante et ceci dégradera la qualité de l'effluent. Durant la phase de décantation, un décanteur est utilisé pour éliminer l'effluent surnageant clair. Dans 30 certains cas, un décanteur flottant est utilisé. Des décanteurs flottants ont un orifice d'entrée légèrement au-dessous du niveau de l'eau pour minimiser l'élimination de solides dans l'effluent durant la phase de décantation. De nombreux procédés SBR reposent sur un unique 5 réservoir et des boues activées où la biomasse est en suspension dans une liqueur mixte. Ces conceptions de SBR ont une capacité de charge limitée. En plus de la capacité limitée des systèmes SBR conventionnels, il existe un problème avec, de nombreux systèmes SBR 10 existants utilisés à ce jour. De nombreux systèmes SBR existants fonctionnent à pleine capacité ou presque à pleine capacité. Il existe peu d'options viables pour améliorer ou augmenter la capacité sans construire des réservoirs de réaction ou des bassins de décantation 15 supplémentaires. Par conséquent, il existe un besoin d'adresser la question de la capacité limitée de procédés SBR conventionnels et, en même temps, de fournir une option viable pour augmenter la capacité d'unités SBR 20 existantes sans nécessiter la construction de réservoirs additionnels. La présente invention propose un procédé de réacteur séquentiel discontinu (SBR) à boues activées à membranes fixes intégrées (IFAS) dans lequel la 25 biomasse en suspension et la biomasse supportée sur des supports à film biologique sont toutes deux utilisées pour traiter biologiquement des eaux usées reçues par le SBR. Dans un mode de réalisation, le SBR comprend deux réservoirs connectés hydrauliquement avec une 30 biomasse en suspension qui est contenue dans un réservoir et une biomasse supportée sur des supports à film biologique dans l'autre réservoir. Le procédé est exécuté de manière que la biomasse en suspension et la biomasse supportée sur supports à film biologique soient utilisées efficacement pour augmenter la capacité du SBR. Divers procédés, tels que la nitrification-dénitrification, la nitrification seule, l'élimination du phosphore et l'élimination de DBO, peuvent être exécutés dans le SBR IFAS. Dans certains de ces procédés, le remplissage, la sédimentation et la décantation des deux réservoirs peuvent être exécutées simultanément. Par ailleurs, les deux réservoirs peuvent être soumis à la phase de réaction au même moment.

Dans un autre mode de réalisation, un agent de lest est ajouté à un ou plusieurs des réservoirs pour faciliter la sédimentation des boues durant la phase de sédimentation. Des flocs comprenant une biomasse et d'autres matières solides s'agglomèrent autour ou se fixent à l'agent de lest en formant des flocs lestés. Ces flocs lestés relativement lourds augmentent sensiblement la vitesse de sédimentation des flocs. D'autres objets et avantages de la présente invention ressortiront de manière évidente à la lecture de la description ci-après et des dessins annexés qui sont purement illustratifs de l'invention et sur - lesquels : la Figure 1 est une illustration schématique du réacteur séquentiel discontinu IFAS de la présente 30 invention ; la Figure 2 est une illustration schématique similaire à la Figure 1, mais représentant un système de floculation lestée incorporé dans le réacteur séquentiel discontinu IFAS ; et les Figures 3A à 3D sont une séquence de vues représentant les phases de base d'un procédé exécuté avec réacteur séquentiel discontinu IFAS de la présente invention. En référence aux dessins annexés, le réacteur séquentiel discontinu (SBR) à boues activées à membranes fixes intégrées (IFAS) de la présente invention est représenté et indiqué globalement par le numéro de référence 10. Le SBR 10 comprend deux réservoirs ou bassins, un premier réservoir 12 et un deuxième réservoir 14. Les réservoirs 12 et 14 sont séparés par une paroi 18. Une ouverture 20 est prévue dans la paroi 18 pour permettre de relier hydrauliquement les réservoirs 12 et 14. Dans le mode de réalisation illustré sur la Figure 1, l'ouverture 20 est disposée autour de la portion inférieure de la paroi 18. Dans d'autres modes de réalisation, la hauteur de l'ouverture 20 peut être élevée à divers niveaux. Par exemple, l'ouverture 20 pourrait être située juste au-dessus du sommet de la couche de boues déposées. Le deuxième réservoir 14 comprend des milieux ou supports à film biologique 16. Le milieu 16 pourrait être du type mobile ou du type fixe. Comme l'homme du métier l'appréciera, des supports à film biologique 16 supportant la biomasse sont efficaces dans le traitement biologique des eaux usées dans le réservoir 14. Les détails des supports à film biologique 16 ne sont pas traités ici en détail car ils ne constituent pas un matériau en soi pour la présente