Brevet FR2028739A1 — publié le 19701016

L'invention concerne un procédé d'épuration d'eaux usées ainsi qu'une installation destinée à la mise en oeuvre de ce procédé, dans laquelle le retour au réacteur (cuve d'aération) de la boue qui se dépose dans 11 appareil de clarification se fait sans utilisation d'une installation de pompe de circulation et dans laquelle, en mtme temps, le brassage intense du liquide dans le réacteur est assuré, ainsi que l'amenée de oxygène nécessaire aux w ocessus biologiques. Dans le procédé dépuration à boue activée, toujours pour les installations d'épuration d'eaux usées ménagères et souvent pour les eaux usées industrielles, on installe comme réacteur un appareil fonctionnant avec un brassage intense et on prévoit un appareil de déeantation à la suite du réacteur, Dans ltépuration d'eaux usées au moyen de boue activée, le rôle de l'appareil qui sert de réacteur est de brasser intensément le mélange d'eau usée et de boue et de lui apporter l'oxygène nécessaire aux processus biologiques qui se déroulent, Dans l'épuration d'eaux usées industrielles, le réacteur a pour rôle d'assurer un contact intime entre le liquide à traiter et le réactif.Puis, dans le bassin de décantation installé après le réacteur, s'effectue la séparation du mélange ciest-à-dire le dépôt de la boue en suspension dans le liquide, Dans ltépuration d'eaux usées au moyen de boue activée, on a besoin de la boue déposée dans le bassin secondaire de décantation comme véhicule de bactéries pour un nouveau processus d'épuration d'eaux usées au moyen de boue activée et c'est pourquoi il faut recycler la boue. Dans le procédé connu et usuel d'épuration dieaux usées industrielles, ce recyclage de la boue au réacteur est nécessaire lorsque temporairement la quantité de réactif est prédominante dans le système, -car on peut ainsi obtenir un fonctionnement optimal du point de vue économique, Justement pour cette raison, les systèmes connus appliqués antérieurement comportent, outre le réacteur mentionné et l'appareil de décantation, une installation de pompe de recyclage dont le ralle est de ramener de l'appareil de décantation au réacteur la boue de recyclage susdite ou le réactif. L'invention vise à modifier ou à perfection ner ce système de manière i supprimer l'installation de pompe de recyclage, en ce sens que d'une part le retour au réacteur de la boue déposée dans l'appareil de décantation ou du réactif est assuré sans une installation spéciale de pompe et que d'autre part, dans le réacteur, un brassage intense du liquide est assuré ainsi que l'apport d'oxygène nécessaire aux processus biologiques, Dans l'épuration d'eaux usées au moyen de boue activée, en ce qui concerne le brassage intense de 11 eau usée et dé la boue ainsi que l'amenée d'oxygène, on connaît trois systèmes 1) procédé à brosse tournante avec arbre horizontal, 2) procédé à injection d'air (aération en surface ou en profon deur), 3) rotor dgaération à axe vertical pour l'aération en surface. Pour les eaux usées industrielles, on applique en général des hélices agitatrices ou des dispositifs agi- tateurs à cage. Ces dispositifs sont capables de brasser convenablement le mélange et si nécessaire, d'assurer aussi une amende appropriée d'oxygène. Mais pour le fonctionnement de tout le système, il faut en outre dans les trois cas prévoir et faire fonctionner llinstallation de pompe de recyclage mentionnée plus haut. Par contre, la solution selon l'invention permet d'assurer de façon optimale toutes les conditions d'un fonctionnement parfait du réacteur et en même temps, selon l'idée de 'taste de l'invention, de faire arriver automatiquement au réacteur la boue de recyclage et la quantité de réactif, sans installation de pompe de recyclage, Pour faire mieux comprendre la nature de l'invention, on expliquera ici brièvement le fonctionnement des installations usuelles d'épuration ainsi que les efforts visant à éliminer les pompes de