1. Domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui des procédés et installations de traitement d'effluents par voie biologique et des boues d'épuration obtenues par le traitement biologique des effluents.

L'invention concerne notamment les procédés de traitement d'eaux usées en vue d'en abattre la teneur en phosphates.

2. Art antérieur

Depuis de nombreuses années, des techniques de traitement des eaux usées, par exemple des eaux usées municipales, ont été développées et mises en œuvre dans le but de rejeter dans le milieu naturel des eaux usées assainies.

Ces traitements ont notamment pour but d'abattre la teneur en nutriments, essentiellement l'azote et le phosphore, des eaux usées avant leur largage dans la nature.

Au rang des techniques mises en œuvre dans ce dessein figurent les traitements par voie biologique qui consistent à mettre en contact les eaux à traiter avec des microorganismes qui utilisent le carbone, l'azote et le phosphore pour se développer en éliminant ces éléments des eaux usées à traiter.

Une technique dénommée déphosphatation biologique a ainsi été mise au point pour abattre la teneur en phosphates d'eaux usées.

Cette technique consiste premièrement à maintenir sous anaérobie les eaux usées. On y promeut ainsi le développement de microorganismes PAO (pour Polyphosphate-Accumulating Organims en langue anglaise) qui consomment dans ces conditions des Acides Gras Volatils (AGV) pour stocker du carbone sous forme de polymère et relarguent des phosphates dans l' effluent. Les AGV principalement utilisés par les PAO pour réaliser la déphosphatation biologique sont les AGV à courte chaîne carbonée tels que l'acétate et le propionate. Les polymères stockés par les PAO sont des PolyHydroxylAlkanoate dit PHA. Cet effluent enrichi en phosphates est ensuite acheminé vers une zone aérée afin que les microorganismes PAO puissent consommer les phosphates précédemment relargués en utilisant le carbone précédemment stocké dans les PAO sous forme de polymères PHA. Pendant cette phase, les PAO consomment davantage de phosphates qu'ils n'en relarguent en conditions anaérobie. Il est ainsi possible d'abattre de manière importante la quantité de phosphates présents dans l'eau à traiter. L'effluent ainsi traité est envoyé vers un séparateur liquide/solide d'où sont extraits un effluent traité et un effluent plus dense, en l'occurrence des boues. Cet effluent plus dense est en partie recyclé à l'entrée de la zone anaérobie et en partie extrait du système de traitement des eaux.

Cette technique de déphosphatation biologique est intéressante dans la mesure où elle peut permettre d'abattre de manière importante la teneur en phosphates d'eaux usées. Elle présente toutefois des inconvénients.

3. Inconvénients de l'art antérieur

Afin d'obtenir un abattement élevé de la teneur en phosphates de l'effluent à traiter, les PAO doivent préalablement consommer une quantité importante d' AGV afin de constituer un stock suffisamment élevé de PHA en phase anaérobie pour pouvoir sur-assimiler les phosphates lors de la phase aérée suivante, c'est-à-dire assimiler d'avantage de phosphates qu'elles n'en relarguent préalablement, et ainsi pouvoir assurer un abattement important de phosphates.

Toutefois, les eaux usées municipales contiennent généralement une quantité trop faible d'AGV en sorte que la mise en œuvre d'une déphosphatation biologique permet d'éliminer une quantité limitée de phosphates et donc ne permet pas d'éliminer autant de phosphates que cela est souhaité.

Pour palier ce manque, il est nécessaire de mettre en œuvre des traitements physico-chimiques complémentaires pour éliminer les phosphates. On injecte alors bien souvent dans l' effluent à traiter des réactifs, notamment des sels métalliques (chlorure ferrique ou sulfate d'aluminium de préférence), de manière à précipiter les phosphates et assurer un traitement satisfaisant. Le recours à l'utilisation de tels réactifs, s'il présente l'avantage de permettre d' abattre de manière convenable les phosphates, présente néanmoins l'inconvénient de représenter un poste de coût important, d'augmenter la quantité de boues formées au cours du traitement des eaux et d'avoir un impact environnemental négatif en terme d'empreinte carbone.

D'autres solutions ont été mises en œuvre pour permettre d'abattre de manière convenable les phosphates présents dans les eaux à traiter. Il est par exemple connu de mettre en œuvre une zone de contact anaérobie dans laquelle l'effluent à traiter est préalablement introduit de manière à produire des AGV par fermentation du carbone présent dans l' eau brute. Il est également connu de mettre en œuvre des moyens pour fermenter les boues provenant de la filière de traitement des eaux dans le but de produire des AGV ensuite envoyés dans la zone anaérobie pour l'activité biologique des PAO.

La mise en œuvre de ces techniques permet effectivement d'introduire davantage d'AGV dans les effluents à traiter, et ainsi de promouvoir le développement des PAO et l'abattement des phosphates.

Ces techniques présentent néanmoins l'inconvénient d'impliquer la mise en œuvre de moyens techniques supplémentaires volumineux et coûteux uniquement dédiés à la production d'AGV et à améliorer l'abattement des phosphates sans par ailleurs produire aucun autre effet bénéfique dans le traitement de 1 ' effluent à traiter.

4. Objectifs de l'invention

L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.

Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une technique de traitement d' eau qui permette d'améliorer l'abattement des phosphates par voie biologique tout en améliorant le processus global de traitement d'eau sur au moins un autre plan.

Notamment, l'invention poursuit l'objectif de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de produire une grande quantité d'AGV pour améliorer l'abattement des phosphates par voie biologique tout en améliorant le processus global de traitement d'eau sur au moins un autre plan.

L'invention a encore pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de procurer une telle technique qui contribue à réduire voir à supprimer la consommation en réactifs normalement utilisés pour éliminer par voie physicochimique les phosphates d'une eau à traiter, tout en conservant les mêmes performances de traitement.

L'invention vise également à procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de réduire la quantité de boues générées par le traitement d' eau.

L'invention vise également à procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de traiter les boues générées par le traitement d'eau afin d'en réduire fortement le volume final.

Un autre objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui soit fiable et/ou relativement économique et/ou simple à mettre en œuvre et/ou puisse être mise en œuvre dans un encombrement limité.

