Brevet FR2533207A1 — publié le 19840323

La présente invention concerne un procédé pour l'élimination ou la prévention des colmatages dans les aérateurs de fond dans le traitement de l'eau et le trai- tement des eaux usées dans les conditions de fonctionnement. Les aérateurs de fond, c'est-à-dire les aérateurs qu J sont placés près du fond de la cuve à aérateurs, ont un moindre besoin d'énergie et une meilleure capacité d'intro- duction d'air que des aérateurs placés latéralement dans la cuve à aérateurs. Durant le fonctionnement de systèmes d'aération dans des installations de traitement de l'eau ou des eaux usées, des dépôts sont formés dans les pores des aérateurs au cours d'une période plus ou moins longue En général, ces dépôts sont constitués principalement de carbonate de calcium et/ou de phosphate de fer et/ou de substances organiques La vitesse à laquelle ces dépôts entraînent un colmatage des aérateurs ne dépend' pas seulement de la matière dont les aérateurs sont formés (par exemple diverses matières plastiques, comme du polyéthylène, du polypropylène ou du polystyrène, ou des matières frittées céramiques) et de la capacité de transmission d'air, mais en premier lieu de la composition de l'eau à traiter Les dépôts détériorent la capacité d'introduction d'oxygène des aérateurs et causent un accroissement de la consommation d'énergie Des dépôts se produisent tant dans les aérateurs dits à disques (dômes de filtres) que dans les aérateurs à bougies. Dans un procédé de nettoyage d'aérateurs de fond, on vide la cuve à aérateurs, les aérateurs sont démontés, mis à tremper et lavés (dans un bain acide constitué principa- lement d'acide chlorhydrique) et remontés, et la cuve est remise en service Comme les cuves à aérateurs peuvent contenir jusqu'à 1000 aérateurs à disques ou même plus, le procédé est très laborieux et long De plus, le fonction- nement des installations de clarification est ainsi dété- rioré, ou on doit même permettre aux eaux usées de -2- contourner les installations de clarification Dans certaines installations, un tel nettoyage doit avoir lieu plusieurs fois par an. Il existe aussi des systèmes d'aérateurs pivotables, que l'on peut faire sortir de la cuve à aérateurs par pivotement à des fins de nettoyage, mais de tels systèmes sont coûteux en raison des joints articulés nécessaires. Il y a aussi des procédés dans lesquels le nettoyage est effectué avec les aérateurs en place en utilisant par exemple du chlore ou de l'acide chlorhydrique, voir par exemple R B Jackson, "Maintening Open Diffuser Plates With Chlorine", Water Works and Sewage, septembre 1942, pages 380382, W M Franklin, "Purging Diffuser Plates With Chlorine", Water Works and Sewage, juin 1939, pages 232-233, "Manual of Practice N' 5 ", Federation of Sewage and Industrial Wastes Associations, Champaign, Illinois, 1952, pages 60-61, brevet des E U A N O 2 686 138 et demande de brevet européen N O 49154 Ces procédés sont caractérisés par l'utilisation d'acides forts et d'agents oxydants, qui dans la pratique posent divers problèmes, par exemple corrosion de tuyaux et de diffuseurs, la manipulation des gaz très dangereux conservés dans des réservoirs sous pression est pleine de risques et des perturbations dans l'utilisation de dispositifs de dosage peuvent être dangereuses, le risque que la purification biologique de l'eau soit perturbée ou que la culture bactérienne soit détruite, du fait de la corrosion et pour des raisons de sécurité, l'agencement'des appareils est coûteux. Dans le procédé selon la présente invention, les inconvénients mentionnés ci-dessus ont été éliminés. La présente invention concerne un procédé pour l'éli- mination ou la prévention des colmatages dans les aérateurs de fond dans le traitement de l'eau et le traitement des -3- eaux usées dans les conditions de fonctionnement Le procédé est caractérisé en ce que de l'acide formique est introduit