Brevet FR2503131A1 — publié le 19821008

L'invention concerne une installation pour l'épuration biologique de l'eau, convenant particulièrement aux grandes stations d'épuration urbaines ou à l'épuration d'eau résiduai- re d'installations industrielles, comprenant un système d' activation avec aération pneumatique et amenée d'eau brute et un système de séparation communiquant avec le premier, agis- sant sur la base de la filtration de liquide avec retour auto- matique de boue activée au système d'activation et retrait d' eau épurée. L'activation biologique, la séparation de la boue activée et le retour de celle-ci ou d'une partie de celle-ci à 1' activation sont généralement utilisés pour l'activation bio- logique d'eaux résiduaires. Les installations fonctionnant suivant ce principe appliquent une activation et une sépara- tion séparées, la séparation s'effectue par sédimentation et le retour de la boue activée par pompage. Dans les stations d'épuration petites et moyennes, ces installations sont rem- placées par d'autres, notablement plus efficaces, o la sépa- ration de la boue activée s'effectue par filtration de liquide et le retour de la boue activée à l'activation s'effectue automatiquement par gravité. Toutefois, la grandeur des ins- tallations de ce genre est limitée par leur disposition et leur construction. Les grandes stations d'épuration d'eaux résiduaires - par exemple d'eaux fécales pour des débits d'un ordre supérieur à 103 équivalents-habitants - se construisent. actuellement sous forme classique. Les inconvénients communs aux installations classiques sont une grande surface au sol et un grand volume des récipients spéciaux de sédimentation, le grand besoin de matériel et les liaisons compliquées. Ces facteurs se répercutent défavorablement sur les dépenses d' investissements et l'encombrement des grandes stations d'épu- ration d'eaux usées. Un but de l'invention est d'éliminer ou du moins de ré- duire notablement ces inconvénients. Selon l'invention, des volumes d'activation partiels et des volumes de séparation partiels sont créés dans un récipient formé par des parois périmétrales et un fond, grâce à un système de paires de cloi- sons insérées, disposées parallèlement et dirigées vers le bas, de sorte qu'au moins un bord inférieur d'une cloison d'une paire forme, avec la partie opposée de la cloison adja- cente de cette paire, un passage de communication entre volu- mes d'activation partiels d'une part et volumes de séparation partiels d'autre part, de sorte qu'un canal forme un prolonge- ment de chaque passage, ce canal étant formé à la fois par une cloison insérée arrivant au delà du niveau du passage dans les deux sens et par la partie opposée de la cloison longitu- dinale, les volumes d'activation partiels étant reliés entre eux à leurs extrémités frontales par des passages de transi- tion. Selon un mode d'exécution particulièrement avantageux quant à la construction, le système de cloisons longitudina- les insérées parallèles qui se rapprochent l'une de l'autre vers le bas forme, en tant qu'unité et/ou partie d'unité, une construction se soutenant d'elle-même. Il est avantageux pour un bon fonctionnement que dans chaque volume de séparation partiel soit prévu un collecteur de bulles qui vu d'en haut, s'étend de part et d'autre du passage entre volumes partiels d'activation et de séparation. Afin de protéger le récipient contre les variations de température, il est fermé à sa partie supérieure par au moins une voûte arquée longitudinale formant le prolongement de cer- taines des cloisons longitudinales ou représentant leur pro- longement. Selon un mode d'exécution avantageux, les parois et le fond sont sous la forme d'éléments de construction, par exem- ple en béton armé, les cloisons longitudinales, éventuellement aussi les cloisons insérées et aussi le collecteur de bulles sont formés de métal et/ou d'éléments en matière plastique. Les passages de transition peuvent être formés par des pompes à air, ou des pompes à air peuvent être insérées dans ces passages. Selon un mode d'exécution avantageux, des parois de re- dressement font partie des passages de transition, les extré- mités libres de ces parois pénétrant dans des volumes d'acti- vation partiels, pratiquement à l'opposé du sens du courant de liquide. Selon une variante, au moins celle des cloisons de la paire dont le bord inférieur forme un passage avec la partie opposée de la deuxième cloison de cette paire présente une section profilée, par exemple une forme ondulée de sorte qu' elle forme un système de gouttières orientées en direction du