Brevet FR2285347A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne un appareil pour l'oxy génation des boues activées utilisable dans l'épuration biologique des eaux résiduaires urbaines et industrielles Dans le procédé d'épuration par boues activées des eaux résiduaires chargées de matières organiques en suspension ou en solution il est connu de réaliser l'apport d'oxygène nécessaire au développement et au brassage de la flore biologique maintenue en suspension dans liteau à épurer au moyen de diffuseurs d'air ou d'aérateurs de surface Les diffuseurs d'air ou de gaz oxygéné sous forme de fines bulles ont l'avantage d'atteindre de hauts rendements d'oxygénation mais présentent l'inconvénient majeur d'entrafner un coftt d'installation élevé Les aérateurs de surface sont moins efficaces mais plus économiques en investissement. ns présentent également moins de souplesse que la diffusion par air surpressé dans la répartition d'oxygène entre les différents bassins d'une installation de boues activées En effet, dans le cas où l'installation d'épuration par boues activées se présente sous forme de plusieurs bassins successifs ou d'un bassin séparé en plusieurs compartiments - ce qui est le cas si l'on veut réaliser une aération étagée, une stabilisation des boues suivie d'un bassin de contact, une suite de traitements tels que réactivation des boues, contact, digestion - ces aérateurs de surface s'avèrent drun emploi difficile: plusieurs moteurs sont nécessaires pour assurer une puissance d'aération différente dans les différents bassins . Si l'on utilise un seul moteur, un même arbre peut entrainer différents aérateurs mais pour que ces aérateurs aient une puissance d'aération différente ils ne doivent pas tourner à la même vitesse d'où la nécessité d'un montage très complexe et cofiteux. Les appareils d'aération de surface généralement utilisés consistent en des dispositifs mobiles à axe vertical ou horizontal projetant la liqueur de boues activées dans l'atmosphère et brassant intensément l'eau à épurer et le floc biologique . Ces aérateurs mobiles de types divers ont des vitesses périphériques de 2 à 20 m/seconde ; or, il est connu que l'apport spécifique d'oxygène exprimé en KgO2/Kwh diminue avec cette vitesse. ll est donc intéressant d'utiliser des aérateurs de surface à vitesse encore plus lente entraînés par l'intermédiaire de réducteurs de vitesse, mais ceci à condition qu'il ne s'en suive pas un surcroît d'investissement insupportable ou des difficultés d'exploitation inadmissibles L'appareil objet de l'invention permet d'atteindre cet objectif: par sa conception > il se rapproche des aérateurs de surface en assurant la dispersion du liquide dans l'atmosphère ambiante tout en permettant, comme les diffuseurs d'air, l'insufflation de bulles . Il est de réalisation simple et peu onéreuse tant en investissement qu'en exploitation.Il permet surtout de réaliser une oxygénation de puissance étagée variable dans les bassins successifs, tout en ne nécessitant qu'un seul dispositif mécanique d'entrainement L'appareil objet de l'invention, pour l'oxygénation des boues activées, est constitué par au moins un chassies cylindrique tournant autour d'un axe sensiblement horizontal avec une vitesse très faible et partiellement immergé dans un bassin d'épuration par boues activées, ce châssis cylindrique comportant à sa périphérie au moins une couche d'éléments préfabriqués légers ouverts à leurs extrémités et formant des conduits dans lesquels l'air ou le gaz oxygéné s'accumule lors du passage des éléments dans l'atmosphère, ces éléments ayant leur dimension principale disposée horizontalement, de telle sorte que l'évacuation de l'air accumulé dans les conduits s'effectue par production de bulles lors de l'immersion progressive des éléments dans la liqueur de boues activées à chaque rotation du châssis cylindrique Dans une disposition avantageuse de l'appareil les éléments préfabriqués légers disposés à la périphérie du châssis cylindrique tournant, ont une section transversale constante pour chaque châssis et une longueur de 5 à 20 fois supérieure à cette dimension transversale Plusieurs couches d'éléments peuvent être disposés autour du chassie ils sont assujettis entre eux et à leur support axial et constituent alors des cyliindres creux dont la paroi est d'épaisseur sensiblement constante. La section