invention. Pour une compréhension plus détaillée et unifiée des supports à film biologique et de leur rôle dans le traitement biologique des eaux usées, il est fait référence au brevet U.S. 7 189 323. Dans un mode de réalisation, le premier réservoir 12 n'est pas doté de supports à film biologique 16 ou d'une quantité significative de supports à film biologique. Dans ce mode de réalisation le procédé SBR décrit ici repose sur une biomasse en suspension pour traiter biologiquement les eaux usées dans le premier réservoir 12. Il faut signaler que, alors qu'il existe des supports à film biologique 16 dans le deuxième réservoir 14, le deuxième réservoir comporterait aussi généralement une biomasse en suspension. Dans des cas où il est souhaitable de prévoir des supports à film biologique 16 uniquement dans un seul réservoir, il est apprécié que certains moyens sont utilisés pour retenir les supports à film biologique dans le réservoir et les empêcher de se déplacer ou de migrer dans le deuxième réservoir. Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la Figure 1, l'ouverture 20 est équipée d'un tamis dont les ouvertures sont suffisamment petites pour permettre aux eaux usées de passer à travers mais retiennent néanmoins les supports à film biologique. Les deux réservoirs 12 et 14 du SBR 10 comprennent 30 la capacité d'aérer les eaux usées à l'intérieur. Comme visible sur la Figure 1, les deux réservoirs sont équipés d'un diffuseur d'air 28 disposé dans la partie inférieure de chaque réservoir. Il est prévu, dans un mode de réalisation, une paire de soufflantes 30 pour diriger de l'air dans les diffuseurs d'air 28. Il faut signaler que dans certains procédés de traitement des eaux usées, aucun air n'est alimenté vers un réservoir particulier. Ainsi, le SBR 10 est doté de moyens pour commander de manière sélective l'aération vers chaque réservoir 12 et 14. Dans le cas de l'exemple représenté sur la Figure 1, deux soufflantes 30 sont disposées pour diriger de l'air vers les diffuseurs respectifs 28. Il faut noter que, dans certains modes de réalisation, une soufflante pourrait être utilisée pour diriger de l'air vers un ou les deux réservoirs 12 et 14 et, dans cette approche, des moyens de commande appropriés sont prévus pour permettre de diriger l'air de manière sélective vers l'un ou l'autre réservoir 12 ou 14. Il est apprécié que l'aération des eaux usées entraîne le mélange des eaux usées. Dans un mode de réalisation, le réservoir 12 est équipé d'un mélangeur mécanique qui peut être activé et désactivé de manière sélective en fonction d'un procédé particulier utilisé. Dans une application typique, les eaux usées destinées à être traitées par le SBR 10 sont dirigées à 25 travers une ligne d'influent 22 dans le SBR 10. Dans le cas du mode de réalisation illustré ici, la ligne d'influent 22 est dirigée dans le premier réservoir 12. Dans certains procédés, il est approprié de recycler les eaux usées d'un réservoir à un autre 30 réservoir. Sur l'exemple de la Figure 1, il est prévu une ligne de recyclage 32 qui s'étend du deuxième réservoir 14 au premier réservoir 12. Ainsi, les eaux usées dans le réservoir 14 peuvent être recyclées vers le réservoir 12. Le SBR 10 est également équipé d'un dispositif de décantation. Le dispositif de décantation peut être prévu ou conçu de manière à décanter simultanément à partir des deux réservoirs 10 et 12. Toutefois, à cause de l'ouverture 20 dans la paroi 18 et du fait que les réservoirs 12 et 14 sont connectés hydrauliquement, un dispositif de décantation disposé dans un réservoir peut être suffisant pour décanter les eaux usées traitées provenant des deux réservoirs. Dans l'exemple illustré ici, un seul dispositif de décantation est prévu dans le deuxième réservoir 14. Ce dispositif de décantation comprend une entrée flottante 34 qui est raccordée à une ligne d'effluent 36. Durant la phase de décantation, les eaux usées traitées entrent dans l'entrée flottante 34 et sont acheminées à partir de celle-ci à travers la ligne d'effluent 36 et hors du SBR 10. La Figure 2 représente une variante de mode de réalisation pour le SBR 10 représenté sur la Figure 1 et traité ci-dessus. Dans le mode de réalisation de la Figure 2, le SBR 10 est doté d'un système de floculation lestée pour faciliter et augmenter la vitesse de sédimentation de flocs formés durant un procédé. Le système de floculation lestée fonctionne en injectant un agent de lest dans les eaux usées. L'agent de lest comprend généralement des particules granulaires inertes telles que du micro-sable. Comme l'apprécie l'homme du métier, les flocs s'agglomèrent ou se fixent sur l'agent de lest et, du fait du poids de l'agent de lest, les flocs tendent à sédimenter plus vite que dans les procédés de sédimentation conventionnels.

