Brevet FR2365525A1 — publié le 19780421

La présente invention se rapporte à un procédé d'épuration chimique des eaux usées en provenance d'exploitations urbaines, agricolles, ou industrielles et de récupération des produits résiduaires. Sont concernées en particulier les eaux usées provenant des blanchisseries, teintureries, tanneries, entreprises de vernissage, abattoirs, fabriques de produits alimentaires, mais les eaux usées col lectées dans les communes, de préférence celles qui contiennent des élements organiques, peuvent également être traitées. Pour provoquer la floculation en vue de l'épuration chimique des eaux usées, on a employé jusqu'à présent divers éléments, inorganiques ou organiques, tels par exemple que le sulfate d'aluminium, le chlorure III de fer, mais aussi le sulfate In de fer et la poudre de fer en partie avec additions de soude caustique et, ou bien, de lait de chaux, ou encore des polyélectrolvtes organiques. On sait déjà également provoquer la floculation en modifiant la valeur du pE. De même, il a déjà été proposé dans le brevet allemand 2 541 357 d'ajouter aux eaux usées des acides inorganiques, qui donnent, après réduction des solutions neutralisées, des produits pouvant servir d'engrais. On a déjà proposé aussi dans le brevet allemand 2 214 756 de précipiter des ions de phosphate avec un lait de chaux. La présente invention se sert d'un procédé, qui, par la combinaison d'un additif d'acide phosphorique et, le cas échéant, d'un additif d'acide nitrique et d'acides organiques, ainsi que suivis d'une neutralisation par de la chaux, présente certains avantages par rapport aux procédés connus. Ceux-ci peuvent encore être notablement perfectionnés quant à leur action dans l'épuration. La plupart des procédés d'épuration connus introduisent des sels, dont 1' effet sur les boues est indésirable, leur donnant, par exemple, une certaine toxicité, une mauvaise consistance et d'autres caractè- res nocifs.Il en résulte souvent des boues gélatineuses, ne pou vant être déshydratées que très difficilement, nuisant très fortement à la croissance des plantes et qu'il faut souvent déposer à grand peine. En adoptant des éléments de floculation synthétiques, macromolé culaires, on a réalisé une certaine amélioration quant à la durée du séjour dans les bassins de décantation. Une décantation complémentaire, biologique, reste nécessaire dans la plupart des cas. Pour séparer des eaux usées urbaines les produits mouillants prépondérants et les phosphates, on-a également proposé de ramener à 12,5 au maximum, au moyen d'un lait de chaux, la valeur du pH, d'é cumer par un afflux d'air les produits mouillants et i'abaisser audessous de 9 la valeur du pH par un afflux de CO. On connais l'effet de désinfection du lait de chaux, néanmoins le degré d'efficacité d'une épuration parait très réduit avec 33 % et les possibilités d'emploi des eaux usées comme produits chimiques restent fort limitées du fait de leur teneur instable en phosphates. Pour une réduction, non seulement la dépense d'énergie de 0,5 kWh = 430 cal (avec un degré d'efficacité élevé) pour vaporiser un litre d'eau reste énorme, mais les centrifugeuses consomment encore une énergie notable. De plus, il faut effectuer un travail manuel considérable pour nettoyer les filtres et enlever des centrifugeuses les eristallisats. Il s t y ajoute les coûts , extrêmement élevés, des installations mécaniques et des équipements. L'invention concerne donc un procédé de traitement des eaux usées, en particulier des eaux usées industrielles renfermant des éléments organiques, en bénéficiant d'un résidu propre à servir d'engrais par destruction des flocons, ou précipitation des impuretés, dissoutes ou en suspension, procédé caractérisé en ce qu'on ajoute aux eaux usées de l'acide phosphorique et, le cas échéant, de l'acide nitrique par quantité minimale de 0,25 1 par 1 000 1, toutefois jusqu'à ce que se produise une réaction nettement ou fortement acide et un acide organique du groupe des acides formique , acétique, oxalique, lactique, ou des