Brevet FR2134499A1 — publié le 19721208

La présente invention est relative à un dispositif pour l'épuration biologique des eaux résiduaires selon le procédé à "boues ac ivées, dispositif composé d'un bassin dont la forme, vue en plan, est circulaire et qui est subdivisé, par une 5 cloison plongeuse, en une enceinte d'aérage située au centre et en une enceinte de post-clarification qui entoure la première en anneau et dont la coupe longitudinale est de forme triangulaire. En l'occurrence, un aérateur centrifuge de grande puissance est prévu au centre de l'enceinte d'aérage et est 10 pourvu d'un tube ascendant qui se termine un peu au-dessus du fond du bassin et auquel sont raccordées plusieurs tubulures qui s'étendent horizontalement et radialement et se terminent dans la zone de la surface des eaux dans l'enceinte de postclarification en étant réglables en hauteur. 15 Le brevet allemand 1 281 367 a fait connaître un dispositif de ce genre qui s'est en général fort bien comporté dans la pratique en tant que station compacte de clarification. Dans les dispositifs de ce genre, l'aérage et la circulation des eaux résiduaires sont assurés au moyen de l'aérateur centri-20 fuge de grande puissance dont le principe de fonctionnement a été décrit succintement, par exemple, dans la publication "Taschenbuch der Stadtentwâsserun. " de Kerl Imhoff, 18e édition, page 154-, sous le nom générique d'aérateur centrifuge de Bolton. Le mouvement des eaux engendré par l'aérateur centrifuge associé 25 au tube ascendant est censé empêcher la décantation des boues sur le fond du bassin dans le périmètre de l'enceinte d'aérage. L'enceinte d'aérage et l'enceinte de post-clarification communiquant entre elles 'oar une fente annulaire ménagée en-dessous de la cloison plongeuse, les eaux résiduaires activées peuvent 30 pénétrer r^ar le bas dans l'enceinte de post-clarification, venant de l'enceinte d'aérage, tandis que leur vitesse d'écoulement va en diminuant continuellement en montant vers le haut en raison de l'évasement conique de l'enceinte de post-clarification, si bien que les boues peuvent se déposer dans de 35 parfaites conditions dans l'enceinte de post-clarification. De ce fait, une couche filtrante de boues d'une épaisseur conséquente est censée se constituer dans la partie inférieure de l'enceinte de post-clarification, couche à travers laquelle les eaux résiduaires presque parfaitement clarifiées sont 72 14668 2 2134499 censées passer vers le haut p-our en sortir épurées. Ces eaux résiduaires ainsi traitées peuvent ensuite être soutirées par une rigole d'écoulement se trouvant sur le bord supérieur de la cloison plongeuse et/ou du bassin. En même temps, les éléments lourds des boues sont censés redescendre vers le bas dans le sens contraire au mouvement de l'eau dans l'enceinte de post-clarification, traverser la couche filtrante des boues -et parvenir à nouveau dans l'enceinte d'aérage en passant par la fente de forme annulaire. La couche filtrante des boues dans l'enceinte de post-clarification est donc censée se reconstituer en permanence à partir du bas, tandis que les éléments lourds des boues quittent à nouveau l'enceinte de post-clarification. Dans le dispositif décrit par le brevet allemand 1 281 367, il est en outre prévu des tubes de faible longueur qui sont répartis sur tout le pourtour dans la partie médiane de la cloison plongeuse. À ce propos, lesdits tubes sont inclinés en direction du fond du bassin et disposés à peu près selon la tangente par rapport au sens de l'écoulement des eaux résiduaires dans l'enceinte d'aérage. Lesdits tubes sont censés aspirer des éléments légers des boues dans l'enceinte de post-clarification pour les introduire à nouveau dans l'enceinte d'aérage. Cependant, il s'est avéré au cours de l'exploitation pratique du dispositif suivant le ^brevet allemand 1 281 367, que dans nombre de cas la hauteur de la couche filtrante des boues se constituant dans l'enceinte de post-clarification ne peut pas être contrôlée convenablement. Dans les cas en question, la couche filtrante des boues a été l'objet d'un gonflement