WO2020231245A1 - Installation de traitement des lixiviats des décharges contrôlées - Google Patents

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WO2020231245A1
WO2020231245A1 PCT/MA2019/050002 MA2019050002W WO2020231245A1 WO 2020231245 A1 WO2020231245 A1 WO 2020231245A1 MA 2019050002 W MA2019050002 W MA 2019050002W WO 2020231245 A1 WO2020231245 A1 WO 2020231245A1
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leachate
rsod
fly ash
tank
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PCT/MA2019/050002
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Mohammed MERZOUKI
Halima AMAKDOUF
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Université Sidi Mohamed Ben Abdellah
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Definitions

  • the present invention relates to an installation for treating leachate from controlled landfills loaded with organic and mineral matter.
  • Leachate is the result of the percolation of water through domestic, agricultural or industrial waste stored in a landfill, also called a Class 2 Technical Landfill Center. It is in this center that the treatment of waste is carried out. household waste by anaerobic digestion.
  • the field of the invention is that of the treatment of leachate from landfills loaded with organic matter and nitrogen in the form of ammonium.
  • the invention finds its application in particular in the treatment of urban effluents, slaughterhouses, agro-food and industrial.
  • the invention relates to a pilot-scale treatment plant consisting of two systems: an aerobic-operated sequential batch reactor (RSOD) biological system (3) coupled to a physical single-packed column filtration system. level (11) (Annex, Figure 1) or on a packed column with multiple levels (11, 13, 14, 15, n) (Annex, Figure 2).
  • RSOD sequential batch reactor
  • the invention DE-A-19648372 describes a process for the vacuum evaporation of leachate produced by the storage of waste. Evaporation in vacuo to boiling has many drawbacks and mainly high cost. To limit the boiling, it is necessary to provide for a separation of the materials easily returning to boiling.
  • EP-A-0176963 describes a process for treating leachate by acid or alkaline distillation and other aromatic cyclic compounds. Adjusting the pH requires large amounts of acids or bases, which is both expensive and dangerous.
  • the distillation described in this document is carried out at 125 ° C., under atmospheric pressure and for a very long time. This results in a degradation of thermosensitive pollutants, which increases the cost and time for decontaminating the leachate.
  • EP-A-0094547 describes a leachate treatment process comprising a first step of heating to 170 ° C, followed by a second step of overheating the leachate. vapors at 800 ° C. These high temperatures prove to be unsuitable for the treatment of temperature sensitive pollutants.
  • the invention WO 01/28932 A1 describes a process for treating leachate in a basin for a first concentration step by evaporation at a temperature below 110 ° C.
  • the second stage concerns the introduction of the condensates into a device for separating the gases and / or solvents, then the latter are incinerated in order to eliminate the chemical pollutants.
  • this method it remains expensive, polluting and slow.
  • EP 1 056 688 B1 describes a process for the treatment of leachate by purification and washing, with a reduction in BOD and COD limited to 48 and 60% respectively. Ammonium ion and total phosphorus reductions are limited to 82% and 67% respectively. While the reductions for heavy metals are limited to 12 and 94%.
  • the invention WO 2008/132296 A2 describes a process for treating leachate rich in ammonium and in sulphide, which consists of two RSD biological reactors under anoxic and aerobic conditions.
  • the results obtained in this process have shown a COD concentration after treatment which varies between 0 and 50 mg / l, while the COD in the raw leachate is limited between 200 and 745 mg / l. This process occupies a large area, thereby increasing the cost of implantation.
  • the invention EP 2 630 092 B1 describes an RSD process for the treatment of wastewater loaded with nitrogen in the form of ammonium, such as leachate from landfills, within which biological treatment steps are successively carried out under aerated conditions. and anoxic. Despite these different steps, the reduction of ammonium ions, nitrates and nitrites remains limited to 90%.
  • the invention WO 2015/058306 A8 describes a biofiltration process for the combined and simultaneous treatment of methane gas and nitrogen compounds in leachate by virtue of a synergy between nitrifying and methanotrophic microorganisms. This treatment system requires highly technical staff.
  • the field of the invention is that of the treatment of leachate from controlled landfills loaded with organic matter in the form of chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD 5 ) and total Kjeldhal nitrogen (NTK).
  • COD chemical oxygen demand
  • BOD 5 biological oxygen demand
  • NTK total Kjeldhal nitrogen
  • the invention relates to a pilot plant for the treatment of leachate in a batch sequential biological reactor operating under aerobic conditions (RSD or SBR) coupled to a filtration column packed with fly ash.
