Brevet FR2128480A1 — publié le 19721020

x 2128480 La présente invention concerne, de façon générale, le traitement biochimique des déchetso On a mis de plus en plus l'accent ces dernières années, sur la mise au point de procédés et d'appareils de 5 traitement des déchets domestiques et/ou industriels contenant des matières polluantes, que l'on appellera collectivement eaux d'égoût dans la suite. Alors que le taux de production de ces polluants augmente de plus en plus, on est en train de reconnaître la nécessité absolue de maintenir les cours d'eau 10 non pollués, ce qui exige d'éliminer les polluants provenant des effluents renvoyés aux lacs et cours d'eau. Les deux indices de qualité de l'eau les plus largement utilisés sont le B.O.D. (besoin d'oxygène biochimique) et la teneur en solides en suspension. De façon idéale, dans 15 l'effluent de traitement des eaux résiduaires, ces deux facteurs seront réduits à un niveau inférieur ou égal à celui de la masse d'eau réceptrice. Le B.O.D. se rapporte à l'oxygène requis pour la dégradation biologique, tandis que la teneur en solides en suspension mesure la quantité de matière en parti-20 cules transportée par les eaux résiduaires. De façon générale, on peut classer le traitement des eaux résiduaires en traitements anaérobiques et aérobiques. Les premiers impliquent une action biochimique à long terme en système clos accompagnée par la production de gaz malodorants 25 comme le HgS . Ils s'appliquent donc surtout à des ensembles de faible capacité, par exemple aux bateaux, aux remorques, aux fosses septiques, etc.. D'un autre côté, les traitements aérobiques impliquent une oxydation rapide des produits résiduaires en les soumettant à l'action de micro-organismes aérobies 30 vivant dans un environnement favorable à la dégration du B.O.D. Les traitements biologiques aérobiques sont principalement du type à filtre d'égouttage ou du type à boue activée. Dans le procédé du filtre d'égouttage, on fait descendre les eaux d'égoût goutte à goutte à travers un lit de pierre brisée, de 35 briques, d'ardoise ou de milieux plastiques synthétiques, portant, sur ses surfaces, des vases biologiques qui oxydent dans une certaine mesure le contenu organique. Dans le procédé à la boue activée, on agite en général les eaux d'égoût en présence d'air, de façon que la vie biologique se développe et constitue 72 07078 2 2128480 progressivement d'assez grands flocons,de solides en suspension et des cellules microbiennes, connus sous le nom de boue activée. Dans les deux cas, les micro—organismes aérobies agissent sur les matières résiduaires organiques qu'ils décomposent, les 5 produits finaux étant CO^, HgO et une matière à base de cellules biologiques. L'un des inconvénients des installations aérobiques est, en général, la grande quantité d'air requise. Si l'on ne mélange pas ou n'agite pas continuellement le contenu en pré-10 sence d'oxygène, les micro-organismes deviennent inactifs, et il apparaîtra éventuellement des conditions anaérobiques, avec les effets malodorants et d'inhibition de l'oxydation précités. Par conséquent, il faut de très grandes surfaces pour obtenir un contact de l'air suffisant, dont la dimension dépend 15 de la quantité de matière résiduaire traitée et du procédé d'oxydation particulier utilisé. L'invention a principalement pour objet une installation de traitement biologique aérobique à boue activée efficace, particulièrement compact et pouvant cependant convenir 20 pour des capacités élevées. Pour traiter un liquide contenant des eaux d'égoût i selon l'invention, on fait suivre au liquide contenant les eaux d'égoût un trajet de forme générale circulaire et en spirale; on introduit un gaz riche en oxygène et de la boue activée dans 25 le liquide qui se déplace; on fait passer une partie des eaux d'égoût dans une zone de clarification centrale; on laisse la boue se déposer dans la zone de clarification centrale, en abandonnant au-dessus d'elle un liquide pratiquement dépourvu de solides en suspension; on évacue le liquide clarifié qui se 30 trouve au-dessus de la boue, et on renvoie au moins une partie de la boue déposée dans le liquide en mouvement. L'appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention comprend un canal annulaire recevant le liquide contenant les eaux d'égoût, des moyens pour communiquer un 35 mouvement circulaire en spirale au liquide contenant les eaux d'égoût qui se trouve dans le canal annulaire, des moyens pour introduire un gaz riche en oxygène au-dessous de la surface du liquide contenant les eaux d'égoût qui se trouve