Brevet FR2196294A1 — publié le 19740315

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination des influences de l'eau d'égout et de.la boue activée sur la consommation en oxygène respiratoire dans les installations biologiques de clarification Dans l'épuration biologique de l'eau d'égout, les constituants de l'eau d'égout sont captés, c'est-à-dire oxydés, avec la coopération de micro-organismesç La quantité d'oxygène consommé lors de la respiration par les micro-organismes est déterminée par la nature, la quantité et l'état de ces micro-organismes, par la nature et par la concentration des constituants de l'eau d'égout et par la quantité de l'oxygène dissous, disponible dans l'eau d'égout0 Dans les installations d'épuration de l'eau d'égouts on amène d'une manière permanente de l'oxygène par exemple en insufflant de l'air et il faut que la quantité d'air introduit soit suffisamment grande pour que soit amené autant d'oxygène qu'il en est consommé lors de la respiration0 Pour commander l'introduction d'oxygène et pour surveiller le rendement de l'épuration dans les installations de clarification, il est important de connattre la grandeur de la respiration et l'influence sur la respiration des composantes eau d'égout et boue activée, On ne connait jusqu'à présent que des procédés à l'aide desquels on règle l'amenée d'oxygène par une mesure de la teneur en oxygène dissous dans lesbassins d'activation (MALT, BORTLESS, Z. analyto Chez, 206, 1964, pages 409 à 425) ou bien à l'aide desquels on porte un jugement sur l'opération d'épuration par détermination de la consommation en oxygène du mélange boue activée-eau d'égout (BURCHARD) Pour ce qui concerne la valeur indicative de courbes d'allure ainsi que de la concentration en oxygène dans le-s bassins d'activation, voir Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaftfl (volumes 41 et 42) Une modification de la consol mation en oxygène dans les installations d'épuration de l'eau d'égout peut avoir des causes différentes C'est ainsi que les micro organismes peuvent etre tués par exemple par des substances toxiques telles que des combinaisons du mercure, La cause peut se trouver aussi dans une modification de la boue activée, modification provoquée éventuellement par un manque de nourriture pour les microbes, Mais il est important, pour l'exploitation d'une telle installation, de déterminer séparément ces paramètres de l'épuration de l'eau d'égout, On ne connaît pas de procédé pour la détermination des différents paramètres dans un dispositif unique0 L'invention a pour tache de trouver un procédé à l'aide duquel des paramètres importants de l'opération sur la boue activée puissent être mesurés automatiquement ou être rendus accessibles au calcul et enregistrés, En outre, il faut que les valeurs limites de# la consommation dans l'unité de temps dans chaque cas soient utilisées pour la commande de l'opération ou le cas échéant pour le déclenchement d'un signal d'alarme en vue d'une intervention manuelles Dans la recherche de la solution de ce problème, on en est venu aux connaissances suivantes la me-sure de la consommation en oxygène d'un échantillon d'eau d'égout-ou d'un échantillon de boue activée ou d'un mélange de ces deux composantes est obtenue d'une manière très commode par une augmentation, pour chaque échantillon, de la concentration en oxygène, La diminution de la concentration en oxygène provenant de la consommation respiratoire enoxygène et rapportée au temps est linéaires Par conséquent peu importe pour la valeur dtinformåtion là concentration en oxygène avec laquelle est effectuée la mesure dans chaque échantillon0 La valeur mesurée de la consommation en oxygène est toujours la me me sans considération de la concentration au commencement et à la fino Etant donné que dans la plage de concentration élevée, on dispose pour la mesure d'un temps plus grand que dans la plage de concentration plus faible, une mesure dans cette plage est plus précise ou en général seule possible, étant donné que ltopération de mesure Dr la mesure de la teneur en oxygène s'étend sur un certain intervalle de temps, Pour des raisons économiques, les installations de clarification avec une boue activée ne sont exploitées qu'avec' une faible concentration en oxygène (environ 0,5 à 2,0 mg Qz/l) étant donné que; pour introduire une même quantité' d'oxygène, il faut beåudoup plus d'énergie si la corcentration est élevez que si la concentratiofi est faible n applicatlon des connaissances mentionnées plus haut, les échantillons d'eau