| JP63232894 | TREATMENT OF WASTE WATER |
| JP62221494 | METHOD FOR TREATING EXCRETION |
| JP01218693 | CONTROL OF ACTIVATED SLUDGE TREATMENT APPARATUS |
EVERETT, William (14 rue Casette, Paris, Paris, F-75006, FR)
| REVENDICATIONS 1. Un procédé de traitement par voie biologique d'une charge liquide toxique comprenant une phase liquide organique dispersible et digestible telle qu'une huile ou solvant toxique, caractérisé par les étapes successives consistant à : a) alimenter avec la charge liquide à traiter une première cuve (100) contenant une phase aqueuse et une première population bactérienne ; b) solubiliser la charge liquide à traiter dans la première cuve par hydrolyse enzymatique avec la première population bactérienne ; c) soutirer de la première cuve un premier produit de réaction liquide ; d) filtrer du premier produit de réaction la biomasse contenue dans celui- ci, pour donner un premier effluent ; e) alimenter avec le premier effluent une deuxième cuve (200) contenant une phase aqueuse et une deuxième population bactérienne, différente de la première ; f) biodégrader le premier effluent dans la deuxième cuve par digestion biologique avec la deuxième population bactérienne ; g) soutirer de la deuxième cuve un deuxième produit de réaction liquide ; h) filtrer du deuxième produit de réaction la biomasse contenue dans celui-ci, pour donner un deuxième effluent ; i) ajuster la concentration bactérienne dans la deuxième cuve par extraction du surplus de biomasse ; j) alimenter avec le deuxième effluent une troisième cuve (300) contenant une phase aqueuse et une troisième population bactérienne, différente de la première et de la deuxième ; k) réduire les composants bactériens résiduels du deuxième effluent dans la troisième cuve par action biologique de la troisième population bactérienne ; I) soutirer de la troisième cuve un troisième produit de réaction liquide ; m) filtrer du troisième produit de réaction la biomasse contenue dans ce- lui-ci, pour donner un troisième effluent, le troisième effluent constituant un effluent liquide final (EFF/N) essentiellement non organique, et la biomasse séparée constituant un déchet organique ultime (DU) de volume réduit. 2. Le procédé de la revendication 1 , dans lequel les étapes d), h) et/ou m) comprennent en outre un recyclage, vers la cuve d'où a été soutiré le produit de réaction soumis à filtrage, de la biomasse séparée. 3. Le procédé de la revendication 1 , comprenant en outre un recyclage vers la première cuve de l'effluent liquide final obtenu à l'étape m). 4. Le procédé de la revendication 1 , dans lequel l'étape h) comprend en outre une oxydation chimique du deuxième effluent après filtrage et/ou de l'excès de biomasse issu du filtrage. 5. Le procédé de la revendication 1 , dans lequel l'étape k) comprend une réduction de la biomasse dans le troisième réacteur (300). 6. Le procédé de la revendication 1 , comprenant en outre, avant l'étape a), un prétraitement (M1 ) d'oxydation par réaction de Fenton de la charge liquide à traiter. 7. Le procédé de la revendication 1 , comprenant en outre une étape de soutirage de la biomasse en excès dans les première, deuxième et/ou troisième cuves, et de digestion (M3) de cette biomasse en excès avec séparation d'une phase liquide (LIQ) et d'un déchet minéral solide (MIN). 8. Le procédé de la revendication 1 ou de la revendication 7, comprenant en outre une étape de post-traitement (M4), par irradiation aux UV et ozo- nation combinées, de l'effluent liquide final (EFF/N) issu de la filtration du troisième produit de réaction, et/ou de la phase liquide (LIQ) issue de la digestion de la biomasse en excès. 9. Une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une première cuve (100) contenant une phase aqueuse et une première population bactérienne ; - des moyens (102) pour alimenter la première cuve avec une charge liquide contaminée comprenant une phase liquide organique dispersi- ble et digestible telle qu'une huile ou solvant toxique, cette charge liquide étant apte à être solubilisée dans la première cuve par hydrolyse enzymatique avec la première population bactérienne ; - des moyens (106) pour soutirer de la première cuve un premier produit de réaction liquide ; - des moyens (108) pour filtrer du premier produit de réaction la biomasse contenue dans celui-ci, pour donner un premier effluent ; - une deuxième cuve (200) contenant une phase aqueuse et une deuxième population bactérienne, différente de la première ; - des moyens (202) pour alimenter la deuxième cuve avec le premier effluent, ce premier effluent étant apte à être biodégradé dans la deuxième cuve par digestion biologique avec la deuxième population bactérienne ; - des moyens (206) pour soutirer de la deuxième cuve un deuxième produit de réaction liquide ; - des moyens (208, 212) pour filtrer du deuxième produit de réaction la biomasse contenue dans celui-ci, pour donner un deuxième effluent ; - des moyens (216, 220) pour ajuster la concentration bactérienne dans la deuxième cuve par extraction du surplus de biomasse ; - une troisième cuve (300) contenant une phase aqueuse et une troisième population bactérienne, différente de la première et de la deuxième ; - des moyens (302) pour alimenter la troisième cuve avec le deuxième effluent, ce deuxième effluent étant apte à voir ses composants bacté- riens résiduels réduits par action biologique de la troisième population bactérienne ; - des moyens (306) pour soutirer de la troisième cuve un troisième produit de réaction liquide ; - des moyens (308, 316) pour filtrer du troisième produit de réaction la biomasse contenue dans celui-ci, pour donner un troisième effluent, le troisième effluent constituant un effluent liquide final (EFF/N) essentiellement non organique, et la biomasse séparée constituant un déchet organique ultime (DU) de volume réduit. 