5. Exposé de l'invention

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de traitement d'un effluent à traiter en vue d'en abattre la teneur en phosphates, ledit procédé comprenant une étape de traitement biologique sous anoxie dudit effluent à traiter produisant un premier effluent, une étape de traitement biologique sous aérobie dudit premier effluent produisant un deuxième effluent, une étape de recirculation d'au moins une partie dudit deuxième effluent à l'entrée de ladite étape de traitement biologique sous anoxie, une étape de séparation liquide/solide d'au moins une partie dudit deuxième effluent produisant un effluent traité et un premier effluent plus dense, une étape de production d'acides gras volatils comprenant un traitement thermique en voie humide à une température comprise entre 100 et 350 °C, pendant un temps de séj our compris entre 10 et 180 minutes d' au moins une partie dudit premier effluent plus dense, une étape de traitement biologique sous anaérobie d'au moins une partie de effluent provenant de ladite étape traitement thermique en voie humide, et une étape de recirculation d'au moins une partie de effluent provenant de ladite étape de traitement biologique sous anaérobie à l'entrée de ladite étape de traitement biologique sous anoxie.

Au sens de l'invention, le traitement thermique en voie humide peut inclure ou non une injection d'oxygène. Le traitement thermique en voie humide peut être plus particulièrement une Oxydation par Voie Humide (OVH) avec injection d'oxygène qui est une oxydation poussée de la matière organique contenue dans des solutions présentant une forte concentration de matières organiques peu ou non biodégradables. Cette Oxydation par Voie Humide a principalement été mise en oeuvre dans le cadre du traitement des effluents industriels et consiste à mettre en contact un gaz oxydant avec ladite solution à une température élevée tout en maintenant la solution à l'état liquide. Dans ce but, les conditions de mise en oeuvre d'un tel procédé sont classiquement comprises, pour la pression, entre environ 1 et environ 160 bar, pour la température entre environ 100 °C et environ 350 °C. Le traitement thermique en voie humide peut également être une Hydrolyse Thermique (HT) sans injection d'oxygène qui permet de solubiliser une partie des matières organiques particulaires contenues dans les boues et ainsi réduire la quantité de matières organiques particulaires à évacuer. Dans ce but, les conditions de mise en oeuvre d'un tel procédé sont classiquement comprises, pour la pression, entre environ 1 et environ 160 bar, pour la température entre environ 100 °C et environ 350 °C.

Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à mettre en œuvre un traitement thermique en voie humide de boues produites au cours du traitement biologique d'eaux usées, dans des conditions de température et selon un temps de séjour choisis de façon à y promouvoir la production d' AGV.

Les inventeurs ont en effet constaté que le fait de mettre en œuvre un traitement thermique en voie humide dans les plages de température et de temps de séjour revendiquées conduisait à la formation d'une quantité très importante d'AGV.

Il est ainsi possible de maîtriser de manière optimisée le déroulement du traitement thermique en voie humide de manière à produire des AGV en grande quantité et de contrôler la composition des AGV produits en privilégiant les AGV utilisés au cours de la déphosp hatation biologique, à savoir notamment l'acétate et le propionate. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas des traitements d'eaux impliquant une élimination par voie biologique des phosphates qui nécessitent l'apport d'AGV de types acétate et propionate pour être mise en œuvre de mani ère effi cace .

Les boues produites par le traitement biologique d'eaux usées sont ainsi traitées par le traitement thermique en voie humide dans ces conditions particulières de façon à produire un effluent contenant une grande quantité d'AGV, de préférence sous forme d'acétate et propionate utilisés préférentiellement par les micro-organismes responsables de la déphosphatation biologique.

Cet effluent est ensuite introduit dans une zone de traitement biologique sous anaérobie dans laquelle le développement de PAO est très largement promu et où les phosphates sont relargués dans l'eau (étape de « déstockage »). Une très grande quantité de phosphates, supérieure à celle relarguée dans l'étape anaérobie, sera alors consommée par ces PAO ultérieurement (étape de « sur-assimilation ») lorsqu'elles seront placées sous aérobie au cours d'une phase de traitement biologique ultérieur.

Cette technique permet non seulement d'améliorer l'abattement des phosphates sans nécessiter l' emploi de réactif chimique ou à tout le moins en limitant la consommation de réactifs nécessaire à l'élimination des phosphates le cas échéant lors d'un traitement physico-chimique complémentaire. Elle permet également de réduire la quantité de boues en sortie du traitement biologique des eaux, la production de boues physico-chimiques étant moindre voir nulle du fait de la non utilisation ou moindre consommation de réactifs chimiques. Elle permet enfin de traiter les boues générées par le traitement d' eau afin de réduire fortement leur volume final et de former des AGV.

La technique selon l'invention conduit donc à mettre en œuvre des moyens complémentaires permettant à la fois de produire les AGV préférentiellement utilisés par les PAO (tels que acétate et propionate) lors de la déphosphatation biologique, de réduire la quantité de réactifs nécessaires le cas échéant lors du traitement physico-chimique complémentaire de déphosphatation et la quantité de boues physico-chimiques produites par l'utilisation de ces réactifs, et de réduire la quantité globales de boues générée par le traitement biologique grâce au traitement thermique en voie humide.

De manière préférentielle, ladite étape de traitement thermique en voie humide est menée à une température comprise entre 150 et 300 °C.

De manière préférentielle, ladite étape de traitement thermique en voie humide est menée pendant un temps de séjour compris entre 20 et 90 minutes.

De telles valeurs de température et de temps de séj our favorisent la production d' AGV par traitement thermique en voie humide, essentiellement sous forme d'acétate et propionate, formes préférentiellement utilisées lors de la déphosphatation biologique.

Selon une caractéristique avantageuse, ladite étape de traitement thermique en voie humide comprend une oxydation par voie humide, celle-ci étant optionnellement menée en présence d'un catalyseur métallique, tel que par exemple le cuivre ou le fer, de manière non limitative.

La mise en œuvre de catalyseurs peut permettre, dans certaines conditions de température et temps de séjour et selon le type de boues, la formation d'AGV au cours de l' oxydation par voie humide utilisables par la déphosphatation biologique.

