Brevet FR2027494A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne le traitement dès eaux usées et, plus particulièrement, un procédé perfectionné pour séparer les solides en suspension de l'affluent d'eaux usées brutes,dont, une partie au moins a été soumise à l'action d'aérobies (oxyda-5 tion), procédé qui consiste à favoriser la séparation des solides de l'eau en mettant les eaux usées en contact avec xm agent floculant. • - Dans une station type de traitement des eaux usées, les différentes étapes du traitement sont souvent, dans l'ordre î (1) 10 "une décantation primaire (habituellement, après avoir filtré grossièrement les eaux tisées brutes à travers des pièges à sables), (2) une"aération, (3) une digestion, (4) une élutriation (5) une filtration sous vide et (6) une incinération. . La condition indiquée plus haut qu'une partie au moins des 15 eaux usées a été soumise à l'action d'aérobies est, satisfaite, par exemple, par un ou plusieurs des faits- suivants : (1) une partie ou la totalité des eaux usées brutes af-fluentes a été aérée, (2) recyclage à l'affluent d'ëàux usées (qui peut avoir été 20 aéré totalement, partiellement ou ne pas avoir été aéré) d'un ou de plusieurs courants provenant dé l'effluent d'eaux usées (trop-plein du surnageant), de la décantation primaire (cou-» rants de boues secondaires) ou des étapes suivantes (courants de boues tertiaires, etc..») • 25 La proportion des solides en suspension dans 1.^ affluent d* eaux usées brutes varie fortement ; par exemple, elle est habituellement comprise entre 100 et 700 ppm (rapport entre le poids de solides secs et le poids total des eaux usées)• Lorsque les eaux usées brutes arrivent à une station de traitement, 30 on les filtre grossièrement à travers des pièges à sables et des pompes les envoient.aux décanteurs primaires. Elles:y demeurent Jusqu'à ce qu'une partie dès solides-en suspension se dépose par gravité. Pendant cette opération, les particules en suspension s'agglomèrent, diminuent de volume, perdent une par-35 "kie cLe leur eau et finissent par se déposer. Toutefois, le processus de sédimentation par gravité est beaucoup trop lent ; il dure plusieurs heures, comparé au dessablage qui ne dure que quelques minutes. En outre, une partie beaucoup trop importante des solides en suspension échappe à l'agglomération et reste donc en suspension. Etant donné que la décantation primaire 69 45821 2 2027494 est continue et que les eaux usées brutes sont envoyées continuellement par pompage aux décanteurs primaires, l'accumulation de solides non décantés entraîne rapidement une surcharge de ces décanteurs. Cette .accumulation de solides en suspen-5 sion dans l'affluent d'eaux usées est extrêmement indésirablë, car elle nécessite le recours à des étapes, supplémentaires pour réduire la demande biologique en oxygène de ces eaux usées avant qu'elles soient, déversées dans leâ cours d'eau naturels. Jusqu'ici, plusieurs stations de traitement des eaux usées 10 ont ajouté des pqlyélectrolyteîs anioniques, comme adjuvants de floculation et de décantation, aux ouvrages de décantation primaires et réduit ainsi le temps de "maintien" nécessaire dans ces décanteurs. Ceci a permis une augmentation du débit de 1'affluent aux 'décanteurs' primaires sans qu'il se forme l'ac-15 cumulation habituelle préjudiciable de solides dans l'affluent» Ceci a augmenté la vitesse de flucolation et la proportion de solides récupérés,;: toutefois, on s'est heurté à des difficultés dans des cas où l'affluent d'eaux usées brutes a été soumis, .en totalité ou en partie, à l'action d'aérobies, difficultés 20 . qui sont directement proportionnelles au pourcentage d'eaux usées qui ont été soumises à cette, action et qui, dans cette mesure variable, détruisent ou empêchent les effets bénéfiques des , p0lyéleo.teûlytes.,aniQniques« En fait, dans certains systèmes « ,1a technique /antérieure a été absolument incapable d'utili-25 .,. ser des polyélectrolytes anioniques car le résultat était plus mauvais, qu^ lqrs^u*on/e.'utilisait pas de floculant (voir, par . • exempls, Sahleau