recyclage.Dans les installations usuelles d'épuration d'eau, l'eau usée arrive par un tuyau au réacteur dans lequel le mélange d'eau et de boue est continuellement brassé par un agitateur et dans lequel est assuré, en même temps, l'apport d'oxygène nécessaire au traitement par la boue active0 Le mélange bien brassé arrive alors par un tuyau dans le bassin de décantation où l'eau se sépare de la boue et où eelle-ci se dépose sur le fond du bassin. La boue déposée est amenée par un dispositif racleur à la réserve de boue; de là, elle est ramenée au réacteur par le tuyau de recyclage sous l'action de la pompe de recycla. La construction d'un tuyau de recyclage et d'une installation de pompe entraxe naturellement des frais Importants et comporte en outre plusieurs sources de défectuosités. C'est pourquoi on a déjà souvent tenté d'éliminer ces éléments d'installation. L'une des solutions consiste à brasser continuellement au moyen d'un dispositif mélangeur le mélange d'eau et de boue qui se trouve dans le réacteur. Le brassage est déclenché par injection d'air à cet effet, par la grille dtin- jection d'air installée sur l'une des parois latérales, on injec te continuellement de l'air.Le mélange ainsi brassé arrive, par l'ouverture disposée sur le grand ctte du bassin, dans le bassin de décantation oi la boue se dépose. Théoriquient, cette installation est à régulation automatique ear la boue déposée glisse à nouveau vers le réacteur par les ouvertures prévues. S'il est vrai que théoti- quement cette installation devrait bien fonctionner, son rendement n'est tout de même pas satisfaisant en ce qui concerne le recyclage car le retour de la boue se fait en sens oppose à l'évacuation de l'eau. Un autre inconvénient de ces installations est que le mouvement pulsé donné à l'eau dans le réacteur se propage aussi dans le bassin de décantation où il pertube ou entrave le processus de dépôt. Pour les raisons indiquées, des installations de ce genre ne peuvent ventre utilisées qu'exceptionnellement et seulement dans les cas où le recyclage de la boue n'est pas décisif, et aussi dans les cas où en comparaison du réacteur (bassin d'aération) on a seulement besoin d'un bassin de décan tation relativement petit. On décrira ci-après le procédé et l'installation selon l'invention à propos des dessins montrant un exemple d'exécution dont les détails superflus sont omis et sur lesquels - la figure 1 montre l'installation complète en coupe verticale schématique; - la figure 2 est une élévation latérale à plus grande échelle de la roue de turbine du dispositif d'aérationg et - la figure 3 est un plan correspondant. Le mélange d'eau et de boue qui se trouve dens le réacteur 1 (bassin d'aération@ est brassé intensément var l'agitateur 2 (dispositif d'aération) et l'apport d'oxygène destiné aux processuns bislegiques qui se déroulent est également assuré@ L'agitateur 2 se trouve @ du tube insta@lé au centre du bassin d'aération et qui ce torran bassin. Le mélange brassé arrive par un tuyau 4 an bassin de décantation 5 où la roue se dxé@ese La boue déposèe est amenée par un dispositif d'étaouation 6 @ @a réserre de beue 7. De la réserve de boue 7 part un tuyau 8 qui mène à la plaque de fond du résetour 1 ou qui relie la résorve à boue 7 au réacteur 1. L'extrémité 9 du tuyau 8 entre verticalement dans 10 réacteur 1, exactement dans l'axe du tube 3 et pénètre un per dans le tube 3 de manière à assurer une meilleure action d'aspiration. Le système selon l'invention et le porcédé d'épuration d'eaux usées au moyen de boue activée selon l'invention fonctionnent comme suit : Quand on met en marche l'agitateur 2 dans le réacteur 1 (bassin d'aération), il fonctiobnne comme une pompe et aspire du tube verticale vers le haut une grande quantité d'eau qui s'étale alors sur toute la surface de l'eau. Ce mouvement d'agitation extrêmement intense assure un brassage complet de l'eau contenue dans le passin et assure aussi un apport