Brevet FR2342251A1 — publié le 19770923

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour traiter un liquide afin de séparer un gaz de ce liquide au cours du traitement d'une eau usée, c'est-à-dire d'une eau v4- hiculant à l'état de solution etfou de suspension des matières blologiquement dégradables comprenant tous les types de déchets domestiques et industriels biologiquement dégradables,comme les déchets domestiques normaux et les effluents des élevages, industries alimentaires et autres industries produisant de tels déchets. Lors de l'application du procédé des boues activées au traitement d'une eau usée, cette dernière, après un traitement primaire visant à éliminer les fragments grossiers et pesants est soumise à un traitement au cours duquel elle circule et est aérée de sorte que les matières contaminantes s'éliminent ou se convertissent en boues à évacuer par une action biologique,puis subit un traitement supplémentaire au cours duquel les solides sont séparés de l'eau. Le traitement initial par aération et-circulation peut être exécuté dans un bassin muni d'un agitateur ou,plus avantageu sementadans un appareil du genre décrit dans les demandes de brevet anglais n023.328/73 et 53.921/73 de la Demanderesse.Lorsque l'aération est exécutée dans ce dernier appareil ou dans un bassin profond muni d'un agitateur, il est important que lsair injecté dans l'eau usée pendant l'aération et ainsi dissous pour tout ou partie dans cette eau usée soit convenablement séparé ultérieurement de l'eau usée parce qu'au cas contraire, l'efficacité du bassin de clarification s'en trouve affectée défavorablement et une trop grande quantité de solides en suspension se retrouvent dans l'eau usée évacuée Des systèmes mécaniques tels que des agitateurs visant à séparer l'air entrainé de l'eau usée ne conviennent pas toujours parce qu'ils ne permettent d'agir que sur l'air existant à l'état de bulles,mais non sur l'air dissous dans l'eau. L'invention a pour objet un procédé perfectionné de traitement d'une eau usée comprenant un stade au cours duquel un gaz est séparé d'un liquide, suivant lequel on abaisse la pression a la surface de l'eau usée pendant le stade de séparation du gaz jusqu'à une valeur inférieure à celle de latmosphere dans une mesure suffisante pour provoquer le dégagement d'une certaine proportion du gaz éventuellement dissous ou des bulles éventuellement contenues dans l'eau usée. L'invention peut être appliquée pour séparer un gaz d'une eau usze apres un traitement dans des digesteurs anaérobies, mais son intérat principal est de séparer un gaz contenant de l'oxo gène, comme défini ci-après,d'une eau usée. L'invention a également pour objet un appareil perfectionné pour le traitement biologique d'une eau uséecomme défini ci-dessus,qui comporte un récipient d'oxygenation muni de dispositifs pour y admettre un gaz contenant de l'oxygène,comme défini ciaprès, et un récipient de clarification muni de dispositifs pour en soutirer séparément des solides et un liquide qui comprend un cipient d'extraction de gaz muni d'un#dispositif pour abaisser la pression dans le récipient jusqu'au-dessous de la pression atmosphérique, le récipient d'extraction de gaz se trouvant en communication tant avec le récipient d'oxygénation qu'avec le récipient de clarification d'une manière telle que l'eau usée du récipient d'oxr- génation passe par le récipient d'extraction de gaz avant d'entrer dans le récipient de clarification. L'invention a donc aussi pour objet un procédé perfectionné de traitement biologique d'une eau usée, comme défini cidessus, qui comprend un stade d'oxygénation au cours duquel un gaz contenant de l'oxygène est introduit dans l'eau usée et cette dernière subit un traitement supplémentaire après l'oxygénation, suivant lequel on exécute au cours du traitement supplémentaire de l'eau usée après l'oxygénation un stade d'extraction de gaz au cours duquel la pression régnant à la surface de l'eau usée dans un récipuent d'extraction de gaz est abaissée à une valeur inférieure à celle de l'atmosphère dans une mesure suffisante pour faire se dégager une certaine proportion du gaz éventuellement dissous ou éventuellement en bulles de l'eau usée. Aux fins de l'invention, il convient d'entendre par gaz contenant de l'oxygène" tant l'oxygène que tout mélange gazeux, comme l'air, contenant de l'oxygène Au stade d'extraction de gaz, la pression régnant à la surface de l'eau usée est de préférence abaissée au point