Selon un mode de réalisation avantageux, un procédé selon l'invention comprend une étape de traitement biologique sous anaérobie dudit effluent à traiter préalablement à ladite étape de traitement biologique anoxique.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, un procédé selon l'invention comprend une étape d'acheminement directe dudit effluent à traiter à ladite étape de traitement biologique sous anoxie.

Dans ce cas, l'eau à traiter ne subit pas d'étape de traitement biologique sous anaérobie préalablement à l'étape de traitement biologique anoxique. Ceci permet de réduire la taille du bassin anaérobie mis en œuvre pour assurer le traitement biologique sous anaérobie.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite étape de traitement thermique en voie humide est précédée d'une étape de digestion anaérobie.

Cette mise en œuvre permet de produire du biogaz en dégradant en partie les boues formées au cours du traitement biologique des eaux. La mise en œuvre d'une telle étape de digestion anaérobie préalablement à l'étape de traitement thermique en voie humide permet d'abattre en partie les matières volatiles contenues dans les boues d'épuration séparées de l'eau traitée pendant la séparation liquide/solide. Ceci permet d'une part de réduire la taille de l'installation de traitement thermique en voie humide qui est liée à la quantité de matières volatiles à traiter et d'autre part, dans le cas où le traitement thermique en voie humide est une oxydation en voie humide, de diminuer la quantité d'oxygène ou d'air utilisé (l'oxygène ou l'air étant injecté proportionnellement à la quantité de matières volatiles dans la boue) et donc les coûts d'approvisionnement et/ou d'injection de l'oxygène ou de l'air.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite étape de traitement biologique sous anaérobie est suivie d'une étape de séparation liquide/solide produisant un deuxième effluent clarifié et un deuxième effluent plus dense, ledit deuxième effluent plus dense étant recirculé à l'entrée de ladite étape de traitement biologique sous anoxie, ledit procédé comprenant en outre une étape d'abattement biologique de l'azote ammoniacal d'au moins une partie dudit deuxième effluent clarifié et une étape de recirculation de effluent provenant de ladite étape d'abattement biologique de l'azote ammoniacal à l'entrée de ladite étape de traitement biologique anoxie.

L'étape d'abattement biologique de l'azote ammoniacal sera de manière préférentielle peu consommatrice de carbone organique comme les traitements de type nitritation/denitritation ou nitritation/anammox.

Un procédé de type nitritation/denitritation consiste à introduire une eau à traiter dans un réacteur biologique à l'intérieur duquel sont mises en œuvre des phases aérées et des phases anoxiques sous des conditions opérationnelles assurant une pression sélective pour le développement des bactéries AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria) au détriment des bactéries NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria). Ces conditions opérationnelles peuvent être une concentration élevée en ammonium (NH ₄ ⁺ ), une faible concentration en oxygène dissous durant les phases aérées, une température supérieure à 28°C, un faible âge de boues ou plusieurs conditions opérationnelles combinées. Au cours des phases aérées, le développement préférentiellement de bactéries de type AOB, au détriment des bactéries NOB, permet d'oxyder l'azote ammoniacal (NH ₄ ⁺ ) pour former des nitrites (N0 ₂ ^" ). La production de nitrates à partir des nitrites par la biomasse NOB se trouve ainsi limitée.

Au cours des phases anoxiques, la biomasse hétérotrophe est essentiellement dévolue à la transformation des nitrites en azote moléculaire, la teneur en nitrates étant faible.

Un procédé de type nitritation/anammox consiste à introduire une eau à traiter dans un réacteur biologique à l'intérieur duquel sont mises en œuvre des phases aérées et des phases anoxies, éventuellement simultanément lorsque la concentration en oxygène dissous est faible, en minimisant la formation de nitrates par des conditions opérationnelles sélectives et en mettant en œuvre une biomasse spécifique dite biomasse « anammox ».

Au cours des phases aérées, la mise en œuvre des mêmes conditions opérationnelles que celles décrites précédemment pour le procédéde type nitritation/dénitritation permet de sélectionner des bactéries AOB au détriment des bactéries NOB et de minimiser la production de nitrates à partir des nitrites par la biomasse NOB. Au cours des phases anoxies, des bactéries de type anammox se développent et agissent sur les ions ammonium et sur les nitrites pour former du diazote (N ₂ ) gazeux ainsi qu'une petite quantité de nitrates sans consommer de carbone organique puisqu'il s'agit de bactéries autotrophes, à la différence de la biomasse hétérotrophe responsable de l'étape de dénitritation dans le procédé de type nitritation/dénitritation.

Lorsque l'étape de dénitritation, consistant en la dégradation des nitrites sous forme de diazote (N ₂ ) gazeux, implique des bactéries de type anammox, cette étape dite de dénitritation est plus précisément nomméeanammox.

Le deuxième effluent clarifié contient de fortes concentrations en azote ammoniacal mais est appauvri en carbone organique du fait de la précédente étape de traitement biologique sous anaérobie qui a consommée la plus grande partie des AGV produit par le traitement thermique en voie humide. Ce déficit de carbone ne permet donc pas d'éliminer l'azote de ce deuxième effluent clarifié par les procédés classiques de nitrification/dénitrification sans avoir recours a un dosage important en source de carbone externe type méthanol par exemple. Le mélange de ce deuxième effluent clarifié riche en azote ammoniacal et appauvrit en carbone directement avec l'eau à traiter entrante nécessiterait également des apports important en source de carbones externes dans la zone anoxie afin de pouvoir dénitrifier tous les nitrates produits dans la zone aérée lors de la nitrification des fortes quantités d'azote ammoniacal et recyclés dans la zone anoxie. En revanche, la mise en place d'un traitement spécifique de l'azote peu consommateur de carbone de type nitritation/dénitritation ou nitritation/anammox sur au moins une partie de ce deuxième effluent clarifié permet d'éviter ou du moins réduire significativement les apports coûteux en source de carbone externe. De plus, la mise en place de ces traitements biologiques de l'azote peu consommateur de carbone sont facilités par les conditions avantageuses de températures élevées dudit deuxième effluent clarifié ainsi que de concentrations élevées en azote ammoniacal, conditions qui ne sont plus valables après mélange dudit deuxième effluent avec l'eau à traiter. Selon un mode de réalisation particulier, ladite étape d'abattement biologique de l'azote ammoniacal est avantageusement précédée d'une étape de précipitation des phosphates.