10. L'installation de la revendication 9, dans laquelle lesdits moyens pour filtrer le premier, le deuxième et/ou le troisième produit comprennent un filtre à membrane tangentielle (108, 208, 308). 11. L'installation de la revendication 9, dans laquelle lesdits moyens pour filtrer le deuxième et/ou le troisième produit comprennent en outre un séparateur centrifuge (212, 312) et/ou un système de flottaison. 12. L'installation de la revendication 9, dans laquelle la deuxième cuve (200) comprend des moyens (226-234) d'agitation et anti-mousse mécaniques propres à aspirer la mousse formée lors du processus de biodégradation et à incorporer cette mousse dans la phase aqueuse (204) contenue dans la cuve. 13. L'installation de la revendication 9, dans laquelle la deuxième cuve (200) comprend, disposés dans le circuit de recirculation à l'extérieur du volume de la cuve : des moyens (226-234) de pompage et de recirculation du contenu de la cuve, ainsi que des moyens (238, 240) de régulation thermique, des moyens (222, 224, 242) d'aération de la phase liquide, des moyens (244) d'homogénéisation calibrée, et/ou des moyens (246) de mesure et/ou de prise d'échantillon. 14. L'installation de la revendication 9, comprenant en outre un module (M1 ) d'oxydation préalable par réaction de Fenton de la charge liquide à traiter. 15. L'installation de la revendication 9, comprenant en outre des moyens de soutirage de la biomasse en excès dans les première, deuxième et/ou troisième cuves, et un module (M3) de digestion de cette biomasse en ex- ces avec séparation d'une phase liquide (LIQ) et d'un déchet minéral solide (MIN). 16. L'installation de la revendication 9 ou de la revendication 15, comprenant en outre un module (M4) de post-traitement, par irradiation aux UV et ozonation combinées, de l'effluent liquide final (EFF/N) issu de la filtration du troisième produit de réaction, et/ou de la phase liquide (LIQ) issue de la digestion de la biomasse en excès. |
L'invention concerne un procédé et une installation de traitement par voie biologique d'une charge liquide contaminée comprenant une phase liquide organique dispersible et digestible. L'invention s'applique tout particulièrement aux huiles et solvants toxiques contaminés notamment par des substances radioactives. Ces huiles ou solvants doivent être détruits ou décomposés en effluents acceptables pour le site. L'invention est cependant applicable au traitement d'autres produits qu'huiles ou solvants, dès lors qu'il s'agit de liquides organiques dispersi- bles (à la différences des goudrons, par exemple) et digestibles, c'est-à- dire qui puissent subir l'action enzymatique de micro-organismes qui utiliseront ie liquide organique comme source de carbone pour leur métabolisme aérobie. L'oxydation du liquide à traiter par les micro-organismes s'accompagne d'un rejet de dioxyde de carbone et d'eau.
L'invention s'applique également au traitement de charges comprenant des particules fines en suspension dans une phase liquide organique, par exemple des particules de catalyseur usé en suspension dans de l'huile, afin de pouvoir régénérer ces particules de catalyseur. Dans la suite de la description on utilisera par commodité les termes "huiles" et "huiles ou solvants", mais tout ce qui sera décrit est généralisable à d'autres types de charges liquides organiques, dès lors que celles-ci présentent les propriétés indiquées ci-dessus. Il existe plusieurs techniques d'élimination des huiles toxiques. La technique la plus simple consiste à brûler ces huiles dans un incinérateur, mais cette technique présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, l'huile doit généralement être mélangée avec d'autres déchets, et ce type d'élimination est difficile à mettre en œuvre en continu. De plus, il existe un risque de production de composés volatils toxiques lors de l'incinéra- tion, qui doivent être soigneusement filtrés avant rejet à l'atmosphère.
Une autre technique consiste à soumettre les huiles à une oxydation par voie humide, en eau supercritique. Cette technique est très efficace et bien maîtrisée, en revanche elle est très délicate à mettre en œuvre (pressions d'au moins 221 bars et températures d'au moins 376°C) Par voie de conséquence cette technique nécessite un investissement initial important, entraîne un coût de fonctionnement élevé et implique des me- sures de sécurité draconiennes liées aux très hautes pressions.
