Brevet FR2175897A1 — publié le 19731026

La présente invention concerne un procédé et un appareil perfectionné pour le traitement de boues activées permettant d'améliorer considérablement le rendement des procédés d'élimination des boues activées. On sait que le traitement des eaux résiduaires par un procédé à boue activée est connu et largement utilisé, surtout en tant que traitement secondaire. Selon les procédés connus, d'après ltart antérieur; les systèmes de traitement produisent en fait de la boue. En effet, la quantité de boue activée augmente et pour que le système reste équilibré, une quantité de boue égale à celle qui s'est formée doit autre évacuée et éliminée. L'élimination des déchets de boue pose des problèmes importants et conduit à des dépenses relativement élevées. L'installation d'un traitement des eaux résiduaires entraîne d'importants amoncellements de déchets de boue. Au coOt élevé de l'équipement et de la surface de terrain nécessaire, se superposent des problèmes d'environnement concernant les servitudes occasionnés par l'odeur et les problèmes sanitaires. Actuellement, un des moyens utilisé pour éliminer les boues activées consiste dans l'évacuation périodique des déchets de boue du circuit et dans leur mise dans un vase de digestion" où l'air est injecté, mais seulement à taux fixé d'environ à environ 1/2 à i unité par million d'unités d'oxygène dissous. En conséquence, les "vases de digestion" actuellement connus laissent intacts environ 65 à 70 % des éléments solides volatils en suspension dans les déchets de boue. En outre, les "vases de digestion" utilisés sont de très vastes cuves, meme lorsque l'usine de traitement est petite, ce qui implique une dépense élevée en capital et l'utilisation de terrains de grande surface.Après le processus de digestion, les déchets de boue qui présentent une forte affinité avec l'eau, doivent entre séparés de celle-ci. Un des procédés de séparation de liteau communément mis en oeuvre, consiste dans l'emploi de lits de filtrage. En raison de la grande quantité d'élémentssolides volatils en suspension restant encore dans les déchets de boue, le système d'évacuation des eaux résiduaires doit utiliser des lits de filtrage de grande surface, d'un prix de revient élevé et nécessitant l'utilisation d'un terrain de grande surface car les éléments volatils en suspension dégagent une odeur et attirent les mouches.Ces problèmes continuent à se poser dans la technique du traitement des eaux résiduaires malgré les améliorations techniques apportées et meme lorsque plus de la moitié du coflt de l'installation d'un traitement des eaux résiduaires par la boue activée est consacré au traitement et à l'élimination des déchets de boue activée. Le procédé faisant l'objet de la présente invention, résoud une grande partie des problèmes rencontres actuellement dans la technique du traitement des déchets de boue activée. I1 résoud ces problèmes en réduisant la teneur des solides volatils en suspension d'environ 85 à 95 % et il réduit la quantité d'oxygène chimique nécessaire à peu près dans les mimes proportions, tout en produisant une boue facilement séparable de l'eau. La taille de l'appareil selon l'invention, est de moins dix fois plus petite que celle d'un appareil utilisé dans une installation conventionelle pour traiter la meme quantité de déchets de boue activée. Une oxydation rapide et presque complète des déchets de boue activée est obtenue en introduisant en quantité suffisante un gaz riche en oxygène, de l'air par exemple, dans la boue activée sous traitement, pour sursaturer la solution en oxygène. Selon la température, la quantité d'oxygène pourrait s'élever de 6 à 12 unités par million d'unités d'oxygène dissous. Cette oxydation rapide est obtenue dans un circuit fermé qui comprend une cuve à oxydation assurant un temps de rétenw tion convenable de la boue pendant le traitement d'oxydation. La boue circule continuellement dans le circuit et une fois traitée elle peut être stabilisée, par exemple dans une cuve de sédimentation. La boue stabilisée est évacuée par des purges périodiques effectuées dans la cuve de sédimentation. L'appareil correspondant à cette invention comprend également un dispositif pour injecter de l'air dans le circuit principal par induction ou par pression posiez tive, une cuve à oxydation avec un dispositif destiné à faciliter la circulation de l'air, une cuve de sédimentation ou des cuves en séries ou en parallèles reliées à la cuve à oxydation, et des moyens pour faire circuler la boue activée pendant son traitement dans le circuit principal et les circuits secondaires. La présente invention sera mieux