La mise en œuvre d'une telle précipitation permet de traiter de manière physicochimique les phosphates rélargués durant l'étape d'anaérobie par exemple en vue de produire de la struvite. La struvite peut être ultérieurement utilisée en tant qu'engrais et les phosphates peuvent ainsi être valorisés. L'étape d'anaérobie permet d'optimiser le relarguage des phosphates, rendant la production de struvite optimale sur l'effluent clarifié. L'effluent dense contenant les boues de déphosphatation biologique recirculées dans la zone anoxie est alors disponible pour sur-assimiler les phosphates contenus dans l'eau à traiter lors de la phase aérée.

Selon une caractéristique avantageuse, ladite étape de traitement thermique en voie humide et/ou ladite étape de digestion sont précédées d'une étape de concentration (ou épaississement).

Dans le cas où une digestion n'est pas mise en œuvre, l'étape de traitement thermique par voie humide pourra être précédée d'une étape de concentration. Dans le cas où une digestion est mise en œuvre, la digestion pourra être précédée d'une étape de concentration, le traitement thermique par voie humide pourra en outre être optionnellement précédé d'une étape de concentration.

Ceci permet de réduire le volume des boues générées par le traitement biologique de l'effluent à traiter et/ou le volume des boues générées par la digestion anaérobie. La taille des équipements mis en œuvre en aval pour traiter ces boues peut ainsi être réduite.

Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite étape de traitement thermique en voie humide est suivie d'une étape de déshydratation produisant un jus de déshydratation et des boues résiduelles, ledit jus de déshydratation étant envoyé vers ladite étape de traitement biologique sous anaérobie.

Cette mise en œuvre permet d'une part de réduire le volume des boues résiduelles en phase solide à évacuer du procédé après le traitement thermique en voie humide, et d'autre part d'isoler les AGV en phase liquide dans le jus pour les recycler dans le procédé.

L'invention porte également sur une installation de traitement d'un effluent par la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des variantes décrites précédemment.

Dans une mode de réalisation particulier, une telle installation comprend des moyens d'acheminement d'un effluent à traiter, des moyens de traitement biologique sous anoxie communiquant avec des moyens de traitement biologique sous aérobie, des moyens de recirculation d'au moins une portion du contenu desdits moyens de traitement biologique sous aérobie dans lesdits moyens de traitement biologique sous anoxie, des premiers moyens de séparation liquide/solide d'au moins une partie du contenu desdits moyens de traitement biologique sous aérobie, des moyens de récupération d'un effluent traité provenant desdits premiers moyens de séparation liquide/solide, des moyens d'extraction d'un premier effluent plus dense provenant desdits premiers moyens de séparation liquide/solide, des moyens de traitement thermique en voie humide d'au moins une partie dudit premier effluent plus dense, des moyens de traitement biologique sous anaérobie d'au moins une partie de effluent provenant desdits moyens de traitement thermique en voie humide, des moyens de recirculation d'au moins une partie de effluent provenant desdits moyens de traitement biologique sous anaérobie dans lesdits moyens de traitement biologique sous anoxie, lesdits moyens d'acheminement d'un effluent à traiter débouchant dans lesdits moyens de traitement biologique sous anoxie ou dans lesdits moyens de traitement biologique sous anaérobie.

Dans une variante avantageuse, une installation selon l'invention comprend des moyens de digestion anaérobie en amont desdits moyens de traitement thermique en voie humide.

Dans une autre variante avantageuse, une installation selon l'invention comprend des deuxièmes moyens de séparation liquide/solide de effluent provenant des moyens de traitement biologique sous anaérobie, des moyens de recirculation dans lesdits moyens de traitement biologique sous anoxie d'un deuxième effluent plus dense provenant desdits deuxièmes moyens de séparation liquide/solide, des moyens d'abattement biologique de l'azote ammoniacal d'un effluent provenant desdits deuxième moyens de séparation liquide/solide, des moyens de recirculation d'un effluent provenant desdits moyens d'abattement biologique de l'azote ammoniacal dans lesdits moyens de traitement biologique sous anoxie.

Une installation selon l'invention comprend dans ce cas préférentiellement des moyens de précipitation des phosphates placés en amont desdits moyens d'abattement biologique de l'azote ammoniacal.

Selon une variante avantageuse, lesdits moyens de traitement thermique en voie humide et/ou lesdits moyens de digestion anaérobie sont précédés de moyens de concentration.

Selon une autre variante avantageuse, lesdits moyens de traitement thermique en voie humide sont suivis de moyens de déshydratation produisant un jus de déshydratation, ladite installation comprenant des moyens d'acheminement dudit jus de déshydratation dans lesdits moyens de traitement biologique sous anaérobie.

6. Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante des modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 illustre une installation de traitement d'eau selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

la figure 2 illustre une installation de traitement d'eau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;

la figure 3 illustre une installation de traitement d'eau selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;

la figure 4 illustre une installation de traitement d'eau selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ;

la figure 5 illustre une installation de traitement d'eau selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.

7. Description d'un mode de réalisation de l'invention

7.1. Rappel du principe général de l'invention

Le principe général de l'invention consiste à mettre en œuvre un traitement thermique en voie humide, dans des conditions de température et selon un temps de séjour choisis de façon à y promouvoir le développement d'AGV, des boues produites au cours du traitement biologique d'eaux à traiter alternant des phases anoxiques et des phases aérobies. L'effluent riche en AGV subit ensuite une étape de traitement biologique anaérobie au cours duquel les PAO relarguent une quantité importante de phosphates qui sont ensuite sur-assimilés lors du traitement biologique sous aérobie ultérieur.

Il est ainsi possible de maîtriser le déroulement d'un traitement thermique en voie humide de manière à produire des AGV en grande quantité et dans des formes préférentielles (tels qu'acétate et propionate par exemple), lesquels sont introduits dans un procédé de déphosphatation biologique pour améliorer l'abattement des phosphates et limiter l'usage de réactifs chimiques.