La troisième technique, qui est celle de l'invention, consiste à oxyder les huiles par voie biologique en présence de micro-organismes, à une température de l'ordre de 30 à 37 0 C pour un métabolisme bactérien optimal. L'apport d'oxygène est obtenu par une aération continue du système, et l'oxydation des huiles produit simplement du dioxyde de carbone et de l'eau, sans danger. De plus, la pression de traitement ne dépasse pas 3 bars, et cette technique est adaptable à des flux à traiter très variables. Le WO 96/24937 A1 décrit un procédé et une installation d'élimination d'huiles ou solvants contaminés de ce type. Mais ce procédé ne permet pas une dégradation satisfaisante des charges telles que les huiles contaminées, qui sont constituées d'un mélange de plusieurs dizaines de constituants différents et structurellement très diversifiés : cycliques, ramifiés, linéaires, etc., avec pour chaque catégorie un grand nombre de molécules distinctes. En effet, une population bactérienne donnée assure une digestion préférentielle d'une catégorie spécifique de molécules, mais pas de l'ensemble des molécules. De ce fait, les bactéries vont avoir tendance à dégrader les molécules les plus digestibles, c'est-à-dire à "manger ce qui est le plus facile à manger". Or, du fait de l'alimentation en continu de la cuve de trai- tement, il y aura renouvellement permanent de la fraction facile à digérer, qui sera in fine la seule ou pratiquement la seule dégradée par la biomasse. Ce phénomène va conduire à une accumulation de molécules difficilement digérables, dont les bactéries n'entameront jamais la dégradation. Cette accumulation sera un facteur d'intoxication de la biomasse, conduisant rapidement à l'arrêt du processus de dégradation de la charge liquide et/ou à une autolyse (autodigestion) de la masse bactérienne au détriment de la digestion de l'huile, plus longue et plus difficile. Comme la digestion par la biomasse n'est pas suffisante pour produire un effluent acceptable, cet effluent doit être soumis à un post-traitement rela- tivement complexe et coûteux (évaporation, filtration sur charbon actif, ...) qui entraîne la production de déchets supplémentaires, en particulier le charbon actif qui doit être renouvelé régulièrement. De plus, la technique décrite dans ce document nécessite une injection permanente de biomasse dans l'installation, impliquant que cette bio- masse additionnelle soit éliminée en aval.
En outre, ce procédé est essentiellement conçue pour un traitement des déchets en continu, avec un débit le plus constant possible dans la mesure où toute variation importante de la quantité ou de la nature de la charge à traiter est susceptible de modifier de façon substantielle l'équili- bre général du procédé.
Enfin, ce procédé requiert la surveillance continue des différentes réactions et traitements mis en œuvre, avec présence quasi-permanente d'un opérateur pour surveiller l'évolution du processus et prendre les actions appropriées de réglage et d'ajustement. L'un des buts de l'invention est de remédier à ces divers inconvénients en proposant un procédé et une installation d'élimination par voie biologique de déchets organiques tels que des huiles ou solvants toxiques, avec un rendement élevé, une adaptabilité à des flux très variés (et sans interruption de fonctionnement) et la capacité de traiter des quantités importantes de déchets, permettant ainsi une exploitation à l'échelle industrielle.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un tel procédé et une telle installation permettant une réduction très importante des coûts de toute nature, qu'il s'agisse :
- des coûts d'investissement initiaux, - des coûts de fonctionnement induits par l'exploitation courante de l'installation, et
- des coûts futurs ("héritage costs") de démantèlement de la machine lorsque celle-ci est appelée à devenir elle-même un déchet, comme dans le cas des installations destinées au traitement des substances radioactives.
L'invention a également pour but de proposer une telle technique permettant, sans post-traitement complexe, d'obtenir directement en sortie du procédé un effluent liquide acceptable pour le site (normes légales), avec une quantité rejetée réduite au minimum, et en produisant un minimum de déchets ultimes. L'invention a également pour but de proposer une telle installation qui puisse être régulée de façon simple et automatique, de manière à éviter le recours à un opérateur présent en permanence sur site pour la surveillance et la mise en œuvre du traitement. Un autre but encore de l'invention est de procurer une très grande flexibilité d'exploitation en ce qui concerne les quantités et la variété des déchets à traiter, avec notamment la possibilité de traiter ces déchets par lots, ceci à la différence des systèmes antérieurement proposés, essentiellement conçus pour des traitements en continu. Un autre aspect de la flexibilité du procédé de l'installation de l'invention réside, comme on le verra, dans le fait que le système dans son ensemble est un système très stable, avec un comportement relativement prévisible et calculable, qui permet de limiter les tâtonnements et ajustements initiaux à chaque modification de la nature des déchets à traiter. Le procédé de l'invention, qui est du type général déjà divulgué par le WO 96/24937 A1 précité, est caractérisé par les étapes successives consistant à : a) alimenter avec la charge liquide à traiter une première cuve contenant une phase aqueuse et une première population bactérienne ; b) solubiliser la charge liquide à traiter dans la première cuve par hydrolyse enzymatique avec la première population bactérienne ; c) soutirer de la première cuve un premier produit de réaction liquide ; d) filtrer du premier produit de réaction la biomasse contenue dans celui- ci, pour donner un premier effluent ; e) alimenter avec le premier effluent une deuxième cuve contenant une phase aqueuse et une deuxième population bactérienne, différente de la première ; f) biodégrader le premier effluent dans la deuxième cuve par digestion biologique avec la deuxième population bactérienne ; g) soutirer de la deuxième cuve un deuxième produit de réaction liquide ; h) filtrer du deuxième produit de réaction la biomasse contenue dans celui-ci, pour donner un deuxième effluent ; i) ajuster la concentration bactérienne dans la deuxième cuve par extraction du surplus de biomasse ; j) alimenter avec le deuxième effluent une troisième cuve contenant une phase aqueuse et une troisième population bactérienne, différente de la première et de la deuxième ; k) réduire les composants bactériens résiduels du deuxième effluent dans la troisième cuve par action biologique de la troisième population bactérienne ;
I) soutirer de la troisième cuve un troisième produit de réaction liquide ; m) filtrer du troisième produit de réaction la biomasse contenue dans celui-ci, pour donner un troisième effluent, le troisième effluent constituant un effluent liquide final essentiellement non organique, et la biomasse séparée constituant un déchet organique ultime de volume réduit.