produits entrant dans la composition de ces acides, en quantité à peu près équivalente à celle de l'acide inorganique, qu'on mélange, puis neutralise au moyen d'un lait de chaux ou de chaux vive, pour séparer ensuite de la phase liquide le dépfobtenu. L'invention concerne un dispositif particulier destiné à l'application de procédé. Par le procédé selon l'invention, grâce à une simple précipitation et pour une dépense de temps et de matériel réduite, on élève sensiblement le degré d'épuration des eaux usées, de telle sorte que ces eaux peuvent être réemployées immédiatement. Il est inutile d'effectuer une décantation complémentaire biologique. On peut réaliser la désinfection et la stérilisation ainsi que la destruction des oeufs de vers et des vers. Les boues séparées sont des matières premières de première qualité pour engrais chimiques et peuvent être complétées par addition d'autres engrais. L'épuration des eaux usées s'effectue en peu de temps, les boues se déposant rapidement, leur structure leur donnant la faculté de se concentrer en une masse remarquable. Le procédé selon l'invention permet surtout, sans procéder à une réduction, de séparer également les sels facilement solubles.De plus, en#empIoyant de la chaux avec de l'oxyde ou de l'hydroxyde de magnésium, on peut introduire aussi du magnésium fertilisant. Comme acide organique, l'acide formique a particulièrement fait ses preuves, mais on a obtenu de très bons résultats par ltemploi, suivant le genre d'eau usée, d'acide acétique, d'acide lactique et d'acide oxalique. Les quantités ajoutées d'acide doivent varier en fonction du degré d'épuration désiré. Ainsi, en se référant à un exemple, par le procédé selon I' in- vention, appliqué à un produit pouvant déposer, la teneur de 50,0 g/l de ce produit est tombée à 186,6 mg/l après la première précipitation, c'est-à-dire que 99,627 % ont été eeartés. Par exemple, la teneur en sodium est tombée de 1 377,88 mg/l à 18,6 mg/l, celle du potassium de 48,36 mg/l à 0,4 mg/l, la teneur en acide silicique de 1 607,# mg/l à 15,5 mg/l, la teneur en bore est tombée de 835,7 mg/l à 7,41 mg/î. On a pu déceler encore 7,8 mg d'ions de phosphate sur 2 236,9 mg/l, 236 mg d'ions de sulfate en partant de 978,5 mg, 12,2si mg/l d'ions de chlorures en partant de 1 600 mg. La consommation de permanganate de potassium tombe de 1 002 mg/l à 30,3 mg/l. Les huiles et les graisses ont pu passer dans cet essai de 22 600 mg/l à 9,5 mg/l. La teneur en détergents (agissant comme anions) est tombée également de 287,5 mg/l à 0,5 mg/l. On n'a pas pu déceler après traitement d'hydrocarbures lourds. La consommation s'était élevée à 4,07 g/l d'acides et à 4,54 g/l de CaO. Les avantages apportés par l'invention, c'est-à-dire eau usée mieux épurée, raccourcissement de la durée du traitement, diminution de la dureté et de la production des boues, qui possèdent de grandes qualités en tant que matières premières pour engrais chimiques (par exemple, phosphate 21 , azote 14 #) sont augmentés par d'autres additions et une répétition du procédé. Ainsi, par exemple, en nombre de cas, les valeurs de traces précitées tombent , après l'évacuation des boues, jusqu'à disparaitre sensiblement totalement et la consommation du permanganate de potassium tombe par exemple de 30,5 mg/l à 1,2 mg. Dans la seconde opération de précipitation, on Peut employer, à la place d'acide formique, un autre acide organique. L'acide oxalique s'est révélé là particulièrement avantageux. Pour correspondre au degré réduit de la pollution restant encore, il nty a lieu d'employer que des quantités très limités d'acide. Souvent, moins du dixième des quantités employées précédemment. Par exemple, les eaux usées très alcalines d'une fabrique de produits de beauté subissent un traitement préalable, énergique, d'épuration à l'acide nitrique et à l'acide formique sans addition de chaux et, de ce fait, évitent plusieurs procédés d'épuration importants. Suivent le procédé conforme à l'invention, la séparation des boues et de l'eau s'effectue pour des valeurs du pH