7.2. Exemple d'un premier mode de réalisation de l'invention 7.2.1. Installation

On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'une installation de traitement d'eaux selon l'invention.

Ainsi que cela est représenté sur cette figure 1, une telle installation comprend une canalisation d'amenée d'eaux à traiter 10. Cette canalisation 10 débouche à l'entrée d'une zone de traitement biologique sous anaérobie 11.

Cette zone de traitement biologique sous anaérobie 11 comprend un réacteur biologique à l'intérieur duquel des microorganismes déphosphatant PAO se développent lorsque des conditions d' anaérobie sont maintenues. Cette zone de traitement 11 comprend une sortie qui est reliée au moyen d'une canalisation 12 à l'entrée d'une zone de traitement biologique sous anoxie 13. Cette zone de traitement biologique sous anoxie 13 comprend un réacteur biologique à l'intérieur duquel se développent des microorganismes dénitrifiants lorsque des conditions d'anoxie sont maintenues. Cette zone de traitement biologique sous anoxie 13 comprend une sortie qui est reliée à l'entrée d'une zone de traitement biologique sous aérobie 14.

Cette zone de traitement biologique sous aérobie 14 comprend un réacteur biologique à l'intérieur duquel se développent des microorganismes nitrifiants lorsque des conditions aérobies sont maintenues. Ce réacteur loge des moyens d'aération, comme un diffuseur d'air ou d'oxygène. Cette zone de traitement biologique sous aérobie 14 comprend une première sortie qui est reliée via une canalisation de recirculation 15 à la zone de traitement biologique sous anoxie 13. Elle comprend également une deuxième sortie qui est reliée via une canalisation 16 à l'entrée de moyens de séparation liquide/solide qui comprennent dans ce mode de réalisation un décanteur 17. Les moyens de séparation liquide/solide peuvent également être par exemple des membranes, immergées ou non, des tamis, des filtres connus sous le nom de discfilter.

Le décanteur 17 comprend une surverse à laquelle est reliée une canalisation d'extraction d'effluent traité 29. Il comprend en outre une sousverse à laquelle est reliée une canalisation d'extraction d'effluent plus dense 18, en l'occurrence des boues de décantation.

La canalisation d'extraction 18 est reliée à une canalisation de recirculation 19 qui débouche dans la zone de traitement biologique sous anoxie 13, et à une canalisation de recirculation 20 qui débouche dans la zone de traitement biologique sous anaérobie 11.

La canalisation 18 est également reliée à une canalisation 21 qui débouche à l'entrée d'un concentrateur 22 tel qu'un épaississeur gravitaire ou un épaississeur mécanique comme une centrifugeuse par exemple.

Le concentrateur 22 comprend deux sorties : une sortie de surverses 221 qui revient en tête de la station d'épuration et une sortie d'un effluent concentré 222 qui est reliée via une canalisation 23 à l'entrée d'une unité de traitement thermique en voie humide 24.

L'unité de traitement thermique en voie humide 24 comprend une sortie qui est reliée par une canalisation 25 à l'entrée d'un déshydrateur 26.

Le déshydrateur 26 comprend une sortie de matières déshydratées reliée à une canalisation d'extraction 27. Il comprend également une sortie de jus de déshydratation qui est relié via une canalisation 28 à l'entrée de la zone de traitement biologique sous anaérobie 11.

7.2.2. Procédé

Un exemple de procédé selon l'invention mettant en œuvre une installation décrite en relation avec la figure 1 est à présent décrit.

Un tel procédé consiste à acheminer des eaux à traiter, par exemple des eaux usées municipales, dans la zone de traitement biologique 11 via la canalisation d'amenée 10.

Un environnement anaérobie est maintenu dans la zone de traitement biologique 11. Le développement d'une biomasse déphosphatante PAO y est ainsi promu. Sous anaérobie, cette biomasse consomme et stocke sous forme de PHA les AGV contenus dans les eaux à traiter et relargue des phosphates.

Les eaux enrichies en phosphates sont ensuite acheminées via la canalisation 12 dans la zone de traitement biologique 13.

Un environnement anoxique est maintenu dans la zone de traitement biologique 13. Le développement d'une biomasse dénitrifiante y est ainsi promu. Sous anoxie et en présence d'une source de carbone organique, cette biomasse dégrade en diazote gazeux les nitrates contenus dans les eaux à traiter. Les eaux subissent alors une dénitrification.

Les eaux provenant de la zone de traitement 13 sont ensuite introduites dans la zone de traitement biologique 14.

Un environnement aérobie est maintenu dans la zone de traitement biologique 14. Le développement d'une biomasse nitrifiante y est ainsi promu. Sous aérobie, cette biomasse dégrade en nitrates l'azote ammoniacal contenu dans les eaux à traiter. Les eaux subissent alors une nitrification.

Sous aérobie, les PAO assimilent les phosphates précédemment relargués dans la zone anaérobie 11 et consomment une partie du carbone organique précédemment stocké sous forme de PHA dans la zone anaérobie 11. La quantité de phosphates assimilés par les PAO au cours de la phase sous aérobie est largement plus importante que celle relarguée au cours de la phase sous anaérobie. La quantité de phosphate initialement contenue dans les eaux à traiter est ainsi réduite.

Les eaux de la zone de traitement 14 sont en partie recyclées via la canalisation 15 dans la zone de traitement 13 de façon telle que les nitrates formés lors de la nitrification dans la zone de traitement sous aérobie 14 soient dégradés en diazote par dénitrifi cation dans la zone de traitement sous anoxie 13.

Le reste des eaux de la zone de traitement 14 est acheminé via la canalisation 16 dans le décanteur 17 pour y subir une séparation liquide/solide. Les moyens de séparation liquide/solide peuvent également être par exemple des membranes, immergées ou non, des tamis, des filtres connus sous le nom de discfilter. Des eaux traitées clarifiées sont extraites en surverse du décanteur 17 via la canalisation d'extraction 29. Un effluent plus dense, en l'occurrence constitué de boues biologiques décantées, est extrait en sousverse via la canalisation 18.

