Brevet FR2275407A1 — publié le 19760116

l'invention concerne un procédé d'exploitation d'un bassin d'activation pour une station d'épuration, avec brassage du melange boue-eau et aération par air comprimé indépendante du brassage pour alimenter en oxygène la boue activée floconneuse dans le bassin réalisé sous forme de réservoir rond (réservoir circulaire ou polygonal) à axe vertical. On eon-natt déjà des réservoirs ronds et rectangulaires, dans lesquels, à l'aide d'un aérateur de surface, notamment d'un agitateur centrifuge, on a essayé de brasser parfaitement un tel réservoir. Ces aérateurs de surface ne peuvent toutefois pas répondre aux exigences d'une alimentation économique optimale en oxygène dans les installations d'aération en continu, lorsqu'on utilise; le brassage mécanique du mélange boue-eau avec une -consommation d'énergie aussi faible que possible. Ceci résulte des mécanismes de fonctionnement de ces aérateurs qui sont, certes, calculés pour une snimentatiot optimale en oxygène, mais pas pour un brassage économique du mélange boue-eau.Du fait de l'interdépendance forcée de l'alimentation en oxygène et du brassage mécanique, de tels aérateurs ne peuvent pas être utilisés-de façon rentable pour les installations d'aération en continu. Dans le rapport "Working report A 27, Nov. 1962" du "Research Institute for Public Health Engineering T.N.-0.1Â. PASVEER et S. SWEERIS présentent les résultats de leurs études sur "Un nouveau développement de l'aération par air comprimé". DansXce rapport, est indiqué que Dans un bassin de brassage à aération par air comprimé, le mélange boue-eau subit par l'action de soulèvement des bulles d'air comprimé ascendantes, une accélération qui provoque un mouvement de brassage rotatif du bassin. La vitesse d'ascension de l'eau dans la zone de l'arrivée de l'air est dans ce cas le double ou le triple de la vitesse d'ascension des bulles d'air dans l'eau au repos. La vitessè d'ascension d'une bulle d'air ayant un diamètre de 1-5 mm est, dans de l'eau au repos, de 20-30 cm/sec ; dans le bassin de brassage, par contre, elle est de 1,01,30 m/sec. De ce fait, le temps de contact de l'air avec l'eau usée est réduit à 1/3-1/4 et l'alimentation en oxygène ne peut atteindre sa valeur optimale. Dans un M bassin d'activation ayant un mélange liquide d'eaux usées et de boues activées coulant horizontalement, le temps de contact des bulles d'air avec le liquide dépend uniquement de la vitesse d'ascension des bulles d'air et de la hauteur de la colonne d'eau. On connait déjà des installations d'aération en continu dans lesquelles l'alimentation en oxygène se fait par l'intermédiaire d'un aérateur de surface (cylindre) monté sur un pont tournant. Dans d'autres installations d'aération en continu, on prévoit pour le brassage mécanique du mélange, une turbine à -bulbe immergé. l'alimentation en oxygène s'effectue par l'intermédiaire d'un aérateur à jet, qui confère à cette installation le caractère d'une fosse d'oxydation. Par ailleurs, on contact des installations d'aération en continu, dans lesquelles un pont tournant entrasse avec lui des aérateurs à air comprimé qui provoquent l'aération et le brassage mécanique du mélange. Dans cette installation d'aération également, comme dans celles précédemment décrites, on prévoit un bassin d'activation à l'extérieur et un bassin de décantation situé à l'intérieur. Par rapport à ces stations d'épuration qui, du fait de leur construction compacte, exigent des dépenses considérables de fabrication et des frais importants d'installation, l'invention se propose de trouver une solution aussi économique que possible qui, avec un faible coût de construction des bassins, permet d'obtenir un bilan énergétique avantageux, même pour des installations d#a#r;:#ton ewt Pour résoudre ce problème on prévoit, conformément à l'invention, dans un procédé du type précité, de maintenir dans le bassin d'aération un courant circulaire concentrique