J ciraprès.).. • :• Selon la présente, invention, on a trouvé que les difficultés préeltées peuvent être surmontées ou fortement réduites et que 3.0... les amé-liqrat-ioîis sus-mentionnées sont pratiquement complètement réalisées en employant un polyélectrolyte cationique particulier notamment un copolymère:. d'acrylamide et. de béta-méthacryloylo-xyéthyltpimétiaylaxomortium. mét-hylsulfate. Ce copolymère cationique particulier, même lorsqu'il est. utilisé; en ...très petites 35 quantités relativement aux eaux usées en cours de traitement, obtient' ces résultats désirables, au moins "en partie, en augmentant la vitesse de floculation, la dimension et la densité des flocons et ceci provoque, à son tour, une vitesse de sédimentation considérablement plua grande et aussi une augmentation ap— 40 préciable du pourcentage de matières solides récupérées. 69 45821 3 2027494 L'efficacité du copolymère particulier de l'invention comme agent floculant dans le traitement des eaux usées brutes, dont une partie au moins a été soumise à l'action d'aérobies, a été démontrée, à la fois, en laboratoire et dans la pratique 5 réelle par expérimentation dans les stations de traitement des eaux usées» Les exemples ci-après illustrent diverses formes de mise en oeuvre de l'invention» Ils ne sont pas limitatifs» Bans ces exemples et dans d'autres passages de la description, les par-10 ties et les pourcentages sont donnés en poids, sauf indications contraires»' •RXKMPLES 1 à 16 Essais de laboratoire Ces essais ont été effectués pour déterminer l'effet de di-15 vers agents floculants polymères sur la récupération de matières solides en suspension dans un affluent d'eaux usées brutes qui ont été aérées» On a prélevé dans une station de traitement de lreau usée brute affluente contenant 350 ppm de solides en suspension, im-20 médiatement après son aération et son arrivée aux décanteurs primaires. On place un litre de cette eau polluée brute aérée dans chacun de plusieurs cylindres gradués propres, d'une contenance d'un litre» On ajoute l'agent floculant à la suspension oue constitue l'eau polluée et on le mélange à celle-ci en intervertissant 25 dix fois les cylindres gradués, après quoi on laisse reposer leur contenu pendant une heure. On prélève au moyen d'une pipette 50 ml du surnageant dans chacun des cylindres gradués au repère des 900 ml et l'on filtre à travers un papier filtre de fibres de verre préalablement pesé, dont les pores mesurent un 30 micron. On fait sécher le papier filtre au four pendant une heure à 110SC et on le pèse de nouveau pour déterminer le pourcentage de solides qui se sont déposés. D'autres détails figurent dans le Tableau.1 ci-après. 69 45821 4 2027494 TABLEAU 1 Essais de laboratoire Effet de divers agents floculants polymères sur la récupération de matières solides en suspension dans un af-5 fluent d'eaux usées brutes aérées Exemple n° Agent floculant Nom Type proportion Pourcentage -(a) de solides déposés (b) 10 1 Néant Néant Néant 20 2 polystyrène sulfoné (c) anionique 1,6 55 3 90% acrylamide-10% a-crylate de sodium anionique 0,6 62 15 4 50% acrylajaide-50% a-crylate de sodium anionique 1,0 44 5 96% acrylamide-4%MTMMS cationique 0,05 32 6 96% acrylamide-4%MTMMS cationique 0,10 44 7 96% acrylamide-4%MTMMS cationique 0,50 91 8 96% acrylamide-4%MTMMS cationique 5,00 93 20 9 83% acrylamide-17%MEMMS cationique 0,05 28 10 83% acrylamide-17%MTMMS cationique 0,10 41 11 83% acry 1 amide-1^%MTMMS cationique 0,50 87 12 83% acrylamide-IT^MTMMS cationique 5,00 92 13 60% acrylamide-*IC%MTMMS cationique 0,05 25 25 14 60% acrylamide-4C%MTMMS cationique 0,10 33 15 60% acrylamide-4(?