Dans ce mode de réalisation, ces boues sont en partie recirculées dans la zone de traitement sous anoxie 13 via la canalisation 19 et/ou dans la zone de traitement sous anaérobie 11 via la canalisation 20. Les boues contenant toutes les espèces de biomasses responsables de la dépollution des eaux usées sont ainsi recirculées et réutilisées.

Le reste de ces boues est acheminé via la canalisation 21 à l'entrée du concentrateur 22.

Les boues concentrées sont évacuées du concentrateur 22 et acheminées via la canalisation 23 dans l'unité de traitement thermique en voie humide 24. Les boues y sont traitées par traitement thermique en voie humide à une température comprise entre 100 et 350°C, pendant un temps de séjour compris entre 10 et 180 minutes, et avantageusement en présence d'un catalyseur métallique tel que du cuivre ou du fer dans le cas où le traitement thermique en voie humide est une oxydation en voie humide,.

La mise en œuvre de ce traitement thermique en voie humide dans de telles conditions promeut la formation d'une grande quantité d' AGV. Les effluents sortants de la zone de traitement thermique en voie humide 24 contiennent alors des AGV, de l'azote ammoniacal et des phosphates. Ces effluents sont introduits via la canalisation 25 dans le déshydrateur 26.

Des matières minérales déshydratées sont extraites du déshydrateur 26 via la canalisation 27 alors qu'un jus de déshydratation en est extrait via la canalisation 28. Ce jus de déshydratation contient des AGV, de l'azote ammoniacal et des phosphates. Il est recirculé dans la zone de traitement biologique sous anaérobie 11.

L'introduction d'une grande quantité d'AGV dans la zone 11 via la canalisation 28 y promeut le développement et l'activité des PAO.

Compte tenu du fait :

que l'élimination des phosphates pendant la phase sous aérobie par les PAO est d'autant plus élevée que le développement des PAO pendant la phase sous anaérobie est importante et facilitée par la présence importante d'AGV, et

que l 'assimilation des phosphates par les PAO pendant la phase sous aérobie est largement plus importante que leur relargage pendant la phase sous anaérobie,

la mise en oeuvre de la technique selon l'invention permet d'abattre de manière importante la concentration en phosphates des eaux usées à traiter sans nécessiter l'emploi de réactifs chimiques déphosphatant, ou a minima en diminuant de manière importante leur emploi. En outre, la technique selon l'invention permet de réduire fortement la quantité de boues formées au cours du traitement des eaux du fait :

que la production de boues physico-chimiques est moindre voir nulle du fait de la non utilisation ou moindre consommation de réactifs chimiques ; - que le traitement thermique en voie humide réduit fortement le volume des boues produites à traiter tout en formant les AGV nécessaires à l'optimisation de la déphosphatation biologique.

7.3. Exemple d'un deuxième mode de réalisation de l'invention

7.3.1. Installation

On présente en relation avec la figure 2, une installation selon un deuxième mode de réalisation.

L'installation illustrée à la figure 2 se distingue de celle qui est illustrée à la figure 1 du fait qu'elle comprend en outre un digesteur anaérobie 30 interposé entre la sortie du concentrateur 22 et l'entrée de l'unité de traitement thermique en voie humide 24 à l'entrée de laquelle il est relié au moyen d'une canalisation 31.

7.3.2. Procédé

Un exemple de procédé selon l'invention mettant en œuvre une installation décrite en relation avec la figure 2 est à présent décrit.

Un tel procédé se distingue de celui décrit précédemment du fait que les boues concentrées provenant du concentrateur 22 sont acheminées via la canalisation 23 dans le digesteur anaérobie 30.

Ces boues y subissent une digestion anaérobie qui conduit à la formation et à l'extraction de biogaz et d'une boue contenant de la matière organique résiduelle, de l'azote ammoniacal et des phosphates. Celle-ci est introduite via la canalisation 3 1 dans la zone de traitement thermique en voie humide 24 à l'intérieur de laquelle la matière organique résiduelle est dégradée pour former des AGV. Le reste du procédé et identique au précédent.

La mise en œuvre de la digestion anaérobie préalablement au traitement thermique en voie humide permet d'abattre en partie les matières volatiles contenues dans les boues d'épuration et procure deux avantages. Ceci permet d'une part de réduire la taille de l'installation de traitement thermique en voie humide qui est liée à la quantité de matières volatiles à traiter et d'autre part, dans le cas où le traitement thermique en voie humide est une oxydation en voie humide de diminuer la quantité d'oxygène ou d'air utilisé (l'oxygène ou l'air étant injecté proportionnellement à la quantité de matières volatiles dans la boue) et donc les coûts d'approvisionnement et/ou d'injection de l'oxygène ou de l'air.

7.4. Exemple d'un troisième mode de réalisation de l'invention

7.4.1. Installation

On présente en relation avec la figure 3, une installation selon un troisième mode de réalisation.

Ainsi que cela est représenté sur cette figure 3, une telle installation comprend une canalisation d'amenée d'eaux à traiter 40. Cette canalisation 40 débouche à l'entrée d'une zone de traitement biologique sous anoxie 13.

Cette zone de traitement biologique sous anoxie 13 comprend un réacteur biologique à l'intérieur duquel sont maintenues des conditions anoxies en sorte que le développement de microorganismes dénitrifiant est promu. Cette zone de traitement biologique sous anoxie 13 comprend une sortie qui est reliée à l'entrée d'une zone de traitement biologique sous aérobie 14.

Cette zone de traitement biologique sous aérobie 14 comprend un réacteur biologique logeant des moyens d'aération comme un diffuseur d' air ou d'oxygène, à l'intérieur duquel sont maintenues des conditions aérobies en sorte que le développement de microorganismes nitrifiant est promu. Cette zone de traitement biologique sous aérobie 14 comprend une première sortie qui est reliée via une canalisation de recirculation 15 à la zone de traitement biologique sous anoxie 13. Elle comprend également une deuxième sortie qui est reliée via une canalisation 16 à l'entrée de moyens de séparation liquide/solide qui comprennent dans ce mode de réalisation un décanteur 17. Les moyens de séparation liquide/solide peuvent également être par exemple des membranes, immergées ou non, des tamis, des filtres connus sous le nom de discfilter. Le décanteur 17 comprend une surverse à laquelle est reliée une canalisation d'extraction d'effluent traité 29. Il comprend en outre une sousverse à laquelle est reliée une canalisation d'extraction d'effluent plus dense 18, en l'occurrence des boues de décantation.