En observant le système de floculation lestée représenté sur la Figure 2, il est visible qu'il existe une entrée d'agent de lest 38 associé au SBR 10. L'agent de lest frais est acheminé à travers l'entrée d'agent de lest 38 dans un des réservoirs du SBR 10.

Les flocs lestés, durant la phase de sédimentation, sédimentent dans les réservoirs 12 et 14 et forment une couche de boues. Les boues comprenant les flocs lestés sont pompées à partir du SBR 10 par une pompe 40 à travers une ligne de boues 42 vers un séparateur de solides. Dans un exemple, le séparateur de solides est un hydrocyclone 44. L'hydrocyclone 44 sépare l'agent de lest des boues et réachemine l'agent de lest séparé dans le SBR 10 par l'intermédiaire de lignes de recyclage d'agent de lest 46. Dans l'exemple représenté sur la Figure 2, l'agent de lest recyclé est ramené dans les deux réservoirs 12 et 14. Il est entendu que, dans de nombreux cas, il suffit simplement de recycler l'agent de lest dans un des réservoirs. Les boues séparées de l'agent de lest par l'hydrocyclone peuvent être perdues et/ou ultérieurement traitées. En passant aux Figures 3A-3D, un procédé SBR typique est représenté et illustre en particulier quatre phases de base d'un procédé SBR : (1) remplissage, (2) réaction, (3) sédimentation et (4) 30 décantation. La Figure 3A représente la phase de remplissage. Les eaux usées sont pompées dans le réservoir 12. Les eaux usées passent à partir du réservoir 12 à travers l'ouverture 20 dans la paroi 18 et s'écoulent dans le réservoir 14. Le niveau des eaux usées dans les réservoirs 12 et 14 est généralement le 5 même. Durant la phase de remplissage, les eaux usées dans les deux réservoirs 12 et 14 montent conjointement. Une vanne de commande associée au dispositif de décantation est fermée et l'aération des réservoirs peut être activée ou désactivée. Comme cela sera traité 10 par la suite, le traitement biologique des eaux usées peut commencer durant la phase de remplissage. Après la phase de remplissage, le SBR 10 est ttilisé dans une phase de réaction. Voir Figure 3B. Il s'agit de la phase du procédé dans laquelle les eaux 15 usées sont traitées biologiquement. Par exemple, comme expliqué successivement ici, le SBR 10 peut être employé pour effectuer un procédé de nitrification/dénitrification ou un procédé de nitrification seule. Dans les deux cas, la demande 20 biochimique en oxygène, DBO, peut être éliminée des eaux usées. Durant la phase de réaction, la vanne de décantation est fermée et le réservoir 12 ou 14 peut être doté d'aération. Après la phase de réaction, le SBR 10 est utilisé 25 dans une phase de sédimentation. Le mélange et l'aération sont désactivés et la vanne de décantation est fermée. Les supports à film biologique 16 sont relativement lourds, c'est-à-dire qu'ils sont du type qui coule et ils sédimentent conjointement à la 30 biomasse en suspension. Comme représenté sur la Figure 3C, les supports à film biologique 16 dans le réservoir 14 se déposent au fond du réservoir 14. Une couche de boues comprenant des flocs se forme au-dessus des supports à film biologique déposés 16. Dans un procédé typique, la couche de boues et les supports à film biologique déposés 16 occuperont approximativement 5075 % du volume du réservoir 14. La couche de boues seule dans le réservoir 12 dans un procédé typique occupera approximativement 40-70 % du volume du réservoir 1. Du fait que le réservoir du SBR est habituellement relativement grand, le pourcentage de remplissage moyen ne devrait généralement pas dépasser 30 %. Généralement, le pourcentage de remplissage pour le milieu devrait être d'environ 10 % à environ 20 %. La Figure 3D illustre la phase de décantation. Le