Brevet FR2158472A1 — publié le 19730615

L'invention concerne l'épuration biochimique des eaux résiduaires, en particulier de celles provenant des établissements de lavage de laine. Les eaux résiduaires, polluées par suite de leur utilisation dans l'industrie, les ménages, etc., contiennent d'habitude une grande quantité d'impuretés grosses et fines en suspension et de corps dissous d'origine organique et inorganique, qu'il faut éliminer pour ne pas troubler le pouvoir d'épuration naturelle de l'eau superficielle dans laquelle les eaux résiduaires sont évacuées. Parmi les modes d'épuration des eaux résiduaires fortement polluées, c'est l'épuration chimique, c'est-à-dire la clarification, qui trouve une application de plus en plus vaste.Ce procédé consiste en l'addition de précipitants, tels que les sels d'aluminium, ferriques, ferreux et calciques, dont l'effet est dû à la formation hydrolytique de flocons d'hydroxydes afférents, qui portent une charge électrique au stade colloïdal et attirent les particules d'impuretés colloidales à charge opposée et les agglomèrent finalement en flocons à sédimentation relativement bonne, qui absorbent d'autres impuretés. L'inconvénient de ce procédé d'épuration des eaux résiduaires, relativement simple, réside en la difficulté de débarrasser les boues séparées qui sont très légères et aqueuses. Le vieillissement n'apporte pas une diminution notable de la teneur de ces boues en eau, et leur stockage est relativement onéreux. La déshydratation des boues par filtration est difficile, non rentable et nécessite un travail très pénible. L'épaississement des boues par essorage ne résoud pas non plus ce problème avec succès, vu les difficultés dues à la consistance des boues qu'il faut porter à une température élevée avant l'essorage et, même après l'essorage2 elles demeurent à l'état liquide.Leur épaississement ultérieur par clarification répétée n'apporte pas l'effet désiréo Un autre inconvénient de ce mode d'épuration consiste en le fait que les eaux résiduaires très polluées ne se prêtent pas dans certains cas à cette épuration, même par addition de grandes doses de précipitants. Il s'agit notamment des eaux résiduaires provenant du dégraissage de la laine brute, dont le rendement après le dégraissage est de 40 à 60 %, et puis des eaux résiduaires partiellement putréfiées, contenant une part importante de boues fines en suspension. Le but de l'invention est de mettre au point un tel procédé d'épuration des eaux résiduaires qui éliminerait, dans la plus large mesure possible, les inconvénients survenant dans ltépuration chimique par exemple des eaux résiduaires provenant du dégraissage de la laine brute, qui serait simple, n'augmenterait pas - autant que possible les frais d'épuration, serait applicable aux installations d'épuration existantes et conviendrait même à ltépu- ration d'autres types d'eaux résiduaires A cet effet, l'invention concerne un procédé d'épuration biochimique des eaux résiduaires, en particulier de celles provenant des établissements de lavage de laine, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont, dans la première phase de l'épuration, soumises à une décomposition anaérobie donnant lieu à la formation de H2S, et cela en présence des corps réagissant sur H20, produisant des sulfures insolubles, ces eaux étant chimiquement clarifiées et les boues produites séparées dans la seconde phase. Dans la première phase d'épuration de l'eau résiduaire, la décomposition anaérobie provoque la dég-radation des impuretés organiques et partiellement des impuretés inorganiques, formant simultanément des précipités - flocons (ci-après seulement flocons) qui fixent d'autres impuretés, ce qui permet de réduire sensiblement la teneur en impuretés et leur oxydabilité dans l'eau résiduaire dès cette phase de l'épuration. Ces flocons sont formés en majeure partie de composés de sulfure insolubles, dont la polymérisation minérale forme des macro-molécules complexes.A la différence des flocons qui se forment lors de l'épuration chimique habituelle, les différentes particules des flocons ainsi produits ne sont pas unies seulement par les forces ae Van der Waals, mais aussi par des forces de type plus élevé, telles que les forces polaires et les ponts hydrogènes, de sorte qu'elles résistent mieux aux effets de l'effort mécanique. Par conséquent, ces flocons sont plus