La canali sation d' extraction 1 8 est reliée à une canali sation de recirculation 19 qui débouche dans la zone de traitement biologique sous anoxie 13, et à une canalisation de recirculation 20 qui débouche dans une zone de traitement biologique sous anaérobie 41.

La canalisation 18 est également reliée à une canalisation 21 qui débouche à l'entrée d'un concentrateur 22 tel qu'un épaississeur gravitaire ou un épaississeur mécanique comme une centrifugeuse par exemple.

Le concentrateur 22 comprend deux sorties : une sortie de surverses 221 qui revient en tête de la station d'épuration et une sortie d'un effluent concentré 222 qui est reliée via une canalisation 42 à l'entrée d'un digesteur anaérobie 30.

Le digesteur anaérobie 30 comprend une sortie qui est reliée par une canalisation 43 à l'entrée d'une unité de traitement thermique en voie humide 24.

L'unité de traitement thermique par voie humide 24 comprend une sortie qui est reliée par une canalisation 25 à l'entrée d'un déshydrateur 26.

Le déshydrateur 26 comprend une sortie de matières minérales déshydratées reliée à une canalisation d'extraction 27. Il comprend également une sortie de jus de déshydratation qui est reliée via une canalisation 28 à l'entrée de la zone de traitement biologique sous anaérobie 41.

La zone de traitement biologique sous anaérobie 41 comprend une sortie qui est reliée à une canalisation 44 qui débouche dans la zone de traitement biologique sous anoxie 13.

Une variante de ce mode de réalisation pourra ne pas mettre en œuvre de digesteur anaérobie 30.

7.4.2. Procédé

Un exemple de procédé selon l'invention mettant en œuvre une installation décrite en relation avec la figure 3 est à présent décrit. Un tel procédé consiste à acheminer des eaux à traiter, par exemple des eaux usées municipales dans la zone de traitement biologique 13 via la canalisation d'amenée 40.

Un environnement anoxique est maintenu dans la zone de traitement biologique 13. Le développement d'une biomasse dénitrifiante y est ainsi promu. Sous anoxie, cette biomasse dégrade les nitrates contenus dans les eaux à traiter pour former du diazote gazeux. Les eaux subissent alors une dénitrifi cation.

Les eaux provenant de la zone de traitement 13 sont ensuite introduites dans la zone de traitement biologique 14.

Un environnement aérobie est maintenu dans la zone de traitement biologique 14. Le développement d'une biomasse nitrifiante y est ainsi promu. Sous aérobie, cette biomasse dégrade l'azote ammoniacal contenu dans les eaux à traiter pour former des nitrates. Les eaux subissent alors une nitrifi cation.

Sous aérobie, les PAO assimilent les phosphates en utilisant le carbone organique stocké sous formes de PHA lors de la phase sous anaérobie de la zone de traitement 41. La quantité de phosphates assimilée par les PAO au cours de la phase sous aérobie est largement plus importante que celle relarguée au cours de la phase sous anaérobie ; il y a donc élimination des phosphates de l'eau usée.

Les eaux de la zone de traitement 14 sont en partie recyclée via la canalisation 15 dans la zone de traitement 13 de façon telle que les nitrates formés lors de la nitrification y soient dégradés en diazote par dénitrifi cation.

Le reste des eaux de la zone de traitement 14 est acheminé via la canalisation 16 dans le décanteur 17 pour y subir une séparation liquide/solide. Les moyens de séparation liquide/solide peuvent également être par exemple des membranes, immergées ou non, des tamis, des filtres connus sous le nom de discfilter. Des eaux traitées clarifiées sont extraites en surverse du décanteur 17 via la canalisation d'extraction 29. Un effluent plus dense, en l'occurrence constitué de boues biologiques décantées, est extrait en sousverse via la canalisation 18. Dans ce mode de réalisation, ces boues sont en partie recirculées dans la zone de traitement sous anoxie 14 via la canalisation 19 et/ou dans la zone de traitement sous anaérobie 41 via la canalisation 20. Les boues contenant toutes les espèces de biomasses responsables de la dépollution des eaux usées sont ainsi recirculées et réutilisées.

Le reste de ces boues est acheminé via la canalisation 21 à l'entrée du concentrateur 22.

Les boues concentrées sont évacuées du concentrateur 22 et acheminées via la canalisation 42 dans le digesteur 30 afin d'y subir une digestion anaérobie. Du biogaz est alors extrait du digesteur 30, ainsi qu'un effluent contenant de l'azote ammoniacal et des phosphates.

Cet effluent est introduit via la canalisation 43 dans l'unité de traitement thermique en voie humide 24.

Les boues y sont traitées par traitement thermique en voie humide à une température comprise entre 100 et 350°C, pendant un temps de séjour compris entre 10 et 180 minutes, et avantageusement en présence d'un catalyseur métallique tel que du cuivre ou du fer dans le cas où le traitement thermique en voie humide est une oxydation en voie humide.

La mise en œuvre de ce traitement thermique en voie humide dans de telles conditions promeut la formation d'une grande quantité d' AGV. Les effluents sortants de la zone de traitement thermique en voie humide 24 contiennent alors des AGV, de l'azote ammoniacal et des phosphates. Ces effluents sont introduits via la canalisation 25 dans le déshydrateur 26.

Des matières minérales déshydratées sont extraites du déshydrateur 26 via la canalisation 27 alors qu'un jus de déshydratation en est extrait via la canali sation 28. Ce jus de déshydratation contient des AGV, de l 'azote ammoniacal et des phosphates. Il est introduit dans la zone de traitement biologique sous anaérobie 41.