passage, ou encore, la cloison insérée est en contact avec des sommets adjacents de la cloison profilée. Les solutions selon l'invention perfectionnent avanta- geusement les installations connues appliquant la filtration de liquide et permettent d'étendre l'application de la techno- logie d'épuration biologique de l'eau par activation à faible charge, avec stabilisation simultanée de la boue, même pour des stations d'épuration de l'ordre de 104 équivalents-habi- tants. Une particularité spéciale de cette technologie est que l'on obtient la stabilisation de la boue biologique engendrée sans qu'il soit nécessaire d'appliquer une digestion anaéro- bie séparée et aussi que l'on obtient une efficacité accrue de l'épuration de l'eau, particulièrement en ce qui concerne l'élimination de composés azotés. En combinant les volumes d'activation et de séparation dans un seul récipient, on réalise des économies notables d' encombrement au sol relativement aux stations d'épuration di- tes classiques. La hauteur relativement réduire de l'installation permet de la placer pratiquement ou complètement au niveau du sol. Le volume d'activation fermé, joint à la possibilité de recouvrement par une voûte, permet aussi de construire de plus grandes stations d'épuration d'eau usée sous forme ra- massée et le recouvrement de l'ensemble par des voûtes contribue aussi à son apparence esthétique. La liaison entre parties adjacentes du volume d'acti- vation et l'écoulement longitudinal dans celles-ci assure une distribution uniforme de boue, ramenée des différents volumes de séparation et donc aussi l'homogénéité du mélange d'activation. Cela permet d'amener de l'eau brute au volume d'activation, pratiquement en un seul point, dans un nombre limité de volumes d'activation partiels, étant donné que 1' écoulement longitudinal engendré dans ceux-ci distribue l'eau brute amenée dans tout le volume d'activation. Une partie de l'installation comportant une seule amenée d'eau brute forme une section d'actionnement, la capacité de l'installation est déterminée dans ce cas par le nombre et la longueur des sections. Si la disposition selon l'invention est complétée par une dénitrification, les nitrates engendrés peuvent être réduits en azote gazeux et ainsi, on peut éliminer de l'eau usée aussi bien les matières carbonées qu'azotées. En pareil cas, 1' installation fonctionne sur le principe d'une boue uniforme, exposée alternativement à des conditions aérobies et anaéro- bies, avec lesquelles les volumes d'activation et de sépara- tion fermés et la couverture du niveau du récipient coopèrent, assurant ainsi le minimum de pertes de chaleur. On obtient une faible charge de boue activée par la forte concentration de boue activée dans l'activation; on y arrive à la fois en appliquant la filtration de liquide proposée pour la séparation de la boue activée et par un rapport optimal de la surface de séparation et du volume d'activation. Les variations de la charge hydraulique et de la charge de matière de la séparation se traduisent seulement dans la hauteur de la couche liquide qui s'ajuste automatiquement. Ainsi, le fonctionnement de l'installation nécessite moins d' interventions que celui des stations d'épuration connues avec séparation séparée suivant le principe de la sédimentation avec recyclage forcé de la boue sédimentée. L'application de l'installation est avantageuse aussi pour compléter ou reconstruire des systèmes d'égouts de villes historiques dont le fonctionnement n'est pas satisfaisant, cas o, en construisant un système décentralisé de stations d'épuration, on peut réaliser des économies notables sur les installations d'égouts. C'est aussi le cas pour les stations d'épuration de villes situées au bord de la mer, avec système d'égouts se terminant dans la mer par un certain nombre de collecteurs. La disposition selon l'invention est avantageuse aussi pour épurer de grands volumes d'eaux résiduaires industriel- les peu ou moyennement polluées, provenant des industries chimique, pétrochimique et alimentaire, particulièrement après une préépuration chimique. On peut mentionner comme exemples l'épuration d'eaux résiduaires d'installations de cokéfaction, de grandes usines de conserves, d'abattoirs etc. L'efficacité accrue de la disposition selon l'invention représente une contribution notable au but final qui est une épuration d'eaux usées conduisant à une qualité qui permette une technique à circulation en circuit fermé de l'eau utili- sée. Un exemple d'exécution d'une installation selon l'inven- tion est représenté par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue de l'installation par le haut la figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 est une coupe verticale suivant la ligne B-B de la figure 1; la figure 4 est une vue oblique de la disposition d'une cloison à profil ondulé; la figure 5 est un détail d'une disposition d'écoulement o la cloison insérée touche le sommet d'une cloison profilée. Un récipient de forme rectangulaire en plan comprend des parois périmétrales 1, 2 et un fond 3 formés par exemple de béton armé. Des volumes de séparation partiels 5 et des volumes d' activation partiels 6 sont formés dans ce récipient par un système de paires de cloisons insérées parallèles 4 situées dans la direction longitudinale du récipient. Les cloisons qui forment la paire se rapprochent vers le bas de sorte qu'au moins le bord inférieur d'une cloison 4 de la paire forme avec la partie opposée de la cloison adjacente 4 de cette paire un passage 7 s'étendant le long du récipient et assurant la communication mutuelle entre les volumes d'activation par- tiels 6 et les volumes de séparation partiels 5. Un canal longitudinal 9, formé par la cloison insérée 8 et s'étendant verticalement dans les deux sens au niveau du passage 7, est formé en dessous de chaque passage 7. Les espacements entre cloisons insérées 8 et parties opposées de cloisons 4 sont reliés, dans leur partie supérieu- re, aux volumes d'activation partiels 6 par des ouvertures 80. Les cloisons 4 peuvent être formées de métal, éventuelle- ment aussi de matière plastique, en tant qu'éléments arqués de coquille et le récipient dans son ensemble peut être cou- vert par une ou plusieurs voûtes 19 qui peuvent aussi former un prolongement de certaines cloisons 4. Le récipient est ainsi muni d'un toit. La disposition décrite comprend trois sections dont chacune est muni d'une amenée 13 d'eau brute se terminant dans les volumes d'activation partiels et reliée à un distri- buteur 14 muni d'une amenée principale 15 d'eau brute. Les volumes d'activation partiels 6 sont munis d'un sys- tème d'aération connu comprenant des éléments d'aération 16 reliés à des conduits de distribution 17 qui sont à leur tour reliés à des ventilateurs non représentés. Les volumes d'activation partiels 6 sont reliés entre eux à leurs extrémités frontales par des passages de transi- tion 18, présentant dans le cas d'espèce des parois de redres- sement 20 dont les extrémités libres s'engagent dans des vo- lumes d'activation partiels 6, pratiquement à l'envers du sens d'écoulement du liquide. Les passages de transition 18 de parois périmétrales opposées 2 sont orientés en sens opposé de sorte qu'un écoulement horizontal à filets d'écoulement relativement fermés est engendré dans les volumes d'activation partiels 6. Des pompes à air peuvent aussi être insérées dans les passages de transition 18. Une évacuation non représentée est prévue dans le fond 3 du récipient. Les volumes de séparation partiels 5 sont munis, au dessus des passages 7, de collecteurs de bulles 10 qui, vus par le haut, chevauchent leur section d'écoulement. Des gouttières collectrices connues 11, reliées à un ca- nal de décharge commun 12 par lequel l'eau épurée est retirée du récipient, sontprévues au niveau 21 dans les volumes de séparation partiels 5. Une disposition avantageuse est celle de la figure 4 o au moins celle des cloisons de la paire 4 dont le bord inférieur forme un passage 7 avec la partie opposée de la deuxième cloison 4 de la même paire, présente une section convenablement profilée, par exemple une section ondulée, en zigzag ou similaire, formant un système de canaux 40 orientés vers le passage 7. Selon une autre disposition avantageuse, la cloison in- sérée 8 est en contact avec des sommets adjacents d'éléments profilés, par exemple de plaques. La disposition décrite du récipient comprend trois sec- tions formées toujours par deux volumes de séparation partiels adjacents 5 avec des volumes d'activation partiels 6 situés en dessous de ceux-ci, de sorte que le volume d'activation partiel 6 dans lequel se termine l'amenée d'eau brute 13 com- munique directement par le passage 7 avec les volumes de séparation partiels 5. L'amenée 13 d'eau brute peut toutefois se terminer aussi dans un volume d'activation partiel autre que le volume 6 de la partie centrale. L'installation décrite fonctionne comme suit. L'eau brute est amenée par l'amenée principale 15 au distributeur 14 o elle est uniformément distribuée aux différentes sec- tions de l'installation. Un nombre impair de section, 1, 3, 5 etc., est avantageux. L'eau brute est ensuite amenée, par des amenées 