à l'axe du bassin. Si l'on provoque dans un bassin polygonal, au moins approximativement circulaire, un courant circulaire autour de l'axe vertical du bassin, il se produit une montée du niveau de l'eau depuis l'axe du bassin vers le bord de celui-ci. Dans la zone extérieure, qui se trouve au voisinage immédiat du bord du bassin, il se produit une surpression relative, qui provoque un courant transversal le long du fond du bassin en direction de l'axe de celuici. On obtient ainsi, non seulement un courant circulaire du mélange boue-eau concentrique à l'axe du bassin, mais également un mouvement de brassage rotatif superposé à ce courant circulaire, qui favorise considérablement le brassage du mélange boue-eau.Du fait que le mélange d'eaux usées et de boues activées s'écoule de préférence horizontalement, le temps de contact des bulles d'air avec le liquide dépend seulement de la vitesse asnensionnelle des bulles dtair et de la hauteur de la colonne d'eau, ce qui donne des valeurs-optimales de rendement en oxygène. Dans une autre réalisation du procédé selon l'invention, on prévoit quelle courant transversal provoqué par le courant circulaire et orienté vers l'axe du bassin, qui s'écoule le long du fond du bassin, de préférence horizontal, est dévié au voisinage de l'axe da bassin pour former un courant ascendant. On obtient ainsi un courant tridimensionnel qui provoque un brassage intensif du mélange#boue-eau. Rn montant un cône de déviation du courant se rétrécissant vers le haut et placé concentriquement à l'axe du bassin, on obtient une diminution considérable des pertes d'énergie du courant transversal. Le courant circulaire et transversal recherché conformément à l'invention dans le bassin d'activation réalisé sous forme de réservoir rond, peut eAtre provoqué, par exemple, par un agitateur fixé sur un pont et équipé d'une calotte plongeant dans le mélange, ou par des Injecteurs, ou des pompes de circulation. Un autre développement de l'invention propose comme solution très avantageuse d'utiliser pour le courant circulaire dans le bassin d'activation une turbine servant à maintenir ce courant circulaire et plongeant au moins partiellement dans le mélange boue-eau, notamment une turbine à bulbe immergé. Une turbine à bulbe immergé est considérée commè solution partieulièrement avantageuse. On prévoit dans un autre développement de l'invention que l'alimentation en oxygène s'effectue à l'aide d'au moins un aérateur à air comprimé qui s'étend à une légère distance au-dessus du fond du bassin, de pré férence circulaire. Pans--un bassin d'aération convenant particulièrement pour mettre en#,o##vre le procédé de l'invention, on prévoit dans un autre#dévelop#Îpement de celle-ci, que l'axe de la turbine, provoquant le courant eirculaire, est orienté tangentiellement par rapport à l'axe-du bassin. Pour faire fonctionner un bassin d'aération en continu conçu conformément à l'invention, il est particulièrement avantageux que l'axe de la turbine se trouve près de la paroi du bassin pour diminuer les frais de fonctionnement. On a constaté que l'action optimale de l'alimentation en oxygène peut être atteinte Si la quantité d'oxygène, introduite par rapport à l'unité de temps, augmente au moins en grande partie, avec le volume du mélange eau-boue, qui s'élève vers le pourtour du bassin d'activation. En se basant sur cette constatation, on propose dans un autre développement de l'invention, que la surface transversale de sortie pour l'air comprimé à insuffler augmente conformément à l'invention depuis l'axe du bassin vers la paroi de celui-ci. Pour l'introduction d'oxygène, on prévoit avantageusement au moins un aérateur à air comprimé, de façon appropriée au moins deux aérateurs, qui sont disposés radialement par rapport à l'axe vertical du bassin. On peut obtenir une alimentation en oxygène qui augmente à partir de l'axe au fur et à mesure qu'on s'approche de la paroi du bassin, par le