Brevet FR2480738A1 — publié le 19811023

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EPURATION DES EAUX RESIDUAIRES NECESSITANT LE DEGAZAGE DE SUSPENSIONS DE BOUES. La présente invention se rapporte à ltépuration des eaux résiduaires et elle concerne plus spécialement le dé- gazage de suspensions de boues. Jusqu'à présent, l'attention s'est peu portée sur ce problème, mais de nouvelles techniques d'épuration des eaux amènent maintenant à l'étudier de plus pres. Ainsi la tech- nique récente d'épuration par puits profond et les techniques voisines en bassin d'épuration de forte profondeur, conduisent à des boues contenant systématiquement des microbulles gazeuses dues à la décompression de l'eau. On élimine les boues ainsi produites par décantation, ou par flottation, mais la décantation se fait mal du fait des microbulles, ce qui pose des problèmes majeurs en exploi- tation et en tous cas limite les performances de liépura tion, et la flottation, qui bien entendu ne nécessite plus de dégazage, se révèle insuffisante ou économiquement non adaptée dans de nombreux cas. Les études entreprises sur le dégazage des boues ont jusqu'à présent abouti à trois solutions différentes qui ne donnent cependant pas entièrement satisfaction - un dégazage sous vide dans une tour formant colonne barométrique qui, outre l'investissement supplémentaire apporte des contraintes d'installation génantes et des problèmes d'exploitation au niveau des pompes à vide et des casse-mousses devant protéger ltaspiration desdites pompes - un dégazage par stripping des microbulles au moyen d'une aération forcée en grosses bulles dont ltefficacité n'est pas démontrée totalement. - un dégazage par agitation mécanique de la suspension mais qui ne convient pas aux suspensions de boues fragiles, qui consomme de énergie et qui oblige à un investissement supplémentaire. La présente invention envisage de dégazer des suspensions de boues sans consommation d'énergie supplémentaire, sans accroissement important des investissements et de lten- combrement et sans contrainte d'exploitation supplémentaire. Elle propose pour cela de faire ruisseler la suspension de boues en couche mince continue sur un lit à garnissage. Avantageusement, le lit à garnissage sera un empilement de modules constitués par un assemblage de plaques planes et de plaques présentant une double ondulation, par ex. des modules Flocor de "Imperial Chemical Industries" du type E, ET ou ES. L'empilement aura une hauteur d'au moins 2,4 m et préférentiellement comprise entre 2,4 m et 8,4 m et le débit à l'alimentation sera tel qu'il permettra un temps de séjour d'au moins 4 mn et préférentiellement de 4 à 10 mn. Il pourra également s'agir d'un empilement d'anneaux de "Flocor R", ou de tout garnissage plastique en vrac équivalent, ou d'un garnissage en matériau naturel tel que pierraille, pouzzolane, m#chefer, préférentiellement précédé d'un dégrillage ou d'une décantation primaire. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux,elle propose de soumettre les suspensions de boues à un traitement biologique en même temps qu'on les fait ruisseler en couche mince. Dans ce cas, le garnissage supporte un film de matières biologiques actives qui outre la dégradation biologique des matières polluantes qu'elles réalisent, consomment de l'o- xygène et participent de façon combinée au dégazage des boues. La présente invention propose d'utiliser ce procédé de dégazage dans le cadre de l'épuration des eaux résiduaires. La suspension de boues soumise au dégazage résulte alors d'un traitement d'épuration biologique en puits profond, d'un traitement d'épuration biologique en bassin d'aération de forte profondeur, d'un procédé d'épuration aérobie, d'un procédé d'épuration anaérobie, d'une précipitation ou d'une floculation. Les boues ainsi dégazées sont ensuite tout à fait adaptées à une décantation, soit décantation naturelle, soit flottation. L'invention propose également une installation pour mettre en oeuvre ce procédé d'épuration des eaux résiduaires à savoir, un puits profond ou un bassin d'épuration biolo gique de forte profond#ur, suivi d'un système de dégazage des boues, avec éventuellement un décanteur