comprise en se rapportant à la description de deux exemples de réalisation décrits en référence à la figure a qui est un diagramme illustrant le schéma des courants circulant dans l'appareil mettant en oeuvre le procédé de cette invention, - la figure 2 qui est un diagramme illustrant le schéma des courants circulant dans un autre appareil mettant en oeuvre le m8me procédé. Selon la figure i, le diagramme des courants, représentant un aspect possible de l'appareil correspondant à cette invention, montre un conduit d'arrivée 10 aboutissant à une cuve d'arrivée 12. La boue activée qui doit entre éliminée circule dans ce conduit puis dans la cuve 12. Une pompe d'alimentation 14 aspire la boue activée qui doit entre extraite de la cuve d'arrivée 12 par le conduit 16, commandé par la vanne 18; et la dirige gr ce au conduit 20, commandé par la vanne 22, dans un conduit principal 24. Le circuit principal est un circuit fermé étanche qui permet de faire circuler les déchets de boue activée et de les oxyder aussi rapidement et com plètement que possible. Le circuit principal comprend une pompe principale 26 alimentant une cuve à oxydation 34 à travers le conduit 28 commandé par la vanne 30, grâce à un procédé à induction d'air 32. Un gaz riche en oxygène, l1air de l'atmosphère par exemple est admis à partir d'une prise d'air 36 Jusqu'à l'aval d'un orifice, un venturi, situé à l'intérieur du dispositif d'induction d'air 32 pour aspirer l'air qui doit oxyder la boue activée et plus particulièrement les composés volatils des solides en suspension qui y sont contenus. A partir de la cuve à oxydation, la boue activee circule à nouveau dans le conduit 38 à travers les vannes 40 et 42 jusqusà son entrée dans la pompe principale 26. La cuve à oxydation 34 est une cuve simple sans dispositif interne, sans chicane ni tamis dont dont la capacité permet de retenir la boue activée le temps nécessaire à la saturation complète par l'oxygène. Un temps de rétention minimal d'au moins 30 minutes est souhaitable~. La quantité d'air qui est aspirée par le procédé à induction d'air 32, ou bien injectée à partir d'une source d'air comprimé, est suffisante pour pro duire une solution saturée d'oxygène dissous dans la cuve à oxydation. La teneur en oxygène dissous peut varier de 6 à 12 unités par million d'unités suivant la température de la solution. La cuve à oxydation comprend une prise dSair 44 avec une vanne 46 et une jauge de pression 48. La pression dans la cuve à oxydation doit juste entre suffisante pour permettre le transfert du liquide aux autres cuves, telles -que les cuves de sédimentation. Le conduit de la prise d'air 44 a pour rôle d'évacuer excès d'air ou d'oxygène induit ou injecté dans le système. La solution oxydée des déchets de boue activée est évacuée par le fond de la cuve à oxydation 34 dans le conduit de décharge 50 par une vanne 52 dans les cuves de sédimentation 58 et 60 commandées par les vannes 54 et 56. La cuve de sédimentation 58 a un filtre 62 proche de la surface du liquide qui filtre le fluide relativement clair qui sort par le conduit 64 et qui est évacué au moyen de la vanne 66. Suivant le choix, le fluide sortant peut entre dirigé dans la cuve de sédimentation 60 puis dans le conduit 68 grâce à la commande de la vanne 70, dans ce cas, les cuves de sédimentation seraient disposées en séries, la vanne 56 étant fermée. La cuve de sédimentation 60 comprend une chicane 72 et une paire de filtres 74 et 76 proches de la surface dont le rible est d'évacuer le fluide sortant dans les conduits 78 et 80. Les solides volatils oxydés en suspension dans la boue activée se déposeront généralement au fond des cuves de sédimentation et devront être périodiquement retirés, par exemple, par des purges périodiques. Chaque cuve de sédimentation est équipée d'un dispositif de purge comprenant un conduit d'échappement 82 et une vanne de purge 84 pour la cuve de sédimentation 58, un conduit d'échappement 86 et une vanne de purge 88 pour la cuve de sédimentation 60. Lorsque le procédé selon cette invention est réalisé en utilisant l'appareil décrit à la figure 1, les déchets de boue activée qui ont à l'arrivée une forte affinité avec l'eau, s'écoulent dans la cuve d'arrivée 12 qui alimente le conduit principal 24 grâce à la pompe d'alimentation 14. La pompe principale 26 fait de nouveau circuler -la solution le long du conduit principal. Le dispositif à induction d'air 32 introduit suffisament d'air pour sursaturer la solution en oxygènedissous; ce qui à son tour donne lieu à une oxydation rapide des solides volatils en suspension et réduit fortement la quantité d'oxygène chimique nécessaire. La