correspondant d'oxygène. En méme temps, il évite que la boue ne se dépose. Eu remplacement de la grande quantité de liquide aspirée vers le haut a travers le tube 3, du liquide nouveau pénetre dans le tube 3 par @@@ @ante réglable 10. Cette fomte est formée d'une part par le berd inférieur du tube 3, d'autre part par le fond du sasoin. @ais par @uite, au sein du liquide contenu dans le bassin @@aération 1, il se produit une eireu@@tion @tat le sens @@ @@@ent est indiqué par les flèches. L'écoulement du liquide astiré à travers la fente 10 se heurte à une résietane qui @@pend @@@ di@@@ @@@ns des fentes et à la quantité de liquide et qui augmente en fonction du carré de la quantité de liquide.Pour modifier la grandeur de la fente, on peut raccourcir ou allonger télescopiquement la partie inférieure du tube 3. Si lton augmente graduellement la capacité de l'agitateur 2 ou Si l'on rétrécit la fente 10, la résistance su liquide qui afflue par la fente augmente de telle sorte qu'elle devient supérieure à la résistance du tuyau 8 qui mène du fond du réacteur 1 à la réserve de boue 7 en passant par le bassin de décantation 5. Mais ainsi, dans ce tuyau de liaison 8, il s'établit aussi un écoulement de liquide qui n'est pas autre chose que le recyclage dirigé de la réserve de boue 7 du bassin de décantation vers le réacteur.Ainsi, l'agitateur 2 disposé dans l'axe de l'extrémité de tuyau 9 et du tube 3 doit être conçu de façon telle que d'une part il puisse assurer le brassage intense du mélange d'eau et de boue contenu dans le réacteur et que d'autre part il assure l'apport d'oxygène nécessaire aux processus biologiques et que simulta nuent, il soit aussi capable d'assurer une forte action d'aspiration dirigée axialement. Le fonctionnement de ltistallation construite et fonctionnant selon le principe de l'invention est simple et économique, car une installation de pompe de recyclage n'est pas nécessaire et cette installation ne nécessite pas de surveillance particulière. Les figures 2 et 3 représentent des modes d'exécution avantageux de l'agitateur 2. Cet agitateur est formé d'un rotor d'aération à axe vertical qui, en tournant sur son axe, aspire de l'air par le haut mais de l'eau par le bas pendant que les pales du rotor effectuent le brassage intense de l'air et du liquide aspirés; l'agitateur amène à la surface de l'eau un mouvement et une pulvérisation d'eau ainsi qu'une forte turbulence. Gouttes ces actions sont rendues possibles par la structure de l'aérateur mais principalement par la structure de la roue de turbine selon l'invention0 On signalera que pour atteindre les bute mentionnés, on oonnatt des aérateurs stables fonctionnant avec recyclage d'air comprimé mais aussi des aérateurs dynamiques à arbre horizontal, mais ils ne fonctionnent pas aussi avantageusement que des rotors de surface à axe vertical (aérateurs). le dispositif des figures 2 et 3 appartient à ce dernier groupe. L'entraînanent, qui se trouve sur la structure en pont qui fait suite à l'extrémité supérieure de l'arbre vertical, assure la rotation des dispositifs mentionnés sous l'action desquels un mouvement tourbillonnant est communiqué à la quantité d'eau. Le mouvement de l'eau est dirigé du fond du bassin vers le haut, dansl'axe, et présente le long des parois latérales une allure hélicofdale dirigée vers le bas. A la surface de 1' eau, il se produit un bouillonnement violent de l'eau, cette couche d'eau se saturant d'oxygène.Par suite de la forte turbulence qui se produit dans le bassin, l'oxygène absorbé à la surface est transmis à tout le contenu d'eau du bassin0 Sur l'arbre vertical 11 sont disposées dans le haut trois disques concentriques de préférence situés à égale distance les uns des autres. De ceux-ci, le disque inférieur 12 et le disque supérieur 13 présentent en leur milieu les ouvertures 14, 13 de préférence d'égale grandeur -jandis qu'à la circonférence du disque central 16 sont ménagées des ouvertures 