allant de 6,4 à 8,4 et de 9,6 à 12,5. On obtient de bons résultats en élevant à l'aide de chaux, avant l'application du procédé selon l'invention, la valeur du pH à 12 et en la ramenant ensuite à 7, ou en procédant à une re-neutralisation après acidification en milieu nettement acide. A vrai dire, l'emploi de produits chimiques de grande pureté procure certains avantages, on peut néanmoins procéder en règle générale en employant des acides du commerce. L'analyse donnée en exemple plus haut a été effectuée de manière entièrement automatique avec des réactifs courants dans un bac de 2 000 1 de capacité. Pour préparer le lait de chaux, on a proposé de la chaux vive ou de la chaux hydratée avec ou sans oxyde ou hydroxyde de magnésium. Exemple d'application Lessive fortement polluée, 2 000 1 50,0 g/l de boues usées, pH 11,5 Acide orthophosphorique à 75 ss : 2,00 1 Acide nitrique à 60 % : 2,00 1 Acide formique à 85 ffi : 2,00 1 Lait de chaux à 20 ffi: 45,00 1 On peut préparer les boues précipitées, par exemple, en ajoutant 2,00 1 d'acide phosphorique, ou 20 1 d'acide sulfurique à 20 r#. Ce faisant, il est possible de séparer l'huile et la graisse des boues, ces dernières se détachant des précédentes après acidification, mais il se peut aussi que se produisent des combinaisons indésirables, difficilement solubles, par exemple du plomb dans du sulfate de plomb. La neutralisation des boues qui suit s'opère de manière appropriée pour répondre à toutes les exigences d'un engrais complet, qui ne sont pas satisfaites selon l'analyse. Toutefois, la préparation peut aussi s'effectuer dans le récipient collectif après exécution du mélange et de l'analyse postérieure, de façon qu'après les opérations de réception stoechiométriques connues, ou d'après les exigences biologiques, on ajoute des doses convenables de sels nutritifs et d'éléments de traces. Le traitement des eaux usées et la préparation des boues peuvent s'effectuer au moyen du dispositif, pareillement conforme à l'invention et représenté schématiquement sur la planche jointe, par exemple de la manière suivante : les eaux usées sont amenées du collecteur dars le bassin de réaction 1, la hauteur de remplissage s'élevant au-dessus du régulateur de niveau 31. L'addition d'acide s 'effectue par l'intermédiaire des récipients de dosage 2 et 3. Cette opération est contrôlée par l'électrode de pH 14 et les amplificateurs 15 et 16. Le mélange avec les eaux usées s'opère par l'intermédiaire du mélangeur 32 et, ou bien, de la pompe 5, ou de l'injecteur 12 avec les soupapes 6, 7, 10 et 11, qui provoquent le refoulement dans le bassin de réaction. En disposant de deux installations différentes, on a l'avantage d'obtenir un mélange intime en gagnant du temps. Le lait de chaux est amené par l'intermédiaire du récipient de dosage 4, pareillement sous le contrôle de l'électrode de pu 14 et de l'amplificateur 27. On a constate d'après la mise hors circuit de l'installation dans laquelle s 'effectue le mélange, les boues se séparent Si parfaitement de l'eau, qu'un filtrage n'est pas nécessaire. il en résulte cet avantage, que l'on n'a plus besoin maintenant de plusieurs bassins pour obtenir de l'eau claire. La soupape 8 s'ouvre au bout du temps prédéterminé pour que le dépôt s'opère et l'eau claire arrive, pour des besoins particuliers, par l'intermédiaire de la soupape de contrôle 9, du filtre 17, des échangeurs d'ions 18 et 19, ainsi que de la fosse du eontrole/2f, dans la canalisation ou dans le réservoir d'eau claire. Le contrôle final s'effectue par l'intermédiaire de l'électrode de pH 30, qui, en cas de fausse manoeuvre, arrête l'installation, déelenehe l'avertisseur 28 et ferme la soupape 9. Selon l'invention, la conduite d'écoulement des boues et, soit disposée assez haut pour rester remplie, exempte d'air, soit en pentes de dérivation. Il en résulte cet avantage, que les boues peuvent être pompées ou évacuées à l'issue de la première préeipitation ou sans que l'eau usée, épurée, ait été autrement éjectée et que la seconde opération,ou l'opération suivante