Brevet FR2451892A1 — publié le 19801017

La présente invention concerne le traitement et l'épuration des eaux résiduaires, et a notamment pour objet un appareil combiné pour l'épuration des eaux résiduaires par boues activées. Ce genre d'épuration peut être utilisé pour les eaux résiduaires ménagères et pour celles résultant des activités industrielles telles que : alimentation, textiles, papeterie, synthèse organique, etc. On sait que la question de l'épuration des eaux résiduaires pose des problèmes de plus en plus urgents, et que jusqu a présent elle n'a pas été résolue d'une manière satisfaisante. On a bien des fois tenté de mettre au point des appareils relativement bon marché et efficace pour la mise en oeuvre de toutes sortes de procédés d'épuration des eaux résiduaires : mécaniques, chimiques, physico-chimiques. Au cours des 10 à 12 dernières années, il a été délivré dans divers pays du monde plus de 3000 brevet d'invention concernant le perfectionnement des procédés et des appareils utilisés. Mais comme l'a montré la pratique, les appareils qui ont le plus d'avenir sont ceux réalisant l'épuration biologique des eaux résiduaires par boues activées. Ce procédé est basé sur la faculté des micro-organismes aérobies contenus dans les boues activées d'utiliser, dans leur activité vitale, les diverses matières organiques contenues dans les eaux résiduaires. A condition que la quantité d'oxygène dissous contenue dans liteau soit suffisante, une partie des résidus est oxydée par les micro-organismes jusqu'à formation de produits finals tels que le bioxyde de carbone, liteau, les nitrites et les nitrates, tandis qu'une autre partie est consommée pendant la synthèse de la matière cellulaire, entraînant ainsi une augmentation de la masse biologique des boues activées. Les appareils utilisant ces phénomènes sont connus depuis assez longtemps, mais on continue à les perfectionner afin de rendre le processus d'épuration des eaux résiduaires plus efficace et meilleur marché. Bien que le coût des installations d'épuration des eaux résiduaires dépende en grande partie de la surface qu'elles occupent, on utilise jusqu'à nos jours, pour 11 épuration biologique des eaux résiduaires, des installations comprenant des bassins d'aération et des clarificateursdécanteurs séparés, reliés entre eux par un système de canalisation et par l'intermédiaire d'une station de pompage pour le recyc#lage des boues. Dans les bassins d'aération de telles installations, les eaux résiduaires sont aérées et mélangées aux boues activées, ce qui provoque une extraction et une oxydation intenses des résidus.Dans le décanteur il se produit une séparation par gravité de la suspension de boues activées et des produits de leur interaction avec lteau, après quoi l'eau clarifiée est évacuée, tandis qu'une partie des boues activées est refoulée dans le bassin d'aération. Le processus technologique d'épuration des eaux résiduaires qui vient d'être décrit a un certain nombre d'inconvénients. En particulier, une installation conçue pour la réalisation d'un tel processus occupe une grande surface et comprend un système important et complexe de canalisations. L'évacuation des boues déposées dans le décanteur et leur pompage en vue du recyclage nécessitent des dispositifs spéciaux et des équipements supplémentaires. En plus de cela, le séjour prolongé des boues dans le décanteur dans des conditions d'insuffisance de l'oxygène dissous a une influence négative sur les propriétés oxydantes des micro-organismes aérobies et diminue l'activité des boues dans leur ensemble. De ce point de vue, les appareils combinés pour l'épuration biologique des eaux résiduaires, comprenant un bassin partagé par des cloisons en une zone d'aération, une zone de dégazage et une zone de clarification (voir brevet français NO 215 4851, Cl. C 02C 5/00, 1971), offrent plus de possibilités. La zone d'aération est reliée à une conduite principale d'amenée des eaux résiduaires et à une source d'air comprimé. La zone de clarification est reliée à une conduite principale d'évacuation des eaux clarifiées, elle est également reliée, à sa partie inférieure, à la zone d'aération par des canaux de recyclage, et à sa partie supérieure, par la zone de dégazage. La zone de clarification va en se rétrécissant de haut en bas, elle est équipée sur toute sa surface de paquets de plaques inclinées parallèles et se trouve de part et d'autre de la zone d'aération. La technologie de l'épuration à l'aide de l'appareil qui vient d'être décrit prévoit une aération des eaux résiduaires, l'oxydation des résidus par les boues activées et la clarification des eaux épurées dans une suspension de boues activées dans des conditions de recyclage de ladite suspension de boues activées entre la zone de