volumineux, leur sédimentation est plus facile et ils se prêtent mieux à la filtration et à l?essorage. Pour obtenir les conditions optimales pour le procédé de décomposition anaérobie de l'eau résiduaire dans la première phase de l'épuration, il est avantageux que le pH de l'eau résiduaire soit maintenu dans les limites de 7,5 - 10, de préférence de 7,5 - 8,5, que la quantité des corps constituant les sulfures insolubles, convertie en Fe , soit au moins de 0,01 à 1 % en poids de la quantité des eaux amenées, et que la quantité des composés du soufre, soumis à la réduction donnant lieu à la naissance de H2S, convertie en S04--, soit au moins de 0,5 - 2 % en poids de la quantité des eaux amenées, et à ce que la décomposition anaérobie ait lieu à des températures variant dans les limites de 15 - 450 C. Pour obtenir un raccourcissement du temps nécessaire à l'épuration efficace conçue selon l'invention, il est avantageux que la décomposition anaérobie donnant lieu à la formation de H2S soit accélérée par l'introduction de bactéries genre desulfovibric species ou desulfotomacolum species dans l'eau résiduaire. Il est avantageux, du point de vue de l'économie de fonctionnement, qu'au moins une partie des corps soumis à la décomposition anaérobie donnant lieu à la formation de H2S et des corps réagissant sur H23 produisant des sulfures insolubles soit contenue dans l'eau résiduaire ou qu'elle soit additionnée aux eaux résiduaires contenant ces corps, ou bien - ce qui est particulièrement avantageux du point de vue de l'activation de la décomposition anaérobie - que ces corps soient additionnés aux boues séparées après la clarification chimique dans la seconde phase de ltépuration des eaux résiduaires. Il est également avantageux, pour des raisons de service, d'ajouter les précipitants utilisés pour la clarification des eaux aux corps se décomposant et donnant lieu à la formation de H2S et aux corps réagissant sur H2S et donnant lieu à la formation des sulfures dans l'eau résiduaire et, du point de vue du prix des précipitants, il est particulièrement avantageux d'utiliser du vitriol vert ou de la chaux. D'autres avantages du procédé d'épuration des eaux résiduaires conçu d'après l'invention consistent en ce que ce procédé est applicable aux instal lations d'épuration existantes, et la qualité d'épuration est meilleure, la consommation des précipitants étant égale pour les eaux résiduaires comparables, et également en ce que, pour les installations utilisant des essoreuses pour la séparation des boues, le rendement des essoreuses peut augmenter de 80 go, les boues étant suffisamment épaissies. Les autres avantages du mode d'épuration des eaux résiduaires conçu d'après l'invention ressortiront de la description non limitative suivante. Dans la première phase de ltépu- ration, les eaux résiduaires se concentrent dans un bassin collecteur et selon les résultats de l'analyse chimique on procède au réglage de la valeur du pH, de la quantité des composés du soufre organiques et inorganiques susceptibles de réduction et donnant lieu à la formation de H2S et de la quantité des corps réagissant sur H23 et produisant des sulfures insolubles.Pour que la décomposition anaérobie soit efficace, il convient que la concentration des corps, dont la réaction sur H2S produit dans l'eau résiduaire des sulfures insolubles, c'est-à-dire par la combinaison de Fe# éventuellement Zn++, Mu++, Cu+, Sn++, Bi+++, Ni , etc., convertie en Fe , varie dans les limites de 0,01 à 1 % en poids de la concentration des composés du soufre soumis à la réduction donnant lieu à la formation de H2S, telss que les sulfites, hyposulfites et composés du soufre organiques, et que celle des sulfures, convertie en S04--, varie dans les limites de 0,1 à 2 % en poids et la valeur pH dans les limites de 7,5 à 10. Les corps mentionnés s'additionnent dans l'eau résiduaire aux corps analogues que celle-ci contient déjà, sous forme de précipitants utilisés pour la clarification, ou aux boues séparées après la seconde phase de l'épuration, tant que ceux-ci sont disponibles. L'eau ainsi traitée est soumise, dans le bassin collecteur, à la décomposition anaérobie à la température de 30 à 400, qui est entretenue par la température de l'eau amenée, par le chauffage éventuel du bassin, mais surtout par la chaleur dégagée pendant la décomposition anaérobie Si l'eau dans le