  • RSD chemical oxygen demand
  • SBR aerobic conditions
  • the leachate treatment installation object of our invention (Annex, Figure 1) is composed of:
  • An RSOD aeration tank (3) equipped with an agitator (5) driven by a motor (4);
  • the choice of the filtration system is based, on the one hand, on its efficiency in eliminating as much as possible the heavy metals, the organic load and the micro-organisms by choosing as filter medium, the fly ash with carbon (12) which are classified among the most silico-aluminous supports, allowing very good adsorption of heavy metals, compared to other filtration matrices.
  • the iron oxides and aluminum oxides present in the ash play a very important role in the retention of metal ions.
  • Fly ash (12) represents waste estimated at 500,000 tonnes released each year by a thermal power plant. These ashes are fine powders resulting from the combustion of pulverized coal in the boilers of thermal power stations.
  • the original invention showed a strong reduction in the organic load (COD and BODs) of up to 100% elimination, a reduction of 100% of nitrogen compounds (NO2, NO3, NH4 and NTK) carried out especially by the system filtration and total elimination of germs and heavy metals.
  • COD and BODs organic load
  • NO2, NO3, NH4 and NTK nitrogen compounds
  • This result is explained by the choice of the purifying biomass, the optimization of the treatment system by the RSOD (3), by the filtration column (11) and the choice of the filtration medium (12) which has shown great efficiency. in the adsorption of chemical and biological compounds, given its richness in silica, aluminum and iron oxide.
  • the general principle of the invention is based on the use of an installation for treatment by aeration of leachate loaded with carbon in the form of COD and BOD5 and with nitrogen in the form of ammonium and NTK by nitrification-denitrification.
  • the leachate treatment in our facility includes the following work and the following steps (Annex, Figure 1):
  • the leachate treatment in the RSOD tank (3) is carried out with a 24 hour cycle, an aeration time of 20 hours and a settling time of between 1.5 and 2 hours at the end of the aeration phase. .
  • an anti-foam (silicone) is injected into the tank at a rate of 0.83 ml / m 3 , to prevent the mixed liquor from overflowing, since the leachates contain a high concentration of triton-type detergents ;
  • the RSOD tank (3) has a pipe for extracting excess sludge by the pump (6) and a pipe for drawing off the leachate treated by the pump (7);
  • the treated leachate is conveyed by the pump (7) and stored in the tank (8), then transferred continuously by the pump (9) to the filtration column (11), where they are sprayed using the sprinkler (10);
  • the filtration column (11) is packed at the bottom with a 20 cm layer of coarse gravel and a 15 cm layer of fine gravel. On top of these layers, the fly ash (12) with a particle size between 5 and 20 ⁇ m are deposited;
  • the filtration of the leachate treated by the RSOD tank (3) is carried out by biosorption on the ash (12), in order to eliminate the organic matter in the form of COD and BODs and to reduce the nitrates to molecular nitrogen (N2) by denitrification , in anoxic condition in the filtration column (11);
  • the treatment of the leachate in the RSOD tank (3) is carried out at an average volume load of between 0.3 and 0.7 kg BODs / m 3 / D;
  • the concentration of dissolved oxygen in RSOD (3) is between 3 and 6 mg / l;
  • the air flow entering the RSOD (3) is approximately 25 kg of air per hour, ie 600 kg of air per day;
  • the concentration of suspended solids of the mixed liquor in the RSOD (3) is between 6 and 10 g / l;
  • the sludge index in the RSOD aeration tank (3) is between 60 and 120 ml / g;
  • a sludge age is between 10 and 15 days, which allowed a good performance of the RSOD system (3) than with a sludge age greater than 15 days;
  • Coal fly ash (12) (photo 1), results from the combustion of coal at a temperature of 1200 ° C, then pulverized in a boiler and entrained by the combustion smoke, then captured by electrostatic precipitators. This collected dust is transported to storage and homogenization silos. These ashes are wastes rejected in nature and we have studied their purifying capacity, in order to enhance them, by putting them in the filtration column (11).
  • Fly ash (12) are very fine materials, their granularity is between 5 and 20 microns. In general, the chemical composition of fly ash depends on that of the original charcoal. The results of the chemical analysis by X-ray fluorescence, reported in Table 1, show that for the fly ash (12), the sum of the percentages of the elements: S1O2, AO ⁇ and Fe2O3 is 94.4%, which allows to classify them among the most silico-aluminous ashes.