Grâce à ce procédé, par la multiplication et l'isolement des cuves (qui empêche les bactéries de migrer d'une cuve à la suivante), il est possible de spécialiser les populations bactériennes dans les trois cuves en fonction des différentes molécules de la charge à digérer : la fraction facile à digérer sera dégradée dans le premier bac, tandis que les molécules pour lesquelles la biomasse du premier bac n'aura pas entamé la digestion seront concentrées dans le second bac, où les bactéries (dont on choisira la spécificité en fonction de la fraction à digérer) devront digérer la fraction restante, et de même pour le troisième bac. L'évolution du métabolisme de la biomasse pourra ainsi se faire, au fil du temps, dans le sens d'une optimisation de la digestion des molécules les plus difficiles. De plus, l'ajustement de la concentration bactérienne dans la deuxième cuve permet d'éviter un phénomène d'"autodigestion" de la masse bactérienne au détriment de la digestion de l'huile, plus longue et plus difficile, Avantageusement, dans ce procédé :
- les étapes d), h) et/ou m) comprennent en outre un recyclage, vers la cuve d'où a été soutiré le produit de réaction soumis à filtrage, de la biomasse séparée ; ceci permet d'adapter les populations bactériennes à chaque étape et évite les risques de contaminations entre les différentes cuves ;
- le procédé comprend en outre un recyclage vers la première cuve de l'effluent liquide final obtenu à l'étape m) ; et - l'étape h) comprend en outre une oxydation chimique du deuxième ef- fluent après filtrage, et/ou de l'excès de biomasse issu du filtrage ;
- l'étape k) comprend une réduction de la biomasse dans le troisième réacteur ; - il est prévu en outre, avant l'étape a), un prétraitement d'oxydation par réaction de Fenton de la charge liquide à traiter ;
- il est prévu en outre une étape de soutirage de la biomasse en excès dans les première, deuxième et/ou troisième cuves, et de digestion de cette biomasse en excès avec séparation d'une phase liquide et d'un déchet minéral solide ;
- il est prévu en outre une étape de post-traitement, par irradiation aux UV et ozonation combinées, de l'effluent liquide final issu de la filtra- tion du troisième produit de réaction, et/ou de la phase liquide issue de la digestion de la biomasse en excès. L'invention concerne également une installation correspondante, comprenant des moyens pour mettre en œuvre les différentes étapes de procédé indiquées plus haut. Avantageusement, cette installation peut en outre prévoir que :
- les moyens pour filtrer le premier, le deuxième et/ou le troisième pro- duit comprennent un filtre à membrane tangentielle ;
- les moyens pour filtrer le deuxième et/ou le troisième produit comprennent en outre un séparateur centrifuge et/ou un système de flottaison ;
- la deuxième cuve comprend des moyens d'agitation et anti-mousse mécaniques propres à aspirer la mousse formée lors du processus de biodégradation et à incorporer cette mousse dans la phase aqueuse contenue dans la cuve ;
- la deuxième cuve comprend des moyens de pompage et de recirculation du contenu de la cuve, ainsi que des moyens de régulation ther- mique, des moyens d'aération de la phase liquide, des moyens d'homogénéisation calibrée, et/ou des moyens de mesure et/ou de prise d'échantillon, ces divers moyens étant disposés dans le circuit de recirculation à l'extérieur du volume de la cuve.
0 On va maintenant décrire un exemple de mise en œuvre de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnelle- ment semblables. La Figure 1 est une vue schématique de l'installation selon l'invention, illustrant les divers éléments pour la mise en œuvre des étapes successives du procédé.
La Figure 2 illustre plus en détail la structure du réacteur central de biodégradation des huiles. La Figure 3 est une vue de dessus de ce même réacteur, prise selon HI-III de la Figure 2.
La Figure 4 décrit de façon schématique un système complet intégrant les différents composants de l'installation décrite Figure 1.