dans le canal, un récipient de clarification annulaire qui se trouve dans la 72 07078 3 2128480 partie centrale du cercle délimité par le canal annulaire et qui comporte une portion de paroi en commun avec lui, ladite portion de paroi comportant, dans sa partie inférieure, une ouverture permettant le transfert mutuel des eaux résiduaires du canal 5 à la zone de clarification et de la boue de la zone de clarification au canal» Il semble que l'invention permette de réduire facilement le B.O.D. et la teneur en solides en suspension dans une proportion de 70 à 98 10 Les installations à boue activée classiques compren nent une cuve de dép&t, un appareil d'aération, un clarificateur et un dispositif de recyclage de la boue. Dans ïappareil selon l'invention, ces composants sont intégrés dans un même ensemble très efficace. En outre, une tâche gênante inhérente à l'utili-15 sation des installations connues implique de retirer périodiquement la boue accumulée des bassins d'aération incorrectement mélangés ou insuffisamment alimentés. La boue s'accumule au fond du bassin ou du récipient, et il faut souvent arrêter toute l'installation pour l'évacuer. Cela nécessite un réservoir de 20 retenue ou bien l'arrêt du traitement des eaux résiduaires, sauf si l'on dispose d'une possibilité de traitement alternée. En revanche, l'appareil selon l'invention permet l'élimination de toute la suspension de solides, pour de très faibles puissances d'entrée, en purgeant périodiquement le fond de la cuve d'aéra-25 tion au moyen d'une ou plusieurs batteries d'éjecteurs rotatifs. La description détaillée qui suit, et les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Dans les dessins annexés : 30 La Figure 1 est une vue en perspective d'un exemple d'appareil de traitement aérobique des eaux résiduaires selon 1'invention; la Figure 2 est une vue latérale en coupe de l'appareil représenté à la figure 1; 35 la Figure 3 est une vue partielle détaillée de l'ins tallation en marche, montrant la répartition des solides; la Figure 4 est une vue en plan d'un appareil semblable comprenant plusieurs batteries d'éjecteurs, et la Figure 5 représente un ensemble de tuyaux d'éjec- 72 07078 k 2128480 tion approprié pour être utilisé avec l'appareil. Suivant la figure 1, l'appareil, désigné par la référence générale 13, comprend un canal circulaire relié à un clarificateur situé dans l'anneau formé par le canal. Comme 5 le montrent mieux les figures 2 et 3» les eaux d'égoût 11 pénètrent d'abord au point 12 dans un canal annulaire 10. De l'air comprimé est introduit par des éjecteurs 16 à partir d'un compresseur 46, à travers une conduite 14, sous une pression de préférence sensiblement égale à la pression hydrosta-10 tique au niveau des éjecteurs l6 immergés. Les éjecteurs 16 sont reliés à une pompe 44 par une conduite 15 et ils sont supportés dans le canal 10 par un dispositif approprié, tel qu'un bras ou un pont 18 qui peut aussi loger la conduite 14. Le bras l8 est monté rotatif sur une tourelle 20 15 et il est supporté sur une jante 19 par une roue 23 qui peut être entraînée par une source d'énergie classique, telle qu'un moteur 21. La puissance nécessaire pour entraîner en rotation le pont 18 autour de la tourelle 20 peut aussi provenir, en totalité ou en partie, de la force de réaction de l'air et de 20 l'eau qui sortent des éjecteurs 16, qui peuvent aussi communiquer une force d'impulsion à la matière résiduaire 11 qui se trouve dans le canal. Le clarificateur 22 est complètement entouré par le canal 10; il présente une forme tronconique et il est ouvert 25 à ses deux extrémités, l'ouverture la plus petite 24 étant voisine du fond du canal 10. La paroi conique 26 sépare le canal 10 de l'intérieur du clarificateur 22 et elle est supportée par un ensemble de chicanes 28. De cette façon, l'écoulement dirigé vers le clarificateur est distribué correctement. 30 Une râcle de clarificateur 30 et une écumoire de clarificateur 32 sont montées rotatives sur la tourelle 20 pour supprimer toute accumulation de boue résiduaire sur les surfaces. Une conduite 34 permet d'évacuer les produits d'écumage du haut du clarificateur pour les recycler dans le canal 10, tandis qu'une 35 conduite 36 est reliée à une pompe (non représentée) pour retirer la boue à évacuer du fond du clarificateur 22. La plus grande partie de la boue retourne cependant, comme le montre au mieux la figure 3» du clarificateur 22 dans le canal 10, par l'ouverture 24, à cause des gradients de densité produits 72 07078 5 2128480 par la boue qui s'accumule dans le clarificateur et