  • Table 2 shows the results of the physico-chemical analyzes of the leachate before and after treatment with RSOD (3) coupled to the filtration column (11).
  • Table 2 Results of physicochemical analyzes of leachate after treatment with RSOD (3) coupled to the filtration column (11).
  • the specific exchange surface of the fly ash (12) is 7.22 10 6 m 2 / Kg which is greater than that of the activated carbon (2 10 6 m 2 / Kg).
  • the iodine value of the fly ash (12) is 837.54 mg / g, which means that these ashes are very porous compared to other supports;
  • the high S1O2 content in fly ash (12). It is an adsorbent having a strong electrical polarity and its richness in silica, aluminum and iron and which are positively charged. These contribute to the neutralization of the negative charges of nitrites, nitrates, orthophosphate and sulphates, and which will trap them by chemical bonds. We can also explain this increase in abatement rates by the formation of biofilms inside the column.
  • the pollutants in the effluent could either be adsorbed on the cell membrane of the germs forming the biofilms, or be assimilated by the biofilms by intervening cellular mechanisms (enzymatic materials, passive or active modes of transport or both).
  • Tables B and 4 represent the results of the metallic and microbiological analyzes of the leachate before and after treatment with RSOD (3) coupled to the filtration column (11).
  • Table 3 Results of metallic analyzes of the leachate after treatment with RSOD (3) coupled to the filtration column (11) packed with fly ash (12)
  • Table 4 Results of microbiological analyzes of the leachate after treatment with RSOD (3) coupled to the filtration column (11) packed with fly ash (12)

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Abstract

L'invention concerne une installation de traitement à l'échelle pilote composée de deux systèmes: un système biologique par le réacteur séquentiel discontinu fonctionnant en condition aérobie (RSOD) (3) couplé à un système physique par filtration sur colonne à garnissage à un seul niveau (11) (Annexe, Figure 1) ou sur colonne à garnissage à niveaux multiples (11, 13, 14, 15, n) (Annexe, Figure 2).

Description

Description :
1- Domaine technique auquel se rapporte l'invention :
La présente invention concerne une installation de traitement des lixiviats des décharges contrôlées chargés en matières organiques et minérales. Les lixiviats sont le résultat de la percolation de l'eau au travers des déchets domestiques, agricoles ou industriels stockés dans une décharge, appelée également Centre d'Enfouissement Technique de classe 2. C'est dans ce centre que s'effectue le traitement des déchets ménagers par digestion anaérobie.
Le domaine de l'invention est celui du traitement des lixiviats des décharges chargés en matières organiques et azotées sous forme d'ammonium. L'invention trouve notamment son application dans le traitement des effluents urbains, des abattoires, agro-alimentaires et industriels.
L'invention concerne une installation de traitement à l'échelle pilote composée de deux systèmes: un système biologique par le réacteur séquentiel discontinu fonctionnant en condition aérobie (RSOD) (3) couplé à un système physique par filtration sur colonne à garnissage à un seul niveau (11) (Annexe, Figure 1) ou sur colonne à garnissage à niveaux multiples (11, 13, 14, 15, n) (Annexe, Figure 2).
2- Etat de la technique antérieure :
L'invention DE-A-19648372 décrit un procédé d'évaporation sous vide de lixiviats produits par le stockage des déchets. L'évaporation sous vide jusqu'à ébulition présente de nombreux inconvénients et principalement un coût élevé. Pour limiter l'ébulition, il est nécessaire de prévoir une séparation des matières rentrant facilement en ébullition.
L'invention EP-A-0176963 décrit un procédé de traitement des lixiviats par distillation acide ou alcaline et d'autres composés cycliques aromatiques. Le réglage du pH nécessite des quantités importantes d'acides ou de bases, ce qui est à la fois coûteux et dangereux. La distillation décrite dans ce document est effectuée à 125° C, sous pression atmosphérique et pendant un temps très long. Il en résulte une dégradation des polluants thermo-sensibles, ce qui augmente le coût et le temps de dépollution des lixiviats.
L'invention EP-A-0094547 décrit un procédé de traitement des lixiviats comprenant une première étape de chauffage à 170° C, suivie d'une deuxième étape d'un surchauffage des vapeurs à 800° C. Ces fortes températures s'avèrent inadaptées au traitement des polluants sensibles à la température.