bassin collecteur n'a pas subi la décomposition anaérobie il est convenable d'accélérer celle-ci par introduction de bactéries réduisant les composés du soufre et donnant lieu à la formation de H2S, telles que les bactéries de sulfovibrio species, desulfotomaculum species, etc. Dans un milieu basique, le H2S se formant par décomposition anaérobie réagit sur Fett éventuellement sur les autres composés métalliques présents, produisant des sulfures insolubles ou des sulfures réduits, donnant lieu à la formation de flocons qui ont un grand pouvoir de fixer les impuretés. Les flocons, se formant dans cette phase de l'épuration pour la plupart par polymérisation inorganique des sulfures, croissent rapidement de sorte que leur sédimentation est bonne. Avec les impuretés fixées et avec les autres sédiments dtimpuretés, ces flocons constituent au fond du bassin collecteur la boue qu'il faut régulièrement ramasser et accumuler.A peu près après un délai de 5 jours, en fonction du processus de décomposition anaérobie dans le bassin collecteur, cette phase de l'épuration des eaux résiduaires est en substance terminée et l'eau résiduaire ainsi que la boue accumulée sont soumises à la seconde phase de l'épuration chimique. Il est à noter à cette occasion qu'une interruption du prélèvement et de l'alimentation du bassin collecteur en eaux résiduaires n'entravent aucunement le processus de la décomposition anaérobie dans le bassin collecteur, car après la reprise de l'alimentation en eau résiduaire, la décomposition anaérobie redémarre immédiatement. Après avoir rempli le réacteur dans lequel s'exécute la seconde phase de l'épuration, chauffé son contenu et, sous agitation constante, introduit les précipitants, selon l'analyse de l'échantillon d'épuration de laboratoire, par exemple de la chaux en quantité de 10 à 20 g par litre d'eau résiduaire et du vitriol vert en quantité de 15 à 30 g par litre d'eau résiduaire.Comme précipitants, il est possible d'utiliser aussi, bien entendu, la quantité équivalente d'hydrate de chaux, de chlorure de calcium, d' hydroxydes d'alcalinoterreux ou d'autres composés de métaux légers utilisés pour l'épuration chimique. Les gros flocons qui se forment dans le réacteur par agitation se déposent rapidement. Tant que le pourcentage de poids du résidu sec dans l'eau résiduaire, dans cette phase de l'épuration, est inférieur à 5 /% du poids de l'eau résiduaire, il faut laisser les flocons se déposer et vidanger avec précautions l'eau résiduaire épurée, dont l'aspect ne diffère nullement de l'eau industrielle courante, de la partie supérieure du réacteur. Les boues légères, situées dans la partie inférieure des réacteurs, sont à filtrer ou à essorer. Si le résidu sec représente plus de 5 Sb du poids de l'eau résiduaire, le contenu entier du clarificateur est à filtrer ou préférablement à essorer, et cela en deux stades.La première étape d'essorage permet d'habitude de séparer de 70 à 80 % de boues, ce qui est un pourcentage sensiblement plus élevé qu'en cas d'épuration chimique courante des eaux résiduaires, la boue étant épaissie de 40 à 50 5 de résidu sec et évacuée directement sur le stock sans nécessiter aucun traitement ultérieur. L'eau débarrassée de la boue grossière par essorage dans le premier degré est à essorer de nouveau dans le second degré, puis à évacuer dans un cours d'eau, ou à traiter dans la station d'épuration de ville, etc. La boue séparée dans le second degré est retournée dans le bassin collecteur, ce qui permet d'exploiter parfaitement son pouvoir d'activer la décomposition anaérobie. Elle complète le contenu des corps nécessaires à la décomposition anaérobie efficace, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de les ajouter à l'eau résiduaire sous une autre forme, et ses particules constituent en même temps les noyaux de base pour la formation de flocons à très bonne sédimentation dans la première phase de l'épuration. En outre, les boues, légères à ltorigine, s'épaississent. Comme il a été déjà dit, le mode d'épuration des eaux résiduaires selon l'invention peut être exécuté sur les installations d'épuration existantes, dont l'une des plus fréquentes est représentée schématiquement sur le dessin annexé et décrite ci-après. L'installation se compose d'un bassin collecteur 1, d'un collecteur de boues 2, d'un couple de clarificateurs 3, 4 et de deux essoreuses 