intermédiaire; un décanteur et un système de récupération seront enfin prévus pour rassembler les boues traitées dans le dispositif de l'invention. La présente invention sera maintenant décrite- en référente aux figures qui représentent fig. 1 - un exemple d'une installation d'épuration des eaux résiduaires, fig. 2 - différentes variantes de l'installation selon l'invention, 2A installation d'épuration sans dégrilleur ni décanteur primaire, 2B installation comprenant uniquement un puits profond et un système de dégazage par ruissellement, 2C installation dans laquelle le dégazage se fait sur lit naturel ou Flocor R, ou tout garnissage plastique en vrac équivalent, 2D installation où le puits profond est remplacé par un bassin d'aération de forte profondeur, fig. 3 - des courbes expérimentales donnant la hauteur de l'interface eau/boue en fonction du temps lors de la décantation d'une suspension de boues. La fig. 1 montre l'ensemble d'une installation dlépum ration des eau résiduaires Elle peut comprendre, de façon connue en soi, une série de moyens A pour un prétraitement physique et l'ajustement du pH des eaux, à savoir par exemple, un dégrilleur 1 constitué par une tôle perforée de trous qui assure un filtrage sommaire appelé dégrillage, un déssableur 2, un déshuileur 3, un décanteur primaire 4, un bassin 5 d'ajustement du pH à une valeur donnée, fonction des traitements ultérieurs. Une conduite 6 relie ensuite ces moyens A à une installation d'aération en puits profond B.Cette installation B telle que décrite dans la publication de brevet français 2 229 655 comporte essentiellement un bassin 7 contenant des micro-organismes, disposé au dessus d'un puits profond 8 partagé par une paroi annulaire verticale 9 en deux chambres 10 et 11 communicantes à leurs deux extrémités haute et basse, une chambre 10 dite descen dante parce que l'eau y circulera de haut en bas et une chambre il où l'eau circulera de bas en haut, des moyens pour faire circuler l'eau dans les deux chambres et des moyens pour injecter un gaz contenant de ltoxygène dans la chambre descendante.Ces moyens pour faire circuler l'eau et y injecter un gaz contenant de l'oxygène peuvent être, comme représentés sur cette fig. 1, une buse dtinjee- tion 12 munie d'une vanne de réglage débouchant dans la chambre descendante 10, une buse d'injection 13 munie d'une vanne de réglage débouchant dans la chambre ascendante, reliées par des tubes 14 et 15 à un compresseur unique 16 et un activateur 17 qui commande l'ouverture ou la fermeture des vannes de chacune des buses 12 ou 13. L'activateur 17 agit sur la base des informations relatives à la vitesse de circulation du liquide données par une sonde 18 placée vers l'extrémité supérieure de la chambre descendante 10.Un canal 19 relie le puits profond 8 à une cellule de flottation naturelle 20 surmontée d'un racleur 21 des boues flot tées. Une boucle 22 de retour des boues récupérées vers le bassin 7 de l'installation à puits profond est prévue. Un canal 23 issu de la cellule de flottation aboutit à un réservoir 24 dans lequel plonge un élévateur 25. L'élévateur 25 conduit à un distributeur d'arrosage 26 disposé au dessus d'un lit à garnissage 27 constitué par un empilement de modules formés chacun d'un assemblage de plaques parallèles, verticales, alternativement planes et porteuses de doubles ondulations. La surface de mouillage des assemblages est importante et de ltordre de 90 m2 par m3, le taux de vide est également important et de l'ordre de 96 0% Ainsi pourront être utilisés des modules "Flocor" de "I.C.I", des types E, ET ou ES, ces différents types de modules étant identiques en forme, mais ayant seulement des densités différentes, par ex. 40,7 kg/m3 pour ES, 33,3 pour ET. Ces modules de dimensions unitaires 60 x 120 x 60 cm3 sont associés de façon à réaliser un empilement d'au moins 2,4 m de hauteur et préférentiellement d'une hauteur comprise entre 2,4 et 8,4 m. L'empilement est disposé à l'intérieur d'une enveloppe rigide en forme de tour. Une léchefrite 28 est disposée sous l'empilement 27 et de là, un canal 29 part ali menter un décanteur 30.Avantageusement, une boucle de recyclage 31 est prévue, reliant la léchefrite 