L'invention WO 01/28932 Al décrit un procédé de traitement des lixiviats dans un bassin pour une première étape de concentration par évaporation à une température inférieure à 110°C. La deuxième étape concerne l'introduction des condensats dans un dispositif de séparation des gaz et/ou solvants, puis ces derniers sont incinérés afin d'éliminer les polluants chimiques. Malgré la performance de cette méthode, elle reste coûteuse, polluante et lente.
L'invention EP 1 056 688 B1 décrit un procédé de traitement des lixiviats par purification et lavage, avec un abattement de la DBO et de la DCO limité à 48 et 60% respectivement. Les abattements des ions ammonium et du phosphore total sont limités à 82 et 67% respectivement. Alors que les abattements des métaux lourds sont limités à 12 et 94% .
Dans l'article intitulé:"Use of zeolitised coal fly ash for landfill leachate treatment: A pilot plant study" publié en 2007 dans le journal Waste Management, 27(12), les auteurs Luna, Y., Otai, E., Vilches, L.F., Vale, J., Querol, X. et Pereira, C.F. ont travaillé sur un support de filtration, tel que les zéolithes à base de cendres volantes pour la filtration des lixiviats âgés. Les abattements atteints restent limités à 53% d'ammonium, 82% de solides en suspension et 43% de DCO.
L'invention WO 2008/132296 A2 décrit un procédé de traitement des lixiviats riches en ammonium et en sulfure, qui est constitué de deux réacteurs biologiques RSD en conditions anoxique et aérobie. Les résultats obtenus dans ce procédé ont montré une concentration en DCO après traitement qui varie entre 0 et 50 mg/l, alors que la DCO dans le lixiviat brut est limitée entre 200 et 745 mg/l. Ce procédé occupe une grande surface, augmentant de ce fait le coût d'implantation.
Dans le mémoire de maîtrise en génie civil à l'université Laval-Québec-Canada, intitulé : "Biofiltration et captage des métaux lourds de lixiviat de lieu d'enfouissement de matières résiduelles", préparé en 2010, l'auteur Karl Boucher décrit un procédé de traitement des lixiviats riches en métaux lourds par biofiltration, dans lequel il a atteint des taux d'abattement de 99% pour la DBOs et l'ammonium. Alors que le traitement des lixiviats par filtration sur membrane de céramique a atteint un abattement de la DCO limité entre 70 et 90%, alors que la réduction des composés azotés, tels que les nitrites et nitrates par dénitrification ne dépassaient 95%. L'invention EP 2 630 092 B1 décrit un procédé RSD pour le traitement des eaux usées chargées en azote sous forme d'ammonium comme les lixiviats des décharges, à l'intérieur duquel sont successivement mises en oeuvre des étapes de traitement biologique en conditions aérées et anoxiques. Malgré ces différentes étapes, l'abattement des ions ammonium, nitrates et nitrites reste limité à 90%.
Dans l'article intitulé : "Valorisation des matériaux naturels poreux dans le traitement des lixiviats de la décharge publique non contrôlée de la ville de Taza", publié en 2014 au J. Mater. Environ. Sci. 5 (5) au Maroc, les auteurs Zalaghi A., Lamchouri F., Toufik H. et Merzouki M. ont expérimenté des matériaux naturels poreux (mâchefers, sciures de bois, sol argileux et sable de plage), afin d'épurer les lixiviats par filtration. Les résultats ont montré un abattement limité à 91,69 % de la teneur en DCO et une réduction de 93,83 % de la teneur en DBOs après filtration sur l'argile et le limon.
L'invention WO 2015/058306 A8 décrit un procédé de biofiltration pour le traitement combiné et simultané du gaz méthane et de composés azotés dans les lixiviats grâce à une synergie entre les micro-organismes nitrifiants et méthanotrophes. Ce système de traitement nécessite une haute technicité du personnel.
Dans l'article intitulé :"Ammonium removal from landfill leachate by Clinoptilolite adsorption followed by bioregeneration", publié en 2017 au Brézil, au Journal of Environmental Chemical Engineering, les auteurs Tiago Henrique Martinsa, Théo S. O. Souzab et Eugenio Foresti ont effectué le traitement des lixiviats par filtration sur la zéolithe, afin d'éliminer les ions ammonium. Les résultats ont montré une faible adsorption de ces ions et une nitrification a été pratiquée par la suite, afin d'éliminer la totalité des ions ammonium. Ce qui nécessite plus d'investissement.