mélange et l'aération sont désactivés et la vanne de décantation est ouverte. Dans ce mode de réalisation, l'entrée flottante 34 est disposée dans le deuxième réservoir 14 et le surnageant traité, représenté sur la Figure 3C, est décanté. Dans certains cas, les deux réservoirs 12 et 14 peuvent être décantés simultanément en utilisant une entrée flottante et une ligne d'effluent dans les deux réservoirs 12 et 14. Généralement, il est estimé qu'une décantation à partir d'un réservoir est efficace pour fournir le prélèvement d'eaux usées traitées provenant des deux réservoirs. Comme expliqué ci-dessus, le SBR 10 peut être utilisé pour effectuer divers traitements biologiques d'eaux usées tels que la nitrification/dénitrification et la nitrification seule. Il peut être utile de revoir comment le SBR 10 effectue un procédé de nitrification/dénitrification. Dans ce cas, une biomasse en suspension est maintenue dans le réservoir 12. A la fois les supports à film biologique 16 et la biomasse en suspension sont maintenus dans le réservoir 14. La biomasse fixée est supportée sur les supports à film biologique 16. Durant la phase de remplissage, les eaux usées sont acheminées dans le réservoir 12 et, partir du réservoir 12, les eaux usées se déplacent à travers l'ouverture 20 dans le réservoir 14. Aucun air n'est délivré dans le réservoir 12 alors que le réservoir 14 est aéré. Généralement, le réservoir 12 est maintenu dans des conditions anoxiques alors que le réservoir 14 est maintenu dans des conditions aérobies. Il faut signaler que, durant le procédé de remplissage, la demande biochimique en oxygène, DBO, ou une portion substantielle de la DBO dans les eaux usées qui sont dirigées dans le réservoir 12 est éliminée durant le procédé de remplissage. Normalement, dans certains modes de réalisation, au moins 30 % de la DBO est éliminée des eaux usées avant d'atteindre le deuxième réservoir 14. Typiquement, environ 30 % à environ 50 % de la DBO est éliminée avant d'atteindre le deuxième réservoir 14. Généralement, toute ou sensiblement toute la demande chimique en oxygène, DCO, facilement biodégradable est éliminée dans le premier réservoir 12 avant que les eaux usées atteignent le deuxième réservoir 14. La réduction de la concentration de DBO et l'élimination de la DCO facilement biodégradable peuvent être obtenues avec un volume relativement faible. Par exemple, dans un mode de réalisation, le volume du premier réservoir 12 peut être de 10-30 % du volume total du réacteur. La signification de ceci sera traitée par la suite. Ainsi, même durant la phase de remplissage, le réservoir 14 effectue un procédé de nitrification. Précisément, l'ammoniac dans les eaux usées dans le réservoir 14 est converti en nitrates et en nitrites par la biomasse dans le réservoir 14. Une portion substantielle du procédé de nitrification est exécutée par la biomasse supportée sur des supports 16 car cette biomasse est particulièrement efficace dans un procédé de nitrification. Le réservoir 12, qui est utilisé dans des conditions anoxiques, même durant la phase de remplissage, effectue une dénitrification ; précisément, la biomasse en suspension dans le réservoir 12 convertit les nitrates et les nitrites en azote gazeux. Ceci se produit parce qu'une portion des eaux usées nitrifiées dans le réservoir 14 est recyclée via la ligne 32 du deuxième réservoir 14 au premier réservoir 12. Ce procédé de nitrification et dénitrification de base utilisant un procédé à boues activées à membranes fixes intégrées est étendu dans la phase de réaction. Comme cela s'est produit durant le remplissage, dans la phase de réaction, la biomasse supportée sur les supports à film biologique 16 dans le