Brevet FR2392937A1 — publié le 19781229

L'invention se rapporte au traitement de l'eau par coagulation obtenue par voie chimique. Ce traitement des eaux presente l'avantage d'être insensible aux toxiques et à la température. Il est operationnel en très peu de temps et, de ce fait, particulierement adapte au traitement des eaux usées des villes à population variable, telles que les stations de montagne et de bord de mer. Son principal inconvénient reste son coût d'exploitation eleve lorsqu'on utilise les coagulants classiques, tels que le chlorure ferrique et le sulfate d'alumine. Il existe actuellement sur le marché du sulfate ferreux en quantités très importantes comme sous-produit de la fabrication du bioxyde de titane. Les différents essais effectués en laboratoire et sur le terrain en vue de l'utilisation du sulfate ferreux pour la coagulation dans les eaux usées urbaines et industrielles ont montre qu'il est nécessaire d'oxyder le fer ferreux en fer ferrique pour avoir une bonne floculation et une excellente elimination de la "demande biochimique en oxygène après cinq jours" (paramètre, appele DB05, qui mesure le degré de pollution des eaux usees) et des matières en suspension.Ces techniques consistent généralement à utiliser le sulfate ferreux de la même manière qu'un coagulant classique : on prépare une solution-mère contenant quelques centaines de grammes de sulfate ferreux par litre et on l'injecte dans l'eau à traiter à l'aide d'une pompe doseuse en quantité proportionnelle au débit de l'eau. Le sulfate ferreux est mélangé à l'eau usée à traiter en amont d'un dispositif appelé floculateur ou se forme le floc (grumeaux qui #regroupent les particules très fines et les matières colloïdales et qui absorbent les bactéries). Une base, généralement de la chaux, est aussi introduite dans le floculateur# L'oxydation du fer ferreux en fer ferrique se produit dans le floculateur et ce d'autant plus rapidement que la quantité de chaux est élevée.Toutefois, il faut au moins 30 minutes et même jusqu'à une heure de temps de séjour dans le floculateur pour qu'une partie importante du fer ferreux soit transformé en fer ferrique et qu'il se développe un flocon sufisamment dense. Les techniques connues d'utilisation du sulfate ferreux pour la coagulation dans les eaux usees conduisent toutes, finalement à une oxydation seulement partielle du fer ferreux en fer ferrique et, de ce fait, des quantités importantes de fer ferreux sont rejetées dans l'effluent traite. Ce fer ferreux s'oxyde ultérieu renent au contact de l'air et précipite dans le milieu récepteur. La présente invention a pour but un procédé exempt de cet inconvénient. Le procédé suivant l'invention comporte, de façon connue en soi, la transformation, par oxydation, du sulfate ferreux en solution relativement concentrée, en sulfate ferrique en présence d'une base et est principalement caractérisé en ce que cette transformation est pratiquement totale et effectuée dans un bassin d'oxydation avant injection du coagulant dans l'eau a traiter. Selon un mode d'exécution préféré, la solution de sulfate ferreux introduite dans le bassin d'oxydation a une concentration comprise entre 100 a 200 g/l. et son pH est maintenu aux environs de 8,5 à 9. Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'aide de la description ciaprès. La figure unique du dessin annexé représente une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Cette installation comprend une bâche de stockage du sulfate ferreux en solution concentrée 1 , à partir de laquelle, par l'intermédiaire d'une pompe doseuse 2, le sulfate ferreux est introduit dans un bassin d'oxydation compartimenté 3. Une base (chaux soude caustique, ou autre) est stockée en solution concentrée en 4 et est introduite par une pompe doseuse 5 dans le bassin d'oxydation 3. De l'air, de l'oxygène pur, ou de l'eau oxygénée H202, sont ajoutés en 31 dans le bassin 3. Le temps de séjour global dans ce bassin peut être compris entre une minute et 24 heures, mais de préférence est de 15 à 20 minutes. La suspension-solution concentrée de fer ferrique obtenue s'écoule par gravité dans un mélangeur rapide 6 ou l'eau à traiter arrive en 61. Le mélange eau-coagulant passe ensuite dans un floculateur et un décanteur 8 dans lequel le fer ferrique précipite avec les matières en suspension et une grande partie des matières organiques. L'eau traitée est extraite en 81, les boues en 82. Des automatismes de régulation