clarification et la zone d'aération. Les avantages évidents d'un tel appareil par rapport aux appareils décrits plus haut consistent en ce que sa construction est plus simple et permet de maintenir les boues activées dans des-conditions aérobies dans la zone de clarificatiân ce qui rend le processus d'épuration notablement plus intense. Mais la surface occupée par-cet appareil n'est pas beaucoup moindre que celle occupée par les --appareils décrits plus haut, comprenant des bassins d'aération et des clarificateurs décanteurs séparés. En plus de cela, l'efficacité d'utilisation de l'air ou de l'oxygène technique fournis au bassin d'aération n'est pas très élevée dans ce genre d'appareils, et ce, à cause de leur faible profondeur (pas plus de 6 m habituellement). Le problème de l'économie de surface est résolu de la manière la plus efficace quand l'appareil combiné pour l'épuration des eaux résiduaires est construit de la maniere décrite par Dietrich Karl Rolf-(Aufbau und Wirkungsgrad biologischer Abwasserreinigungsanlagen in Hochbehàltern- Diffumat-Systêm. Chemiker-Zeitung, Chemische Apparatur, 1967, N 14, 513-514). Cet appareil comprend un réservoir partagé par des parois intérieures en un bassin vertical d'aération et un clarificateur relié audit bassin par des canaux de recyclage et ayant un système d'évacuation des eaux clarifiées. Le clarificateur est monté dans la partie supérieure du réservoir et a la forme d'un cône, tandis que le bassin d'aération occupe pratiquement toute la cavité intérieure du réservoir et est partagé en une zone d'aération activées et une zone de recyclage du mélange eaux-boues. Parmi les avantages évidents de ce genre d'appareils il faut citer la surface notablement moindre occupée par l'appareil et un plus grand rendement spécifique du à l'intensification du processus d'oxydation des résidus, provoquée par la plus haute pression statique, propre aux appareils du type à tour et dépendant de la hauteur du réservoir, qui peut atteindre 30 m. L'efficacité de l'utilisation de l'air ou de l'oxygène insufflé dans ce genre d'appareil est notablement plus grande. De plus, les conditions sanitaires et hygiéniques dans la zone d'implantation des appareils d'épuration du type à tour sont bien meilleures grâce au fait que les aérosols qu'ils font naître au cours de leur fonctionnement sont évacués à une grande hauteur et qu'ils se forment sur une surface moindre. Toutefois, en même temps que ces avantages, l'appareil décrit présente un certain nombre de défauts sérieux. En particulier, avec l'augmentation de lahauteurdu bassin d'aération de la tour, le rendement total de l'appareil est limité par les dimensions horizontales du clarificateur, c'est-à-dire par la surface de celui-ci. C'est ainsi que, dans le cas d'un appareil de plus de 15 m de hauteur, pour accorder la productivité du bassin d'aération avec celle du clarificateur, la surface de la section horizontale de celui-ci doit être de #plusieurs fois plus grande que celle occupée par la base de la tour du bassin d'aération. Ce facteur .empêche l'implantation compacte de tels appareils en batteries. De plus, la réalisation de ce genre d'appareils, d'une hauteur supérieure à 15 m et plus, n'est pas rentable, car elle demande de grosses dépenses pour l'augmentation de la résistance du réservoir du type tour portant un clarificateur développé en plan. Compte tenu des inconvénients qui précèdent, on s'est proposé de mettre au point un appareil combiné pour ltépuration des eaux résiduaires, permettant le déroulement des processus d'oxydation et de clarification à l'intérieur du réservoir de la tour sans augmenter pratiquement la surface de la section de celui-ci, permettant ainsi une implantation compacte de ces appareils en batteries. Ce problème est résolu grâce à un appareil combiné pour l'épuration des-eaux résiduaires, comprenant un réservoir partagé par des parois intérieures en un bassin vertical d'aération et en un clarificateur relié audit bassin par des canaux de recyclage et ayant un système d'évacuation des eaux clarifiéeslledit appareil étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que le bassin d'aération est situé dans la partie centrale du réservoir, tandis que le clarificateur est limité par les parois du réservoir et du bassin d'aération sur toute la hauteur de l'appareil et est partagé par des cloisons inclinées en étages communiquant entre eux par des intervalles ménagés entre les bords inférieurs des cloisons et les parois de l'appareil, chacun desdits étages étant relié, dans sa partie supérieure,à un système d'évacuation des eaux clarifiées. Une telle disposition et une telle réalisation du clarificateur permet d'inclure dans le réservoir à la fois le bassin d'aération et le clarificateur sans