deuxième réservoir 14 effectue un procédé de nitrification et une portion des eaux usées qui a été nitrifiée dans le réservoir 14 est recyclée vers le réservoir 12, qui est utilisé dans des conditions anoxiques et dénitrifie les eaux usées à l'intérieur. Après la phase de réaction, le SBR 10 est utilisé dans le mode de sédimentation et de décantation comme expliqué ci-dessus. Dans un procédé de nitrification/dénitrification, il peut être avantageux de concevoir le procédé de manière que la totalité ou une portion substantielle de la DBO (signifiant au moins environ 30 % de la DBO dans l'influent) soit éliminée des eaux usées avant d'entrer dans le réservoir de nitrification 14. Ceci tend à permettre aux micro-organismes autotrophes de proliférer et de dominer et d'améliorer par conséquent l'efficacité globale de la nitrification. Ainsi, dans le procédé de nitrification/dénitrification illustratif décrit ci- dessus, il est avantageux d'éliminer la DBO dans les eaux usées dans le réservoir 12 avant que les eaux usées atteignent le réservoir de nitrification 14. Bien que les illustrations schématiques suggèrent que les réservoirs 12 et 14 comprennent un volume généralement égal, il faut souligner que, dans certains procédés, un réservoir peut avoir un volume supérieur à l'autre. Par exemple, dans le procédé de nitrification/dénitrification juste décrit, il est envisagé que, dans certains cas, il est avantageux de prévoir le réservoir de nitrification 14 avec un volume plus grand que le premier réservoir 12. La raison est qu'un volume plus grand peut s'avérer nécessaire pour nitrifier efficacement par rapport à celui pouvant être nécessaire pour dénitrifier.

Le SBR 10 peut également éliminer le phosphore de l'influent d'eaux usées. Par exemple, dans le procédé de nitrification/dénitrification décrit ci-dessus, le réservoir 12 fonctionne dans des conditions anoxiques, signifiant qu'il existe des nitrates et des nitrites disponibles pour les micro-organismes dans le réservoir. Toutefois, tout le procédé peut être contrôlé de manière que les nitrites et les nitrates dans le réservoir 12 puissent être épuisés. Quand ceci se produit, le réservoir 12 commence alors à fonctionner dans des conditions anaérobiques qui sont adaptées pour l'élimination du phosphore. Ce qui a été décrit ci-dessus est un SBR IFAS à deux étages. Il existe de nombreux avantages pour le SBR IFAS à deux étages par rapport à un SBR conventionnel à un étage. Ce qui suit est une comparaison de ces deux systèmes de SBR pour un procédé de nitrification seulement et un procédé de nitrification/dénitrification. Nitrification seulement Un SBR conventionnel et un SBR IFAS à deux étages sont conçus pour traiter des eaux résiduaires domestiques typiques avec les caractéristiques suivantes : CBODINF = 250 mg/L ; TSSINF = 250 mg/L ; TKNINF 40 mg/L ; TINF = 8 °C Les qualités d'effluent cible sont : CBODEFF = 10 mg/L ; TSSEFF = 10 mg/L ; NH4EFF 1,0 mg/L ; NO3EFF = Aucun Le SBR conventionnel pour la nitrification utilise un unique réacteur avec une unique phase aérobie plus sédimentation et décantation. Le SBR IFAS à deux étages utilise deux zones, toutes deux dans des conditions aérobies. La première zone est uniquement une boue activée sans support et la deuxième zone est chargée avec des supports à film biologique.

Les conceptions typiques sont résumées dans le Tableau I ci-dessous pour démontrer les caractéristiques du système IFAS à deux étages. La première zone du SBR IFAS est dimensionnée pour éliminer les matières organiques facilement biodégradables dans l'influent, ce qui améliorera la vitesse d'élimination en surface de l'ammoniac sur les supports à film biologique dans la deuxième zone.