éMTMMS cationique 0,50 79 16 60% acrylamide-^K^MTMMS cationique 5,00 93 MTMMS » fr -methacryloyloxyéthyltriméthylammonium. méthylsulfate (a) rapport en ppm entre le poids de l'agent sec et le poids de 30 l'eau usée traitée ; l'agent est ajouté sous forme de solution aqueuse à 0,.01%. (b) basé sur une concentration de solides en suspension de 350 ppffl et un temps de décantation d'une heure„ (c) agent floculant vendu dans le commerce sous le nom de 35 "PUKIFLOC A 21 EXEMPLES 17 à 24 Essais en station de traitement 69 45821 5 2027494 Ces essais ont été effectués pour déterminer l'effet de divers agents floculants polymères sur la récupération de matières solides en suspension dans un affluent d'eaux; usées "brutes aérées » 5 " L'agent est introduit dans la station en un point situé juste avant l'entrée de l'affluent d'eaux usées "brutes aérées (contenant environ 215 PP& de solides en suspension) dans les décanteurs primaireso Des échantillons sont prélevés dans 11effluent (trop-plein du surnageant) des décanteurs primaires et le pour-10 centage en matières solides déposées est déterminé sur ces échantillons. Le temps d'échantillonnage, c'est-à-dire le temps qui s'écoule entre l'adjonction de l'agent floculant et la détermination du pourcentage sur les échantillons ainsi traités est approximativement d'une heure. 15 D'autres détails figurent au Tableau 2 ci-après . TABLEAU 2 * Essais en station de traitement Effets de divers agents- floculants polymères sur la récupération de matières solides en suspension dans un affluent d'eaux usées 2D brutes aérées. Exem Agent floculant Pourcentage mTmrs Propor- de solides £ V. Nom yp - tion (a) déposés (b) 17 Séant " " ~~~~~ Néant Néant ~~ 32 25 18 Polystyrène sulfoné (c) anionique 0,92 40 19 Polystyrène sulfoné' (c> anionique 1,40" 46 20 Polystyrène sulfonéanionique 1,62 57 21 Polystyrène sulfoné ^c^ anionique 1,63 55 -22 -90% acrylamidè-10% acry-30 s late de sodium - anionique 0,31 32 23 90%. acrylamide-10%acryla- tè de sodium anionique 0,78 44 24 83% acrylamide-17% MTMMS cationique 0,54 63 « MTMMS ■*/} -méthacryloylpxyéthyltriméthylammonium méthylsulfate 35 " (a) rapport en ppm entre•le poids de l'agent sec et le poids de l'eau usée traitée ; l'agent est-ajouté ,sous forme de solution aqueuse à 0j05 %<> . (b) basé sur une concentration de- solides en suspension de 215 ppm ét un temps" de décantation d'une heure. 40 (c) agent floculant vendu dans le commerce sous le nom de "PURIPLOC A-21"o 69 45821 6 2027494 BTRItPr.ua pç è VL 1 Ejssais de laboratoire Ces essais ont été effectués pour déterminer l'effet de divers agents floculants pdlymères'sur la récupération de matières solides en suspension dans un mélange d'eaux: usées brutes affluentes et de courants de recyclage, une partie des eaux u-5 sées ayant été aérée. Des échantillons d'eaux usées constituant une suspension aqueuse s.ont prélevée sur l'efflusnt (trop-plein) d'un décan-teur primaire d'une station d'épuration, ces.eaux usées soni un mélange-de : 10 (1) d'eaux usées brutes de l'affluent, - arrivées dans le décanteur primaire sans aération'préalable, (2) la partie recyclée de l'effluent (trop-plein) d'un épais-sisseur traditionnel qui. continue de concentrer (a) les matières solides des boues provenant du décanteur" ^ ' primaire et (b) lés boues résultant de l'aération suivie d'utedécantation finale de l'effluent(trop-plein) du décanteur primaire et (3) la partie recyclée de l'effluent (trop-plein) provenant de 20 l'étape d'élutriatioix, étape dans laquelle l'affluent est.constitué par les boues prélevées dans i'épaississeur et dans le digesteur. On place ùn'litre de; ce mélange d'eaux usées dans chacun de plusieurs cylindres gradués pro-pres d'une contenance. d'un 25 litre» On ajoute un agent floculant aux eaux usées et on le . mélange à celles-ci .en intervertissant dix fois les cylindres .. gradués, après quoi on .laisse reposer pendant une heure le contenu des cylindres.. On prélève à la. pipette, dans chaque cylindre.gradué, au. repère indiquant 900 ml, 50 al du surna-30 géant et on les, filtre, à travers tua papier, filtre, en fibres de verre, préalablement pesé,,dont les pores mesurent un micron, le papier filtre.: est séché : au four pendant une heure à 110°C et pesé de nouveau pour déterminer le pourcentage de matières 35 solides dêpôs'êesv— ' ~~'-v -* D'autres'détails" figurent^ au tableau 3; ci-apres : 69 45821 7 2027494 Essais_en_Laboratoire Effets de divers agents floculants polymères sur la récupération de matières solides en suspension dans un mélange d'eaux usées brutes d'un affluent et d'eaux usées de courants recyclés, 5 une partie de ces eaux usées ayant été aérée Exemple rP Agent floculant Pour cents ge de soli des dépo-sés (b) Type Propor-tion(a) 25 Néant /-s Polystyrène sulfonév néant néant 41 10 25 . anionxque 0,50 20 2? 