Brevet FR2514747A1 — publié le 19830422

DISPOSITIF POUR L'EPURATION DE L'EAU PAR ACTIVATION BIOLOGIQUE. L'invention concerne un dispositif pour l'épuration biologique de l'eau, possédant une chambre d'activation avec amenée de l'eau brute avec un système d'aération du mélange d'activation et le maintenant sous forme de suspension, ainsi qu'une chambre de séparation destinée à séparer les boues activées par filtration par fluidisation, laquelle est raccordée à la sortie de l'eau épurée et possède un système de retour automatique des boues séparées dans la chambre d'activation, à travers un passage. Ce dispositif convient aux très petites et petites installations d'épuration, en particulier pour l'épuration des eaux résiduaires d'ouvrages indépendants, comme des hôtels, des campings, des pompes à essence, des pavillons individuels, des baraques, etc. On utilise habituellement, pour l'épuration biologique des eaux résiduaires avec système d'activation, des dispositifs contenant deux chambres principales : une chambre d'activation et une chambre de séparation. Dans la chambre d'activation, l'eau brute amenée est mélangée aux boues activées, et le mélange d'activation ainsi formé subit une aération, ce qui déclenche une épuration biologique de l'eau. Il faut alors prévoir un écoulement du mélange d'activation tel que les boues activées restent en suspension en tous les points de la chambre d'activation, et qu'il ne se crée aucune sédimentation. Dans la chambre de séparation, le mélange d'activation provenant de la chambre d'activation est séparé des boues activées et renvoyé dans la chambre d'activation. Dans les dispositifs plus petits, ces deux chambres fonctionnelles sont disposées dans un récipient commun. Pour faciliter la mise en place du récipient rempli de liquide en-dessous de la surface du sol, pour lui permettre d'être fermé complètement et lui assurer son caractère auto-porteur, il est avantageux que le récipient se présente sous la forme d'un cylindre horizontal. Dans les dispositifs de ce genre, la subdivision du volume intérieur du récipient en une cham bre d'activation et une chambre de séparation est obtenue par différents éléments intérieurs. L'écoulement du mélange d'activation dans la chambre d'activation, lequel est nécessaire pour maintenir les boues d'activation en suspension, présente toujours, dans les dispositifs de ce genre, la forme d'un ou deux tourbillons à axe horizontal. Un inconvénient important des éléments intérieurs de l'état actuel de la technique réside en ce que les formes que prend la chambre d'activation qui en résulte sont très défavorables à un écoulement de ce genre, du fait que ces éléments intérieurs créent des chambres d'activation dont la section transversale présente une forme allongée à extrémités pointues. Il faut donc, dans les chambres d'activation de cette forme, et pour assurer un écoulement maintenant en suspension les boues activées, une quantité d'énergie plus grande que celle nécessaire à un apport suffisant d'oxygène dans le mélange d'activation. Ces solutions de l'état actuel de la technique présentent un autre inconvénient, qui réside en ce qu'il est nécessaire, pour assurer le redressement, nécessaire, de l'écoulement, de mettre en place d'autres éléments intérieurs, pour éviter la formation d'angles morts et permettre, en outre , d'utiliser différents systèmes d'aération. Compte tenu de la forme de la chambre d'aération, ainsi que du risque d'un colmatage, les dispositifs de l'état actuel de la technique n'envisagent pratiquement qu'un système pneumatique avec des éléments d'aération disposés au voisinage du fond de la chambre d'activation, ce qui, pour pouvoir être utilisé, exige de faire appel à des ventilateurs, lesquels ne sont rentables que pour des puissances élevées et donc ne conviennent pas à des installations d'épuration de faibles dimensions. L'invention a pour but de créer un dispositif supprimant les inconvénients mentionnés ci-dessus, ou, du moins, les réduisant considérablement. L'invention concerne à cet effet un dispositif dans lequel la chambre d'activation est disposée entre une enveloppe extérieure du récipient et une enveloppe intérieure, dans laquelle est disposée la chambre de séparation, laquelle est entourée par la chambre d'activation et est en liaison avec cette dernière par un passage. Il est une forme de réalisation avantageuse, en ce sens