TABLEAU I SBR SBR IFAS à conventionnel à un étage deux étages Débit nominal, million de 2,65 (0,7) 3,79 (1,0) litres (galons) par jour Volume total réservoir 1,82 (0,48) 1,82 (0,48) réacteur, million de litres (galons). Fraction de la première NA 0,15 zone par rapport au total Temps de rétention 16,5 11,5 hydraulique, heure Durée du Cycle Total, Tc, 6,0 4,0 heure Tc = Tp + Ts + TD Durée de la Phase de 0,75 0,75 sédimentation, Ts, heure Durée de la Phase de 0,5 0,5 décantation, TD, heure Durée de la Phase 4,75 2,75 Procédé, Tp, heure Tp = TF + TR Durée de la Phase de 1 à 4,75 1 à 2,75 remplissage, TF, heure Durée de la Phase de 3,75 à 0,0 1,75 à 0,0 réaction, TR, heure Indice de volume des 120 120 boues Matières solides en 4100 3700 liqueur mixte, MSLM, au niveau d'eau supérieur Fraction de deuxième zone NA 0,85 Pourcentage de charge en NA 0,2 supports dans la deuxième zone, % Temps total de rétention 12,3 8,0 de matières solides en suspension, TRMST, jour TRMS procédé, TRMSP, jour 9,7 5,5 TRMS en milieu oxique, 9,7 5,5 TRMSoxique, j our Rendement des boues, lb- 0,92 0,86 Total Matières en Suspension/lb-DBO Demande en oxygène 1,48 1,38 spécifique, lb-02/lb-DBO Débit de recyclage, % NA 300 % d'influent Rapport F/M total, kg- 0,11 0,20 DBO/kg-MSLM/d Nitrification/Dénitrification Un SBR conventionnel et un SBR IFAS à deux étages sont conçus pour traiter des eaux résiduaires domestiques typiques avec les caractéristiques suivantes : CBODINF = 250 mg/L ; TSSINF 250 mg/L ; TKNINF 40 mg/L ; TINF = 8 °C Les qualités d'effluent cible sont : CBODEFF = 10 mg/L ; TSSEFF = 10 mg/L ; NH4EFF 1,0 mg/L ; NO3EFF = 8,0 mg/L Le SBR conventionnel pour la nitrification et la dénitrification utilise un unique réacteur avec des phases anoxique et oxique (aérobie) plus sédimentation et décantation. Le SBR IFAS à deux étages utilise la première zone dans des conditions anoxiques et la deuxième zone dans des conditions aérobies ou oxiques. La première zone est seulement une boue activée sans support et la deuxième zone est chargée avec des supports à film biologique. Les conceptions typiques sont résumées dans le 20 Tableau II ci-dessous pour démontrer les caractéristiques du système IFAS à deux étages. La première zone du SBR IFAS est dimensionnée pour obtenir la dénitrification pour répondre aux exigences en nitrates d'effluent, ce qui améliorera la vitesse 25 d'élimination de l'ammoniac sur les supports du milieu dans la deuxième zone. TABLEAU II SBR conventionnel SBR IFAS à à un étage deux étages Débit nominal, million de 2,65 (0,7) 3,79 (1,0) litres (galons) par jour Volume total réservoir 2,20 (0,58) 2,20 (0,58) réacteur, million de litres (galons) Fraction de la première NA 0,25 zone (anoxique) par rapport au total Fraction de phase 0,25 NA anoxique par rapport au procédé total Temps de rétention 20,0 13,9 hydraulique, heure Durée du Cycle Total, Tc, 6,0 6,0 heure Tc = Tp + Ts + TD Durée de la Phase de 0,75 0,75 sédimentation, Ts, heure Durée de la Phase de 0,5 0,5 décantation, TD, heure Durée de la Phase 4,75 4,75 Procédé, Tp, heure Tp = TF + TR Durée de la Phase de 1 à 4,75 1 à 4,75 remplissage, TF, heure Durée de la Phase de 3,75 à 0,0 3,75 à 0,0 réaction, Tg, heure Indice de volume des 120 120 boues Matières solides en 4467 3400 liqueur mixte, MSLM, durant la phase de réaction Fraction de deuxième zone NA 0,75 (oxique) Pourcentage de charge en NA 10 % supports dans la deuxième zone, % Temps total de rétention 17 10,5 de matières en suspension, TRMST, jour TRMS procédé, TRMSP, jour 13,5 8,3 TRMS en milieu oxique, 10,1 6,2 TRMSoxique, jour Rendement des boues, lb- 0,87 0,76 Total Matières en Suspension/lb-DBO Débit de recyclage, % NA 300 % d'influent R = Vo/VF 2,3 NA Rapport F/M total, kg- 0,085 0,16 DBO/kg-MSLM/d Il faut signaler que, pour une application de nitrification-dénitrification, un SBR traditionnel peut avoir à augmenter le volume total du réacteur pour 5 réaliser le débit de recyclage nécessaire pour la dénitrification (R = Vo/VF = 3 ou 4). Ceci signifie qu'un SBR conventionnel doit être utilisé avec un temps de cycle court. Le SBR IFAS de la présente invention avec recyclage éliminera cette exigence. Pour des 10 exigences d'effluent plus strictes, un SBR conventionnel et un SBR IFAS, tels que décrits ici, fonctionneront tous deux avec un cycle court. Pour ce .cas, le SBR IFAS de la présente invention sera plus souhaitable qu'un SBR conventionnel.