0
Comme illustré Figure 1 , l'installation selon l'invention comporte essentiellement trois réacteurs distincts 100, 200, 300 sous forme de trois cuves respectives de volume déterminé connectées en série. Le premier réacteur 100 est destiné à solubiliser les huiles par hydrolyse enzymatique. Les huiles toxiques H sont introduites dans le réacteur 100 par une pompe doseuse 102 de débit déterminé. La même pompe do- seuse injecte un milieu minimum industriel MMI composé d'eau purifiée et de sels minéraux indispensables au développement des micro- organismes. Le tout est mélangé à la phase aqueuse 104 contenue dans le premier réacteur 100, où les micro-organismes vont solubiliser les huiles par hydrolyse par action enzymatique spécifique d'une population choisie de micro-organismes bactériens. Le temps de séjour dépend du type d'huile à traiter et du choix des micro-organismes. De façon générale, le débit d'huile varie typiquement, selon le type d'huile, de 20 à 200 μl par litre de volume réactionnel et par heure.
Cette phase de solubilisation des huiles est critique pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, car elle augmente considérablement la biodisponibilité de ces huiles. En effet pour une biodégradation efficace il faut que les micro-organismes aient accès au substrat organique, et cela est plus simple lorsque l'huile est soluble dans le phase aqueuse. Le bain contenant les huiles solubilisées est soutiré en fond de réacteur par une pompe 106, en laissant en surface les huiles non encore solubili- sées. De cette façon seules les huiles solubilisées sont transférées vers le réacteur 200. Les huiles solubilisées ainsi soutirées sont soumises à l'action d'un filtre tangentiel 108 permettant de séparer la biomasse BM d'une partie de l'effluent liquide EFF (perméat ou filtrat). Le rétentat (biomasse) repart dans le réacteur 100 via une conduite 110, ce qui évite ainsi aux micro-organismes du premier réacteur 100 de se mélanger avec les micro-organismes du réacteur 200. Cette étape de séparation entre effluent et biomasse permet en outre d'optimiser la population bactérienne de chaque réacteur selon sa fonction, avec une sélection de micro-organismes spécifiques au premier réacteur 100, optimisée pour l'hydrolyse, qui est différente de celle du deuxième réacteur 200, optimisée pour la biodégradation de l'huile.
La même remarque vaut bien évidemment pour l'isolation entre le deuxième réacteur 200 et le troisième réacteur 300, réalisée par mise en œuvre d'un filtre à membrane tangentiel, comme on l'exposera plus haut. L'emploi d'un filtre à membrane tangentiel est préféré à une simple décantation, car un tel filtre permet d'ajuster exactement la quantité d'effluent souhaitée, tout en s'assurant que la biomasse ne passe pas dans cet effluent.
L'isolation procurée par l'emploi d'un filtre à membrane tangentiel assure également une sécurité supplémentaire du point de vue biologique, par exemple en cas de mort des bactéries du fait de la présence de protozoaires dans la phase aqueuse de l'un des réacteurs. Dans la mesure où l'on peut s'assurer que la biomasse ne passe pas le filtre, cette contamination ne s'étendra pas au réacteur situé en aval. Après le traitement d'attaque (solubilisation des huiles) réalisé par le premier réacteur 100, l'effluent contenant l'huile à traiter est amené par une conduite 202 au deuxième réacteur 200, qui est celui mettant en œuvre l'étape principale de biodégradation des huiles. Ce deuxième réacteur présente par exemple une capacité de 100 litres, et le temps de séjour y est typiquement de 343 heures. Le deuxième réacteur 200, qui sera décrit plus en détail par la suite en référence aux Figures 2 et 3, assure la digestion des huiles dans la phase aqueuse 204, sous l'effet de micro-organismes choisis spécifiquement pour optimiser cette fonction de digestion biologique, et qui sont différents de ceux contenus dans les deux autres réacteurs 100 et 300.
Le passage vers le troisième et dernier réacteur 300 est assuré de la même manière que le passage du premier réacteur 100 vers le deuxième réacteur 200 : le fluide est soutiré en bas du réacteur 200 par une pompe 206 puis passe ensuite au travers d'un filtre tangentiel 208 où la biomasse BM (rétentat) est séparée d'une partie de l'effluent liquide EFF. L'effluent produit par le filtre tangentiel 208 via la conduite 218 est dirigé vers un dispositif d'oxydation chimique 220 opérant par ozonisation ou par traitement au peroxyde d'oxygène, pour y achever l'oxydation des produits de biodégradation. Après cette étape d'oxydation l'effluent est dirigé vers le réacteur 300 via la conduite 302.