cuve à oxydation 34 est construite de façon à permettre un temps de rétention d'au moins trente minutes et le dispositif à induction d'air est construit de façon à produire au moins suffisament d'air pour permettre la sursaturation de la solution quelle que soit la teneur en produits solides. A partir de la cuve à oxydation 34, les déchets de boue sont transférés (par la faible surpression de la cuve à oxydation) dans les cuves de sédimentation se et 60 reliées soit en séries soit en parallèles, suivant le choix. Alternativement, si les cuves de sédimentation étaient à un niveau inférieur, le transfert pourrait se faire par gravité auquel cas il ne serait pas nécest saire que la cuve à oxydation soit mise sous pression. Les solides stabilisés tla matière accumulée inerte et non réductible, par exemple, les matières cellulosiques) dans les cuves de sédimentation 58 et 60 sont périodiquement évacués par purges sous l'action des vannes 84 et 86. Le cycle de purges peut entre commandé automatiquement par des horloges ou par une appréciation du fluide sortant, entrainant le fonctionnement de la purge lorsque les solides en suspension augmentent au-delà de la quantité désirée. L'exemple suivant, non limitatif de l'invention, a été testée dans une petite installation de traitement des eaux résiduaires utilisant le procédé de traitement des eaux résiduaires par boue activée. L'établissement traitait environ 1 500 000 litres par jour d'eaux résiduaires et créait environ 350 kg de solides de boue résiduaire qui devaient être éliminées dans environ 95 000 litres d'eau par jour selon un programme d'élimination particulier. Le programme d'élimination comprenait l'évacuation de l'excès de boue activée dans un "vase de digestion" et ensuite un assèchement de la boue sur des lits de filtrage. Le procédé actuel qui consiste à utiliser un petit appareil semblable à celui décrit figure 1, avec une cuve à oxydation d'une capacité de 225 litres, une injection de 8 litres par minute de déchets de boue activée en solution et un temps de rétention de 30 minutes, a produit les résultats suivants en réduisant le total des lolides en suspension tT SS3, les solides volatiles en suspension CSV S), la quantité d'oxygène chimique (00 C) et la quantité d'oxygène bio-chimique tQo B ] à des instants différents TSS/inf TSS/eff % de red. SVS/inf SVS/eff % de red. 800 98 88 540 78 86 1700 130 92 1400 106 92 1500 182 87 1200 146 87 1400 114 91 1100 76 93 1500 88 94 1200 76 93 1300 122 90 1100 98 91 40C/inf OOC/eff % de red. 006/inf 008/off ~r % de red. 1128 128 89 2407 173 93 2510 192 92 2038 312 84 2534 208 92 545 75- 86 539 114 '- 78 La figure 2 montre un autre appareil utilisable pour la réalisation du procédé de cette invention. Les éléments qui sont similaires à ceux utilisés sur la figure 1 portent la même référence précédée du chiffre 1. Dans la figure 2, la matière injectée est pompée par une pompe d'alimentation 114 dans le conduit 120 et est dirigée par la vanne 122 dans le conduit principal 124. Dans le conduit d'entrée, avant la pompe d'alimentation se trouve un chargeur chimique 111 qui introduit dans le système de tous les produits chimiques habituel lement connus et dont le rôle est d'améliorer la floculation et la précipitation et de donner une boue mieux stabilisée. Parmi ces produits chimiques on peut citer par exemple l'aluminium. Le circuit principal comprend une pompe principale 126 alimentant le conduit 128 par la vanne 130. Un gaz riche en oxygène, par exemple l'air, est introduit à partir d'une source de gaz comprimé 135 dans le conduit 133 au moyen de la vanne 137. Le circuit principal comprend une cuve à oxydation 134 ayant une prise d'air 144 commandée par la vanne 146. Le liquide avec la boue oxydée s'écoule de la cuve à oxydation par les orifices de sortie 145 et 147 en dissipation concentrique par pression dans la cuve de sédimentation 149. La partie supérieure de la paroi 151 de la cuve 144 joue le rle de trop plein pour le liquide tandis que les solides se déposent au fond et sont évacués sous l'action de la pesanteur par l'ouverture 153 au fond de la cuve 149. Au fond d'une cuve de sédimentation concentrique externe 155 se trouve un orifice 157 qui permet la stabilisation, la circulation ou l'échappement des solides déposés. Un trop plein 159 et des conduits de sortie sont prévus dans la cuve de sédimentation pour évacuer le fluide sortant pendant que les solides circulent de nouveau dans le conduit principal 124 par le conduit 138 de la pompe d'entrée commandée par la vanne 140 Les purges sont effectuées dans un conduit dXéchappement 186 sous la comw mande de la vanne 188. il peut