d'égout ou les échantillons de boue active prélevés dans une telle installation de clarification sont amenés, avant mesure de la consommation en oxygène, à une concentration en oxygène plus élevées Pour la détermination des influences de l'eau d'égout et de la boue activée sur la consommation en oxygène dans les installations d'épuration biologique de l'eau d'égout, il est prévu en outre, conformément à l'invention, de déterminer la consommation en oxygène non seulement d'échantillons de boue activée mais nia ffi aussi d'échantillons de mélanges de boue activée et d'eau pure ainsi que de mélanges de boue activée et d'eau d'égout et d'amener chaque échantillon, avant chaque mesure, à une concentration en oxygène plus élevée. Les valeurs mesurées peuvent être employées en particulier pour une commande optimale de l'installationO Une mesure de la teneur en oxygène de liteau pure seule, préalablement aérée, est effectuée pour le contrdle de l'ensemble des appareils et pour la vérification du dispositif de mesure de oxygène au commencement de chaque cycle. Afin que soit assurée une concentration en oxygène suffisante dans les composantes boue activée, eau d'égout et eau pure, ces composantes sont aérées, avant le dosage et la mesure, dans des réservoirs séparés. Au moyen d'un dispositif de dosage, les composantes seules ou les composantes mélangées de la manière souhaitée sont refoulées dans le récipient de mesure, Les valeurs obtenues au moyen du dispositif de mesure sont enregistrées et (ou) amenées à un dispositif d'interpré station, La commande de l'ensemble de l'opération s'effectue automatiquement de sorte qu'est possible un contrôle permanent cyclique, c'est-à-dire semi-continu. De la consommation en oxygène de la boue activée seulement résulte suivant l'endroit du prélèvement et la charge préalable d.sns l'installation de boue activée, la respiration de travail ou ls respiration de base; à partir de la consommation en oxygène du mélange boue activée-eau pure, on peut faire la lecture d'une respiration dite "respiration sans charge" et à partir de la consommation en oxygène du mélange boue activée-eau#d'égout, on peut faire la lecture de la respiration sous charge de la boue activez Au moyen de mesures faites par oints, on peut exprimer les différentes consommations directement ou bien exprimer les différences de consommation sous la forme de valeurs numériques ou de représentations graphiques de sorte que l'état de l'eau d'égout ou de la boue peut être lu directement par exemple à l'aide de valeurs numériques0 En utilisant des transmetteurs de valeurs limites, on peut au moyen de ces valeurs commander l'amenée d'air de l'installation ou signaler des états extrêmes tels que, par exemple, des empoisonnements de l'eau d'égout Conformément à un développement du procédé suivant l'invention, on effectue la concentration des composantes de mesure en oxygène non en insufflant de l'air mais par addition de quantités appropriées d'eau oxygénées Pour la mise à exécution du procédé suivant l'invention, il est proposé une installation dans laquelle sont prévus des réservoirs pour les différentes composantes, des dispositifs pour l'amenée d'oxygène tout au moins dans les réservoirs pour la boue activée et dans les réservoirs pour l'eau d'égout, un dispositif de dosage et une cellule de mesure, et dans laquelle le dispositif de dosage et la cellule de mesure peuvent être reliés suivant les besoins avec les réservoirs et entre eux de telle manière que puissent être envoyés dans la cellule de mesure, par l'intermédiaire du dispositif de dosage, dans des proportions en volume choisies à l'avance, non seulement les différentes composantes, mais aussi des mélanges des composantes, Dans la cellule.de mesure, la teneur en oxygène dissous est déterminée au moyen d'un dispositif de mesure de l'oxygène (02) sur l'étendue d'un intervalle de temps déterminé et enregistrée au moyen d'un appareil enregistreur Après l'achèvement d'un cycle de mesure, l'ensemble des appareils est rincé et l'on procède au cycle de mesure suivant0 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et du dessin annexé dont la figure unique représente un exemple de réalisation de 1' invention L'installation se compose essentiellement des réservoirs pour l'eau pure aérée 1, pour la boue active 2 et pour l'eau d'égout 39 du dispositif de dosage 4, de la cellule de mesure 5, munie du détecteur 6 pour l'oxygène dissous, de ltenregistreur- 7 pour l'oxygène dissous, de l'appareil 8 d'interprétation et de l'élément de