28 au distributeur d'arrosage 26. Avantageusement, le lit à garnissage 27 est ensemence en micro-organismes épurateurs. Il a été décrit précédemment une installation type d'épuration des eaux résiduaires, mais tous les moyens qu'elle comprend ne sont pas strictement nécessaires, ou ils peuvent être remplacés par des moyens équivalents. Ainsi, comme montré sur le schéma 2A, lorsqu'on emploie comme système de dégazage des boues un empilement du type "Flocor" à fort taux de vide, dégrilleur 1 et décanteur primaire 4 ne sont pas strictement nécessaires. La cellule de flottation 20 intermédiaire entre le puits profond et le lit à garnissage 27 n'est pas obligatoire, même si elle participe de manière efficace et économique à la séparation des boues. En ltabsenee de cellule de flottation, les produits issus du puits profond 8 sont introduits directement dans le système de dégazage des boues que constitue le lit à garnissage 27, comme montré fig 2 B. Par ailleurs, l'empilement de ',Flocor E, ET ou BS pourra être remplacé par un garnissage de "Flocor R cons- titué par des anneaux nervurés en matière plastique comme montré fig 2 C ou par tout garnissage plastique en vrac équivalent, ou par un garnissage en matériau naturel tel que pierraille, pouzzolane, mâchefer. Ces garnissages auront une hauteur telle que le temps de passage des suspensions de boues y sera au moins de 4 mn et préférentielle ment de l'ordre de 20 mn ; ainsi pour des anneaux de "Flocor R, ltempilement aura au moins 2 m de hauteur et préférentiellement de 2 à 4 m de hauteur. Comme précédemment, ces garnissages pourront, ou non, contenir des micro-organismes actifs. Dans le cas de garnissages en "Flocor R" ou en matériaux équivalents, les moyens A devront de préférence comporter au moins un dégrilleur 1. Le système d'épuration par puits profond 8 qui constitue le premier ou le seul étage d'épuration biologique suivant que le lit à garnissage 27 est ou n'est pas ensemencé de micro-organismes, peut être remplacé par un bassin d'aération de forte profondeur comme schématisé fig 2 D, un dispositif de traitement aérobie, un dispositif de traitement anaérobie, un dispositif de floculation ou de précipitation. Le fonctionnement d'un dispositif de dégazage de suspensions de boues et des installations d'épuration des eaux dans lesquelles il est intégré sera maintenant décrit. Nous avons déjà invoqué les problèmes que pose la décantation de suspensions de boues lorsque lesdites boues contiennent des microbulles de gaz, qu'il s'agisse de boues biologiques constituées par des agrégats de micro-organismes résultant d'un traitement biologique préalable, qu'il s'agisse de boues légères d'hydroxydes métalliques, de boues collolda- les rassemblées par des hydroxydes métalliques, ou de boues quelconques.De telles suspensions de boues sont délivrées par un distributeur d'arrosage 26 sur le sommet d'un lit à garnissage 27, soit lit constitué par un empilement de modules Flocor E, ET, ES ou R, enfermé dans une tour, soit simple lit de pierraille, mâchefer ou pouzzolane Compte tenu des caractéristiques de ces garnissages, on détermine la hauteur de leur empilement et le débit d'arrosage pour que le temps de ruissellement des suspensions de boues, du haut de l'empilement jusqu'à sa base soit au moins de 4 mn et préférentiellement de 4 à 10 mn pour du "Flocor E, ET,ES11 et de l'ordre de 20 mn pour du 11Flocor R" et du lit traditionnel en pierraille.Cela conduit à des hauteurs de Flocor E, ET ou ES de au moins 2,4 m et préférentiellement de 2,4 à 8,4 m et des hauteurs de 2 à 4 m pour du > "Flocor R" ou des lits à garnissages plastiques en vrac. En pénétrant dans les garnissages, la suspension s'étale en une mince couche qui ruisselle doucement jusqu'en bas. La grande surface de film favorise l'échappement des gaz occlus dans les boues ou qui y sont attachés. Les empilements Flocor sont en principe conçus pour être arrosés par de l'eau, mais du fait de leur fort taux de vide, ils peuvent supporter d'être arrosés par de la boue sans se boucher, même en l'absence de moyens A préalables pour ce qui concerne le Flocor E, ET, ES et simplement avec un dégrillage à 10 mm pour le Flocor R. De la