17, de préférence sur un même cercle primitif.Sur les disques concentriques 12, 13 et 16 sont prévues symétriquement des pales courbées et perforées 18 qui dépassent radialement les disques concentriques mais s'étendent de préférence vers l'intérieur jusqu'au diamètre qui correspond au bord extérieur des ouvertures 14, 15. De cette manière, les pales 18 divisent l'intérieur du corps de rotor en compartiments communicants dont la section rétrécit vers l'intérieur du rotor. Les extrémités des pales qui forment les génératrices d'une surface cylindrique sont dirigées parallèlement à l'arbre ll et ont de préférence la mbme hauteur que le corps formé des disques concentriques, ou une hauteur un peu supérieure. Sur les pales sont prévus dans le bas des appendices 19 qui se terminent (figure 2) ou ont une forme trapézoidale (figure 1). L'action de brassage d'eau des appendices l9 est réglable car la partie supérieure du tube 3 peut être levée et abaissée télescopiquemeat (figure 1). Avec une telle structure du rotor selon l'in tion, le corps du rotor est divise en deux partie3 par le disque concentrique central 16. Dans l'espacement 20 situé au dessus du disque 16, la dépression engendrée lorsque la roue de turbine tourne aspire do l'air arialement par-le haut tandis que l'action d'aspiration dans la partie inférieure 21, sous le disque 16 provoque également une aspiration de liquide en direction axiale. En même temps, le long de la circonférence extérieure des pales il se produit un lé-lange intense de l'air aspiré et du liquide aspiré vers le haut, ce qui assure la sa turation d'oxygène visée. La roue de turbine mentionnée ci-dessus est installée près de la surface de l'eau. Dans la rotation, la roue de turbine ou les pales de celle-ci déplacent l'eau en la pulvérisant simultanément et en outre, un effet d'aspiration est aussi exercé. Tout cela assure un brassage complet du liquide du bassin et permet en même temps un apport suffisant d'oxygène. Outre ces actions, de grandes quantités d'air sont simultanément aspirées par l'ouverture 14 du disque supérieur et l'ouverture 17 du disque central. L'agitateur peut être disposé différentes profondeurs. Dans bien des-cas, il est avantageux que dans la position de repos, le niveau d'eau on de liquide 22 se trouve un peu en dessous du bord supérieur des pales, En service, la surface de l'eau prend à peu près la forme indiquée par le contour 23 sur la figure 2. Par suite du mouvement violent, l'air aspiré entre en contact sous forme de fines bulles d'air avec la masse d'eau brassée et la sature d'oxygène. La quantité d'oxygène amenée de cette manière est très notable et augmente fortement le rendement de l'in tallatiomO La roue de turbine selon l'invention doit d onc assurer trois fonctions : faire tourbillonner intensément et pulvériser l'eau à la surface du bassin d'aération 1, assu rer un apport efficace d'oxygène de l'air extérieur et enfin, créer une turbulence énergique à l'aide de l'aspiration de li quide qui agit axialement vers le haut. D'après les données mesurées à l'occasion des essais, on peut constater nettement que le rendement du type de roue de turbine selon l'invention est meilleur que celui des solutions similaires antérieurement connues car la roue de turbine, en vertu de sa structure, assure nen seulement une turbulence viclnte de la aurface de l'eau et une pulvérisation de l'eau mais aspire en outre de grandes quantités d'air de l'atmosphère, de la façon décrite, ce qui augmente notablement le rendement de l'amenée d'oxygène.En outre, en plus de l'amélioration de rendement de l'amenée d'oxygène, on a constaté sur la base des résultats expérime@@@@@x obteaus jusqu'à présent que dans le bassin d'aération la turbrlence créée par la roue de turbine est notablement plus feste que dane les autres constructions antérieurement connues L'obtention des avantages déorits tels que la turbulence accrue et l'apport très Large d'oxygène permet un