augmenter la section horizontale du réservoir, en évitant ainsi la nécessité d'élargir l'appareil dans sa partie haute. En outre, le partage en étages du clarificateur permet d'augmenter notablement la surface totale de sa section aux niveaux de partage du mélange eaux-boues, ce qui contribue à augmenter le rendement de l'ensemble de l'appareil. Il est possible de réaliser l'appareil de façon à ce que les cloisons inclinées soient fixées par leurs bords supérieurs aux parois extérieures du réservoir, et que les intervalles mettant en communication les étages entre eux soient ménagés entre les bords inférieurs de ces cloisons et les parois du bassin d'aération. Une telle réalisation de l'appareil est avantageuse notamment quand la hauteur du réservoir de la tour ne dépasse pas 15 m. Suivant une autre variante possible de réalisation de l'invention, les cloisons inclinées sont fixées par leurs bords supérieurs aux parois du bassin d'aération, et les intervalles mettant en communication les étages entre eux sont ménagés entre les bords inférieurs desdites cloisons et les parois extérieures du réservoir. Cette variante de l'appareil est préférable quand sa hauteur dépasse 15 m. Le réservoir peut aussi être cylindrique, auquel cas les cloisons inclinées sont coniques. Cette variante peut s'appliquer aux stations 3 d'épuration de faible et de moyenne capacité de traitement (jusqu'à 50 000 m par jour). Dans le cas où le réservoir a une forme parallélépipédique, les cloisons inclinées sont réalisées sous forme de plaques planes. Cette variante de l'appareil peut etre préférée si l'on veut assurer les meilleures conditions d'implantation de ces appareils en batteries et si on veut les utiliser dans des stations de diverses capacités (aussi bien inférieures que 3 supérieures à 50 000 m par jour). Lorsque l'appareil a plus de 6 m de haut, il est avantageux de diminuer successivement, de l'étage supérieur à l'étage inférieur, l'intervalle entre les bords inférieurs des cloisons et les parois de l'appareil, la largeur ss de l'intervalle de chacun des étages étant liée à la hauteur (H) de son emplacement par la relation 8 = d + K.H, où K se situe entre 0,08 et 0,17, tandis que d est égal à la valeur calculée de l'intervalle à l'étage inférieur. Pour assurer la standardisation des cloisons inclinées et le respect des valeurs calculées des intervalles entre leurs bords inférieurs et les parois de l'appareil, les parois du bassin d'aération peuvent etre montées inclinées de façon à ce qu'il aille en s élargissant vers le bas.Il peut aussi etre avantageux, suivant encore une variante de réalisation de l'appareil, de relier tous les étages du clarificateur à un système d'évacuation des eaux clarifiées par des conduites verticales individuelles dont les extrémités supérieures débouchent dans une goulotte collectrice montée dans la partie supérieure du réservoir. Ceci exclut la nécessité de monter des vannes pour régler le débit d'eau clarifiée évacuée de chaque étage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de l'appareil combiné pour l'épuration des eaux résiduaires, en coupe verticale suivant I-I de la figure 2, suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de-l'appareil suivant l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe verticale d'une variante de l'appareil comportant des cloisons fixées aux parois du bassin d'aération, suivant l'invention; - la figure 4 est une vue en perspective fragmentaire d'un appareil à réservoir cylindrique, suivant l'invention;; - la figure 5 est une vue en perspective fragmentaire d'un appareil à réservoir en forme de parallélépipède, suivant l'invention; - la figure 6 est une vue fragmentaire d'un appareil à intervalles de largeur variable entre les bords des cloisons et les parois du réservoir, suivant l'invention; - la figure 7 est une vue en coupe verticale d'un appareil à cloisons standardisées et à parois inclinées du bassin d'aération, suivant l'invention; - la figure 8 montre le système d'évacuation des eaux clarifiées de tous les étages du clarificateur, suivant l'invention; - la figure 9 est une vue en perspective de la goulotte collectrice des eaux clarifiées (fragment IX de la figure 8), suivant l'invention. L'appareil combiné pour l'épuration des eaux résiduaires comprend, comme on le voit sur la figure 1, un réservoir 1 partagé par des parois intérieures 2 en un bassin vertical d'aération 3 et un clarificateur 4. Dans la partie supérieure des parois 2 sont pratiquees des ouvertures 5 équipées de vannes 6. A sa partie inférieure, le clarificateur 4 est relié au bassin d'aération 3 par des canaux inclinés de recyclage 7. Dans la partie inférieure de chacun des canaux de recyclage 7 sont montées des manches à air perforées 8 reliées à une