Brevet FR2256902A1 — publié le 19750801

La présente invention concerne un procédé de traitement des eaux usées chargées d'impuretés biodégradables, en présence dwoxy- gène dissous et de boue activée. Dans les procédés de ce type, les produits réagissant biochimiquement les uns avec les autres, à savoir lo les éléments polluants dissous, 2t l'oxygène dissous et 3! la boue activée, doivent être mis en contact intime fréquemment renouvelé afin que le maximum d t éléments polluants dissous puissent se dégrader dans un petit volune et en un temps aussi court que possible, en formant des boues sédimentables et des gaz. Dans cette-réaction biochimique, on peut agir, par les techniques opératoires, sur les grandeurs suivantes de la cinétique de réaction et du transfert de matière : concentrations des trois produits mis à réagir, dimension des interfaces et longueur des parcours de diffusion. Dans le procédé dit à boue activée, il est connu d'intensifier le contact des trois réactifs, lo en augmentant la concentration des boues activées par recyclage des boues débarrassées de l'eau clarifiée, et 20 en augmentant par passage forcé de gaz ou "gazage", la concentration de l'oxygène dissous dans le mélange eaux usées/ boue activée. Une concentration d'oxygène encore plus élevée peut titre obtenue par gazage avec un gaz enrichi d'oxygène (brevet allemand 4 2 032 189) ; en outre, grâce à ce gazage, le volume spécifique des boues est diminué, ce-qui permet d'augmenter encore davantage la concentration de boue dans le mélange eaux usées/boue activée. Les boues ayant, cependant de par leur consistance, fortement tendance à s'agglomérer, l'avantage d'une forte concentration de boue est en partie perdu du fait qu'il se forme de gros flocons présentant une faible surface spécifique et de longs parcours de diffusion dans le flocon. L'invention vise en conséquence à intensifier le contact entre les trois réactifs (produits polluants, oxygène et boue activée) en agrandissant les interfaces et en raccoureissçnt les parcours de diffusion dans les flocons de boue. A cet effet, conformément à l'invention, on maintient le temps de séjour du mélange eaux usées/boue activée dansl'enceinte de gazage entre 5 et 360 minutes, on maintient dans l'enceinte de gazage une teneur totale en solides en suspension comprise entre 2 et 15 g/l, de préférence égale à 10 gll, on crée dans la boue activée des gradients de cisaillement variant entre 10 et 200 s-1, , de préférence entre 80 et 12Q s-1, on maintient la concentration de l'oxygène dis sous dans l'enceinte de gazage à au moins 0,5 mg/î l en Introduisant du gaz oxygéné, on sépare après le gazage, le mélange eaux usées/ boue activée en boue et en eau, on évacue la boue ainsi séparée avec une teneur totale en solides en suspension comprise entre 5 et 20 g/l et on la ramène en partie dans 1' enceinte de gazage et on amène au moins 0,1 kg/jour de BSB, par kilogramme de solides volatils en suspension dans l'enceinte de gazage. Pour éviter des dépenses supplémentaires d'appareillages, la division des boues activées s'effectue, conformément à llinvention, par des gradients de cisaillement variant entre 10-2 et 200 s'l, qui sont produits par le système d'aération et/ou dans certaines parties du système d'aération. Il est particulièrement avantageux d'introduire du gaz oxygéné dans les champs de cisaillement produits. Ires grandes interfaces entre le gaz et le liquide qui y sont obtenues, favorisent le transfert de l'oxygène dans la boue activée. C'est pourquoi le gaz oxyge- né est introduit, conformément à l'invention, dans des gradients de cisaillement compris entre 10-2 et 200 s'l , de préférence entre 80 et 120 s-l, qui sont produits par le système d'aération. le progrès technique réalisé conformément à l'invention réside notamment dans le fait que comparativement aux procédés connus, l'augmentation de la charge par unité de volume d'une installation de décantation biologique, c'est-à-dire de la quantité de boue pouvant être amenée par unité de volume et par jour, peut aller jusqu'à 100 %. les exemples suivants démontrent comment on peut produire dans la boue activée les champs de cisaillement conformes à l'invention et quels sont les avantages que le procédé selon l'invention permet d'obtenir. EXE#IPLE 1.