peuvent être introduits. Par exemple, on asservira avantageusement les pompes doseuses au débit de l'eau à traiter. L'asservissement de la dose de produits basiques a ajouter en fonction du pH du liquide dans le bassin d'oxydation, et l'asservissement de la quantité d'air ou d'oxygène pur à injecter en fonction de la teneur en oxygène du produit contenu dans le bassin d'oxydation peuvent également se pratiquer. Dans le cas de l'oxydation à l'oxygène pur, on peut utiliser un bassin d'oxydation fermé avec recyclage du gaz. On va maintenant décrire un exemple de conduite du procedé et donner des résultats expérimentaux. Exemple On a préparé une solution de FeSO4, 7H20 à 200 girl. de FeS04 et, après avoir ajusté le pH à 8,5 avec NaOH,on a oxydé cette solution à l'air sous pression pendant 10 minutes, de façon à former de l'hydrate ferrique. Cette solution a ensuite été in jectée dans des bechers à raison de 30 mg de Fe par litre d'eau à traiter. La floculation a été obtenue avec des palettes tournant à 100 tours par minute pendant 5 minutes, puis à 75 tours par minute les 5 minutes suivantes et enfin à 50 tours par minute les cinq dernières minutes. On a laissé décanter pendant 60 minutes.Les rendements d'épuration obtenus, calculés en mesurant lesparametres physico-chimiques sur l'eau brute et sur liteau decantée, sont présentés au tableau 1 Effluent pH DCO MES Total P Fe mg/l U2 mg/l mg/l mg/l Avant traitement 7,0 792 365 15 0,5 Après traitement 7,0 223 15 0,75 0,4 % d'élimination E 71 96 95 On constate que l'on obtient un excellent rendement d'élimination de la DCO, des matières en suspension (MES) et du phosphore total et que ces rendements sont tout à fait comparables à ceux que l'on obtient par le procédé classique de coagulation avec le chlorure ferrique et le sulfate d'alumine. Les avantages du procédé décrit, sont les suivants - Utilisation d'un bassin de floculation de taille réduite qui tient compte d'un temps de séjour de 1 à 20 minutes pour le débit de pointe (au lieu de 30 à 60 minutes dans le procédé antérieur). - Oxydation du fer ferreux en fer ferrique réalisée à plus de 99 %. - Faible quantité de base utilisée pour neutraliser l'aci dite du sulfate ferreux et pour élever le pH de la solution de sulfate ferreux au-dessus de 7,0. Dans le procédé antérieur, on doit élever le pH de la totalité de l'eau usée à traiter et oxyder le fer ferreux en fer ferrique après son introduction dans celle-ci, ce qui exige l'utilisation de quantités importantes de base, car il faut vaincre le pouvoir tampon de l'eau usée. Il est donc bien-pre férable d'élever le pH de la solution concentrée de sulfate ferreux et droxyder celui-ci avant son-injection dans l'eau usée. - Excellente floculation, obtenue en un temps bien plus court qu'avec un sel ferreux. - Simplicité de mise en oeuvre, de réalisation et de contrôle. Bien entendu, le procédé décrit pourra faire l'objet de modifications, sans s'ecarter de l'esprit de l'invention. En particulier, la concentration du sulfate ferreux dans le bassin d'oxydation pourra varier de 200 mg/l à 500 mg/l ; le pH pourra égale- ment varier (à condition d'être maintenu au-dessus de 7) et le temps de contact sera déterminé en conséquence ; une turbine pourra être utilisée à la place d'air pressurise ; et éventuellement, on peut prévoir la recirculation d'une partie des boues en 6 pour favoriser la floculation. REVENDICATIONS. 1. Procédé de traitement de l'eau par coagulation au moyen de sulfate de fer comportant la transformation, par oxydation, de sulfate ferreux en solution relativement concentrée, en sulfate ferrique en présence d'une base, caractérisé en ce que cette transformation est pratiquement totale et effectuée dans un bassin d'oxydation avant injection du coagulant dans l'eau a traiter. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'introduction dans le bassin d'oxydation d'une solution de sulfate ferreux ayant une concentration comprise entre 100 et 200 g/litre et par l'insufflation d'un oxydant (air, oxygène ou eau oxygénée) et l'introduction d'une base pour maintenir le pH aux environs de 8,5 à 9. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la quantité de sulfate ferreux introduite dans le bassin d'oxydation est asservie au débit de l'eau à traiter, la quantité d'oxydant insufflé est asservie à la teneur résiduelle en oxygène du produit contenu dans le bassin d'o-xydation et la quantité de base introduite est asservie au pH dudit produit.