source d'air comprimé (non montrée sur les dessins). Comme on le voit bien sur les dessins 1 et 2, le bassin d'aération 3, suivant l'invention, est situé dans la partie centrale du réservoir 1, et le clarificateur 4 est délimité par les parois extérieures 9 du réservoir 1 et ses parois intérieures 2 servant de parois au bassin d'aération 3. Le clarificateur 4, suivant l'invention, occupe tout le pourtour du réservoir 1 sur toute sa hauteur, et est partagé en étages par des cloisons inclinées 10. Ces étages communiquent entre eux par les intervalles 11 entre les bords inférieurs des cloisons 10 et les parois de l'appareil. Chacun des étages est relié, dans sapartie supérieure, à un système d'évacuation des eaux clarifiées par des conduites perforées 12. Dans la partie inférieure du bassin d'aération 3 sont disposés une conduite perforée 13 (figure 15 d'arrivée des eaux résiduaires, et des aérateurs 14 reliés à une source d'air comprimé ou d'oxygène technique (ne figurant pas sur les dessins). La conduite perforée 13 d'arrivée des eaux résiduaires est orientée de façon à ce que ses perforations 15 soient tournes vers le bas, les aérateurs étant disposés symétriquement de part et d'autre de ladite conduite (figures 1 et 2). Audessus de l'étage supérieur, il y a une zone de dégazage 16. Les figures 1 et 2 montrent un mode de réalisation de l'appareil dans lequel les cloisons inclinées 10 sont fixées par leurs extrémités supérieures aux parois externes 9 du réservoir 1. Les intervalles 11 faisant communiquer entre eux les étages du clarificateur 4 sont ménagés entre les bords inférieurs des cloisons 10 et les parois intérieures 2 de l'appareil, servant de parois au bassin d'aération 3. La figure 3 montre une variante de l'appareil conforme à l'invention dans laquelle les cloisons inclinées 10 sont fixées par leurs extrémités supérieures aux parois intérieures 2 (parois du bassin d'aération 3). Les intervalles 11 mettant en communication entre eux les étages du clarificateur 4 sont ménagés entre les bords i#nférieurs des cloisons 10 et les parois externes 9 du réservoir 1. Aussi bien la première que la deuxième variante qui viennent d'être décrites sont possibles pour différentes formes du réservoir 1. En particulier, comme montré sur la figure 4, le réservoir 1 peut avoir la forme d'un cylindre. Dans ce cas il est souhaitable de réaliser le bassin d'aération 3 en forme de cylindre coaxial, et les cloisons inclinées 10, en forme de cônes tronqués. La variante d'appareil dans laquelle le réservoir 1 a la forme d'un parallélépipède (figure 5) est préférable. Dans ce cas, le bassin d'aération 3 lui est semblable par la forme, les deux moitiés du clarificateur 4 étant respectivement disposées symétriquement de part et d'autre du bassin d'aération 3. Dans le cas considéré, les cloisons inclinées 10 sont réalisées sous forme de plaques planes. Dans le cas d'un réservoir 1 de hauteur ne dépassant pas 6 m, les intervalles 11 entre les bords inférieurs des cloisons inclinées 10 et les parois du réservoir 1 (les parois internes 2 ou les parois externes 9, suivant la variante qui est considérée) peuvent être de même valeur à tous les étages. Mais dans le cas d'un réservoir 1 de hauteur supérieure à 6 m, il est plus avantageux d'adopter la variante d'appareil dans laquelle les valeurs des intervalles 11 diminuent successivement de l'étage supérieur à l'étage inférieur, comme on le voit sur la figure 6. Dans ce cas, le rapport optimal des dimensions géométriques des différents éléments est celui pour lequel la valeurs de l'intervalle 11 de chacun des étages est liée à la hauteur H de son emplacement par la relation fonctionnelle suivante : 8 = d + K H, où d est égal à la valeur calculée de l'intervalle 11 de l'étage inférieur, le coefficient K se situant dans les limites de 0,08 à 0,017. Sur la figure 7 est montrée une variante de l'appareil dans laquelle les cloisons inclinées 10 de tous les étages sont standardisées et ont les mêmes dimensions géométriques, les parois 2 étant disposées de façon que le bassin d'aération 3 aille en s'élargissant de haut en bas; La variation de la dimention des intervalles 11 successifs est déterminée par le choix de 1'angle CCd'inclinaison des parois 2. La figure 8 montre une variante de l'appareil suivant laquelle tous les étages du clarificateur 4 sont reliés à un système d'évacuation des eaux clarifiées par des conduites verticales 17 propres à chacun des étages, les extrémités supérieures de ces conduites débouchant dans une gouttière collectrice 19 montée dans la partie supérieure du réservoir 1. Comme on le voit sur la figure 9, sur l'extrémité supérieure de chacune des conduites verticales 17 est vissé un embout télescopique de réglage 19. L'appareil conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Les eaux résiduaires arrivent par la conduite perforée 13 dans le bass#in d'aération 3, où elles se mélangent avec les boues activées et sont aérées grâce à l'air ou l'oxygène technique arrivant par les aérateurs 14. La suspension de boues et d'eau saturée d'oxygène arrive par les ouvertures 5 dans la zone de dégazage 16 où elle abandonne les bulles d'air. De la zone de dégazage 16, la suspension de boues et d'eau sous forme d'un flux dirigé longe les parois 2 ou les parois 9 du réservoir 1 et arrive dans le clarificateur 4. Du clarificateur 4, la plus grande partie de la suspension de boues et d'eau est recyclée à travers les canaux de recyclage 7 et revient dans le bassin d'aération 3. L'air arrivant par les manches à air perforées 8 contribue à ce recyclage, ce qui exclut pratiquement l'engorgement des canaux de recyclage.En régime établi de recyclage des boues, dans chacun des étages du clarificateur 4 une circulation stable des boues stables se crée et des lignes de partage nettes apparaissent entre les eaux clarifiées et la suspension de boues activées qui est l'état pseudo-liquide (fluidisE). L'oxydation des résidus se trouvant dans les eaux résiduaires épurées a lieu dans tout le volume de l'appareil occupé par les boues activées, et la clarification des eaux est assurée par sa filtration à travers le lit pseudo-liquide (fluidisé) de boues activées à chacun des étages du clarificateur 4. Les eaux clarifiées sont évacuées de l'appareil vers la conduite principale par l'intermédiaire des conduites perforées 12, des conduites verticales 17 et de la goulotte collectrice 18. Les boues en excès peuvent être éliminées directement à partir du bassin d'aération 3 ou bien à partir de l'étage inférieur du clarificateur 4. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n ont été donnés qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil combiné pour l'épuration d'eaux résiduaires, du type comprenant un réservoir partagé par des parois intérieures en un bassin vertical d'aération et en un clarificateur relié audit bassin par des canaux de recyclage et équipé d'un système d'évacuation des eaux clarifiées, caractérisé en ce que le bassin d'aération est disposé dans la partie centrale du réservoir, le clarificateur étant délimité par les parois externes du réservoir et du bassin d'aération sur toute la hauteur de l'appareil et étant partagé en étages par des cloisons inclinées, lesdits étages communiquant entre eux par des intervalles ménagés entre les bords inférieurs de ces cloisons et les parois de l'appareil, chacun desdits étages étant relié , dans sa partie supérieure, à un système d'évacuation des eaux clarifiées. 2. Appareil combiné selon la revendication 1, du type à tour, caractérisé en ce que les cloisons inclinées sont fixées par leurs extrémités supérieures aux parois externes du réservoir, et que les intervalles mettant en communication les étages entre eux sont ménagés entre les bords inférieurs desdites cloisons et les parois du bassin d'aération. 3. Appareil selon la revendication l,caractérisé en ce que les cloisons inclinées sont fixées par leurs extrémités supérieures aux parois du bassin d'aération, et que les intervalles mettant en communication les étages entre eux sont ménagés entre les bords inférieurs desdites cloisons et les parois externes du réservoir. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir a une forme cylindrique, les cloisons inclinées étant de forme conique. 5. Appareil selon l'une des revendications là 3, caractérisé en ce que le réservoir a une forme parallélépipédique, les cloisons inclinées se présentant sous forme de plaques planes. 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les intervalles entre les bords inférieurs des cloisons inclinées et les parois de l'appareil diminuent successivement de l'étage supérieur à l'étage inférieur. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes ,caractérisé en ce que la valeur de l'intervalle de chacun des étages est liée à la hauteur de sa position par la relation fonctionnelle ti= =d + K H où K varie dans les limites de 0,08 à 0,17, tandis que d est égal à la valeur de calcul de la fente à l'étage inférieur. 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cloisons inclinées de tous les étages ont les mêmes dimensions géométriques, tandis que les parois du bassin d'aération sont montées inclinées de façon à ce que celui-ci aille en s'élargissant de haut en bas. 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des étages du clarificateur est relié à un système d'évacuation des eaux clarifiées par une conduite verticales individuelle dont l'extrémité supérieure débouche dans une goulotte collectrice montée dans la partie supérieure du réservoir.