Un environnement anaérobie est maintenu dans la zone de traitement biologique 41 et des boues concentrées contenant des PAO sont acheminées depuis le décanteur 17. Le développement et l'activité d'une biomasse déphosphatante PAO y est ainsi promu. Sous anaérobie, cette biomasse consomme et stocke sous forme de PHA les AGV contenus dans les eaux à traiter et relargue des phosphates.

Les eaux enrichies en phosphates sont ensuite acheminées via la canalisation 44 dans la zone de traitement biologique 13, puis dans la zone de traitement 14 où les phosphates sont sur-assimilés par les PAO et donc abattus des eaux usées.

Dans une variante, l'étape de digestion anaérobie pourra ne pas être mise en œuvre.

7.5. Exemple d'un quatrième mode de réalisation de l'invention 7.5.1. Installation

On présente en relation avec la figure 4, une installation selon un quatrième mode de réalisation.

L'installation selon ce quatrième mode de réalisation se distingue de celle selon le troisième mode de réalisation dans la mesure où la sortie de la zone de traitement biologique sous anaérobie 41 est reliée par une canalisation 50 à l'entrée de moyens de séparation liquide/solide qui dans ce mode de réalisation comprennent un décanteur 51.

Le décanteur 51 comprend une première sortie qui est reliée à une canalisation d'extraction d'un effluent décanté 52, et une deuxième sortie qui est reliée à une canalisation d'extraction d'un effluent plus dense 53.

La canalisation 53 débouche dans la zone de traitement biologique sous anoxie 13.

La canalisation 52 débouche à l ' entrée d' une unité de traitement biologique de l'azote ammoniacal peu consommatrice de carbone organique 54 qui dans ce mode de réalisation est une unité de traitement par nitritation/dénitritation ou nitritation/anammox. L'unité de traitement biologique de l'azote ammoniacal 54 comprend une sortie qui est reliée à une canalisation 55 qui débouche dans la canalisation d'amenée 40.

Une variante de ce mode de réalisation pourra ne pas mettre en œuvre de digesteur anaérobie 30.

7.5.2. Procédé

Un exemple de procédé selon l'invention mettant en œuvre une installation décrite en relation avec la figure 4 est à présent décrit.

Un tel procédé se distingue de celui mettant en œuvre une installation selon la figure 3 du fait que les effluents provenant de la zone de traitement biologique 41 sont introduits via la canalisation 50 dans le décanteur 51.

Un effluent décanté est extrait en surverse du décanteur 51 via la canalisation 52, et un effluent plus dense en est extrait en sousverse via la canalisation 53. Cet effluent plus dense est recirculé via la canalisation 53 dans la zone de traitement biologique 13. L' effluent décanté est introduit via la canalisation 52 dans la zone de traitement biologique de l'azote ammoniacal peu consommatrice de carbone organique 54. Il y subit une nitritation/dénitritation ou une nitritation/anammox.

Les effluents riches en phosphates provenant de la zone de traitement biologique de l'azote ammoniacal 54 sont introduits via la canalisation 55 dans la canalisation d'amenée 40.

7.6. Exemple d'un cinquième mode de réalisation de l'invention

7.6.1. Installation

On présente en relation avec la figure 5, une installation selon un cinquième mode de réalisation.

L'installation selon ce cinquième mode de réalisation se distingue de celle selon le quatrième mode de réalisation dans la mesure où la canalisation d'extraction d'un effluent décanté 52 débouche dans une unité de traitement par précipitation des phosphates 60. Cette unité de traitement du phosphore par précipitation minérale peut être un cristalliseur ou tout autre type de procédé permettant de précipiter les phosphates sous formes de minéraux valorisables tels que struvite, apatite ou autres.

L'unité de traitement par précipitation 60 comprend une sortie qui est reliée par une canalisation 61 à l'entrée de l'unité de traitement biologique de l'azote ammoniacal 54, et une canalisation (non représentée) d'extraction d'une phase plus dense contenant le phosphore précipité sous forme de struvite ou autre pour valorisation.

Une variante de ce mode de réalisation pourrait ne pas mettre en œuvre de digesteur anaérobie 30.

7.6.2. Procédé

Un exemple de procédé selon l'invention mettant en œuvre une installation décrite en relation avec la figure 5 est à présent décrit.

Un tel procédé se distingue de celui mettant en œuvre une installation selon la figure 4 du fait que les effluents provenant du décanteur 51 sont introduits via la canalisation 52 dans l'unité de traitement par précipitation 60.

Les phosphates contenus dans les effluents introduits à l'intérieur de l'unité 60 sont précipités. L'avantage de cette configuration est de permettre la récupération des phosphates et d'en assurer la valorisation par la suite. Un effluent contenant de l'azote ammoniacal est alors extrait de l'unité 60 et introduit via la canalisation 61 dans la zone de traitement biologique de l'azote ammoniacal 54. Il y subit une nitritation/dénitritation ou une nitritation/anammox. L'effluent y est donc appauvri en azote ammoniacal.

L' effluent provenant de la zone de traitement 54 est recirculé via la canalisation 55 dans la canalisation d'amenée 40.

7.7. Avantages

La technique selon l'invention permet d'optimiser un traitement thermique en voie humide de façon à favoriser la formation d' AGV.

La mise en œuvre de cette technique d'optimisation d'un traitement thermique en voie humide dans un procédé de traitement d'eau incluant une déphosphatation biologique permet d'augmenter l'abattement par voie biologique en phosphates des eaux à traiter tout en réduisant voir en supprimant l'emploi de réactifs chimiques en complément. Ainsi, la nécessité d'un abattement des phosphates par voie physico-chimique est réduite, de même que la formation de boues du fait qu'on évite la génération de boues physico-chimiques liées à l'utilisation de réactifs chimiques pour l'abattement des phosphates. Le volume final de boues est réduit par l'action du traitement thermique en voie humide sur les boues générées par le procédé de traitement biologique. Le cas échéant la production de biogaz est augmentée. La mise en œuvre d'un équipement supplémentaire pour produire des AGV et améliorer la déphosphatation biologique n'est donc pas nécessaire puisque cela est assuré par un équipement remplissant une autre fonction, à savoir le traitement thermique en voie humide qui permet de réduire le volume de boues.