qu'elle permet d'obtenir des propriétés intéressantes en cours d'exploitation et présente une construction simple, solution dans laquelle la chambre d'activation et la chambre de séparation sont prévues dans un récipient cylindrique horizontal, les distances horizontales entre les parois en regard de l'enveloppe intérieure commençant par augmenter à partir du passage vers le haut, pour ensuite diminuer, la section transversale de la chambre d'activation ayant essentiellement la forme d'une couronne circulaire définie par l'enveloppe cylindrique et la paroi de l'enveloppe intérieure. Selon une autre disposition de l'invention, il est prévu, dans la chambre d'activation, dans la zone dans laquelle descend l'écoulement du mélange d'activation, c une paroi appropriée, place/ ia partie longitudinale de la paroi de l'enveloppe intérieure et qui, avec cette partie de paroi de l'enveloppe intérieure, forme un canal dont l'embouchure inférieure se trouve au voisinage du passage. Le système d'aération du mélange d'activation, et son maintien en suspension, peut être réalisé au moyen de ce que l'on appelle une brosse tournante de Kessener, qui s'étend jusqu'en-dessous du niveau du mélange d'activation, ou bien au moyen de systèmes d'aération disposés dans la partie supérieure de la chambre d'activation et raccordés à une source d'air comprimé, par exemple une soufflante, en tout cas au moyen d'éléments d'aération disposés dans la partie inférieure de la chambre d'activation et raccordés à une source d'air comprimé, par exemple un ventilateur. Pour obtenir un écoulement giratoire, souhaité, du mélange d'activation en même temps qu'un écoulement dans le sens horizontal, il est prévu dans la chambre d'activation des parois de redressement inclinées. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui représentent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: La Figure 1 présente une coupe d'un dispositif selon l'invention, avec un système d'aération pneumatique La Figure 2 présente une coupe d'un dispositif selon l'invention, avec aération mécanique La Figure 3 est une coupe longitudinale du dispositif selon la Figure 1. Le dispositif présenté sur la Figure 1 convient à des capacités élevées, de l'ordre de 102 à 103 habitants équivalents. Le dispositif possède un récipient cylindrique à axe horizontal, avec une enveloppe extérieur 1 et des parois frontales 2 et 3. La chambre de séparation 4, définie par l'enveloppe intérieure 5 et les parois frontales 6 et 6', est prévue dans le récipient cylindrique, essentiellement en son milieu. La section transversale de la chambre de séparation 4 a une forme telle que la distance horizontale entre les parois en regard de l'enveloppe 5 augmente tout d'abord à partir de la traversée 7, pour diminuer ensuite, la partie supérieure présentant une section circulaire.La chambre de séparation 4 est, par l'intermédiaire de la traversée 7 se trouvant dans la partie inférieure de la chambre de séparation 4, en liaison avec la chambre d'activation 8, laquelle est elle-même définie par l'enveloppe extérieure 1 du récipient cylindrique, les parois frontales 2 et 3, ainsi que l'enveloppe intérieure formée par la paroi 5 et les parois frontales 6 et 6', enveloppe intérieure formant la chambre de séparation. La section transversale de la chambre d'activation 8 a essentiellement la forme d'une couronne circulaire entre les deux enveloppes mentionnées ci-dessus. A l'intérieur de la chambre de séparation 4, au-dessus de la traversée 7, on trouve un collecteur d'air 9, en forme de toit, formé comme une toiture à deux versants 10, sur le faite duquel est prévu un tuyau collecteur il possédant des ouvertures 12 pour l'évacuation des boues flottées. Dans la partie supérieure de la chambre de séparation 8 se trouve un tuyau collecteur 13 pour l'eau épurée, lequel possède des orifices de sortie 14. Les deux tuyaux collecteurs 11 et 13 servent aussi d'éléments de soutènement à une construction servant à soutenir l'enveloppe intérieure et le collecteur d'air 9. La chambre d'activation 8 selon la Figure 1 possède un système destiné à aérer le mélange d'activation et à le maintenir sous la forme d'une suspension. Ce système est composé d'éléments d'aération 15, lesquels sont raccordés par l'intermédiaire d'un diffuseur d'air 16, à une source d'air comprimé non-représentée, de préférence à un ventilateur, les éléments d'aération 