fait que les orifices de sortie de l'air comprimé sont de plus en plus grands, et/ou de plus en plus rapprochés au fur et à mesure qu'on s'approche du bord du bassin. Un agencement particulièrement simple consiste à prévoir plusieurs aérateurs à air comprimé, dont le nombre augmente au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'axe du bassin. Dans ce cas, les aérateurs peuvent comporter des orifices de sortie pour l'air comprimé de mêmes dimensions et également espacés.Dans un autre développement de l'invention, on prévoit qu'au moins deux groupes de tubes à air comprimé s'étendent radialement de l'axe vers la paroi du bassin, chaque groupe comportant au moins deux aérateurs à air comprimé, qui s'étendent tous les deux jusqu'au voisinage de la paroi du bassin, mais ont toutefois une longueur différente. La formation du courant transversal de brassage rotatif recherché, qui est superposé au courant circulaire, peut être considérablement favorisée si l'on prévoit, dans un autre développement de l'invention, un cône de déviation du courant concentrique à l'axe du bassin et allant en s'amincissant vers le haut. le long d'un tel cône, le courant transversal, se formant au voisinage du fond du bassin en direction de l'axe de celui-ci et provoqué par la pression accrue au voisinage du bord du bassin, peut être dévié pour former un courant ascendant. L'invention sera bien comprise par la description ci-après d'un exemple de réalisation d'un bassin de brassage à courant circulaire, représenté sur le dessin, sur lequel - la figure 1 représente le bassin de brassage en coupe diamétrale verticale ; et - la figure 2 le représente en vue de dessus par en haut. -Le-bassin de brassage à courant circulaire représenté sert au fonctionnement d'une station d'épuration non représentée et fonctionne avec un brassage mécanique du mélange boue-eau,- qui est amené pour épuration dans le bassin rond t. Celui-ci comporte une paroi du bassin 2 cylindrique et un fond 3 plan horizontal. Afin de provoquer un courant circulaire du mélange boue-eau 4 à épurer autour de l'axe vertical A du bassin, et de le maintenir pendant une durée prolongée, une turbine à bulbe immergé 5 est disposée à proximité immédiate de la paroi 2 du bassin, turbine dont l'hélice 6 est actionnée par un moteur électrique et est montée dans un carter tubulaire 7 cylindrique ; ce carter tubulaire a un diamètre d'environ 3 m.L'axe de rotation 8 de l'hélice 6 concentrique au carter 7 est orienté de la façon représentée, tangentiellement à la paroi 2 du bassin. La turbine à bulbe immergé 5 tourne à une vitesse de rotation très faible, d'environ 15 à 35 tours/minute. Les eaux usées brutes sont amenées au bassin d'activation, dans le sens de 11 écoulement, par une canalisation à siphon 27, qui se termine devant la turbine immergée. On obtient ainsi très rapidement à l'intérieur du circuit de la turbine, un brassage pratiquement complet des eaux usées brutes avec le mélange eau-boue. Après avoir parcouru un angle au centre d'environ 3000, l'eau usée traitée biologiquement peut être prélevée du bassin d'activation par un déversoir 28 et être amen#ée pour subir la suite du traitement. Derrière la turbine immergée se trouvent - vus dans le sens de la poussée - des déflecteurs 11, 12, 15 et 14 qui favorisent la formation du courant circulaire indiqué par les flèches 15, et en même temps-s'opposent à la formation de tourbillons derrière le moyeu de l'hélice. En même temps, les pertes de courant diminuent. Etant donné qu'en outre, gracie au carter 7, les pertes par tour billonnement se produisant sur les pales d'hélice 6 sont en grande partie supprimées, le courant circulaire peut être maintenu avec une dépense très faible en énergie. Du fait du courant circulaire, il se produit dans la zone annulaire à proximité immédiate de la paroi 2 du bassin une pression massique légèrement supérieure à celle existant au voisinage de l'axe A du bassin. Cette