3- Exposé de l'invention, avantages par rapport à l'état antérieur :
Le domaine de l'invention est celui du traitement des lixiviats de décharges contrôlées chargés en matière organique sous forme de demande chimique en oxygène (DCO), de demande biologique en oxygène (DBO5) et d'azote total Kjeldhal (NTK). L'invention concerne une installation pilote de traitement des lixiviats dans un réacteur biologique séquentiel discontinu fonctionnant en condition aérobie (RSD ou SBR en langue anglaise) couplé à une colonne de filtration garnie avec des cendres volantes. L'installation de traitement des lixiviats objet de notre invention (Annexe, Figure 1) est composé de :
Une cuve tampon (1) pour le stockage des lixiviats bruts et jeunes ;
Une cuve d'aération RSOD (3), équipée d'un agitateur (5) actionné par un moteur (4) ; Une cuve (8) pour le stockage des lixiviats traités par le RSOD (3) ;
Une colonne de filtration à garnissage à un seul niveau (11), équipée d'un sprinkler (10) (Figure 1) ou une colonne de filtration à garnissage à niveaux multiples (11, 13, 14, 15, n) (Annexe, Figure 2) ;
Une pompe (2) pour l'alimentation du RSOD (3) ;
Une pompe (6) pour le soutirage des boues en excès ;
Une pompe (7) pour le soutirage des effluents traités dans le RSOD (3) ;
Une pompe (9) pour le transfert des lixiviats traités dans le RSOD (3) à la colonne de filtration (11) ;
Les cendres volantes (12) comme support de filtration qui garnissent la colonne de filtration (11) ;
Une armoire électrique (13, 16) pour la commande dudit pilote.
Le choix de l'installation de traitement objet de l'invention est basé sur un certain nombre d'avantages par rapport à l'état antérieur, qui sont les suivants:
- Procédé compact et ne demandant pas de grande surface ;
- Coûts d'installation et de fonctionnement plus faibles par rapport aux autres procédés chimiques et biologiques ;
- Rendement épuratoire élevé, allant jusqu'à 100% d'abattement de la pollution chimique et microbiologique ;
- Elimination presque totale des nitrates dans la colonne de filtration par dénitrification sans l'ajout d'une cuve fonctionnant en anoxie pour éliminer les nitrates, en présence d'une source de carbone à injecter dans la cuve anoxique. Ce qui rend notre procédé plus économique ;
- Bonne fiabilité technique ;
- Besoin en main d'œuvre limité ;
- Faible technicité du personnel ;
- Possibilité de réutilisation des lixiviats traités en irrigation ; - Possibilité de valorisation des boues en excès en agriculture comme biofertilisants par compostage ;
- Absence de recirculation des boues surtout dans le RSOD (3), puisqu'elles restent dans le réacteur. Ce qui baisse le coût de fonctionnement.
Le choix du système de filtration est basé, d'une part sur son efficacité à éliminer au maximum les métaux lourds, la charge organique et les micro-organismes en choisissant comme support filtrant, les cendres volantes à charbon (12) qui sont classées parmi les supports les plus silico- alumineux, permettant une très bonne adsorption des métaux lourds, par comparaison avec d'autres matrices de filtration. Les oxydes de fer et les oxydes d'aluminium présents dans les cendres jouent un rôle très important dans la rétention des ions métalliques. Les cendres volantes (12) représentent des déchets estimés à 500 000 tonnes rejetés chaque année par une centrale thermique. Ces cendres sont des poudres fines issues de la combustion du charbon pulvérisé dans les chaudières de centrales thermiques.
L'invention originale a montré un fort abattement de la charge organique (DCO et DBOs) allant jusqu'à 100% d'élimination, un abattement de 100% des composés azotés (NO2, NO3, NH4 et NTK) effectué surtout par le système de filtration et une élimination totale des germes et des métaux lourds. Ce résultat est expliqué par le choix de la biomasse épuratrice, l'optimisation du système de traitement par le RSOD (3), par la colonne de filtration (11) et le choix du support de filtration (12) qui a montré une grande efficacité dans l'adsorption des composés chimiques et biologiques, vu sa richesse en silice, en aluminium et en oxyde de fer.