15 étant disposés dans la partie supérieure de la chambre d'activation 8 à une profondeur correspondant à la pression d'air que l'on peut habituellement obtenir grâce aux ventilateurs courants. L'air, après avoir traversé la chambre d'évacuation 8, est évacué à l'atmosphère par l'intermédiaire de la conduite d'évacuation d'air 17.La chambre de séparation 4 se trouve entièrement noyée à l'intérieur de la chambre d'activation 8, dans laquelle elle est enfermée ; la chambre de séparation est entourée par l'écoulement du mélange d'activation se trouvant dans la chambre d'activation 8, cet écoulement présentant de préférence la forme d'un tourbillon à axe horizontal avec lignes de courant fermées. Dans la chambre d'activation 8, dans la zone de l'écoulement descendant, il est prévu au niveau d'une partie de la paroi une paroi inclinée 18 qui, avec cette partie de la paroi 5, forme un canal 19, lequel est en liaison, à sa partie supérieure et inférieure, avec la chambre d'activation, dont la partie inférieure débouche au voisinage de la traversée 7. Il est disposé à l'intérieur de la chambre d'activation 8 des parois de redressement 21, inclinées, qui redressent l'écoulement giratoire produit par l'aération de telle sorte qu'il se crée aussi, dans la chambre d'activation 8, un écoulement dans le sens de l'axe horizontal. C'est dans la partie supérieurE de la chambre d'activation 8 que débouche le tuyau d'amenée 22 de l'eau brut, et, dans sa partie inférieure, le tuyau d'évacuation 23 des boues en excès. Le tuyau collecteur 13 de l'eau épurée conduit à l'extérieur du récipient et possède un déversoir 24 (cf. Figure 3), destiné à maintenir à l'intérieur du récipient le niveau libre du liquide. L'eau épurée est évacuée par l'évacuation 25. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne comme suit l'eau à épurer pénètre, par l'orifice d'amenée 22 de l'eau brute, dans la chambre d'activation 8, dans laquelle un aérateur non représenté envoie de l'air par l'intermédiaire d'éléments d'aération 15, qui se trouvent dans la partie supérieure de la chambre d'activation 8. L'utilisation d'un système d'aération non-immergé, raccordé à un aérateur, est rendue possible grâce à la forme avantageuse de la chambre d'activation 8, dont la section transversale a essentiellement la forme d'une couronne circulaire entre l'enveloppe intérieure déjà mentionnée et l'enveloppe extérieure. L'écoulement du mélange d'activation dans la chambre d'activation 8, provoqué par l'aération, présente la forme d'un tourbillon cylindrique à axe horizontal, ce qui est très avantageux du point de vue de la réduction au maximum de la consommation d'énergie. L'on est ainsi assuré que l'on obtiendra, même pour une charge très faible des eaux résiduaires, l'oxygène nécessaire au déclenchement de l'opération de biodégradation, oxygène amené par le système d'aération, et donc que l'on obtient les boues activées en suspension. Après avoir traversé le mélange d'activation se trouvant dans la partie supérieure du récipient, l'air est évacué à l'atmosphère par l'intermédiaire de l'orifice de sortie d'air 17. Quand le récipient présente une longueur plus grande, il est prévu avantageusement, dans la chambre d'activation, des parois de redressement 21, à l'aide desquelles on redresse le mouvement giratoire du mélange d'activation pour le transformer en un mouvement hélicoïdal horizontal. L'on obtient ainsi pour l'écoulement à l'intérieur du récipient des composantes longitudinales, la composante longitudinale au niveau de l'enveloppe cylindrique étant dirigée dans le sens contraire de la composante de l'écoulement au niveau de la paroi 5. L'on obtient ainsi un mélangeage intense du contenu du récipient, ce qui permet d'amener l'eau brute en un point de la paroi frontale du récipient, même si ce dernier présente une longueur très supérieure à son diamètre. Dans la chambre d'activation 8 décrite ci-dessus, les processus classiques d'activation avec biodégradation se déroulent avec formation de boues activées, lesquelles sont séparées de l'eau épurée dans la chambre de séparation 4. La chambre de séparation 4 est disposée d'une manière essentiellement centrale et est entièrement entourée par un courant de rinçage du mélange d'activation. Le mélange d'activation pénètre dans la chambre de séparation par l'intermédiaire du passage 7 se trouvant dans la partie inférieure de la