La biomasse 210, qui sort du filtre tangentiel 208 par une conduite 210 est recyclée vers le deuxième réacteur 200 via une conduite 214. Le surplus éventuel de biomasse formé dans le deuxième réacteur 200 pendant la biodégradation des huiles peut être extrait par un séparateur centrifuge 212 et/ou par un système de flottaison, via la conduite 216. Le surplus de biomasse peut également être dirigé vers le dispositif d'oxydation chimique 220 via la conduite 216 avant d'être amené au réacteur 300 par la conduite 302. Il est en effet important d'ajuster la concentration bactérienne dans le ré- acteur 200, en évitant que celle-ci ne devienne excessive (typiquement, une limite maximale de 10 9 cellules/ml). En effet, une concentration excessive conduit à la mort d'une proportion importante des bactéries, entraînant une production de matières organiques faciles à digérer par les bactéries vivantes. Ce phénomène d'"auto-digestion" de la masse bacté- rienne se produit au détriment de la digestion de l'huile, plus longue et plus difficile. Pour éviter ce phénomène, au lieu de recycler la biomasse du réacteur (via la conduite 214) cette biomasse en sortie du séparateur 212 est extraite et détruite par oxydation (conduite 216 vers le dispositif 220). L'effluent ainsi oxydé par le dispositif 220 est délivré par la conduite 302 au troisième réacteur 300, qui assure la réduction de l'excès de biomasse formé au cours du métabolisme des huiles ou solvants toxiques dans le réacteur 200. En effet, l'effluent véhiculé par le tube 302 contient les cons- tituants de cellules bactériennes lysées lors de l'étape d'oxydation chimique par le dispositif 220, constituants qui servent de nutriments pour les bactéries de ce troisième réacteur, par action dans la phase aqueuse 304 d'une troisième population bactérienne choisie spécifiquement pour optimiser cette fonction de dégradation finale, et qui est généralement diffé- rente de celle des deux autres réacteurs 100 et 200.
Le troisième réacteur 300 présente par exemple une capacité de 20 litres, et le temps de séjour y est typiquement de 68 heures. Il permet de miné- raliser et donc de réduire considérablement l'excès de biomasse produite dans le deuxième réacteur 200. De plus il ajoute un temps de séjour sup- plémentaire pour éventuellement dégrader les molécules les plus récalcitrantes à l'action enzymatique des micro-organismes. L'effluent est soutiré du troisième réacteur 300 par une pompe 306 puis appliqué à un troisième et dernier système de filtration tangentielle 308 : la biomasse BM séparée est appliquée par la conduite 310 à un séparateur centrifuge 312 et/ou à un système de flottaison, du même type que le séparateur 212 associé au deuxième réacteur. L'effluent solide ainsi séparé, qui constitue la totalité de la partie organique produite par le procédé, constitue un déchet ultime DU qui pourra être ensuite séché. Cet effluent solide non minéralisé (imputrescible, stérile et ainsi ans danger) présente cependant un vo- lume extrêmement réduit, qui n'est pas une contrainte pour le procédé.
L'effluent liquide EFF en sortie du filtre tangentiel 308 est délivré par la conduite 318 et constitue un effluent EFF/N acceptable pour le site, typiquement un effluent ayant pour caractéristique principale une DCO (demande chimique en oxygène) strictement inférieure à 150 mg/l. Si les normes de rejet le permettent, il est possible de diluer dans l'effluent EFF/N tout ou partie du déchet organique issu de la séparation par le filtre 312, comme schématisé par la flèche 320. Si la dilution est totale, seul l'effluent liquide subsiste, ce qui est plus simple pour la gestion de déchets. On notera que les débits sont régulés de manière à maintenir les niveaux dans les réacteurs, afin que le volume dans les réacteurs ne varie pas et que le bilan matière soit équilibré entre l'entrée et la sortie de l'installation (ce qui facilite la traçabilité). Éventuellement, et sans que cela ait une influence sur le bilan matière, une partie de l'effluent obtenu en sortie de l'installation peut être recyclée vers le premier réacteur 100 (flèche 320), selon les résultats de l'analyse de cet effluent. On notera incidemment que l'invention permet, de manière avantageuse, de traiter par lots des huiles de natures différentes en adaptant les populations bactériennes des différents réacteurs, et avec la possibilité de commencer le traitement d'un lot avant que celui du lot précédent ne soit achevé. Par exemple, à la fin du traitement d'un premier lot, lorsque l'huile a été complètement solubilisée et est en cours de traitement dans les ré- acteurs 200 et 300, il est possible de commencer la solubilisation de l'huile du second lot dans le réacteur 100, sans que cela n'ait aucune incidence sur la fin du traitement du premier lot. Ceci est en fait rendu possible par la séparation des traitements biologiques dans les trois cuves 100, 200 et 300, dont les conditions réactionnelles respectives (choix des po- pulations de microorganismes, conditions opératoires diverses, etc.) peuvent être ajustées séparément pour chaque réacteur, de façon indépendante des deux autres.
On va maintenant décrire plus en détail, en référence aux Figures 2 et 3, la structure du deuxième réacteur 200 destiné à assurer la biodégradation proprement dite des huiles toxiques.