4- Exposé détaillé du mode de réalisation de l'invention :
Le principe général de l'invention repose sur la mise en oeuvre d'une installation de traitement par aération des lixiviats chargés en carbone sous forme de DCO et de DBO5 et en azote sous forme d'ammonium et de NTK par nitrification-dénitrification.
Le traitement des lixiviats dans notre installation comprent les travaux suivants et les étapes suivantes (Annexe, Figure 1):
Stockage dans la cuve (1), des lixiviats jeunes amenés de la sortie du centre d'enfouissement technique ; Préparation de la cuve RSOD (3) par mise en place d'une boue provenant d'une station de boues activées constituant un ensemencement à 6%. Cette cuve est équipée par un agitateur (5) permettant le brassage et l'aération ;
Alimentation de la cuve RSOD (3) à l'aide de la pompe d'alimentation (2). La matière organique carbonée est oxydée en milieu aéré par des micro-organismes, principalement des bactéries hétérotrophes. En ce qui concerne le traitement de l'azote dans cette cuve (3), l'ammonium est oxydé en condition aérée par des bactéries autotrophes (d'abord en nitrites puis en nitrates) ;
Le traitement des lixiviats dans la cuve RSOD (3) est effectué avec un cycle de 24 heures, une durée d'aération de 20 heures et une durée de décantation comprise entre 1,5 et 2 heures à la fin de la phase d'aération. Au début de l'aération, un anti mousse (silicone) est injecté dans la cuve à raison de 0,83 ml/m3, pour éviter les débordements de la liqueur mixte, puisque les lixiviats contiennent une forte concentration de détergents de type triton ;
La cuve RSOD (3) présente une canalisation d'extraction des boues en excès par la pompe (6) et une canalisation de soutirage des lixiviats traités par la pompe (7) ;
- Après 20 heures d'aération et après décatation, les lixiviats traités sont acheminés par la pompe (7) et stockés dans la cuve (8), puis transférés en continu par la pompe (9) vers la colonne de filtration (11), où ils sont pulvérisés à l'aide du sprinkler (10) ;
La colonne de filtration (11) est garnie au fond d'une couche de 20 cm de gravier grossier et d'une couche de 15 cm de gravier fin. Au dessus de ces couches, les cendres volantes (12) d'une granulométrie comprise entre 5 et 20 pm sont déposées ;
La filtration des lixiviats traités par la cuve RSOD (3) est effectuée par biosorption sur les cendres (12), afin d'éliminer la matière organique sous forme de DCO et de DBOs et de réduire les nitrates en azote moléculaire (N2) par dénitrification, en condition anoxique dans la colonne de filtration (11) ;
Le traitement des lixiviats dans la cuve RSOD (3) est effectué à moyenne charge volumique comprise entre 0,3 et 0,7 kg DBOs/m3/J ;
La concentration de l'oxygène dissous dans le RSOD (3) est comprise entre 3 et 6 mg/l ; Le débit d'air rentrant dans le RSOD (3) est environ 25 kg d'air par heure, soit 600 kg d'air par jour ; La concentration des matières en suspension de la liqueur mixte dans le RSOD (3) est comprise entre 6 et 10 g/l ;
L'indice des boues dans la cuve d'aération RSOD (3) est compris entre 60 et 120 ml/g ; Un âge des boues est compris entre 10 et 15 jours, ce qui a permis une bonne performance du système RSOD (3) qu'avec un âge des boues supérieur à 15 jours ;
Les autres paramètres chimiques et microbiologiques n'ayant pas été éliminés ou réduits à un taux d'abattement compris entre 49% et 92% dans la cuve RSOD (3), sont éliminés à 100% dans la colonne de filtration (11) ;
- Vu le colmatage qui touche le support filtrant (12), un lavage à l'eau est effectué une fois tous les deux mois pour décolmater ce support. On peut utiliser le lixiviat traité par notre procédé pour le lavage, puisque l'abattement de tous les paramètres chimiques, métalliques et microbiologiques atteint 100%, afin de réutiliser ce lixiviat traité et économiser l'eau.
Les cendres volantes à charbon (12) (photo 1), résultent de la combustion du charbon à une température de 1200 °C, puis pulvérisées dans une chaudière et entraînées par la fumée de combustion, puis captées par des dépoussiéreurs électrostatiques. Ces poussières captées sont transportées dans des silos de stockage et d'homogénéisation. Ces cendres sont des déchets rejetées dans la nature et nous avons étudié leur capacité épuratrice, afin de les valoriser, en les mettant dans la colonne de filtration (11).