- Une installation de décantation comportant un bassin à boue activée d'un contenu de 420 m3, qui a été exploitée pendant 2 ans en service ininterrompu avec aération en surface, est modifiée de manière à ce que l'aération engendre dans la boue activée des champs de cisaillement élevés. Comme système d'aération, on utilise des éjecteurs. Ils sont constitués, comme représenté au dessin annexé, par une buse à liquide 1, une buse annulaire concentrique 2 pour le gaz et un tube d'échange d'impulsions 3. les dimensions principales sont les suivantes Buse à liquide 1 : diamètre intérieur 32 mm Tube d'échange d'impulsions 3 : diamètre intérieur 360 mm, longueur 2 650 mm. Le jet de liquide sortant de l'embouchure de buse 4 à une vitesse de 2G m/s engendre dans la boue activée 5, vers le fond 6 de l'installation, un gradient de cisaillement de 100 sZ l'air introduit dans ce champ de cisaillement à partir de l'embouchure de buse 4 est finement divisé, en meme temps que la boue activée Sa aspirée de la zone environnante suivant les lois- du jet libre, et est mélangé intensément avec cette dernière, à une densité dténer- gie élevée, dans le tube d'échange d'impulsions 3 monté à la suite. La boue activée 5 quitte le tube d'échange d'impulsions 3 largement saturée d'oxygène Le gaz qu'elle contient monte sous forme d'une colonne barbotante 7 à la surface de la boue activée 8 tout en cédant de l'oxygène à-la boue activée 5, et cela proportionnellement à la profondeur dtimmersion de l'éjecteur et à la teneur en oxygène du gaz. Etant donné qu'on utilise pour les éjecteurs de la boue activée comme jet d'entrainement liquide, les flocons de boue subissent une division supplémentaire dans les champs de cisaillement lors de l'apport d'énergie. L'énergie est fournie par des pompes centrifuges, d'un Uiamètre de la roue de 370 mm, tournant à 1 480 time. h'ardte périphérique de la roue de la#pompe est la partie du système d'apport d'énergie qui présente la vitesse périphérique la plus élevée (environ 30 m/s).Comme on a pu le constater après un service de 8 semaines, le débit de-cette-installation a pu etre doublé par rapport au mode opératoire antérieur (aération en surface) sans que les souillures résiduelles de l'écoulement de l'installation de décantation augmentent. BYR > nIS 2.- Une installation d'essai d'une enceinte de gazage de 5,6 mis est en service continu depuis 2 ans. le traitement et le gaza, ge de la boue activée steffectuent avec des éjecteurs conformément au dessin ci-joint. Les dimensions principales sont les suivantes : Buse à liquide 1 : diamètre intérieur 5,2 mm. Tube d'échange d'impulsions 3 : diamètre intérieur 50 mm, longueur 400 mm. Le jet de liquide sortant de l'embouchure de buse 4 engendre un gradient de cisaillement de 200 s-1. Comme jet d'entratnement liquide, on utilise de la boue activée venant de l'enceinte de gazage. L'apport d'énergie se fait par une pompe centrifuge d'un diamètre de la roue de 315 mm, tournant à 1 450 t/mno L'enceinte de gazage est fermée par un couvercle. L'évacuation du gaz résiauaire est réglée par mesure du volume et de la concentration, La concen tration d'oxygène dans le gaz résiduaire dépend de la quantité dé- bitée et de l'oxygène dissous dans la boue activée. Avec un gazage à l'air, on constate, avec 1,0 mg/î d'oxygène dans la boue activée, un taux d'absorption d'oxygène élevé égal à 50 G,oI. La profondeur d'immersion de l'éjecteur est de 1,6 m. Dans cette installation, on obtient les mêmes bons résultats de biodégradation que-dans l'ins- tallation décrite à l'exemple 1. REVEND I CATI 0N# 1.- Procéde de traitement des eaux résiduaires contenant des impuretés biodégradables, dans une ou dans plusieurs enceintes de gazage, en présence d'oxygène dissous et de boue activée, procédé caractérisé par le fait qu'on maintient le temps de séjour du mélange eaux usées/boue activée dans ltenceinte de gazage entre 5 et 360 minutes, on maintient dans 11 enceinte de gazage une teneur totale en solides en suspension comprise entre 2 et 15 g/l, de préférence égale à 10 g/l, on crée dans la boue activée des gradients de cisaillement variant entre 10-2 et 200 s~1, de préférence entre 80 et 120 s-1, on maintient la concentration de oxygène dissous dans l'enceinte de gazage à au moins 0,5 mg/l en introduisant du gaz oxygéné, on sépare après le gazage, le mélange eaux usées/boue activée en boue et en eau, on évacue la boue ainsi séparée avec une teneur totale en solides en suspension comprise entre 5 et 20 g/l et on la ramone en partie dans l'enceinte de gazage et on amène au moins 0# I jour de BSB5 par kilogramme de solides volatils en suspension dans l'enceinte de gazage. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la division de la boue activée est effectuée par des gradients de cisaillement variant entre 10-2 et 200 s~1, qui sont produits par le système d'aération et/ou dans certaines parties de ce système. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le gaz oxygéné est introduit dans des gradients de cisaillement variant entre 10-2 et 200 s-1, de préférence entre 80 et 120 qui sont produits-par le système dtaération.