meme façon, les lits traditionnels accepteront les suspensions de boues sans se boucher, mais préférentiellement on les fera précéder au moins par un dégrilleur. Comme déjà mentionné les lits à garnissage pourront etre ensemencés de micro-organismes capables d'exercer simultanément sur les suspensions de boues une action épuratrice biologique.La consommation d'oxygène du traitement biologique contribue au déga- zage des boues. Des essais de décantation comparatifs dont les résultats sont donnés fig. 3 témoignent de l'efficacité d'un dégazage par ruissellement sur un lit bactérien conforme à L'invention Des boues biologiques ont été prélevées dans une station d'épuration, et des mesures de la hauteur de# lsinterface boue/eau en fonction du temps, lorsqu'on décante en éprouvette, ont été effectuées. La courbe 1 montre que la boue prélevée décante treks lentement et imparfaite ment. Pour les autres essais la boue prélevée a été artifi- ciellement aérée, c'est à dire soumise à un cycle de pressurisation sous 5 bars avec passage d'air comprimé, suivi de dépressurisation. La courbe Il rend compte dsune sépap ration de la boue par flottation, elle montre que la boue aérée présente une bonne tendance à la flottation La courbe III rend compte dlune décantation après dégazage méeania que (agitation par hélice tournant à 1000 tours/mn et elle montre que la boue aérée ne décante que très peu. La courbe IV montre la décantation de la boue aérée dégazée sous vide (0,2 bars) pendant 10 mn. La courbe V montre la décan- tation plus rapide de la boue aérée dégazée par ruisseler ment sur un lit bactérien de 4 demi modules Flocor E présentant une section de o960 x 0,60 m et une hauteur de 2,4 m avec un arrosage à 84 litres/heure auquel se superpose un recyclage, par pompe à écrasement de tube, de 95 1/heure prélevés dans une lèchefrite à la base de l'empilement. Il apparaît donc que le dégazage selon l'invention est le plus efficace, et ce sans aucune contrainte supplémentaire. Il apparaît également dans ces mesures comparatives que une phase de flottation, qui ne nécessite que peu d'énergie et qui apporte peu de contraintes d'exploitation, peut avantageusement être couplée avec le système de dégazage par ruissellement en couche mince sur lit à garnissage. Ainsi grâce à l'efficacité du dégazage que réalise le lit à garnissage, on pourra envisager de l'inclure dans une installation complète de traitement des eaux résiduaires telle que montrée fig. 1 et décrite précédemment. Dans une telle installation, l'eau résiduaire passe d'abord dans les moyens A où elle est grossièrement débarrassée des huiles, des déchets solides les plus gros et où un ajustement du pH est effectué pour éviter la destruction des micro-organismes situés en aval. Ensuite, la conduite 6 introduit cette eau prétraitée dans le bassin 7.Au démarrage du puits profond 8, comme indiqué dans le brevet français déjà cité, publié sous le n0 2 229 655, du gaz contenant de l'oxygène a été envoyé par la buse 13 dans la chambre ascendante à partir d'un compresseur 16, appelant du liquide dans la chambre descendante et amorçant ainsi une circulation dudit liquide dans les deux chambres. Lorsque cette circulation est suffisante et atteint un seuil prédéterminé, -information enregistrée par la sonde 18 -, l'activateur 17 commande le ralentissement puis l'arrêt de l'injection de gaz dans la chambre ascendante, et simultanément le début puis la totalité de l'injection dans la chambre descendante ; la circulation de liquide continue à se faire dans le même sens.L'eau résiduaire, intimement en contact avec de l'oxygène du fait de la pressurisation au fond du puits et avec des micro-organismes, transforme sa pollution en C02 et en un supplément de boues biologiques en suspension. Par la suite de la pressurisation, la boue en suspension contient beaucoup plus de bulles à la sortie de la chambre ascendante qu'à l'endroit de la chambre descendante où le gaz contenant l'oxygène est injecté. Cette suspension de boues est alors transférée par le canal 19 dans la cellule de flottation naturelle où une première séparation eau/boue s'effectue. Des boues remontent en surface et sont éliminées par le racleur 