gatune proportion au moins sensible du gaz dissous ou des bulles de l'eau usée s'en dégage. Un moyen convenant pour faire baisser la pression est une pompe à vide.Avantageusement, la pression à la surface de l'eau usée dans le récipient d'extraction de gaz est abaissée jusqu'à une valeur absolue de 0,4 bar sinon moins,par exemple jus qu'à une valeur absolue qui est dans certaines circonstances de Q3 bar et dans d'autres de 0X1 bar. Si la chose est désirée, un bassin de flottation peut etre agencé entre le récipient d'oxygénation et le récipient d'ex~ traction de gaz. Le traitement supplémentaire conforme à l'invention comprend une opération au cours de laquelle les gaz dissous dans le liquide en sont extraits,qui est suivie d'une opération au cours de laquelle le liquide est clarifié par sédimentation des solides en suspension et éventuellement le traitement supplémentaire conforme à l'invention comprend aussi un stade au cours duquel tout ou partie du courant de liquide å traiter est amené à passer dans un appareil de flottation dans lequel une partie des solides en suspen sion sont séparés par flottation, tous les stades du procédé étant illustrés ä la Fig. 2 des dessins annexés comme décrit plus en détail ci-après.Il ressort de la Fig. 2 que l'ensemble du courant de liquide à traiter passe par le stade d'extraction de gaz,tandis que tout ou partie du courant de liquide passe par le stade de flottation éventuel à l'amont du stade d'extraction de gaz, ce dernier étant suivi du stade de sédimentation. L'invention convient particulièrement pour traiter une eau usée après un stade d'oxygénation et est décrite ci-après à propos d'un tel traitement d'une eau usée. Eventuellement, après le traitement biologique initial par aération et circulation de l'eau usée, cette dernière est soumise à un traitement de flottation soit dans un bassin de flottation classique du genre illustré aux dessins annexés, soittlorsque l'aération a lieu dans l'appareil décrit dans les demandes de brevets anglais n023.328/73 et 53.921/73 de la Demanderesse, dans une chambre de flottation du genre décrit dans la demande de brevet anglais n0l4.I#2/75 de la Demanderesse. Le traitement par flottation fait se séparer au moins une partie des solides encore contenus dans l'eau usée à ce stade et les solides ainsi recueillis peuvent être renvoyés à l'appareil d'aération. L'appareil d'extraction de gaz est agencé entre lxap- pareil de traitement par flottation et un bassin de clarification plus en aval dans lequel les solides sont séparés du liquide par sédimentation. L'appareil d'extraction de gaz est de préférence un appareil de hauteur importante,comme une tour ou une colonne ou un bloc élevé subdivise intérieurement et comprenant à sa partie supérieure une chambre dans laquelle du gaz et des vapeurs surmontent le niveau du liquide, la chambre se trouvant en communication avec une pompe à vide. L'ensemble est appelé ci-après tour, bien que son mode de construction ne soit ainsi nullement limité. La tour est divisée intérieurement en un compartiment ou conduit ascendant et en un compartiment ou conduit descendant. Par son fonctionnement,la pompe à vide aspire dans le compartiment ascendant l'eau usée au cours du passage de laquelle les gaz dissous quittent la solution et les bulles ainsi formées se dégagent de l'eau usée dans la chambre occupée par la phase gazeuse à la partie supérieure de la tour, le mélange de gaz et de vapeurs étant aspiré par la pompe à vide. L'eau usée débarrassée des gaz descend par le compartiment descendant et parvient au stade suivant du système de traitementsqui est la sédimentation ou clarification. Les hauteurs du compartiment ascendant et du compartiment descendant dans la tour au-dessous de la surface libre du liquide dans la chambre sous vide partiel sont déterminées par les relations classiques en physique entre les forces hydrostatiques et le degré de dépression nécessaire pour provoquer un dégazage efficace. D'après les essais effectués lors de la mise au point de l'invention, il est préférable que le liquide soit exposé à l'effet d'un vide partiel tel que la pression absolue n'excède pas 0ç4 bar et il est parfois préférable que la pression absolue soit d'à peine 0,3 bar ou même 0,1 bar.Dès lors, la hauteur de la colonne d'eau usée nécessaire pour l'abaissement désiré de la pression est d'environ 6 à 9 m. Des modifications de ces hauteurs peuvent être opportunes,en particulier aux endroits où la pression