5, 6. Le bassin collecteur 1 est de forme oblongue et il reçoit le tuyau 7 pour l'amenée des eaux résiduaires et le tuyau 8 pour l'alimentation en produits chimiques, débouchant dans l'une des parois plus minces. Le prélèvement des eaux résiduaires a lieu à partir de la paroi opposée du bassin, au moyen du tuyau 9 débouchant dans le couple de clarificateurs 3, 4, disposés parallèlement, dont l'alimentation en produits chimiques est réalisée à l'aide du tuyau 18; les clarificateurs 3, 4 sont branchés, par le tuyau 10, à la première du couple des essoreuses 5, 6, réunies réciproquement par le tuyau 11 qui transporte les eaux résiduaires de la première essoreuse 5 vers la seconde essoreuse 6, d'où elles sont évacuées par le tuyau 17. Les boues essorées sont évacuées des essoreuses 5, 6 par deux tuyaux. Le tuyau 12 emmène les boues de la première essoreuse et il débouche au-dessus d'un transporteur convenable, alors que les boues de la seconde essoreuse sont emmenées par le tuyau 14 raccordé à la soupape de purge, non représentée, de la seconde essoreuse 6. Le tuyau 14 débouche dans la même partie du bassin collecteur que les tuyaux 7 et 8. Etant dnné que la plus grande quantité des boues se dépose dans la partie du bassin 1 qui reçoit les tuyaux 7 et 14, cette partie est la plus profonde et elle reçoit encore le tuyau 15 qui transporte les boues dans le collecteur 2, celui-ci étant raccordé par l'intermédiaire du tuyau 16 au tuyau 9, menant vers les clarificateurs 3, 4. Le transvasement des eaux sur cette installation est forcé et il est réalisé à l'aide des pompes qui ne sont pas représentées, de même que la robinetterie afférente et les dispositifs auxiliaires courants. L'épuration des eaux résiduaires, provenant par exemple d'un établissement de lavage de la laine brute, s'effectue sur cette installation comme suit Après avoir passé par le dégraisseur de laine, les eaux résiduaires présentent la composition suivante en fonction de la sorte de laine dégraissée pH ~ 8,3 à 9,7 résidu sec .............................. 39,2 à 26,3 g ensemble de la graisse + lanoline ....... 4,5 à 20,0 g/l consommation biologique d'oxygène ....... 12,5 à 15,1 g/l dégraissants ........... ........... 0,2 à 1 g/l Les eaux résiduaires, chauffées à la température de 40 à 700C lors du processus précédent, sont amenées dans le bassin collecteur par le tuyau 7.Tant que l'installation est mise en oeuvre, on ajoute aux eaux résiduaires dans le bassin collecteur 1, par le tuyau 8, du vitriol vert en quantité Fe S04 variant dans les limites de 0,01 - 1 du pourcentage de poids des eaux résiduaires amenées, des doses moins importantes étant additionnées aux eaux résiduaires moins polluées. En même temps, on procède à l'activation du processus anaérobie dans la première phase de l'épuration en introduisant des bactéries genre desulfovibrio species et desulfotomaculum species aux eaux résiduaires concentrées dans le bassin. Il faut compter que ce traitement demandera au moins 5 jours avant que la première phase de l'épuration ne commence à se dérouler efficacement. Seule une partie de Fe S04, augmentant progressivement, participe à la décomposition anaérobie au cours de ce temps.Le reste se sépare par précipitation comme dans l'épuration chimique habituelle. Dès que le bassin collecteur est rempli, l'eau commence à passer par le tuyau 9 vers les clarificateurs 3, 4. Simultanément, les boues sont transvasées du collecteur 2 dans les clarificateurs 3, 4. Ces boues sont amassées régulièrement dans le bassin collecteur 1, puis évacuées par le tuyau 15 dans le collecteur 2, d'où elles passent par le tuyau 16 dans les clarificateurs 3, 4. Dès que les clarificateurs 3, 4 sont pleins, le mélange des boues et eaux résiduaires se chauffe à 60 - 800 et le tuyau 18 y amène de la chaux sous agitation constante, en quantité de 10 à 20 g/l d'eau résiduaire et de Fe S04 . 7 H20 en quantité de 15 à 30 g/l d'eau résiduaire. Après floculation, l'eau est transvasée des clarificateurs 3, 4 dans la première essoreuse 5, d'où la boue essorée est évacuée continuellement par le tuyau 12 sur le transporteur 13.L'eau essorée est transportée par le tuyau 11 dans la seconde essoreuse 6, d'où elle est évacuée, après essorage, dans un cours d'eau ou vers un traitement ultérieur. Les boues séparées dans l'essoreuse 6 sont très fines et légères et elles sont emmenées par le tuyau 14 de retour dans le bassin collecteur 1. Vu qu'elles contiennent des composés de Fe et Fe en quantité de 2 - 10 v 1, de na ++ en quantité de 1 - 5 g/l et de S04 - de 2 - 17 girl, l'alimentation correspondante en Fe S04 . 