13, au volume d'activation partiel central 6 de chaque section. La possibilité d'amener de l'eau brute à un endroit de chaque section est assurée par la circulation forcée dans les volumes d'activation partiels 6, ce qui est assuré par leur liaison entre eux par des passages de transition 18 des parois périmétrales 2 comme on l'a déjà dit. L'écoulement à travers les passages 18 est assuré par l'insertion de parois de redressement 20 en face de ces passages 18 dans les volu- mes d'activation partiels 6. L'écoulement de circulation trans- versale dans les volumes d'activation partiels 6, engendré par aération du mélange activant, est redressé par des parois de redressement 20 vers les passages de transition 18. L'homogénéité voulue du mélange d'activation est assurée même avec de grandes dimensions de l'installation par 1' écoulement longitudinal dans les volumes d'activation partiels 6, permettant de concevoir de grandes installations d'une longueur de plusieurs dizaines de mètres avec un grand nombre de sections placées côte à côte. Ainsi, les dispositions selon l'invention peuvent être proposées même pour des capacités grandes et très grandes. L'amenée d'air par les éléments d'aération 16 dans le mélange d'activation cause à la fois une circulation transver- sale dars les volumes d'activation partiels 6 et l'amenée de l'oxygène nécessaire aux processus d'activation connus par biodégradation. Le volume d'activation partiel central 6 de chaque section est relié à des volumes de séparation 5 par des passages 7 en face desquels est prévu un canal 9 empêchant toute transmission d'écoulement de circulation transversale du volume d'activation partiel 6 au volume de séparation partiel 5. Par suite du retrait d'eau épurée des volumes de sépa- ration partiels 5 par des gouttières collectrices 11 et à 1' écoulement du mélange d'activation dans les volumes d'activa- tion centraux 6, le mélange d'activation entre, par des ouver- tures 80, dans les espacements entre les cloisons insérées 8 et les parties opposées des cloisons 4, d'o le mélange d' activation entre par des passages 7 dans les volumes de sépa- ration partiels 5 o il est soumis à la filtration. Le collecteur de bulles 10 recueille de fines bulles qui se séparent au bord supérieur de la cloison 4. La boue activée retenue dans le filtre, dans le volume de séparation partiel 5, retombe automatiquement, par le passage 7 et le conduit 9, dans le volume d'activation partiel 6. Dans le cas représenté par les figures 4 et 5, o le con- tour du passage 7 est divisé en un système de canaux 40, on obtient une amélioration de l'efficacité de séparation qui se traduit dans la charge superficielle de matière, c'est-à-dire dans la quantité de suspension retenue par unité de temps dans le filtre à liquide et qui doit être ramenée aux volumes d' activation, pour 1 m-2 de surface du volume d'activation. L' écoulement de boue recyclée depuis les volumes de séparation partiels 5 se concentre dans des évidements, c'est-à-dire dans les gouttières 40 tandis que l'écoulement du mélange d'activation par les canaux partiels 81 vers le canal 9 et en- suite par le passage 7 vers le volume de séparation partiel 5 en plusieurs courants déterminés par la distance des gouttié- res et la section des ouvertures 80, la boue retourne au volu- me d'activation partiel 6 en courants, entre les courants men- tionnés du mélange d'activation. Ainsi, on obtient une sépa- ration avantageuse des courants ascendants et descendants dans la partie inférieure du filtre et une stabilisation de 2 5 0 3 13 1 leur configuration. Il en résulte une amélioration de l'effi- cacité hydraulique de séparation. L'accroissement de la charge superficielle de matière peut atteindre environ 20 %. L'eau épurée est recueillie par les gouttières collectri- ces ll et dirigée vers un canal de décharge commun 12 d'o elle est amenée à une sortie. La boue activée en excès est déchargée périodiquement lors d'une courte interruption de l'aération par l'ouverture de décharge déjà mentionnée du fond 3, vers une couche de boue, pour la déshydratation. Le récipient peut être couvert par des voûtes arquées 19 qui forment un prolongement de certaines cloisons 4 ou font partie de celles-ci. L'espacement au-dessus du niveau 21 dans le récipient, en dessous des voûtes 19, peut servir d'accès pour vérifier l'installation. Des passerelles non représentées servent à cet effet. L'installation peut être complétée si nécessaire par une dénitrification non représentée, avantageusement dans une partie du volume d'activation partiel central 6. En pareil cas, l'amenée d'eau