barométrique est faible, par exemple lorsqu'un appareil conforme à l'invention est installé en haute altitude. De préférence, le compartiment ascendant comprend à sa partie supérieure une section dont la section transversale est plus faible que celle du compartiment ascendant aux autres endroits, La longueur de cette section est avantageusement supérieure ou égale au diamètre intérieur de l'appareil d'extraction de gaz. Le compartiment descendant comprend de préférence une section correspondante dont la section transversale est supérieure à la partie supérieure et dans laquelle la vitesse de passage du liquide est faible, cXest-à-dire inférieure ou égale à 0s1 m par seconde.L'appareil d'extraction de gaz est de préférence conçu pour que la vitesse d'écoulement du liquide dans le compartiment ascendant n' ex- cède pas 0,3 m par seconde et de préférence environ C,1 m par seconde. La chambre sous vide partiel au-dessus du niveau du liquide s'étend de préférence sur au moins 1,5 m de plus en hauteur,pour ménager un espace dans lequel une mousse peu abondante peut entre purgee,par exemple au moyen d'un jet de liquide pulvérisé. Dans tous les cas où aucune condition économique ou architecturale ne limite la hauteur de la tour, il est préférable que la chambre sous vide s'étende jusqu'à une hauteur d'au moins 10,5 m au-dessus du niveau libre du liquide dans les récipients précédant et suivant la tour d'extraction de gaz (c'est-à-dire le bassin de dégagement de gaz, le bassin de flottation et le bas sin de clarification 3) pour qu'il soit physiquement impossible que la pompe à vide aspire de l'eau jusqu'au sommet de la chambre sous vide. Les expériences de la Demanderesse ont fait ressortir que le procédé et l'appareil de l'invention, appliqués au traitement d'une eau usée urbaineaaméliorent nettement la capacité de sédimentation des solides dans le bassin de clarification ou sédimentation finale. L'invention est illustrée avec référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig 1 est une vue schématique représentant un appareil d'aération conforme aux demandes de brevets anglais n023.328/73 et 53.921/73 précitéessà l'aval duquel est agencé un système classique à deux étages pour séparation après aération qui consiste en un bassin de flottation et un bassin de sédimentation. Fig. 2 est une vue schématique d'un appareil d'aération conforme aux demandes de brevets anglais n023.328/73 et 53.921/73 prêcitées,à l'aval duquel est agencé un système de traitement et de séparation à trois étages comprenant un bassin de flottation, un appareil d'extraction de gaz faisant l'objet de l'invention et un bassin de sédimentation. Fig. 3 représente schématiquement l'appareil de dégazage faisant partie de l'installation illustrée par la Fig. 2 et Fig. k représente schématiquement une autre forme de l'appareil faisant l'objet de l'invention. Comme le montre la Fig. 1, l'appareil d'aération initiale I est suivi d'un système à deux étages comprenant un bassin de flottation 2 et un bassin de clarification ou sédimentation 3. L'eau usée qui a subi le traitement primaire (dans un système non illustré) entre dans l'appareil d'aération 1 parla conduite k et circule dans le sens des flèches par la conduite descendante 5 et la conduite ascendante 6 qui débouchent dans le bassin de dégagement de gaz 7.Du bassin 7, l'eau usée passe par la conduite 8 dans un bassin de flottation 2 dans lequel les solides remontent c la surface du liquide et sont repris par le mécanisme écumeur 9 pour être renvoyés,comme l'indique la flèche, au bassin de dégagement de gaz 7. L'eau quitte le bassin de flottation 2par la conduite 10 et parvient ainsi dans le bassin de clarification ou s- dimentation 3, dans lequel les solides qui subsistent éventuellement sont amenéS à s'accumuler au fond du bassin. L'eau est évacuée du bassin de clarification 3 par une conduite non illustrée.Une suspension des particules solides sédimentant jusqu'au fond du bassin de clarification 3 descend par la conduite 11 dans la conduite 12 qui répartit cette suspension en deux fractions, dont l'une retourne à l'appareil d'aération 1 et dont l'autre est évacuée du système comme boue par la conduite 13. Le système illustré à la Fig. 2 est différent de celui de la Fig. 1 du fait que l'appareil d'extraction de gaz conforme à l'invention est interposé à l'amont du bassin de clarification 3, c'est-à-dire sur le parcours de la conduite 10. L'eau usée peut contourner le bassin de flottation 2 par