Figure imgf000009_0001
Photo 1: Aspect visuel des cendres volantes à charbon (12)
Les cendres volantes (12) sont des matériaux très fins, leur granularité est comprise entre 5 et 20 microns. En général, la composition chimique des cendres volantes dépend de celle du charbon d'origine. Les résultats de l'analyse chimique par fluorescence X, reportés dans le tableau 1, montrent que pour les cendres volantes (12), la somme des pourcentages des éléments : S1O2, A O^ et Fe2Û3 est de 94,4%, ce qui permet de les classer parmi les cendres les plus silico-alumineuses.
Tableau 1. Composition chimique des cendres volantes (12) obtenue par ICP élément
chimique S1O2 AI2O3 Fe2Û3 å S1O2 + A 03+Fe203 CaO MgO SO3 K2O
Pourcentage 57 34 3,4 94,4 10 0,02 0,5 1,2
L'analyse des cendres (12) par diffraction aux rayons X révèle l'existence de deux pics : le quartz et la mullite (Figure 1). Ce résultat est assimilable à celui trouvé pour des cendres volantes utilisées en Espagne et dans d'autre pays. La minéralogie du charbon utilisé qui est généralement constituée de silice cristallisée sous forme de quartz et de minéraux phyllitheux du groupe des argiles (schistes). Au cours de la combustion, ces minéraux, changent de structure et donnent naissance à une faible partie cristallisée sous forme de mullite et une partie amorphe unique réactive (verre silico-alumineux) souvent prépondérante. Le quartz inerte ne change pas de structure et reste sous cet état.
Figure imgf000010_0001
Figure 1. Spectre minéralogique des cendres volantes (12) utilisées
Le tableaux 2 représente les résultats des analyses physico-chimiques des lixiviats avant et après traitement avec le RSOD (3) couplé à la colonne de filtration (11). Tableau 2 : Résultats d'analyses physico-chimiques des lixiviats après le traitement par le RSOD (3) couplé à la colonne de filtration (11).
Figure imgf000011_0001
D'après le tableau 2, nous constatons une réduction très importante de la DCO, la DBOs, les MES, les formes azotées, l'orthophosphate et les sulfates, allant jusqu'à 100% d'abattement de ces paramètres à travers la colonne de filtration (11), avec des concentrations très inférieures à celles des normes en vigueur. Cette forte élimination pourrait s'expliquer par les points suivants :
> La faible taille granulométrique des cendres volantes (12) qui ne dépasse 20 miti, ce qui permet une augmentation de la surface d'adsorption grâce à la diminution des dimensions des grains d'adsorbant ;
> La surface spécifique d'échange des cendres volantes (12) est de 7,22 106 m2/Kg qui est supérieure à celle du charbon actif (2 106 m2/Kg). De même, l'indice d'iode des cendres volantes (12) est de 837,54 mg/g, ce qui fait que ces cendres sont très poreuses par rapport à d'autres supports ;
> La forte teneur en S1O2 (structure silico-alumineuse) des cendres volantes (12). C'est un adsorbant possédant une forte polarité électrique et son richesse en silice, aluminium et en fer et qui sont chargés positivement. Ces derniers contribuent à la neutralisation des charges négatives des nitrites, des nitrates, de l'orthophosphate et des sulfates, et qui vont les piéger par des liaisons chimiques. Nous pouvons expliquer aussi cette augmentation des taux d'abattement par la formation des biofilms à l'intérieur de la colonne. Les polluants de l'effluent pourraient soit s'adsorber sur la membrane cellulaire des germes formant les biofilms, soit être assimilés par les biofilms en intervenant des mécanismes cellulaires (matériels enzymatiques, modes de transport passive ou actif ou les deux).
Les résultats du tableau 2 montrent également une dénitrification presque totale (99%) à travers la colonne de filtration (11). Ceci est expliqué par les conditions anaérobies de la colonne et la présence des bactéries dénitrificatrices dans les biofilms qui sont en faveur de la dénitrification. En outre, la filtration a permis aussi une nitrification totale ou abattement total des ions ammonium.
Nous avons observé une décoloration totale de notre lixiviat traité par filtration. Ceci s'explique par la rétention de la matière organique et minérale par les cendres volantes (12), puisque ces derniers sont riches en silicium, en fer et en aluminium qui permettent de fixer la charge organique et minérale de l'effluent (Photo 2).