commande 9 qui commande l'ensemble de l'opération par l'intermédiaire àtun mécanisme programmateur Gn remplit les réservoirs pour les composantes de la mesure c'est-à-dire eau pure (dans des conditions appropriées eau de conduite), boue activée et eau d'égout dans les proportions indiquées par l'élément de commande jusqu'à ce que les indicateurs 10 de niveau de remplissage réglés pour des niveaux déterminés commutent la soupape magnétique 11 pour l'eau pure et les aiguillages 12 pour la boue activée ou l'eau d'égout0 Les trois composantes de la mesure sont aérées au moyen de buses 13 et la boue activée ainsi que l'eau d'égout sont en outre mélangées par les mélangeurs à hélice 14. h l'aide du dispositif de dosage 4, qui se compose de la burette à piston 15, du moteur d'entrat- nement 16 et des contacts 17, 18 et 19, les composantes de la mesure sont refoulées dans la cellule de mesure 5, ou bien non mélangées ou bien en tant que mélange avec proportions de mélange choisies à l'avance, par manoeuvre des soupapes correspondantes Par exemple, pour l'étalonnage du dispositif de mesure ó, on n'envoie dans la cellule de mesure 5 que de l'eau pure aérée A cet effet, on ouvre la soupape 2G et l'on met en marche le moteur 16 de la burette à piston 15 dont le piston se trouve dans sa position supérieure extrême, ce telle sorte que le piston se déplace vers le bas et que de l'eau pure est introduite dans la burette à piston quand la tige de piston commute le contact 19, le moteur s'arrête et la soupape 20 se ferme Ensuite, la soupape 23 s'ouvre et le moteur 10 est flips en fr.arche dans le sens de rotation contraire Lorsqu'est atteinte la position supérieure extrer;;e ou piston, le contact 18 met le moteur hors circuit et ferre la soupape 23 En même temps, le moteur 28 est mis en rarcne et la mesure de Oxygène dissous commence Pendant l'opération de dosage, on introduit dans la cellule de mesure suffisamment de liquide pour qu'une partie de celuisci s'écoule en passant par le trop-plein 29 et cela afin qu'on ait la certitude que la chambre de mesure est exempte de bulles d'air, que des bulles d'air ne puissent pas etre de nouveau introduites et qu'en raison de l'ouverture vers l'extérieur il ne puisse pas se produire de variation de pression dans la cellule de mesure0 Le dosage de la boue activée et le cas échéant le dosage de l'eau d'égout s'effectuent chacun pour soi de manière analogue mais alors les mélangeurs sont mis hors circuit avant le prélèvement afin qu'il n'y ait pas de bulles d'air qui soient poussées dans l'écoulement. Le dosage des mélanges est expliqué au moyen de l'exemple fourni par le mélange boue activée-eau d'égout0 Tout d'abord, on arrête le mélangeur 14 du réservoir 3, on ouvre la soupape 22 et l'on met en marche le moteur 16 d'une manière telle que lteau~d'égout est introduite dans la burette à piston0 Quand la tige de piston atteint le contact la > le moteur 16 est arrdtéS la soupape 22 se ferme, la soupape 21 stouvre, le mélangeur du réservoir 3 est mis en circuit, le mélangeur du réservoir 2 est mis hors circuit et le moteur 16 est mis de nouveau en marche dans le même sens de rotation0 Après que le contact 19 est atteint, le moteur 16 est mis hors circuits la soupape 21 se ferme, la soupape 23 s'ouvre et le moteur 16 est mis en marche dans le sens contraire Dès que le contact 17 est actionné, le moteur 16 est mis hors circuit, la soupape 23 se ferme, le mélangeur est mis en circuit et oxygène dissous est mesuré au moyen du dispositif de mesure 6o Les mesures concernant les autres mélanges sont exécutées d'une manière analogue Le rapport de mélange est réglé au moyen du contact 186 Après chaque mesure, on vide la cellule de mesure par l'intermédiaire de la soupape 24 Après l'achèvement d'un cycle de mesure, ctest-à-dire après la mesure des différentes composantes individuelles et des mélanges prévus, on procède au rinçage de l'ensemble des appareils0 A cet effet, on vide tout d'abord les réservoirs 2.et 3.par l'intermédiaire des soupapes 21J 2Z et 27 puis on ouvre les soupapes 23 et 32S les soupapes 21 et 22 demeurant ouvertes) et l'on met en marche le moteur xó;; de ce fait, de l'eau de conduite s'écoule à travers les réservoirs 2 et 3 et à travers la cellule de mesure 5. Cette eau s'écoule à partir d'en bas et passe à travers les trop-pleins 29 et 300 En même temps, la burette à piston est remplie et vidée de nouveau0 Après cette première opération de rinçage, on vide de nouveau les réservoirs 2, 3 et 5 par l'intermédiaire des soupapes 21, 22, 23, 24 