la conduite de dérivation 19. L'appareil d'extraction de gaz illustré à plus grande échelle à la Fig.3 est une haute tour ou enceinte 14 divisée sur la majeure partie de sa hauteur par une cloison 15 s'étendant depuis le fond de la tour 14 jusqu'au-dessous du niveau A-A atteint par le liquide dans cette tour 14. La partie supérieure de la tour 1k communi que par la conduite 16 avec une pompe à Vide > nonillustrée.La tour lu est effectivement divisée en deux compartiments, l'eau étant aspirée dans le compartiment ascendant 17 et redescendant par le compartiment descendant 18. Le gaz dissous dans l'eau se dégage de celle-ci tandis qu'elle s'élève parce que la pression hydrostatique est abaissée par l'action de la pompe à vide et est ensuite évacué de la tour 1k par par la conduite 16. L'eau ainsi dégazée redescend par le compartiment descendant 18 dans le bassin de clarification 3. La forme de réalisation illustrée à la Fig. 3 montre à peu près le niveau A-A atteint par l'eau usée dans 12 tour lorsque la pression à la surface de l'eau a été abaissée, par exemple à une valeur absolue de 0,1 bar qui peut exiger la mise en service d'une pompe à deux étages. Toutefois, si la dépression est moins importante, par exemple si la pression absolue est de 0,3 bar, une pompe à un étage se révélera probablement suffisante et l'eau usée pourra atteindre les niveaux indiqués par les lignes en pointillés X-X et Y"Y, l'eau usée du compartiment ascendant 17 débordant jus te de la cloison 15 et l'eau usée du compartiment descendant 18 n'arrivant quJa peu près à 1 m plus bas.Par conséquent, le passa ge de l'eau usée du compartiment 17 par-dessus la cloison 15 dans le compartiment 18 s'accompagne d'un effet de déversementsqui favorise encore le dégagement de l'air de l'eau. De préférence, des écrans ou des moyens analogues pour rompre la chute libre de l'eau usée peuvent être agencés entre le dessus du compartiment descendant 18 et le niveau que l'eau usée y atteint. Dans les deux formes de réalisation illustrées par la Fig. 3, l'admission d'eau usée à la tour peut êtxe fort variable et le débit d'extraction des gaz peut donc varier beaucoup aussi. Lorsqu'il en est ainsi, la pompe à vide doit être conçue pour assurer le dégagement de gaz maximum requis. Lorsque le dégagement de gaz est inférieur au maximum, un supplément de gaz est de pré férence admis dans le système pour que la pression à la surface de l'eau usée se maintienne constante. Ce supplément de gaz peut être introduit en tout endroit du système à l'amont de la pompe à vide, mais de préférence au point 20 ou à la hauteur du bas du compartiment ascendant 17 pour favoriser la dissolution du gaz dans l'eau usée. La Fig.+ représente une autre forme d'appareil drextraction de gaz que celui des Fig. 2 et 3. Suivant cette variante, le compartiment descendant 18 est logé coaxialement au milieu de la tour 1k et est entouré par le compartiment ascendant 17.A sa partie inférieure, le compartiment descendant 18 est coudé à angle droitsde manière à constituer une conduite par laquelle le liquide quitte l'appareil daeatraction de gaz pour parvenir au bassin de clarification 3.11 convient de. noter que la forme de réalisation illustrée par la Fig. k pourrait titre en fait inverséeen ee sens que le compartiment ascendant 17 pourrait devenir le compartiment descendant et que le compartiment descendant 18 pourrait devenir le compartiment ascendant, par simple connexion du compartiment 18 avec le bassin de flottation et du compartiment 17 avec le bassin de clarification,plutOt que de la façon indiquée,et avec diminution plutôt qu'augmentation de la section transversale à la partie supérieure du compartiment 18. Cet agencement inverse serait préférable si la pression absolue à la surface de l'eau usée devait entre réduite à environ 0,3 bar. Dans la tour 1k illustrée par la Fig. k, le liquide atteignant le niveau A-A est surmonté d'une couche d'écume atteignant le niveau B-B. Les niveaux indiqués en pointilles C-C et D-D sont les limites supérieures et inférieures pour le niveau A-A du liquide. Comme dans l'appareil de la Fig. 3, le gaz s'échappe de l'appareil de la Fig. 4 par une conduite 16 et est aspiré par une pompe à vide,non illustrée. Dans les deux formes de la tour 1k, la partie supérieure du compartiment descendant 18 a une section transversale supérieure à celle de la partie inférieure, tandis que la partie supérieure du coopartiment ascendant présente un accroissement de section