qui est repoussée dans le canal où elle est recueillie par l'écoulement circulaire en spirale du liquide. Bien que la figure 2 ne représente qu'une batterie 5 d'éjecteurs l6, il est clair que le nombre total d'éjecteurs requis dépend de la quantité et des caractéristiques de la matière résiduaire traitée. De préférence, les éjecteurs jouent un double rôle. D' une part, ils fournissent l'air qui sert de source d'oxygène du processus d'oxydation examiné plus haut. 10 D'autre part, ils fournissent la force motrice qui maintient le liquide résiduaire en mouvement, pour empêcher les solides en suspension de se déposer dans le canal 10. Du fait que le liquide qui se trouve dans le canal 10 subit une agitation périodique lorsque les éjecteurs l6 tournent, la vitesse globale du liquide 15 qui fait le tour du canal peut être très faible, par exemple nettement inférieure à 30 cm/s. En cours de fonctionnement, le contenu du canal tourne constamment suivant une configuration d'écoulement circulaire en spirale, à cause de courants secondaires engendrés par 20 les variations de la force d'impulsion du fluide pendant l'écoulement suivant le canal circulaire et l'accumulation sur la paroi extérieure du canal» Une liqueur mixte passera au-dessous de la paroi conique 26 et montera à travers une couverture de boue 38 (figure 3) formée dans le clarificateur 22, tandis que 25 la boue déposée sera refoulée dans le canal 10 sous l'effet combiné des gradients de densité et de la configuration d'écoulement en spirale. Un grand racloir 33, de type rotatif classique, est utilisé pour empêcher l'accumulation de boue. La couverture de 30 boue 38 élimine les solides en suspension qui réagissent avec la masse biochimique et en deviennent une partie intégrante. La boue qui se dépose au fond du clarificateur est recyclée sous la chicane 26 ou bien partiellement expulsée par pompage et rejetée par un racloir à aubes 35 et une conduite 36 partant du canal 35 central 37. En général, la quantité de boue à évacuer est très faible et elle reste, en grande majorité, dans l'installation. Cela garantit un niveau de croissance des micro-organismes suffisant pour traiter la matière résiduaire ajoutée. Il est préférable d'évacuer le liquide clarifié par 72 07078 6 2128480 un ensemble de rigoles radiales 25 « Ce sont des conduites à petites ouvertures 27 immergées à un certain point au-dessus de la couverture de boue 38* Ces conduites font parvenir le liquide dans un anneau circulaire central 29 d'où il sort par le 5 tuyau 31» L'emplacement exact des éjecteurs 16 dépend de deux considérations fondamentales. Pour une durée de contact de barbotage maximale et un effet d'oxydation maximum, il faut disposer les éjecteurs aussi bas que posa.ble dans le canal 10. 10 Cependant, des considérations d'économie sur la puissance du compresseur peuvent imposer un emplacement situé à une profondeur plus centrale. En fait, en plaçant les éjecteurs au voisinage de la surface du liquide et en les ouvrant sur l'atmosphère, on peut éviter entièrement d'avoir recours à des venti-15 lateurso Dans cet agencement, lorsque le liquide est pompé à travers les éjecteurs, il se forme une dépression qui attire l'air pour le mélanger intimement avec le liquide qui se trouve dans les éjecteurs. S'il le faut, on peut augmenter la durée de contact de barbotage en inclinant les éjecteurs sui-20 vant une direction descendante. Bien qu'à la figure 2 les éjecteurs soient supportés par le pont l8, on peut utiliser n'importe quelle structure appropriée, par exemple des flotteurs, des nacelles flottantes, etc. Lorsqu'on utilise plusieurs batteries d'éjecteurs l6, 25 comme le montre la figure 4, il est préférable de disposer chaque batterie suivant des angles identiques par rapport aux autres batteries et au centre du cercle formé par le canal 10, pour obtenir un traitement uniforme du contenu 11 du canal. Une barre ou jante extérieure 19 permet de guider les supports 30 de batterie 42 et les roues 23 en rotation. Pour des raisons de commodité, la pompe 44 et le ventilateur 46 peuvent être disposés centralement, comme le montre le dessin, de façon à réduire les frais de tuyauterie et la chute de pression. De plus, lorsqu'on utilise cet agencement, il est préférable d'u-35 tiliser un collecteur central (désigné par la référence générale 56 à la figure 4) recevant le liquide affluant qui est alors envoyé par pompage dans le canal 10 par les éjecteurs, de façon classique. La figure 5 représente schématiquement des exemples 72 07078 7 2128480 d'éjecteurs que l'on peut utiliser. Ces