et 27 et l'on procède à un rinçage final des réservoirs 2 et 3 par l'intermédiaire des pulvérisateurs 31 et en ouvrant les soupapes 25 et 26, les soupapes 21, 22 et 27 demeurant fermées0 Après la fermeture des soupapes 25 et 26, les soupapes 21, 22 et 27 demeurent ouvertes jusqu'à complète. évacuation de l'eau de rinçage. le nouveau cycle de mesure est amorcé par commutation des aiguillages à eau 12 : de la boue activée ou de l'eau d'égout s'écoule dans les réservoirs jusqu'à ce que les aiguillages 12 soient ramenés en arrière par les jauges de niveau 10. le réservoir 1 qui contient de l'eau pure est rempli pendant le cycle de mesure et il est lavé seulement à la main à des intervalles de quelques jours0 L'oxygène dissous est mesuré par l'intermédiaire du dispositif de mesure 6 et il est enregistré au moyen de ltenregistreur 70 L'interprétation peut être Laite alors à l'aide de la bande enregistrée.La consommation en oxygène peut être imprimée en tant que pente de la ligne enregistrée et exprimée en mg par unité de temps0 Dans des conditions normales', la consommation rapportée au temps de mesure varie linéairement et c'est seulement dans le cas de perturbations particulières que cette variation n'est pas linéaire0 Cette circonstance peut être utilisée à des fins de contrôlez Dans un processus~ normal, la valeur réciproque de la consommation peut entre enregistrée facilement du fait qu'un premier commutateur de valeur limite, pour une teneur déterminée en oxygène dissous, met en marche un compteur horaire et qu'un second commutateur de valeur limite, dui fonctionne pour une teneur plus faible en oxygène, arrête de nouveau ce compteur horaire0 le temps déterminé de cette manière peut être exprimé à l'aide d'une imprimeuse 8. La dimension de la valeur imprimée est pour une différence de valeur limite de x mg 02/1 et un temps de mesure de y mino min mg 02/1 x mgO2/1 ou après transformation x min ou x/ y mg 02/l,minO Il est bien évident qu'au lieu de boue activée et d'eau d'égout on peut employer aussi un mélange de boue activée et de substrat, avec cette précision qu'il -faut entendre sous la désignation de substrat par exemple des aliments spéciaux ajoutés à l'eau d'égout pour les microorganismes. Le dispositif de mesure peut connu conçu d'une manière telle que la vitesse de consommation soit enregistrée directement en tant que valeur mesurée. De ce fait, une conversion est superflues En outre, on peut régler des valeurs limites servant au dégagement de l'urine ou à la commande de l'amenée d'air-dans l'installation de clarification0 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention0 R E V E N D I C A T I O N S 10) Procédé pour la détermination de l'influence de l'eau d'égout et de la boue activée sur les besoins en oxygène des installations biologiques de clarification, procédé caractérisé en ce qu'on augmente la concentration en oxygène de l'échantillon avant de procéder à la mesure de la consommation d'oxygène d'échantillons d'eau d'égout, de boue activée, ou de mélanges de ces deux composantes. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine la consommation en oxygène non seulement d'échantillons de boue activée mais aussi de manges de boue activée et dseau pure ainsi qae de boue activée et d'eau d'égout , en ce que, pour chaque mesure, l'échantillon étudié est amené par introduction d'oxygène à une concentration en oxygène plus élevée s'approchant de préférence de la valeur. de saturation et en ce que les valeurs mesurées sont utilisées pour une commande optimale de 1'installationO 30) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction d'oxygène dans les échantillons est effectuée d'une manière connue en soi par agitation, 40) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction d'oxygène est obtenue par addition d'eau oxygénée. 50) Installation pour la mise en# oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des réservoirs pour les différentes composantes (par exemple boue activée, eau pure, - eau d'égout), des moyens pour l'amenée d'oxygène tout au moins dans les réservoirs pour la boue activée et pour l'eau d'égout, un dispositif de dosage et une cellule de mesure, le dispositif de dosage et la cellule de mesure pouvant être reliés suivant les besoins avec les réservoirs et entre eux d'une manière telle que non seulement les différentes composantes mais aussi des mélanges des composantes puissent être envoyés dans la cellule de mesure par l'intermédiaire du dispositif de dosage dans des proportions volumétriques présélectées,