La présente invention concerne également la rénovation de SBR existants. Comme expliqué ci-dessus, de nombreux SBR existants sont à la capacité nominale ou presque. Ces SBR peuvent comprendre un seul réservoir ou, dans certains cas, le SBR pourrait comprendre plusieurs réservoirs. La présente invention envisage la segmentation de ces réservoirs et la fourniture d'un procédé à boues activées à membranes fixes intégrées destiné à être effectué dans deux réservoirs ou paires de réservoirs. Précisément, des réservoirs existants sont équipés d'une paroi qui comporte une ouverture, susceptible de former effectivement deux réservoirs ou bassins à partir d'un unique réservoir ou bassin. Un des réservoirs segmentés qui est formé est conçu spécifiquement pour contenir des supports à film biologique 16 alors que l'autre réservoir est conçu pour effectuer des procédés reposant sur une biomasse en suspension. Ceci augmentera le rendement du traitement biologique dans ces SBR existants sans nécessiter la construction de nouveaux réservoirs et sans augmenter la surface des SBR. La raison est que le procédé SBR IFAS décrit ici a une capacité supérieure pour traiter biologiquement des eaux usées sur une base de superficie unitaire par rapport aux procédés SBR conventionnels.

Bien entendu, la présente invention peut être exécutée d'autres manières que celles spécifiquement exposées ici sans s'écarter des caractéristiques essentielles de l'invention. Les présents modes de réalisation doivent être considérés à tous les égards comme illustratifs et non restrictifs, et toutes les variations rentrant dans le cadre de la signification et de l'équivalence des revendications jointes sont destinées à être incorporées ici.

Claims

REVENDICATIONS1. Méthode pour le traitement des eaux usées dans un réacteur séquentiel discontinu à boues activées à membranes fixes intégrées (10) comportant des premier et deuxième réservoirs connectés hydrauliquement (12, 14), la méthode comprenant : le remplissage des premier et deuxième réservoirs (12, 14) avec les eaux usées ; le traitement biologique des eaux usées dans le réacteur séquentiel discontinu (10) en employant un 10 procédé à boues activées à membranes fixes intégrées comprenant : i. le traitement biologique des eaux usées dans le premier réservoir (12) avec une biomasse en suspension ; ii. le traitement biologique des eaux usées dans 15 le deuxième réservoir (14) avec une biomasse supportée sur des supports à film biologique mobiles (16) contenus dans le deuxième réservoir (14) ; la sédimentation de la biomasse en suspension et des supports à film biologique (16) ; et 20 la décantation des eaux usées dans les premier et deuxième réservoirs (12, 14) du réacteur séquentiel discontinu (10).
2. Méthode selon la revendication 1, comprenant : 25 la dénitrification des eaux usées dans le premier réservoir (12) en utilisant la biomasse en suspension ; la nitrification des eaux usées dans le deuxième réservoir (14) en utilisant la biomasse supportée surles supports à film biologique (16) et la biomasse en suspension ; et le recyclage d'au moins une portion des eaux usées dans le deuxième réservoir (14) vers le premier 5 réservoir (12).
3. Méthode selon la revendication 1, comprenant l'ajout d'un agent de lest aux eaux usées dans le réacteur séquentiel discontinu (10) et la fixation de 10 flocs en suspension dans les eaux usées à l'agent de lest ; et la sédimentation de l'agent de lest ayant les flocs en suspension fixés dessus.
4. Méthode selon la revendication 1, comprenant 15 l'utilisation de la biomasse en suspension dans le premier réservoir pour éliminer la demande biochimique en oxygène (DBO) des eaux usées ; et l'utilisation de la biomasse supportée sur les supports à film biologique (16) et la biomasse en suspension dans le 20 deuxième réservoir pour nitrifier les eaux usées.