surpression a pour conséquence qu'il se forme un courant transversal circulant le long du fond 3 du bassin et orienté vers l'axe A de celui-ci. Ce courant est dévié par un cône de déviation de courant 16 disposé concentriquement à l'axe A du bassin, pour former un courant ascendant, comme il est indiqué par la flèche 17. Il se produit ainsi un mouvement de brassage rotatif indiqué par la flèche 18 qui est superposé au courant circulaire 15 et qui favorise l'alimentation en oxygène. Pour l'alimentation en oxygène dans le mélange boue-eau, on prévoit quatre groupes 21 à 24 d'aérateurs à air comprimé orientés pratiquement radialement, et régulièrement répartis sur la périphérie du bassin. Chacun de ces groupes de tubes et d'aérateurs comporte un tube à air comprimé 25 allant du cône de déviation 16 jusqu'd proximité du bord du bassin, auquel sont associés plusieurs aérateurs à air comprimé 26 orientés parallèlement et disposés également très près au-dessus du fond du bassin 3.Tandis qu'à proximité immédiate du cône de déviation 16, un seul de ces aérateurs à air comprimé 26 est associé au tube d'air comprimé 25 et est raccordé à ce dernier par un raccord commun à une canalisation d'alimentation non représentée, on prévoit dans la zone annulaire centrale du bassin deux aérateurs à air comprimé 26 et, dans la zone du bord du bassin, on en prévoit même trois. Chacun des aérateurs à air comprimé 26 comporte un certain nombre d'orifices de sortie pour l'air comprimé répartis régulie- rement sur la longueur du tube. On obtient ainsi l'arrivée d'une quantité d'air qui augmente comme la vitesse d'écoulement de la boue activée, à partir de l'axe A vers le bord du bassin. En raison du courant circulaire 15 provoqué et du mouvement de brassage rotatif qui lui est superposé, on obtient des valeurs de rendement en oxygène avantageuses, et l'aération peut être adaptée d'une façon économique optimale aux variations des besoins en oxygène de la boue activée floconneuse. La rentabilité de l'aération peut encore être accrue par le fait que l'air comprimé est amené aux tubes d'aération 25, 26 et 27 avec des pressions différentes, ou bien par le fait que l'arrive d'air comprimé ne s'effectue que par intermittence. En outre, alimentation en oxygène peut être maintenue à la limite inférieure, aussi bien en fonctionnement continu qu'en fonctionnement intermittent, grâce à des dispositifs de mesure et de régulation appropriés et, dans ce cas, l'alimentation en oxygène peut titre constamment adaptée de façon optimale aux besoins. Une telle faculté#- d'adaptation de l'alimentation en oxygène à l'aide de dispositifs de mesure et de régulation présente pour une station communale d'épuration un intérêt particulier pour les premières années de fonctionnement, étant donné qu'en général ces stations, pour tenir compte de 11 avenir, sont surdimensionnées au début de leur utilisation et que, de ce fait, elles ne fonctionnent pas à pleine charge. Gracie à l'alimentation commandée en oxygène maintenue à la limite infé:E7ieure de consommation, on obtient les avantages de f fonctionnement suivants - meilleures#propriétés de la boue, c'est-à-dire comportement plus avantageux pendant la sédimentation, nitrification et dénitrification de la boue activée floconneuse, ce qui permet d'obtenir les effets d'un troisième stade d'épu ration, - grace à l'augmentation périodique de la zone anaérobie dans la boue activée floconneuse, notamment dans le cas d'aération inter mittènte, il peut se produire une "ouverture" brièvement anaéro bie de la matière, qui ne peut pas être ouverte par le traitement exclusivement aérobie, - dans#la première partie de la phase renforcée d'aération - plus spécialem t dans le cas d'aération intermittente - il se pro duit une meilleure utilisation de l'oxygène provenant de l'air introduit dans le mélange boue-eau, ce qui procure une rentabi lité supérieure, dans l'ensemble, aux valeurs de PASVEER et SWSBRISw