transversale de ces éléments, constante sur un même chassie, mais variable suivant les chassie , est de forme quelconque , la plus grande dimension transversale allant de 3 à 15 cm . Dans une autre disposition avantageuse de l'appareil suivant l'invention, plusieurs châssis cylindriques de diamètres et de longueurs différents sont disposés sur un même axe de rotation et entraînés par un seul groupe moto-réducteur sans train d'engrenage supplémentaire, permettant ainsi une aération à puissance étagée . Etant réalisé en un meme matériau qu'il suffit de monter sur les divers châssis , l'appareil est d'un entretien simple et ne présente pas de difficulté de rechange d'éléments déficients . Les éléments préfabriqués légers disposés autour du chassie cylindrique sont de préférence en matière plastique ; sur leur paroi extérieure ils peuvent comporter des perforations de 3 à 20 mm qui, laissant elles aussi pénétrer et sortir l'air ou le gaz oxygéné, améliorent encore la capacité d'oxygénation de l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre , en référence aux dessins annexés La figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale et la figure 2 une vue en coupe transversale de l'appareil objet de l'invention, dans sa disposition la plus simple, comportant un seul chassie cylindrique tournant 1 , auquel sont assujettis des éléments préfabriqués légers 2 en matière plastique par exemple . Un moto-réducteur 3 entraine l'axe de rotation du chassie à une vitesse très faible, de l'ordre de 5 à 50 cm par seconde au maximum à la périphérie.L'appareil est partiellement immergé dans un bassin d'épuration par boues activées 4 l'eau brute et les boues recirculées arrivant en 5, l'eau épurée sortant en 6. Les figurés 3 et 4 représentent des détails de ces éléments préfabriqués et leur disposition autour du chassie cylindrique 1 ; la section transversale de ces éléments est triangulaire, circulaire ou de toute autre forme, la plus grande dimension transversale allant de 3 à 15 cm. Leur plus grande dimension est horizontale La figure 3 représente des éléments constitués au moyen de feuilles plastiques collées, l'une ondulée 5 , l'autre plane 6 enroulées autour du chassie . La longueur des éléments est variable mais comprise entre 0, 30 et 1,00 m.Cette longueur est déterminée de façon à ce que, à la vitesse d'entrainement faible à laquelle tourne l'appareil, les pertes de charge de l'écoulement de l'air et de l'eau à travers les conduits ne permettent pas l'évacuation totale de l'air dès le début de l'immersion des éléments dans la liqueur de boues activées : ainsi l'air s'échappe pendant l'immersion, à chaque rotation, avec production progressive de bulles de plus en plus fines Dans une autre forme de l'invention, la figure 4 représente des éléments 7 de forme cylindrique dont la section transversale est circulaire et peut comporter des nervures . Ces éléments sont disposés en plusieurs couches jointives annulaires . A chaque rotation de l'appareil, les conduits, ouverts à leurs extrémités, se vident; les corps étrangers qui peuvent s'y trouver s'éliminent totalement par ces ouvertures et il n'y a aucun risque de colmatage . Le ruissellement de l'eau provoque également une aération de surface. Enfin, il est à noter qu'étant donné la grande surface de contact et la vitesse réduitede ces éléments, un film biologique se développe sur ceux-ci et contribue également avec efficacité à 11 épuration de l'eau parallèlement à l'action des boues activées contenues dans le bassin. La figure 5 est une représentation schématique de l'appareil objet de l'invention utilisé dans une installation d'épuration par boues activées classique, comportant un bassin d'aérationlD à un seul compartiment et un bassin de décantationl# à partir duquel sont recyclées par la canalisation 12 et la pompe 13 , vers le bassin d'aération, une partie des boues décantées pour y être mélangées à l'eau brute .Des concentrations dépassant 10 g/l peuvent être atteintes dans le bassin de boues acti uvées En utilisant l'appareil objet de l'invention dans une installation d'épuration d'eaux usées urbaines présentant une DB05 de 150 à 300 mg/l il est possible de réduire la dépense énergétique à 200 ou 300 watts/Kg de DBOS éliminée avec un rendement d'épuration de l'ordre de 90 %. Pour éviter tout dépôt indésirable de boue sur les parois du bassin, le