d'épuration peut s'effectuer immédiatement, avec les mêmes dispositifs de dosage, de mesure du pH, de mélange et dans les même bacs de réaction. Pour le transport des boues, la pompe 5 s'enclenche et les soupapes 7 et 10 donnent la voie libre vers le récipient des boues 20, dont le régulateur de niveau 29 empêche le débordement. Par l'intermédiaire des soupapes 21, les boues peuvent continuer là à se déshydrater. Dans le récipient 20, les boues difficilement solubles sont traitées par addition d'acide sulfurique, ou d'acide phosphorique, ou d'acide nitrique et d'éléments de traces pour constituer des engrais chimiques de grande valeur ou une solution nutritive pour plantes, puis conduites, par l'intermédiaire de la soupape 22, par la pompe 23, dans le séchoir 24 et dans le réservoir 25. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des eaux usées, en particulier provenant de l'industrie et renfermant des particules organiques, en obtenant des boues propres à servir d'engrais, par floculation, ou précipitation des impuretés dissoutes ou en suspension, caractérisé en ce qu'on ajoute aux eaux usées de l'acide phosphorique, ainsi que, le cas échéant, de l'acide nitrique par quantité minimale de 0,25 1 pour 1 000 1, toutefois jusqu'à ce que se produise une réaction nettement ou fortement acide, et un acide inorganique du groupe des acides formique , acétique, oxalique, lactique, ou des produits entrant dans la composition de ces acides en quantité à peu près équivalente à celle de l'acide organique, que l'on mélange, puis neutralise à l'aide d'un lait de chaux ou de chaux vive, pour séparer ensuite de la phase liquide le dépôt obtenu. 2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que lton repète ce processus, la phase liquide étant -# séparée, en ajoutant cette seconde fois un acide organique différent de celui employé la première fois. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce quton utilise comme acide organique un acide résiduel de l'industrie laitière. 4. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajoute en les mélangeant aux eaux usées, l'acide phosphorique et l'acide nitrique, préalablement mélangés à une solution tampon. 5. Procédé suivant l'ure quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'emploi d'acide phosphorique et d'acide nitrique, l'acide nitrique, puis un acide organique étant ajoutés au cours d'une première suite d'opératDns et l'acide phosphorique au cours de la seconde. 6. Dispositif pour l'application du procédé suivant la revendication 1, comportant un ou plusieurs bacs à réaction avec conduites d'arrivée et de départ pour les eaux usées, des réservoirs d'eau claire, des canalisations et des récipients pour les boues avec une ou plusieurs soupapes d'évacuation pour l'eau claire, séparée, des dispositifs de dosage, un système régulateur du pH et un système de contrôle, ainsi que des dispositifs convenables pour effectuer les mélanges, caractérisé en ce qu'une électrode de mesure du pH et l'arrivée de l'élément a doser sont disposées à une distance telle l'une de l'autre que les acides et les produits neutra li?ants-ne parviennent à l'électrode qu'après avoir été parfaitement mélangés aux eaux usées. 7. Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé en ce que les branchements des éléments du dispositif sont tels que les acides mélangés sont amenés directement dans le bac à réaction, l'acide organique étant toutefois emmagasiné d'abord proportione nellement dans un réservoir intermédiaire et admis sous contrôle, par l'intermédiaire d'une soupape, dans le bac à réaction seulement après le mélange parfait aux eaux usées de l'acide mélangé. 8. Dispositif suivant la revendication F f caractérisé en ce qu'une conduite annulaire du lait de chaux présente des soupapes appropriées, par exemple des soupapes-pinces. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 6, 7, ou 8, caractérisé en ce qu'est prévu un réservoir avec vis sans fin de dosage pour chaux vive en poudre ou chaux hydratée, à commande continue ou par impulsions.