Ce réacteur de biodégradation comporte un certain nombre d'éléments originaux permettant d'assurer simultanément plusieurs fonctions, tout en simplifiant le dispositif de manière à réduire les interventions de maintenance. L'air nécessaire à l'oxydation peut être injecté par une rampe 222 en fond de réacteur, alimentée par une conduite 224 située à l'extérieur de la cuve du réacteur. En variante ou en complément, il est prévu un système d'incorporation d'air 242 par venturi monté sur la conduite 230, ainsi qu'un dispositif d'homogénéisation calibrée 244, basé sur la propriété d'agitation moléculaire des ultrasons : suivant la fréquence des ultrasons émis, les particules en solution (bactéries, micelles, bulles d'air, etc.) peuvent être détruites de façon sélective selon leur taille, par effet vibratoire. On peut ainsi choisir par exemple de détruire les particules supérieures à 100 μm afin d'épargner les bactéries, qui mesurent généralement 1 μm. Une fonction anti-mousse est assurée au moyen d'un ensemble comprenant notamment une pompe à rotor flexible 226 aspirant le contenu du réacteur 200 de manière continue par le bas, en 228, et refoulant ce contenu via une conduite 230, 232, vers des bouches 234 orientées tan- gentiellement (Figure 3) de manière à créer à l'intérieur de la cuve un vor- tex empêchant l'accumulation de mousse à la surface du contenu du réacteur. La mousse qui se forme pendant le procédé risque en effet de piéger les huiles, ce qui la rend indisponible pour les bactéries. Le système ici décrit permet, de manière purement mécanique, de disperser et homogénéiser la mousse, qui est réincorporée dans la phase aqueuse, augmentant donc la biodégradabilité des huiles et donc l'efficacité du procédé, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter aucun agent anti-mousse chimique, comme cela est souvent le cas.
Il est prévu par ailleurs au point le plus bas, en 236, une conduite d'évacuation et de vidange de la phase liquide. Le réacteur 200 assure également une fonction de régulation thermique, au moyen d'un manchon 238 entourant la partie 240 de la conduite 230 du système de recirculation en boucle décrit plus haut, et parcouru par un fluide caloporteur de chauffage ou de refroidissement. La phase liquide contenue dans le réacteur est ainsi thermorégulée, et ceci par un élément situé à l'extérieur de la cuve, donc nécessitant un minimum d'intervention en cas de maintenance (à la différence des systèmes de chauffage immergés conventionnels). À cela il faut ajouter l'avantage de cette méthode de chauffage dite "douce" qui est plus sûre et qui, à la différence des systèmes de chauffage à résistances, ne crée pas de point chaud, létal pour les micro-organismes.
On notera que tous les éléments que l'on vient de décrire sont disposés à l'extérieur de la cuve du réacteur, permettant ainsi de simplifier grandement les opérations de maintenance. De plus, la seule pièce mobile de cet ensemble est la pompe à rotor flexible 226, ce qui confère une très bonne robustesse à l'installation, qui pourra fonctionner en continu pendant de très longues périodes sans intervention particulière. Le réacteur comprend enfin une cellule de mesure 246 montée en dérivation sur la conduite de prélèvement située en 228 en fond de réacteur, afin de permettre une prise d'échantillons représentatifs et l'analyse de ces échantillons (pH, température, oxygène dissous, etc.) par des capteurs appropriés. Les données fournies par ces capteurs, ainsi que la mesure du CO 2 dégagé par la réaction, permettront d'obtenir quasiment en temps réel une indication de l'activité du bain contenu dans le réacteur, et donc de l'efficacité de la biomasse, permettant ainsi un pilotage très performant de l'ensemble de l'installation.
La Figure 4 illustre de façon schématique un système complet dérivé de l'installation décrite Figure 1. Ce système permet de transformer des huiles ou solvants toxiques, no- tamment des déchets radioactifs, en un effluent liquide acceptable pour le rejet dans une station d'épuration.
Ce système met en œuvre un module de biodégradation M2 correspondant à l'installation décrite Figure 1 , avec les trois réacteurs spécialisés 100, 200, 300 permettant de métaboliser la matière organique en eau, dioxyde de carbone et biomasse à partir des populations bactériennes spécialisées, différentes, qui sont contenues dans les bacs respectifs 104, 204, 304.
Comme exposé plus haut, une certaine classe de molécules va être détruite dans le premier réacteur 100 (les molécules les plus simples à dé- grader), puis une autre classe dans le second réacteur 200 et ainsi de suite dans le troisième réacteur 300, les populations bactériennes de chaque bac s'adaptant d'elles-mêmes sous la pression de la sélection naturelle en fonction des molécules organiques présentes dans leur environnement. Le premier réacteur 100 est alimenté en matière organique (huile H) et également en sels minéraux MMI nécessaires à la croissance biologique. Les trois réacteurs 100, 200, 300 sont alimentés en air, sont stabilisés à une température d'environ 30 0 C et leurs pH à une valeur comprise entre 6,5 et 7,5. Chaque réacteur possède à sa sortie un filtre tangentiel qui permet d'obtenir un effluent sans biomasse désigné EFF/N. D'autre part, au cours de la biodégradation, la croissance bactérienne va générer des boues biologiques, d'où une biomasse en excès XBM séparée de la phase liquide.
On va maintenant décrire les pré- et post-traitements appliqués aux diffé- rents flux H, EFF/N et XBM de ce module de biodégradation M2.