d'une telle importance que la zone clarifiée dans la partie supérieure de l'enceinte de post-clarification s'en est trouvée amenuisée au point que des éléments de boues étaient susceptibles de parvenir dans la rigole d'écoulement placée dans la partie haute, en étant entraînés hors de la couche filtrante des boues avec les eaux résiduaires traitées en train de s'écouler. En même temps, les éléments lourds des boues ne réussissent plus sans difficultés à percer à travers la couche volumineuse des boues filtrantes en passant de haut en bas et à retourner de l'enceinte de post-clarification dans l'enceinte d'aérage. Pourtant, dans de telles conditions, le fonctionnement de l'installation s'en trouve perturbé. 72 14668 5 2134499 Dès lors, le problème posé à la présente invention consistait à créer un dispositif du genre décrit plus haut, dont le fonctionnement ne permet pas l'apparition des inconvénients décrits et permet de contrôler la constitution de la 5 couche filtrante des boues, de telle sorte que les dérangements dans le fonctionnement n'apparaissent pas. Ce problème est résolu par un dispositif prévu pour l'épuration biologique des eaux résiduaires selon le procédé à boues activées, qui se compose d'un bassin dont la forme, 10 -vue en plan, est circulaire et qui est subdivisé par une -cloison plongeuse en une enceinte d'aérage située au centre et en une enceinte qui entoure la première en forme d'anneau et dont la coupe longitudinale est de forme triangulaire, ainsi que d'un aérateur centrifuge de grande puissance prévu 15 au centre de l'enceinte d'aérage et équipé d'un tube ascendant se terminant un peu au-dessus du fond du bassin, tandis que plusieurs tubulures s'étendant horizontalement dans le sens radial sont raccordées audit tube ascendant et se terminent dans la zone de la surface des eaux dans l'enceinte de post-20 clarification en étant réglables dans le sens de la hauteur, et qui est caractérisé suivant l'invention par le fait que deux ou plusieurs ouvertures de forme circulaire auxquelles sont raccordées des conduites de transvasement disposées dans l'enceinte de post-clarification et se terminant dans la partie 25 basse de cette dernière, sont prévues dans la cloison plongeuse très peu en-dessous de la surface des eaux. Par ces conduites de transvasement conformes à l'invention un mélange de boues activées et d'eaux résiduaires s'écoule, dans ces conditions, automatiquement à partir de la JO partie supérieure de l'enceinte d'aérage dans l'enceinte de post-clarification . 11 s'est avéré que l'introduction d'une quantité correspondante du mélange de boues activées et d'eaux "résiduaires dans l'enceinte de post-clarification permet d'influencer la constitution de la couche filtrante des boues, 35 de telle sorte que cette dernière n'atteint pas un volume d'une importance indésirable. Le nombre et le diamètre des conduites de débordement doivent être calculés, en l'occurrence, en fonction de la quantité de mélange à véhiculer et de la taille du bassin, de telle sorte qu'à peu près la quantitué simple 72 14668 4 2134499 des eaux résiduaires recueillies par temps sec puisse être transvasée par unité de temps depuis l'enceinte d'aérage dans l'enceinte de post-clarification. Il est par conséquent indiqué de prévoir, selon la tai'lle du bassin, deux, trois, voire quatre conduites de transvasement par bassin. Dans ces conditions, le diamètre des conduites de transvasement sera judicieusement choisi dans les dimensions variant entre 150 et 550 mm. Les tubes de faible longueur prévus sur le dispositif suivant le brevet allemand 1 281 367 dans la partie médiane de la cloison plongeuse, à travers lesquels les éléments légers des boues sont censés être aspirés hors de l'enceinte de postclarification pour être réinjectés dans l'enceinte d'aérage, sont supprimés sur le dispositif suivant la présente invention. Une forme de réalisation singulièrement simple pour la conduite de transvasement est reproduite à la figure 1. La référence 1_ désigne, dans ce cas précis, le bassin de forme circulaire qui est subdivisé par la cloison plongeuse 