cylindre tournant est avantageusement muni de chaînes ou de pales racleuses (non représentées ) permettant la remise en suspension de ces boues La figure 6 est une représentation schématique d'appareils suivant 11 invention utilisée dans un bassin 14 à plusieurs comparti ments 14a, 14b , animés en rotation par un seul groupe moteur et un seul réducteur de vitesse pour l'entrainement d'un arbre commun. Ceci permet de réaliser une oxygénation variable suivant les besoins de chaque compartiment, ce qui représente un très grand avantage Ainsi on peut réaliser l'oxygénation de plusieurs ou même de la totalité des bassins affectés, dans les procédés d'épuration par boues activées les plus complexes, à l'épuration de l'eau ou à la stabilisation des boues .La simplification de l'installation est évidente avec les avantages considérables que cela comporte sur le plan de l'exploitation et de l'en tretien des équipements, , d'autant que, comme déjà indiqué, le même matériau est utilisé pour la réalisation des différents cylindres creux à puissance d'oxygénation différente La figure 7 par exemple représente schématiquement à titre d'exemple , en plan, une installation d'épuration en "piston ". Le bassin 15 comporte 5 compartiments 15a.,. 15e communiquant entre eux. Le mélange de l'eau et des boues recirculées s'écoule successivement dans les compartiments 15 , 1 Sa .. 15e. Comme la demande en oxygène décroft d'amont en aval, une série d'appareils entrainés par des moyens cowhmuns peut être installée au dessus de la cuve, la puissance d'oxygénation de chaque unité dans la série allant en diminuant d'amont vers l'aval. De même, dans le cas traité W la figure 8, les puissances d'oxygénation nécessaires dans le compartiment de réactivation des boues 16, ceux d'admission étagée de l'eau 17 luta, 17b ou celui de finition 18 pourront être fournies par une succession d'appareils de conception identique mais de puissance différente, mais toujours entrainés par des moyens communs D'une façon générale, on prévoit, dans une installation déterminée, en fonction des besoins ponctuels en oxygène de l'installation, une série d'appareils de conception identique et dont les moyens d'entrainement sont communs à tous, mais de puissance d'oxygénation adaptée à ces besoins REVENDICATIONS l, Appareil pour l'oxygénation des boues activées utilisable dans une installation d'épuration d'eaux usées > caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins un châssis cylindrique tournant autour d'un axe sensiblement horizontal et partiellement immergé dans un bassin d'épuration par boues activées, ce châssis cylindrique comportant à sa périphérie au moins une couche d'éléments avantageusement préfabriqués, formant des conduits ouverts à leurs extrémités, dans lesquels l'air ou le gaz oxygéné s'accumule lors du passage des éléments dans l'atmosphère , ces éléments ayant leur dimension principale disposée horizontalement, la vites se de rotation du châssis et la section des conduits étant telles que l'évacuation de l'air accumulé dans les conduits s'effectue par production de bulles lors de l'immersion progressive des éléments dans la liqueur de boues activées à chaque rotation du châssis cylindrique 2. Appareil suivant 1 dans lequel les conduits constitués par les éléments disposés à la périphérie du châssis cylindrique tournant ont une section transversale de forme quelconque, de dimension constante 3 . Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les conduits sont constitués par une feuille de matière plastique plane et une feuille de matière plastique ondulée 4 . Appareil suivant 1) constitué par une pluralité de chassis compo.rtant des éléments suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 , dans lequel les différents châssis, disposés à la suite lesuns des autres, sont entraidés par un moyen unique agissant sur un arbre commun. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les châssis cylindriques munis des conduits suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 sont de diamètre variable 6 . Installation pour le traitement d'eaux usées par voie aérobie, présentant une pluralité de bassins d'oxygénation, ladite installation comportant une série d'appareils suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 animés par un moyen unique et de puissance d'oxygénation différente en fonction des besoins