très grand rendement du procédé d'aération selon l'invention.Cet aventage se traduit de façon papable dans les dimensions des nouvelles installations construites et donc dans les investisse- ments; de mime, dans les installations existantes mais sur chargées et nécessitant donc un accroissement de capacité, cet avantage se traduit par le fait axe l'on peut atteindre ce but par de smoyens relativement simples et en évitant des investissements importants Etant donné que dans la rotation de la roue de turbine une forte aspiration axiale dirigée vers le haut est appliquée au liquide, l'utilisation de cette roue procure daau, tres avantages dans des dispositions où il serait nécessaire de toute façon d'assurer une telle action d'aspiration - par exemple au moyen d'un corps de pompe spécial de recyclage - car cette action d'aspiration est as@@@ée par la roue de turbine elle-même de sorte qu'il n'est pas nécessaire de l'assurer par des mesures spéciales ni au moyen de dispositifs spéciaux. RE VE N I C T I Obi S 10) - Installation servant à épurer des eaux usées ménagères et/ou industrielles au moyen de boue activée, comportant un réacteur, un bassin de décantation, un tube vertical installé dans le réacteur, un agitateur pénétrant dans la partie supérieure de ce tube et un tuyau qui amène du réacteur au bassin de décantation le mélange de boue brassé, installation caractérisée par le fait qu'elle comporte un tuyau qui relie directement au réacteur la réserve de boue du bassin de décantation, que l'extrémité de tuyau introduite dans le réacteur débouche dans l'axe central du tube vertical installé dans l'axe du réacteur et pénètre un peu dans ce tube, et qu'entre le bord inférieur du tube vertical et la plaque de fond du bassin d'aération sont prévues des fentes de grandeur réglable. 20) - Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tube vertical du réacteur est télescopique à une extrémité ou aux deux extrémités en vue du réglage des fentes. 30) - Procédé d'dpuration d'eaux usées à l'aide de boue activée au moyen d'une installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la boue qui se dépose dans le bassin de décantation, lors de la décantation du mélange venant du réacteur et qui se rassemble dans la réserve de boue est ramenée au réacteur en dessous de l'agitateur et amenée à l'agitateur, ce qui réalise une circulation d'intensité variable allant du réacteur au bassin de décanta- tion et de la réserve de boue de celui-ci au réacteur, et dont la partie située sous l'agitateur est dirigée verticalement vers le haut0 40) - Rotor d'aération vertical (roue à tur Bine) destiné particulièrement à l'épuration d'eaux usées ménagères et industrielles à l'aide de boue activée au moyen de l'installation selon l'une des revendications 1 et 2, constitué par un corps de rotor et des pales disposées autour de celui-ci et caractérisé par le fait que le-corps de rotor est formé de trois disques concentriques superposés sur l'arbre vertical, de préférence avec un espacement égal, que le disque inférieur et le disque supérieur sont munis chacun en leur milieu d'une ouverture mais que la chambre intérieur de rotor est divisée horizontalement en deux parties par le disque central, entre les disques inférieur et supérieur, que ce disque central présente plusieurs ouvertures, que des pales perforées disposées radialement qui s'étendent vers l'intérieur jusqu'à un diamètre donné en partant de l'axe géomètrique du corps de rotor dépassent vers 11 intérieur les disques concentriques et divisent l'intérieur du rotor en compartiments communicants dont la section rétrécit vers ltintérieur, la hauteur des pales en direction axigle étant égale à la hauteur du rotor ou un peu supérieure à celle-ci, les pales ou le disque inférieur étant munis d'appendices dans le bas. 50) - Rotor d'aération selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les pales du rotor présentent une forme courbée dans le même sens.