chambre d'activation 8. Le mélange d'activation est amené au passage 7 par le canal 19, lequel est formé par une partie de la paroi 5 et la paroi inclinée 18 qui lui est opposée. Le mélange d'activation pénètre dans le canal 19 par sa partie supérieure et en sort dans la zone du passage 7, par lequel il pénètre dans la chambre de séparation 4 ; ce canal empêche que l'écoulement giratoire se trouvant dans la chambre d'activation 8 ne passe dans le passage 7 et dans la chambre de séparation 4. C'est dans la chambre de séparation 4, qui s'élargit vers le haut, qu'il se forme le filtre par fluidisation, connu, dans lequel sont arrêtées les particules de boues activées. Après passage à travers le filtre à fluidisation, l'eau épurée se trouvant dans la partie supérieure de la chambre de séparation 4 est reprise, par les orifices d'entrée 14, par le tuyau collecteur 13 et évacuée par l'orifice d'évacuation 25. Le niveau libre 20 dans la chambre d'activation 8 est défini par le déversoir 24 se trouvant sur la tuyauterie. Les bulles d'air qui se séparent au niveau du bord inférieur de l'enveloppe sont captées par le collecteur d'air 9. L'air capté est envoyé à l'air libre par l'intermédiaire de l'évent 26. Les éventuelles boues flottées sont évacuées périodiquement par les ouvertures 12, par l'intermédiaire du tuyau collecteur 11 des boues flottées. Les boues activées en excès sont évacuées de la chambre d'activation 8, après interruption de l'aération, par l'orifice d'évacuation 23 des boues. Le dispositif selon la Figure 2 convient tout particulièrement aux débits faibles et très faibles, par exemple pour les pavillons individuels. Il se distingue du dispositif décrit sur la Figure 1, essentiellement au niveau du système d'aération. Le système destiné à l'aération du mélange d'activation et à son maintien en suspension, est entraîné par une brosse rotative d'aération, qui forme ce qu'on appelle la brosse de Kessener, laquelle est disposée sur le niveau libre 20 de la chambre d'activation 8, et par une source, non représentée, de force d'entraînement.Une autre modification de la construction du dispositif selon la Figure 2, destinée aux petites installations, concerne une chambre 28 destinée à collecter le papier, et se présentant sous la forme d'une grille 30, laquelle est insérée, en position inclinée, dans la partie supérieure de la chambre d'activation 8, endessous de l'orifice d'entrée 22 de l'eau brute et de la partie opposée de l'enveloppe cylindrique. Pour des installations plus petites, présentant un rapport comparable entre la longueur et le diamètre du récipient, il n'est pas nécessaire d'avoir des parois de redressement 21. Pour le reste, le dispositif représenté sur la Figure 2 est identique à celui selon la Figure 1. De même, le mode d'action dutdispositif selon la Figure 2 est identique à celui de la Figure 1, jusqu'au système d'aération. L'aération du mélange d'activation, et le mouvement nécessaire pour obtenir une mise en suspension complète, sont réalisés par la brosse rotative d'aération 27, laquelle plonge en-dessous du niveau libre 20 du liquide. Ce dispositif convient surtout aux très petites installations d'épuration de ce genre, de l'ordre de quelques habitants-équivalents, dans lesquelles cet arrangement présente, par rapport aux systèmes pneumatiques, une consommation d'énergie considérablement plus faible. On peut facilement obtenir le débit voulu de l'aération en réglant la hauteur du niveau libre 20 dans la chambre de séparation 8. Le courant de circulation, se présentant sous la forme d'un tourbillon cylindrique à axe horizontal, contribue essen tiellement à une diminution de l'énergie nécessaire. Le capteur de papier sert à arrêter les déchets grossiers, par exemple les déchets de cuisine et les papiers. Le courant de circulation dans la chambre d'activation 8 présente ainsi un effet auto-épurateur des grilles 30. Le courant d'eau sortant de la chambre d'activation 8 reçoit ainsi les papiers arrêtés, qui sont en mouvement, ce qui accélère leur destruction. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, non représentée. le système destiné à l'aération du mélange d'activation et à son maintien en suspension est formé d'éléments d'aération 15, eux aussi connus ; cependant, ces derniers, au contraire du mode de réalisation représenté sur la Figure 1, sont prévus un peu plus bas (par rapport au mode de réalisation comparable de la Figure 1) dans la partie inférieure gauche de la chambre d'activation 8, quand on la regarde dans le sens axial ; dans ce cas, le diffuseur d'air est raccordé à un ventilateur approprié. Le dispositif selon l'invention présente toute une série d'avantages. La chambre d'activation, avec une section transversale ayant pratiquement la forme d'une couronne circulaire avec pertes minimales d'énergie, permet de former l'écoulement nécessaire (un tourbillon cylindrique), lequel maintient les boues activées en suspension, ce qui exclut absolument la formation de coins morts. La forme de la chambre d'activation 8 permet en outre d'utiliser différents systèmes d'aération, et donc de choisir le plus avantageux pour chaque cas particulier, ce qui élargit le domaine d'application de ces dispositifs et contribue à économiser l'énergie et à diminuer les frais d'acquisition. La forme cylindrique avantageuse du dispositif dans son ensemble est maintenue, ce qui permet sa mise en place en-dessous du niveau du sol, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des travaux coûteux de construction. Un autre avantage réside dans l'indépendance relative de l'enveloppe du récipient et des éléments intérieurs, ce qui simplifie la construction du dispositif selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif pour l'épuration de l'eau par activation biologique, possédant une chambre d'activation avec un orifice d'amenée pour l'eau brute et un système destiné à l'aération du mélange d'activation et à son maintien en suspension, et possédant aussi une chambre de séparation destinée à séparer les boues activées par filtration par fluidisation, chambre de séparation raccordée à un orifice de sortie de l'eau épurée, avec un retour automatique des boues séparées dans la chambre d'activation par l'intermédiaire d'un passage, dispositif caractérisé en ce que la chambre d'activation (8) est réalisée entre une enveloppe extérieure (1, 2, 3) du récipient et une enveloppe intérieure (5, 6, 6'), la chambre de séparation (4) étant disp#osée de telle sorte qu'elle soit entourée par la chambre d'activation (8), à laquelle elle soit reliée par un passage (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'activation (8) et la chambre de séparation (4) sont installées dans un récipient cylindrique horizontal, l'éloignement horizontal des parois (5) de l'enveloppe intérieure commençant par augmenter à partir du passage (7), vers le haut, pour diminuer ensuite, la section transversale de la chambre d'activation (8) ayant essentiellement la forme d'une couronne circulaire, laquelle est définie par l'enveloppe cylindrique (1) et la paroi (5). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une paroi inclinée (18) est, dans la chambre d'activation (8), dans une zone dans laquelle le mélange d'activation s'écoule vers le bas, placée contre les parties allongées de la paroi (5) de l'enveloppe intérieure, paroi (18) qui, avec cette partie de la paroi (5) de l'enveloppe intérieure, forme un canal dont l'embouchure inférieure se trouve au voisinage du passage (7). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'aération du mélange d'activation et destiné à son maintien en suspension est exécuté sous la forme d'une brosse rotative d'aération (27), appelée une brosse de Kessener, laquelle s'étend jusqu'en-dessous du niveau de la surface libre (20) du mélange d'activation. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'aération du mélange d'activation et destiné à son maintien en suspension est réalisé sous la forme d'éléments d'aération (15), disposés dans la partie supérieure de la chambre d'activation (8) et raccordés à une source d'air comprimé, par exemple à un ventilateur. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'aération du mélange d'activation et destiné à son maintien en suspension est réalisé sous la forme d'éléments d'aération (15) disposés dans la partie inférieure de la chambre d'activation (8) et raccordés à une source d'air comprimé, par exemple à une soufflante. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la chambre d'activation (8) des parois inclinées (21) destinées à redresser l'écoulement circulaire produit par le système d'aération du mélange d'activation, de telle sorte qu'il se forme dans la chambre d'activation (8) un écoulement dans b sens de l'axe horizontal du récipient cylindrique.