Figure imgf000012_0001
Photo 2 : Décoloration des lixiviats filtrés par les cendres volantes (12)
Les tableaux B et 4 représentent les résultats des analyses métalliques et microbiologiques des lixiviats avant et après traitement avec le RSOD (3) couplé à la colonne de filtration (11). Tableau 3 : Résultats d'analyses métalliques des lixiviats après le traitement par le RSOD (3) couplé à la colonne de filtration (11) garnie avec les cendres volantes (12)
Figure imgf000013_0001
Tableau 4 : Résultats d'analyses microbiologiques des lixiviats après le traitement par le RSOD (3) couplé à la colonne de filtration (11) garnie avec les cendres volantes (12)
Figure imgf000014_0001
L'analyse des résultats des tableaux 3 et 4 permet de dégager les remarques suivantes :
Un abattement des métaux lourds qui varie entre 93 et 99,6%, avec un filtrat final qui répond aux normes de rejet ;
Une élimination totale des germes recherchés surtout dans la colonne de filtration (11), ce qui montre la grande efficacité de notre système de filtration ;
Une décoloration presque totale des lixiviats après filtration (Photo 3).
La performance de notre système de traitement augmentera au fur et à mesure que le biofilm s'installe dans les colonnes de filtration. Cette grande performance de notre système de traitement surtout la colonne de filtration est du à l'efficacité des cendres volantes (12) qui possède une matrice silico-alumineuse qui dépasse les 94%, en termes de silice, d'aluminium et de fer. Ces derniers contribuent à la neutralisation des charges négatives des paramètres chimiques et à adsorber la matière organique et les germes microbiens.
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0001
5- Application industrielle :
Notre installation de traitement pourrait être commercialisé à l'échelle régionale et nationale aux secteurs suivants :
Les décharges publiques contrôlées ;
Les industries de tanneries ;
Les industries de dinanderies ;
Les industries de textile ;
Les industries agro-alimentaires ;
Les huileries ;
Les effluents d'abattoires.
Le choix de ces industries chimiques à part les décharges, réside du fait que leurs effluents génèrent des substances chimiques réfractaires et sont riches en métaux lourds. Normalement le procédé de traitement de ces effluents devraient être chimique, mais l'inconvénient du procédé chimique est onéreux et génèrent des boues qui ne sont pas valorisables et demandent beaucoup d'investissement, si le traitement est la coagulation- floculation. Par contre, notre procédé biologique et physique permettra d'éliminer au maximum tous les composés chimiques biodégradables ou réfractaires, voir même toxique, à faible coût, comme nous l'avons montré pour les lixiviats que nous avons traité par notre invention.

Claims

Revendications :
1. L'invention concerne une installation pour le traitement des lixiviats des décharges contrôlées caractérisée par un réacteur séquentiel discontinu fonctionnant en condition aérobie (RSOD) (3), couplé à la colonne de filtration à garnissage à un seul niveau (11) (Annexe, Figure 1), avec des cendres volantes (12) ou une colonne de filtration à garnissage à niveaux multiples (11, 13, 14, 15, n) (Annexe, Figure 2), avec des cendres volantes (12).
2. Installation pour le traitement des lixiviats selon la revendication 1, caractérisée en ce que la durée d'aération dans la cuve RSOD (3) est de 20heures,avec une concentration en oxygène dissous comprise entre 3 et 6 mg/l et une durée de décantation comprise entre 1,5 et 2 heures.
3. Installation pour le traitement des lixiviats selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le temps de séjour hydraulique dans la cuve RSOD (3)de 4,8 jours, avec un traitement des lixiviats à moyenne charge (0,7 kg DBOs/m3/J)et un âge des boues compris entre 10 et 15 jours.
4. Installation pour le traitement des lixiviats selon la revendication 1, caracérisée en ce que le couplage est effectué avec une colonne de filtration (11) (Annexe, Figure 1), garnie par des cendres volantes (12), d'une granulométrie comprise entre 5 et 20 microns.
5. Installation pour le traitement des lixiviats selon les revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les fortes concentrations en nitrates (tableau 2) sont réduites dans la colonne de filtration (11) (Annexe, Figure 1), par dénitrification en condition anoxique, avec un taux d'abattement de 99,9%, sans ajout d'une cuve fonctionnant dans les conditions anoxiques.
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