50% acrylamide-50% a-crylate de sodium anionique 0,50 18 28 50% acrylamide-50% a-crylate de sodium anionique 1,50 15 15 29 90% acrylamide-10% a-crylate de sodium anionique 0,10 21 30 90% acrylamide-10% a-crylate de sodium anionique 1,50 19 31 96% acrylamide-4% MTMMS cationique 0,10 55 20 32 83% acrylamide-17/o MTMMS cationique 0,10 73 33 83% acrylamide-17 %MTMMS cationique 1,25 76 34 60% acrylamide—4C%MTHMS cationique 0,10 75 MTMMS m jb —métecryloyloxyéthyl trimé thylaïïrrnonium méthylsiifate (a) rapport en ppm entre le poids de l'agent sec et le poids 25 de l'eau usée traitée, l'agent étant ajouté sous forme de solution aqueuse à 0,01% (b) basé sur une concentration de solides en.suspension de 342 ppm et un temps de décantation d'une heure. (c) agent floculant vendu dans le commerce sous le nom de 30 "PUEIFLOC A-21V Comme indiqué plus haut, il existe certains systèmes dans lesquels la technique antérieure a non seulement rencontré des difficultés lors des essais d'utilisation de polyélectrolytes comme adjuvants de floculation et de décantation , mais a obtenu 35 des résultats plus mauvais que sans ces floculants. le tableau 3 représente ces systèmes. EXEMPLES 35 et 36 Essais en station d'épuration Ces essais ont été effectués pour déterminer l'effet de 4-0 divers agents floculants polymères sur- la récupération de matières solides en suspension dans le même mélange d'eaux usées 69 45821 8 2027494 que celui des Exemples 25 à 34, sauf que les essais ont ét,é effectués directement en station. L'agent floculant est introduit dans la station d'épuration en un point situé juste avant l'arrivée de l'affluent d'eaux 5 usées "brutes dans le décanteu? primaire auquel ont été recyclés les mêmes courants que ceux indiqués dans les Exemples 25 à 34o On prélève des échantillons de l'effluent (trop-plein) des décanteurs primaires et on en détermine le pourcentage de matières solides déposées. Le temps d'échantillonnage, c'est-10 à-dire le temps qui s'écoule entre l'adjonction de l'agent floculant et la détermination précitée sur les échantillons ainsi traités est approximativement d'une heure. D'autres détails figurent au tableau 4- ci-après î TABLEAU__4 15 Essais en station d'épuration Effet de divers agents floculants polymères sur la récupération de matières solides en suspension dans un mélange d'eaux usées brutes de l'affluent et d'eaux usées des courants recyclés Exem- Pourcentâge Nom " tion(a) 20 -, „ Agent floculant , de solides -P Type Eropor- déposés (b) 35 Néant Néant Néant 62 36 83% acrylamide-17% MTMMS Cationique 0,09 76 2-3 MTMMS = fi -méthacryloyloxyéthyltriméthylammonium méthylsulfate (a) rapport en ppm entre le poids de l'agent sec et le poids de l'eau usée traitée, l'agent étant ajouté sous forme de solution aqueuse à 0,05% (b) basé sur une concentration de solides en suspension de 30 350 ppm environ et un temps de décantation d'une heure» Il ressort nettement des exemples précédents que le copoly-mère cationique particulier qui constitue l'agent floculant de 1 ' invention améliore considérablement la floculation, eij. augmentant à la fois sa vitesse et la quantité totale de matiè-55 res solides en suspension récupérées. La proportion d'agent floculant de l'invention qui est nécessaire est aussi considérablement inférieure à celle des agents floculants connus. 