transversale correspondant. R E V E N D I C h T I O N o. 1 - Procédé de traitement d'une eau usée comprenant un stade au cours duquel un gaz est séparé d'un liquide, caractérisé en ce qu'on abaisse la pression à la surface de l'eau usée pendant le stade de séparation du gaz jusqu' à une valeur inférieure à celle de l'atmosphère dans une mesure suffisante pour provoquer le dégagement d'une certaine proportion du gaz éventuellement dissous ou des bulles éventuellement contenues dans l'eau usée. 2 - Procédé de- traitement biologique d'une eau usée comprenant un stade d'oxygénation au cours duquel un gaz contenant de l'oxygène est introduit dans l'eau usée qui subit alors un traitement supplémentaire après le stade d'aygénation, caractérisé en ce qu'on exécute au cours du traitement supplémentaire de l'eau uséetaprès l'oxygénation,un stade d'extraction de gaz au cours duquel la pression régnant à la surface de l'eau usée dans un récipient d'extraction de gaz est abaissée à une valeur inférieure à celle de l'atmosphère dans une mesure suffisante pour faire se dégager une certaine proportion du gaz éventuellement dissous ou éventuellement en bulles de l'eau usée. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce qu'on abaisse la pression absolue régnant à la surface de l'eau usée à une valeur de 0,k bar sinon moins. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'abaissement de pression aspire l'eau usée dans une région à courant ascendant communiquant à son extrémité supérieure avec l'extrémité supérieure d'une région a courant descendant dans laquelle l'eau usée descend par gravité, les extrémités supérieures des deux régions communiquant l'une avec l'autre par une région close contenant un mélange de gaz et de vapeurs surmontant la surface de l'eau usée, laquelle région close est munie d'un dispositif permettant d'abaisser la pression régnant à la surface de l'eau usée et d'extraire de la région close ce aé- lange de gaz et de vapeurs. 5 - Procédé suivant la revendication i, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement de l'eau usée dans la région de courant ascendant n'excède pas 0,3 m par seconde et de préfé- rence environ 0,1 m par seconde. 6 - Appareil pour le traitement biologique d'une eau usée qui comprend un récipient d'oxygénation muni de dispositifs pour y admettre un gaz contenant de l'oxygène et un cipient de clarification murn de aispositifs pour en soutircr Ur- parément des solides et un liquide, caractérisé en ce qu'il co- prend un récipient d'extraction de gaz muni d'un dispositif permettant d'abaisser la pression qui y règne au-dessous de la pression atmosphérique, le récipient d'extraction de gaz se trouvant en communication tant avec le récipient d'oxygénation qu'avec le récipient de clarification de manière telle que l'eau usée du récipient d'oxygénation passe par le récipient d'extraction de gaz avant d'entrer dans le récipient de clarification. 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le récipient d'extraction de gaz comprend un compartiment ascendant pour l'eau usée communiquant avec l'extrémité supérieure d'un compartiment descendant pour l'eau usée, les extrémités supérieures des deux compartiments communiquant à leur partie supérieure avec une chambre à gaz close munie d'un dispositif permettant d'abaisser la pression régnant à la surface de l'eau usée dans le récipient d'extraction de gaz jusqu'à une, valeur #nférieu- re à celle de l'atmosphère et d'extraire de la chambre à gaz le mélange de vapeurs et de gaz qu'elle contient au-dessus de la surface de l'eau usée. 8 - Appareil suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif permettant d'abaisser la pression régnant à la surface de l'eau usée dans le récipient d'extraction de gaz comprend une pompe à vide propre à abaisser la pression jusqu'à une valeur telle que la vitesse d'écoulement de l'eau usée dans le -compartiment ascendant n'excède pas 0,3 m par seconde. 9 - Appareil suivant la revendication 8,caractérisé en ce au'il comprend un dispositif pour admettre un supplément de gaz dans le récipient d'extraction de gaz de manière à main -tenir constante la pression ainsi abaissée. 10 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que la partie supérieure du compar- timent ascendant présente une section transversale inférieure à celle de la partie inférieure et la partie supérieure du compartiment descendant présente une section transversale supérieure à celle de la-partie inférieure.