5. Méthode pour augmenter la capacité de charge d'un réacteur séquentiel discontinu existant comportant au moins un réservoir, comprenant : la segmentation du 25 réservoir en divisant le réservoir en deux zones séparées par une paroi qui est insérée dans le réservoir du réacteur séquentiel discontinu (SBR) existant et la disposition des deux zones pour qu'elles soient connectées hydrauliquement de manière que les 30 eaux usées traitées puissent circuler d'une zone à une autre ; la configuration des deux zones de manière quedes supports à film biologique puissent être placés dans une zone et retenus dans l'une zone et empêchés de se déplacer dans l'autre zone ; et la disposition d'au moins une sortie de décantation pour décanter les deux zones.
6. Méthode selon la revendication 1 comprenant l'injection d'un agent de lest dans au moins un des réservoirs (12, 14) ; la sédimentation de flocs en suspension et de l'agent de lest dans au moins un des réservoirs (12, 14), dans laquelle au moins certains des flocs en suspension se fixent à l'agent de lest qui facilite la vitesse de sédimentation des flocs ; la décantation des premier et deuxième réservoirs (12, 14) pour retirer de ceux-ci les eaux usées traitées ; et l'élimination de l'agent de lest et des flocs en suspension fixés des un ou plusieurs réservoirs (12, 14) et la séparation de l'agent de lest par rapport aux flocs en suspension et le recyclage d'au moins une portion de l'agent de lest séparé vers au moins un des réservoirs (12, 14).
7. Méthode selon la revendication 6, comprenant le remplissage simultané des deux réservoirs (12, 14) du réacteur séquentiel discontinu (10) avec des eaux usées à traiter et la décantation simultanée des eaux traitées des deux réservoirs (12, 14).30
8. Méthode selon la revendication 6, comprenant la dénitrification biologique des eaux usées dans le premier réservoir (12) avec la biomasse en suspension ; 'la nitrification des eaux usées dans le deuxième 5 réservoir (14) en utilisant la biomasse supportée sur les supports à film biologique (16) et la biomasse en suspension ; et le recyclage d'au moins une portion des eaux usées du deuxième réservoir (14)` au premier réservoir (12). 10
9. Méthode selon la revendication 6, dans laquelle, durant le remplissage du réacteur séquentiel discontinu (10), la méthode comprend l'utilisation du premier réservoir (12) dans des conditions anoxiques et 15 l'utilisation du deuxième réservoir (14) dans des conditions aérobies ; et le recyclage d'au moins une partie des eaux usées du deuxième réservoir (14) au premier réservoir (12). 20
10. Méthode selon la revendication 1 comprenant : le chargement des premier et deuxième réservoirs (12, 14) avec un agent de lest et dans laquelle la biomasse en suspension dans le réacteur séquentiel discontinu (10) se fixe à l'agent de lest ; 25 la sédimentation de l'agent de lest et de la biomasse en suspension fixée dans le réacteur séquentiel discontinu (10) ; la décantation des eaux usées traitées dans les premier et deuxième réservoirs (12, 14) du réacteur 30 séquentiel discontinu (10) ; etl'élimination de l'agent de lest et de la biomasse en suspension fixée du réacteur séquentiel discontinu (10) et la séparation de l'agent de lest par rapport à la biomasse en suspension et le recyclage d'au moins une portion de l'agent de lest séparé vers le réacteur séquentiel discontinu (10).
11. Méthode selon la revendication 10, comprenant la décantation simultanée des eaux usées provenant des premier et deuxième réservoirs (12, 14) et, lors de la décantation des eaux usées, l'élimination d'au moins une partie de l'agent de lest et de la biomasse en suspension fixée du réacteur séquentiel discontinu (10).
12. Méthode selon la revendication 10, dans laquelle le réacteur séquentiel discontinu (10) est utilisé dans des conditions qui nitrifient et dénitrifient les eaux usées et où la méthode comprend l'utilisation du premier réservoir (12) dans des conditions anoxiques de manière que la biomasse en suspension dénitrifie les eaux usées ; et l'utilisation du deuxième réservoir (14) dans des conditions aérobies de manière que la biomasse supportée sur les supports à film biologique (16) et la biomasse en suspension nitrifient les eaux usées à l'intérieur ; et le recyclage d'au moins une portion des eaux usées du deuxième réservoir (14) au premier réservoir (12).