brute doit s'effectuer au début de la zone de dénitrification de la partie centrale du volume d' activation 6, sans amenée d'oxygène, et assurer dans cette zone un mouvement suffisant pour empêcher le dépôt de boue activée, par exemple par une pompe ou un agitateur. En couvrant tout le récipient et en appliquant en même temps une aération pneumatique, on peut diminuer les pertes de chaleur et assurer la température voulue du mélange d'ac- tivation qui est de 10 à 13'C, même au cours du fonctionnement en hiver. Un autre avantage de la solution proposée est la possi- bilité de reconstruction relativement facile des récipients d'activation existants et des stations d'épuration d'eau, ce qui apporte un perfectionnement notable aux stations classi- ques. REVENDICATIONS 1. Installation pour l'épuration biologique de l'eau, convenant particulièrement aux grandes stations d'épuration urbaine ou aux grandes stations d'épuration industrielles, caractérisée par le fait qu'elle comprend un récipient limité par des parois périmétrales (1, 2) et un fond (3) et logeant un système d'activation avec aération pneumatique et amenée d'eau brute (13) et un système de séparation basé sur le prin- cipe de la filtration de liquide avec retour automatique de boue activée au système d'activation, le système d'activation communiquant avec le système de séparation, le système de sé- paration comprenant un certain nombre de volumes de séparation partiels (5), le système d'activation comprenant un certain nombre de volumes d'activation partiels (6) définis par un système de paires de cloisons longitudinales insérées et pa- rallèles (4) se rapprochant vers le bas, au moins un bord in- férieur d'une cloison (4) d'une paire formant avec la partie opposée de la cloison adjacente (4) de cette paire un passage (7) pour la communication entre les volumes d'activation par- tiels (6) et les volumes de séparation partiels (5), un canal (9) adjacent à ce passage et formé par une cloison insérée (8) dépassant verticalement le niveau du passage (7) dans les deux sens et par une partie opposée de la cloison longitudinale (4), les volumes d'activation partiels étant reliés entre eux à leurs extrémités par des passages de transition (18). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le système de cloisons insérées parallèles (4) se rapprochant vers le bas forme au moins en partie une cons- truction se soutenant d'elle-même. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte un collecteur de bulles (10) qui, vu par le haut, s'étend au delà du passage (7) entre les volu- mes partiels d'activation (6) d'une part, et de séparation (5) d'autre part. 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une voûte arquée (19) disposée longitudinalement et fermant la partie supérieure du récipient. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée 2503 13 1 par le fait que les voûtes (19) forment le prolongement de certaines cloisons longitudinales (4). 6. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les voûtes (19) font partie de certaines des cloisons longitudinales. 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les parois et le fond du récipient constituent des éléments de construction, par exemple en béton armé. 8. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les cloisons longitudinales (4), les cloisons insérées (8) et les collecteurs de bulles (10) sont sous forme d'éléments métalliques. 9. Installation selon la revendication l, caractérisée par le fait que les cloisons longitudinales (4), les cloisons insérées (8) et les collecteurs de bulles (10) sont sous forme d'éléments en matière plastique. 10. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des pompes à air sont prévues dans les passa- ges de transition (18). 11. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des pompes à air forment les passages de transition (18). 12. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les passages de transition (18) comprennent des parois de redressement (20) dont les extrémités libres s'engagent dans des volumes d'activation partiels, pratique- ment à l'envers du sens d'écoulement du liquide. 13. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins une paire de cloisons (4) dont le bord inférieur forme un passage (7) avec la partie opposée de la deuxième cloison présente une section profilée de sorte qu'elle forme un système de gouttières orientées vers le passage (7). 14. Installation selon la revendication 13, caractérisée par le fait que la cloison insérée (8) touche des sommets adjacents de la section profilée de la cloison.