Très avantageusement, les huiles ou solvants toxiques sont prétraités par réaction de Fenton dans un module M1 d'oxydation chimique. La réaction de Fenton, en elle-même bien connue, permet d'améliorer la biodégrabilité des huiles et solvants organiques et d'éliminer les antioxy- dants généralement présents dans les huiles synthétiques, qui ont tendance à inhiber l'activité biologique. Cette réaction est basée sur une oxydation chimique à température et pression ambiantes (donc dans des conditions tout à fait avantageuses), qui utilise le pouvoir oxydant du radical hydroxyle OH ' , obtenu par réaction chimique entre l'eau oxygénée (peroxyde d'hydrogène) H 2 O 2 et des ions ferreux Fe 2+ en milieu acide, le radical hydroxyle réagissant avec la matière organique pour la transformer en eau et en dioxyde de carbone. Dans cette réaction, l'eau oxygénée est un consommable, tandis que les ions ferreux sont des catalyseurs, car lors de la réaction l'ion ferreux se transforme en ion ferrique Fe 3+ qui peut être converti à nouveau en ion Fe 2+ par irradiation UV.
Concrètement, ce prétraitement peut être exécuté en "batch" : dans un premier temps, on fait entrer la matière organique MO à détruire dans le réacteur contenant déjà des ions Fe 2+ , puis on fait diminuer le pH jusqu'à 3,5 par rapport d'acide sulfurique, et on ajoute ensuite l'eau oxygénée goutte à goutte dans des proportions stœchiométriques par rapport à la quantité de matière organique à détruire. Le contenu du réacteur est circulé pendant toute la réaction à travers un tube contenant une lampe UV permettant de transformer l'ion Fe 3+ en Fe 2+ . Une fois la réaction terminée, le pH est remonté jusqu'à 10 par apport de NaOH, ce qui a pour effet de faire précipiter le fer, qui va sédimenter au fond du réacteur. Le surnageant, qui contient la matière organique partiellement oxydée (sans le fer, qui a sédimenté au fond du réacteur et peut être réutilisé), est soutiré et placé dans un réservoir en attendant son transfert vers le module M2, après que son pH ait été réajusté à 7. Les gaz éventuellement formés pendant la réaction peuvent être lavés à l'aide d'une colonne de lavage de gaz. Le liquide ayant servi à ce lavage, et qui a capté les produits toxiques, peut être égaiement oxydé ultérieurement, par une réaction de type Fenton.
En ce qui concerne le module M2, la biodégradation des huiles H produit en sortie d'une part un effluent EFF/N, d'autre part un excès de biomasse XBM.
L'excès de biomasse XBM généré au cours de la biodégradation dans le module M2 est digéré dans un module M3, de manière à produire un déchet minéral solide MIN concentrant la radioactivité de la matière organi- que MO. En effet, les cellules bactériennes accumulent à leur surface les métaux lourds ainsi que les éléments radioactifs présents dans le milieu, de sorte que l'excès de biomasse concentre la radioactivité issue de la matière organique MO, et il faut ensuite minéraliser ce concentré pour pouvoir le stocker. Le digesteur du module M3 est un digesteur anaérobie conventionnel, dont la phase liquide est prélevée par filtration tangentielle afin de garder la biomasse dans le digesteur. La phase aqueuse une fois filtrée peut faire l'objet d'un post-traitement par un module M4 (voir plus bas), tandis que la biomasse contaminée est extraite pour constituer le déchet solide final MIN, éventuellement après une oxydation chimique par réaction de Fenton.
L'effluent EFF/N issu de la biodégradation par le module M2, et/ou l'ef- fluent liquide LIQ issu de la digestion de la biomasse par le module M3, sont avantageusement soumis à un post-traitement d'oxydation par un module M4, de manière à donner, respectivement, un effluent EFF1 acceptable pour le site et conforme aux normes (DCO strictement inférieure à 150 mg/l), et un effluent EFF2 recyclable.
L'oxydation, qui a pour but de détruire la matière organique soluble éventuellement présente dans ces effluents, est avantageusement réalisée dans les modules M4 par traitement combiné à l'ozone et aux rayons UV, au moyen par exemple d'un appareil tel que le système UVOX-250 de Wapure International GmbH, dont le principe consiste à irradier de l'air par une lumière ultraviolette de manière à convertir l'oxygène de l'air en ozone, puis injecter le mélange air/ozone dans le liquide à traiter via un système Venturi, le liquide à traiter étant également irradié par une lu- mière ultraviolette. L'ozone en solution est converti en radicaux OH ' présentant un très grand pouvoir d'oxydation, donc permettant d'éliminer une très grande variété de substances résiduelles. En particulier, un tel traitement permet de se passer d'un post-traitement au moyen d'un filtre à charbon actif, qui n'est pas nécessaire. L'irradiation par la lumière ultraviolette permet en outre de détruire la quasi-totalité des micro-organismes éventuellement présents dans l'effluent à traiter.
Next Patent: DETACHABLE LINKING SYSTEM FOR TWO COMPONENTS