s'agir d'une valve solénoïde commandée par une horloge ou d'une commande automatique dépendant de l'appréciation des solides en suspension dans le flux sortant par le conduit 161. Bien que différents types d'appareils ont été décrits ici, il est évident que d'autres modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art sans changer l'esprit et le cadre de l'invention tels qu'ils sont définis dans les revendications ci-jointes. REVENDICATIONS 1/ Procédé de traitement des déchets de boue activée dans lfeau, améliorant de façon importante l'élimination de tout solide en suspension et de tout solide volatil en suspension, réduisant de façon importante le besoin en oxygène chimique et en oxygène bio-chimique, et produisant des déchets de boue, facilement séparables de veau, caractérisé en ce qu'il comprend - l'alimentation en déchets de boue activée d'un système de traitement comprenant un circuit étanche et une zone do rétention, - une circulation continuelle de la boue activée dans le circuit étanche et la zone de rétention, - l'introduction d'un gaz contenant de l'oxygène dans le circuit étanche en quantité suffisante pour sursaturer la solution de boue, - la rétention de la boue activée dans la zone de rétention pendant une période de temps suffisante pour permettre la sursaturation de la solution par le gaz contenant de l'oxygène, la purge du système pour évacuer la matière inerte et non réductible accumulée, - l'évacuation du fluide sortant du système, 2/ Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la stabilisation du fluide sortant du circuit principal et la purge du système dans la zone de décantation. 3/ Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'introduction du gaz contenant de l'oxygène est effectuée par une aspiration de l'air dans le système, obtenue en réduisant la circulation dans le conduit principal. 4/ Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'introduction de l'oxygène est effectuée en injectant directement de l'air comprimé dans le circuit principal. 5/ Procédé conforme à la revendication 2, -caractérisé en ce qusil comprend en outre une alimentation de la floculation et de la précipitation par des produits chimiques appropriés dans le circuit principal. 6/ Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un contrtle automatique de la purge du système. 7/ Appareil pour le traitement des déchets de boue activée par l'eau dans le but d'augmenter de façon importante l'élimination de tout solide en suspens=on et de tous solides volatils en suspension, réduisant de façon importante le besoin en oxygène chimique et le besoin en oxygène blo-chimique et produisant des déchets de boue facilement séparables de l'eau caractérisé en ce qu'il comprend - un circuit principal comprenant une pompe principale, - une cuve à oxydation dans le circuit principal, " une canalisation mettant en communication le conduit de sortie de la pompe principale avec l'entrée d'une cuve à oxydation et la sortie de la cuve à oxyda tion avec l'entrée de la pompe principale, - des moyens pour alimenter le circuit principal en boue active, - des moyens pour introduire un gaz contenant de l'oxygène dans le circuit principal, - une cuve de sédimentation, - une canalisation étanche de la cuve à oxydation à la cuve de sédimentation, - des moyens de purge de la cuve de sédimentation par la base, - des moyens pour évacuer le fluide sortant de la cuve de sédimentation. 8/ Appareil conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que la cuve de sédimentation entoure de façon concentrique la cuve à oxydation. 9/ Appareil conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde cuve de sédimentation et une canalisation reliant la seconde cuve de sédimentation à la cuve à oxydation et à la première cuve de sédimentation. W Appareil conforme à la revendication 9J caractérisé en ce que ladite canalisation peut relier les deux cuves de sédimentation en série ou en parallèle. 11/ Appareil conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les deux cuves de sédimentation sont disposées de façon concentrique. 12/ Appareil conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'introduction du gaz contenant de l'oxygène comprend un dispositif à induction d'air dans le circuit principal. 13/ Appareil conforme à la revneidcation 7, caractérisé en ce que les moyens mis en oeuvre pour l'introduction d'un gaz contenant de oxygène comprennent une source d'air comprimé reliée au circuit principal. 14/ Appareil conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour alimenter une floculatiop et une précipitation par un produit chimique approprié dans le circuit principal.