7 H20 est limitée en fonction de la quantité des boues amenée dans le bassin col- lecteur. Le procédé conçu selon l'invention peut être appliqué en principe à l'épuration de n'importe quelles eaux résiduaires, provenant par exemple des salles de lavage textiles, des ateliers de carbonisage de la laine, des teintureries, des usines de l'industrie alimentaire, etc., qui déjà par leur teneur en impuretés organiques et inorganiques contribuent au déroulement efficace de la décomposition anaérobie dans la première phase de l'épuration. REVENDICATIONS 10) Procédé d'épuration biochimique des eaux résiduaires, en particulier de celles provenant des établissements de lavage de laine, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont, dans la première phase de l'épuration, soumises à une décomposition anaérobie donnant lieu à la formation de H2S, et cela en présence des corps réagissant sur H20, produisant des sulfures insolubles, ces eaux étant chimiquement clarifiées et les boues produites séparées dans la seconde phase. 2 ) Procédé d'épuration biochimique des eaux résiduaires suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pH des eaux résiduaires entrant dans la première phase d'épuration varie dans les limites de 7,5 à 10,0 et est maintenu à ce niveau. 30) Procédé d'épuration biochimique des eaux résiduaires suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité des corps qui se décomposent lors de la décomposition anaérobie donnant lieu à la for mation de H2S, convertie en S04 , représente au moins à 0,5 % en poids des eaux résiduaires amenées dans la première phase de l'épuration. 40) Procédé d'épuration biochimique des eaux résiduaires suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité des corps qui réagissent sur H2S en donnant lieu à la formation de sulfures insolubles, convertie en Fe++, constitue au moins 0,01 % en poids de la première phase d'épuration de l'eau résiduaire. 50) Procédé d'épuration biochimique des eaux résiduaires suivant l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie des corps soumis à la décomposition anaérobie donnant lieu à la formation de HZS et des corps réagissant sur H2S, produisant des sulfures insolubles, est additionnée à l'eau résiduaire et mélangée à l'eau résiduaire contenant ces corps. 60) Procédé biochimique d'épuration des eaux résiduaires suivant l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la quantité des corps soumis à la décomposition donnant lieu à la formation de H2S et des corps formant avec H2S des sulfures insolubles est additionnée à l'eau résiduaire sous forme de boues séparées après la clarification chimique de l'eau résiduaire dans la seconde phase de l'épuration. 70) Procédé biochimique d'épuration des eaux résiduaires suivant l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la quantité des corps soumis à la décomposition donnant lieu à la formation de H2S et des corps réagissant sur HZS et donnant lieu à la formation de sulfures insolubles est additionnée sous forme de précipitants utilisés pour l'épuration des eaux résiduaires dans la seconde phase d'épuration. 80) Procédé biochimique d'épuration des eaux résiduaires suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que comme précipitants on utilise Fe S04 . 7 H20 et CaG. 90) Procédé d'épuration des eaux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température des eaux résiduaires lors de la décomposition anaérobie dans la première phase d'épuration est maintenue dans les limites de 15 à 450 C. 10) Procédé d'épuration des eaux suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la décomposition anaérobie est activée par l'introduction dans les eaux résiduaires de bactéries réduisant les composés du soufre et donnant lieu à la formation de H2S, par exemple les bactéries genre desulfovibrio species ou desulfotomacolum species. 1101 Installation pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1, composée d'un bassin collecteur et d'au moins un clarificateur et de deux essoreuses, caractérisée en ce que la soupape de purge de la seconde essoreuse est raccordée au bassin collecteur par l'intermédiaire d'un conduit.