2 en une enceinte d'aérage 3 et en une enceinte de post-clarification 4. La conduite de transvasement 6 est fixée, en l'occurrence, devant l'ouverture de forme circulaire et épouse parfaitement la cloison plongeuse 2. Une forme privilégiée de réalisation pour la conduite de transvasement est illustrée à la figure 2. La conduite 6 de transvasement se compose, dans ces conditions, d'un élément tubulaire ]_ s'étendant horizontalement et d'un élément tubulaire 8 s'étendant presque verticalement. En l'occurrence, l'élément tubulaire 2 s'étendant horizontalement traverse la cloison plongeuse en passant de part en part par l'ouverture £ de forme circulaire et se termine taillé en biseau vers le haut dans l'enceinte d'aérage L'angle du biseau peut être, par exemple, de 60°. L'élément tubulaire 8 s'étendant presque verticalement émerge avec son extrémité supérieure ouverte au-dessus du niveau 14 des eaux dans l'enceinte de post-clarification 4. Ceci permet un certain échappement des gaz dégagés par le mélange des boues activées et des eaux résiduaires s'écoulant à travers la conduite de transvasement dans l'enceinte de post-clarification. 72, 14668 2134499 Enfin, la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une installation complète avec bassin ue décantation des boues prévu à l'extérieur. Le bassin 1_ de forme circulaire est subdivisé, aans ce cas également, par une cloison plongeuse en une enceinte d'aérage 3 en une enceinte de post-clarification 4. Dans le point central de l'enceinte d'aérage 3 est installé l'aérateur centrifuge 9 de grande puissance avec son tube ascendant 10. L'aérateur centrifuge de grande puissance est entraîné, par l'intermédiaire d'un train d'engrenage, par le moteur électrique 12 monté sur une passerelle 11_ de service. En l'occurrence, le tube ascendant est monté sur l'appui 13. Sous l'effet de la rotation de l'aérateur centrifuge de grande puissance, les eaux résiduaires sont projetées au-dessus de la surface 14 des eaux selon une trajectoire en arc parabolique symétrique par rapport au point central, puis elles parviennent à nouveau vers le bas du bassin en effectuant un mouvement hélicoïdal dans le bassin pour pouvoir retourner depuis le fond dans le tube ascendant. Enfin, la dépression ou l'action d'injecteur engendrée dans le tube ascendant par l'aérateur centrifuge de grande puissance fait en sorte que les eaux résiduaires parviennent à nouveau dans le périmètre d'action de la rotation de l'aérateur centrifuge de grande puissance et sont derechef nrojetées au-dessus de la surface des eaux. Ce mouvement de circulation des eaux résiduaires empêche la boue activée formée par l'aérage de se déposer sur le fond, du bassin. Le mélange de boues activées et d'eaux résiduaires qui se constitue vendant l'aérage pénètre par le bas à travers la fente 15 annulaire dans l'enceinte de postclarification 4, la vitesse d'écoulement des eaux résiduaires allant continuellement en diminuant vers le haut en raison de l'évasement conique de l'enceinte de post-clarification, si cien que les boues peuvent décanter dans de bonnes conditions. Dans ce cas, la conduite de transvasement 6 se compose des éléments tuoulaires 7 et S. Du fait de la rotation de l'aérateur centrifuge de grande puissance, une certaine quantité du mélange btuvs activées et eaux résiduaires ^arvient en même temps de l'enceinte d'aérage dans l'enceinte de post-clarification, cù cette quantité ccule du haut vers le bas sur la couche filtrante ce boues en train de se constituer dans la partie basse cie l'enceinte de post-clarification. 72 14668 6 2134499 On peut maintenant, en agissant sur la quantité du mélange boues activées et eaux résiduaires introduite par la conduite dans l'enceinte de post-clarification, contrôler la constitution de la couche filtrante des boues de telle sorte 5 que cette dernière présente, d'une part, une épaisseur suffisante, mais que, d'autre part, les eaux résiduaires épurées ressortent clarifiées vers le haut au sortir de la couche filtrante des boues, si bien qu'aucun élément de boue ne peut être entraîné et parvenir dans la rigole d'écoulement 16. 