éjecteurs sont des dispositifs classiques appelés aussi communément déchargeoirs d'aération ou gicleurs d'aération, et ils comprennent, de façon générale, une entrée 48 dans une chambre de mélange intérieure 5 50, une entrée d'air l4 et un ajutage de décharge 54. Un tamis 55 empêche les solides les plus grands de pénétrer dans l'installation. L'air se mélange avec la liqueur résiduaire dans la chambre de mélange où a lieu une faible partie du transfert d'oxygène. L'équilibre a lieu pratiquement lorsque les petites 10 bulles 25 sortant du gicleur circulent dans le canal d'aération. On trouve facilement des compresseurs et pompes à eau à basse pression classiques et on peut les choisir selon des spécifications telles que la puissance et le volume d'air. On préfère que la tuyauterie soit en matière plastique rigide, 15 par exemple des tuyaux en polyéthylène de densité élevée, renforcés avec des fibres de verre ou bien en chlorure de polyvi-nyle; cependant, on peut utiliser d'autres matières, y compris l'acier inoxydable ou le fer noir, selon la corrosivité de l'eau d'égoût traitée ainsi que d'autres considérations. 20 Bien que l'on ait cité spécifiquement l'air comme gaz oxydant, on peut utiliser d'autres gaz riches en oxygène, aussi bien que de l'oxygène pur. Pour les applications présentes, on a cependant choisi, en général, l'air pour des raisons d'économie . 25 L'invention qui vient d'être décrite fournit un canal de mélange fortement efficace avec une faible dépense d'énergie. En même temps, elle garantit qu'il ne se dépose nulle part des solides dans le bassin d'aération» En combinaison avec le clarificateur intérieur, on obtient une distribution d'écoulement 30 uniforme vers la couverture de boue, sans pompage de boue, sauf pour retirer la portion à évacuer. Le résultat en est une installation de traitement des eaux résiduaires de grande capacité très compacte et pouvant cependant réduire à la fois le B.O.D. et la teneur en solides en suspension de 90% ou davan-35 tage. 72 07078 8 2128480 REVENDICATIONS 1» Procédé de traitement d'un liquide contenant des eaux d'égoût pour réduire le B.O.D. et la teneur en solides en suspension, caractérisé en ce que l'on fait suivre au liquide 5 contenant les eaux d'égoût un trajet de forme générale circulaire et en spirale, on introduit un gaz riche en oxygène et de la boue activée dans le liquide qui se déplace, on fait passer une partie des eaux d'égoût dans une zone de clarification centrale, on laisse la boue se déposer dans la zone de 10 clarification centrale, en abandonnant au-dessus d'elle un liquide pratiquement dépourvu de solides en suspension, on évacue le liquide clarifié qui se trouve au-dessus de la boue, et on renvoie au moins une partie de la boue déposée dans le liquide en mouvement. 15 2» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz riche en oxygène est l'air. 3» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on évacue une partie de la boue déposée. 4. Appareil de traitement d'un liquide contenant des 20 eaux d'égoût pour réduire le B.O.D. et la teneur en solides en suspension, caractérisé en ce qu'il comprend un canal annulaire recevant le liquide contenant les eaux d'égoût, des moyens pour communiquer un mouvement circulaire en spirale au liquide contenant les eaux d'égoût qui se trouve dans le canal annulaire, 25 des moyens pour introduire un gaz riche en oxygène au-dessous de la surface du liquide contenant les eaux d'égoût qui se trouve dans le canal, un récipient de clarification annulaire qui se trouve dans la partie centrale du cercle délimité par le canal annulaire et qui comporte une portion de paroi en 30 commun avec lui, ladite portion de paroi comportant, dans sa partie inférieure, une ouverture permettant le transfert mutuel des eaux résiduaires du canal à la zone de clarification et de la boue de la zone de clarification au canal. 5• Appareil selon la revendication 4, caractérisé 35 en ce que le récipient de clarification est tronconique. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 et 5» caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour retirer et évacuer la boue du fond de la zone de clarification. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendica 72 07078 2128480 tions 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'introduction du gaz comprennent un ensemble d'éjecteurs montés rotatifs, qui communiquent également son mouvement au liquide qui se trouve dans le canal. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble d'éjecteurs comprend plusieurs batteries d'éjecteurs rotatives.