69 4S821 9 2027494 Des proportions très faibles donnent des améliorations considérables, tant de la vitesse de floculation que de la proportion totale de solides1 récupérés ; par exemple, 0,10 ppm seulement du poids total des eaux usées traitées donnent une récupération 5 presque deux fois supérieure à celle de l'échantillon de référence (Tableau 3, exemple 34)» Une proportion comprise entre 0,05 et 5 PPŒ environ (rapport entre le poids d'agent sec et? le poids total des eaux usées traitées) du copolymère cationique qui constitue l'agent floculant de l'invention apporte ces amé— 10 liorations dans une mesure considérable. La proportion d'agent floculant copolymère utilisé conformément à l'invention sera comprise de préférence entre 0,1 et 3 ppm (poids d'agent sec/ poids total des eaux usées traitées), la proportion la meilleure étant comprise entre 0,1 et 1 ppm. Les professionnels de la 15 branche concernée par la présente invention comprendront que les systèmes de traitement des eaux usées varient énormément/que la proportion employée d'un agent floculant donné varie en conséquence. Les essais des exemples ci-dessus ont été effectuées sur le même système que celui indiqué» 20 Les agents floculants copolymères cationiques d'acrylamide et de MTMMS applicables au procédé selon l'invention sont constitués essentiellement, en poids par 99% a 20% d'acrylamide et par 1% à 80% de MTMMS, de préférence, par 97% à 50% d'acrylamide et par 3% à 50% de MTMMS , les proportions spécifiquement 25 préférées étant comprises entre 95% et 60% pour l'acrylamide et -5% à 40% pour le MTMMS» La préparation des copolymères cationiques d'acrylamide et de MTMMS utilisables dans le traitement selon l'invention et celles des copolymères anioniques d'acrylamide et d'acrylate de sodium utilisés dans les exem-30 pies et non identifiés de façon plus précise sont décrites dans les brevets US ÏT° 3«336»269 et 3 «356.270. Bien que l'agent floculant selon l'invention puisse être ajouté sec aux eaux résiduaires en cours de traitement, on préfère 1' ajouter sous forme de solution aqueuse afin d'obtenir plus ra— 35 pidement et plus complètement sa dispersion dans les eaux usées. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de mise en oeuvre de ce procédé qui ont été décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de mise en oeuvre. 69 45021 REVENDICATIONS . 1.- Procédé de traitement' d'un affluent d'eaux usées brutes, dont une partie au moins a été soumise à l'action d'aérobies, caractérisé en ce que les eaux usées sont mises en contact avec 5 un copolymère d'acrylamide et de béta-méthacryloyloxyéthyltri-méthylammonium méthylsulf ate, ce qui a pour effet, d'une part, d'augmenter la vitesse à laquelle se produisent la floculation des matières solides en suspension et leur séparation des eaux usées par décantation et, d'autre part, d'augmenter la proportion 10 de ces matières solides, séparées par floculation et décantation. 2«- Traitement des eaux usées suivant le procédé décrit à la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en contact des eaux usées est opérée en ajoutant un mélange des eaux usées et d'une petite quantité du copolymère et en laissant ensuite dé-15 canter la suspension qui en résulte. 3«~ Traitement suivant la revendication 2caractérisé en ce que la proportion de copolymère ajouté est comprise entre 0,05 et 5 ppm environ (rapport entre le poids du copolymère sec et le poids total des eaux usées traitées). 20 4-.- Traitement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion de copolymère ajouté est comprise entre 0,1 et 3 ppm environ (rapport entre le poids du copolymère sec et le poids total des eaux usées traitées^* 5«- Traitement suivant la revendication 2, caractérisé en ce 25 que la p3^?ortion de copolymère ajouté est comprise entre 0,1 et 1 ppm environ (rapport entre le poids du copolymère sec et le poids total des eaux usées traitées^ 6.- Traitement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que le copolymère est constitué, en poids, 30 par 99% à 20% d'acrylamide et 1% à 80% de.3-méthacryloxyéthyl-triméthyÈmaoïi-ium méthylsulf ate. 7.- Traitement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le copolymère est constitué,■en poids, par 97 % à 50 % d'acrylamide et 3% à 50 % de/^-méthacryloyloxyé- 35 thyltriméthy3aramon-.ium méthylsulf ate. 8«- Traitement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le copolymère est constitué, en poids, par 95% à 60% d'acrylamide et 5 % à 4-0% de ^-méthacryloylosyé-thyltriméthy]3iimorL-ium méthylsulf ate.