10 L'entretoise 1_7 sert à fixer l'élément tubulaire 8 sur la cloison plongeuse 2. En outre, une autre ouverture de forme circulaire est encore pratiquée dans la cloison plongeuse, à travers laquelle une conduite de transvasement (élément tubulaire 7) est également posée. Etant donné que le dispositif 15 conforme à l'invention permet de régler correctement l'épaisseur de la couche filtrante des boues, les éléments lourds des boues parviennent de nouveau -comme prévu- dans le sens contraire au mouvement des eaux vers le bas dans l'enceinte de postclarification et pénètrent à nouveau à travers la fente 1£ 20 annulaire dans l'enceinte d'aérage 3- Plusieurs tubulures 18 s'étendant radialement dans le plan horizontal sont raccordées au tube ascendant 10 et débouchent^en étant réglables en hauteur, dans la zone de la surface 14 des eaux dans l'enceinte de post-clarification 4 25 au moyen de dispositifs de débordement 19. En raison du mouvement orienté dans le sens ascendant des eaux dans le tube ascendant, une différence de niveau des eaux s'établit dans ces tubulures, différence qui permet d'aspirer de la surface des eaux dans l'enceinte de post-clarification, par 30 l'intermédiaire des dispositifs de débordement, les boues flottantes susceptibles de se former dans le cas où le régime de travail du bassin'd1aérâge a une action minéralisante ou stabilisante. Etant donné que plusieurs tubulures 18 sont prévues -par exemple trois- elles peuvent en même temps servir 35 d'éléments d'appui en vue d'augmenter la stabilité du tube ascendant. Dans le dispositif représenté à la figure 3? il est, en outre, encore prévu un bassin 20 de décantation des boues installé à l'extérieur du bassin 1_ et relié par le tuyau 21 7 72 14668 2134499 au tube ascendant 10 et par le tuyau 22 à l'enceinte d'aérage Dans ces conditions, le tuyau 21_ est recourbé vers le haut dans la zcne du bassin de décantation des boues et pourvu d'un dispositif de débordement 23 réglable dans le sens de la hauteur 5 au niveau de la surface 14 des eaux et pouvant être réalisé sous la forme d'un déversoir à fente ou en triangle. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : En raison du mouvement orienté dans le sens ascendant des eaux résiduaires dans le tube ascendant 10, une action de 10 succion est engendrée dans le tuyau 21 et suffit pour soutirer de la surface 14 des eaux dans le bassin de décantation des boues, un courant continu d'eaux résiduaires sans boues d'un débit pouvant être réglé par l'intermédiaire du dispositif de débordement 2£. La quantité du débit des eaux résiduaires 15 soutirées peut être réglée et ajustée en agissant par le réglage dans le sens de la hauteur du dispositif de débordement. Le débit des eaux résiduaires soutirées par le tuyau 21 parvient, par l'intermédiaire du tube ascendant ^2, de nouveau dans l'enceinte d'aérage 3» Etant donné que l'enceinte d'aérage et 20 le bassin de décantation des boues sont reliés entre eux de manière communicante par le tuyau 22, une quantité d'égale importance de mélange de boues activées et d'eaux résiduaires est introduite en même temps par le tuyau 22 dans le bassin 20 de décantation des boues. Dans ces conditions, les boues 25 activées ainsi entraînées se déposent sur le fond du bassin de décantation des boues et peuvent être soutirées par périodes relativement espacées -à peu près tous les 3 à 6 jours- par la conduite 24 en tant que boues excédentaires, tandi-s que l'eau libérée pendant la décantation et 1'épaississement des 30 boues remonte é la surface. Ainsi donc, un circuit fermé de liquide, dont l'importance est ajustée par le réglage dans le sens de la hauteur du dispositif de débordement, s'établit entre le bassin de décantation des boues et l'enceinte d'aérage. Cependant, cela permet également d'ajuster l'importance du 35 soutirage des boues excédentaires hors de l'enceinte d'aérage à la valeur voulue. Ce régime de travail présente, en l'occurrence, l'avantage de doser au dispositif de débordement non un mélange de boues activées et d'eaux résiduaires, mais bien des eaux résiduaires