Grâce au procédé conforme h l'invention, et au bassin d'aération réalisé conformément à l'invention, non seulement on obtient une alimentation optimale en oxygène, mais également un brassage intensif du mélange boue-eau, ce qui permet d'obtenir en l'espace de 5 jours un tamponnage optimal des émanations toxiques une concentration d'arrivée -DB05 et un besoin biochimique en oxygène plus élevés. . REVENDICA?IONS 1. Procédé d'exploitation d'un bassin d'activation pour une station d'épuration avec brassage mécanique du mélange -boueeau et aération par air comprimé indépendante du brassage pour alimenter en oxygène la boue activée floconneuse dans le bassin réalisé sous forme de réservoir rond (réservoir circulaire ou polygonal) à axe vertical, caractérisé en ce que, dans le bassin (1), est maintenu un courant circulaire (15) concentrique à l'axe (A) du bassin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour maintenir le courant circulaire (15), on utilise une turbine (5), notamment une turbine à bulbe immergé, plongeant au moins partiellement dans le mélange (4) boue-eau. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'alimentation en oxygène s'effectue à l'aide d'au moins un aérateur à air comprimé (26) qui s'étend à une faible hauteur au-dessus du fond (3) du bassin, de préférence circulaire. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant transversal provoqué par le courant circulaire (15), qui est orienté vers l'axe (A) du bassin et circule le long du fond (3) de celui-ci, est dévié au voisinage de l'axe (A) du bassin pour former un courant ascendant (17). 5. Bassin d'aération pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications Ùà 4, caractérisé en ce qu a proximité de la paroi (2) du bassin est placée une turbine (5), de préférence une turbine à bulbe immergé, dont l'axe de rotation (8) est orienté tangentiellement par rapport à l'axe (A) et/ou la paroi du bassin (1). 6. Bassin d'aération selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'axe (8) de la turbine est disposé à proximit-é de la paroi (2) du bassin, ainsi qutà proximité du fond (3) du bassin. 7. Bassin d'aération selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on prévoit au moins un aérateur à air comprimé (26) qui s'étend radialement ou au moins approximativement radialement. 8. Bassin d'aération selon la revendication 7, caractérisé en ce que les sections transversales de sortie prévues pour l'air comprimé sur l'aérateur à air comprimé augmentent de l'axe du bassin vers; la paroi (2) de celui-ci. 9. Bassin d'aération selon les revendications 7 ou 8, caractérisé-~en ce qu'on prévoit plusieurs aérateurs à air comprimé (26)pour 11 arrivée d'air comprimé destiné à l'alimentation en oxygène, dont le nombre augmente au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'axe (A) du bassin (1) vers le bord (2) de celui-ci 10. Bassin d'aération selon les revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'on prévoit au moins deux groupes (21, 22, 23, 24) d'aérateurs à air comprimé (26) dont chaque groupe comporte au moins deux aérateurs (26) qui vont tous les deux Jusqu'à proximité & -la paroi (2) du bassin (1), mais ont toutefois une longueur différente. Il. Bassin d'aération selon la revendication 10, caractérisé en ce que le nombre des aérateurs à air comprimé (26), faisant partie d'un groupe (21, 22, 23, 24), augmente au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'axe (A) du bassin (i) 12. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 5 à il, caractérisé en ce que lton prévoit un corps de déviation de courant concentrique à l'axe (ss) du bassin, s'amincis- sans vers le haut, de préférence un cône de déviation de courant (16). 13. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendicatisons 1 i 12, caractérisé en ce que les eaux usées brutes sont amenées en avant de la turbine à bulbe immergé, vu dans le sens du courant, pér une canalisation à-siphon (27).