21. La suspension passe alors par trop plein dans le réservoir tampon 24 et l'élévateur 25 la délivre avec un débit déterminé réglable au distributeur d'arrosage 26. La cellule de dégazage fonctionne comme déjà décrit la suspension dégazée est recueillie par la lèchefrite in férieure 28, éventuellement recyclée par la boucle 31 pour parfaire le dégazage. La boucle 31 permet également d'assu rer la continuité de l'arrosage des lits à garnissage 27, même en l'absence d'alimentation par les dispositifs placés en amont, ce qui est un élément important pour éviter la destruction des micro-organismes dont le lit à garnissage peut être pourvu. La suspension recueillie après dégazage peut ensuite être efficacement décantée. Il a été décrit des installations où la suspension de boues était produite par un seul dispositif, puits profond, bassin d'aération de forte profondeur, ou précipitation, etc..., mais plusieurs de ces dispositifs peuvent être cou plés. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration d'eaux résiduaires comportant une phase de dégazage des boues en suspension, caractérisé en ce que, pour dégazer lesdites boues en suspension, on les fait s'étaler en couche mince et ruisseler. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient le ruissellement en couche mince pendant un temps supérieur à 4 mn. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait ruisseler la suspension de boues sur des matières biologiques actives. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension de boues est issue de l'un des traitements suivants : épuration par puits profond, épuration biologique en bassin d'aération de forte profondeur, épuration aérobie, épuration anaérobie, précipitation ou floculation. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une flottation est intercalée entre le traitement producteur de boues et le traitement de dégazage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension de boue dégazée est ensuite traitée par décantation. 7. Installation pour l'épuration des eaux résiduaires caractérisée en ce qu'elle comporte une cellule de dégazage des boues en suspension, constituée par un lit à garnissage alimenté en lesdites boues. 8. Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que lle lit à garnissage est l'un des lits du groupe suivant : empilement de modules '1Flocor E, ET, ES ou R, lit à garnissages plastiques en vrac, lit à garnissage en matériaux naturels. 9. Installation selon la revendication 8 caractérisée en ce que les empilements de modules "Flocor E, ET ou ES" ont une hauteur supérieure à 2,4 m et préférentiellement comprise entre 2,4 et 8,4 m. 10. Installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que les empilements sont alimentés en boues par un distributeur dont le débit est réglé pour assurer des temps de ruissellement d'au moins 4 mn et préférentiellement de 4 à 10 mn. 11. Installation selon la revendication 8 caractérisée en ce que les empilements de "Flocor R" ou les lits à garnissages plastiques en vrac ont une hauteur supérieure à 2 m et préférentiellement de 2 m à 4 m. 12. Installation selon la revendication 11 caractérisée en ce que les empilements de Flocor R", les lits à garnissage en vrac et les lits à garnissage naturel sont alimentés en boues par un distributeur dont le débit est réglé pour assurer des temps de ruissellement d'au moins 4 mn et préférentiellement de l'ordre de 20 mn. 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisée en ce qutau moins un dispositif de traitement des eaux producteur de boues apparte nant au groupe suivant > précède la cellule de dégazage dispositif d'épuration par puits profond, dispositif d'aération de forte profondeur, dispositif de traitement aérobie, dispositif de traitement anaérobie, dispositif de floculation, dispositif de précipitation. 14. Installation selon la revendication 13 caracté- risée en ce qu'une cellule de flottation est intercalée en tre le dispositif de traitement des eaux producteur de boues et la cellule de dégazage. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 14 caractérisée en ce que le lit à garnissage de la cellule de dégazage est ensemencé en micro-organismes épurateurs.