déjà séparées des boues, de sorte qu'il 72 14668 8 2134499 n'y a pas lieu de redouter le risque d'obstruction du dispositif de débordement. Le dispositif suivant l'invention 'ermet de régler automatiquement la teneur en boues activées à la valeur optimale désirée dans l'enceinte d'aérage par le prélèvement 5 des boues excédentaires et d'assurer de la sorte un parfait fonctionnement du dispositif, sans pour autant faire appel à une pompe ou à un autre groupe consommateur d'énergie pour assurer les mouvements de transport des eaux. Si l'on veut bien tabler sur le fait que la production de boues excédentaires 10 recueillies par tête d'habitant et par jour est en gros de 30 à Naturellement, le dispositif suivant 1' invention peut aussi bien être exploité sans le soutirage automatique des boues excédentaires, tel qu'il vient d'être décrit ci-dessus. 20 lians un tel cav, il est normalement prévu que les boues excédentaires sont soutirées de la partie basse du bassin de temps à autre, sporadiquement, par une conduite spéciale. 72 14668 2134499 fiEViSNDICATIGNS 1. Dispositif pour l'épuration biologique des eaux ^ résiduaires selon le procédé à bcues activées, dispositif composé d'un bassin dent la forme, vue en plan, est circulaire, et qui est subdivisé par une cloison plongeuse en une enceinte d'aérage située au centre et en une enceinte de post-clarification qui entoure la première en forme d'anneau et dont la coupe longitudinale est de forme triangulaire, ainsi que d'un aérateur centrifuge de grande puissance prévu au centre de l'enceinte d'aérage et équipé d'un tube ascendant se terminant un peu au-dessus du fond du bassin, tandis que plusieurs tubulures s'étendant horizontalement et radialenont sont ^ raccordées audit tube ascendant et se terminent dans la zone de la surface des eaux dans l'enceinte de post-clarification en étant réglables en hauteur, dispositif caractérisé par le fait que deux ou plusieurs ouvertures (5) de forme circulaire auxquelles sont branchées des conduites de transvasement (6) 20 disposées dans l'enceinte de post-clarification (4) et se terminant dans la partie basse de cette dernière, sont prévues dans la cloison plongeuse (2) dans la zone située très peu en-dessous de la surface (14) des eaux. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé 25 P811" -Le ÇLue les conduites de transvasement (6) se composent chacune d'un élément tubulaire (7) s'éten ant horizontalement et d'un élément tubulaire (8) s'étendant presque verticalement, tandis que le premier élément (7) traverse la cloison plongeuse (2) en passant de part en part par l'ouverture (5) de forme circulaire et se termine taillé en ciseau vers le haut dans la zone de l'enceinte d'aérage (3), alors que l'autre élément tubulaire (8) émerge avec son extrémité supérieure ouverte au-dessus du niveau de la surface (14) des eaux de l'enceinte de post-clarification (4). 5. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le .fait que le nombre et le diamètre des conduites de transvasement (6) sont choisis en fonction de la quantité du débit à véhiculer et de la taille du bassin, de telle sorte qu'à peu près la quantité simple des eaux résiduaires recueillies 30 35 72 14668 lu 2134499 par temps sec puisse être transvasée par unité de tem s à travers ces conduites (6) depuis l'enceinte û'aéraye dans l'enceinte de post-clarification. h-. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'à l'extérieur du bassin (1) dont la forme vue en plan est circulaire, est prévu un bassin (20) de décantation des boues qui est relié au tube ascendant (10) de l'aérateur (9) centrifuge de grande puissance par un tuyau (21) et à l'enceinte d'aérage (3) par un autre tuyau (22), tandis que le tuyau (21) débouchant dans le tube ascendant (10) est recourbé vers le haut dans la zone du bassin (20) de décantation des boues et pourvu d'un dispositif de débordement (23) réglable dans le sens de la hauteur au niveau de la surface (14) des eaux. 5- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif de débordement(23) est réalisé sous la forme d'un déversoir à fente ou en triangle.