dans le gaz arrivant aux aérateurs sans qu'on interrompe le fonctionnement des aérateurs. Le gaz arrivant aux aérateurs est, en général, de l'air ou de l'oxygène, par exemple de l'air comprimé. L'acide formique est introduit de préférence sous la forme de gaz ou de vapeur, mais il peut aussi être introduit sous la forme d'une fine pulvérisation. Par rapport aux acides minéraux mentionnés ci-dessus, les acides organiques sont plus faibles Toutefois, même de petites quantités d'acide formique sont assez actives pour dissoudre les obstructions normales causées par exemple par des dépôts de Ca et Fe et pour empêcher un dépôt de boue dans les conditions opératoires L'acide formique est aussi assez volatil pour être pulvérisé dans le tuyau distribuant le gaz à introduire dans les aérateurs. Une exigence essentielle est que le produit chimique de nettoyage ne cause pas une corrosion du réseau de dis- tribution d'air ou des aérateurs Le réseau de distri- bution d'air au-dessus de la cuve est habituellement formé d'acier allié à Cr, Ni Dans certains cas, on utilise des tuyaux galvanisés Dans le tableau suivant, les effets de l'acide formique et de l'acide chlorhydrique sur de l'acier contenant 18 % de Cr et 9 % de Ni ont été comparés (informations provenant de "Korrosiontabeller for -rostfria stâl, Jernkontoret, Stockholm, D 226, Stockholm 1979, Carlson press offsetstryckeri AB, pages 20, 45, 46 et 58) Teneur 0- 0,1 0,5 0,5 50 Température C -50 -50 Effet de corrosion HCOOH H Cl 1, P 0 1, P 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 0 Vitesse de corrosion 1,0 mm/an P Une corrosion par points est possible Il est connu que l'acide chlorhydrique dissout for- tement le zinc Pour déterminer l'effet de l'acide formique, on a étudié l'action sur une t 1 le galvanisée ( 160 g/m 2). Dans l'essai, les tÈles ont été soumise à de la vapeur saturée d'acide formique Une corrosion traversant com- plètement le zinc a été observée après 400 heures Selon les normes générales de galvanisation à chaud, l'épaisseur de la couche de zinc d'un tuyau de 1-10 mm est de 420 g/m 2. D'après l'essai, une telle couche aurait été complètement traversée par corrosion après environ 1000 heures. Dans le-nettoyage périodique (voir les exemples), la durée annuelle de nettoyage est de moins de 10 heures et les conditions ne sont pas aussi sévères que les con- ditions de l'essai Ainsi, l'acide formique est inoffensif aussi pour les tuyaux galvanisés. -4- -5- En regard des risques associés au stockage et au dosage des produits chimiques dans les procédés connus et des appareils compliqués qui y sont utilisés, l'utilisation de l'acide formique est facile et simple Le dispositif de dosage peut être une pompe doseuse classique pour produits chimiques pourvue d'une buse par laquelle l'acide formique est pulvérisé dans l'air L'acide formique peut être aspiré directement à partir d'un récipient de transport, par exemple un récipient en matière plastique, de façon que la manipulation du produit chimique soit réduite à un minimum Quand on utilise une pompe doseuse réglable, un débitmètre n'est pas nécessaire. Comme pompe, on peut utiliser un pulvérisateur pour peintures à haute pression Il peut aussi s'agir d'une pompe avec un tuyau d'alimentation; de cette manière, on peut introduire des produits chimiques facilement volatils ou gazeux Toutefois, le produit chimique est de préférence dosé au moyen d'une pompe et d'un carburateur, par exemple un carburateur à débord, à flotteur ou à injection, dans le gaz On est certain ainsi qu'il n'y aura pas de vapeurs d'acide formique non-gazéifié séparées dans le réseau de distribution de gaz, mais que les vapeurs d'acide formique seront distribuées uniformément aux appareils aérateurs individuels Des combinaisons de tels dispositifs de dosage peuvent aussi être utilisées. L'acide formique peut être introduit dans la cana- lisation d'alimentation en gaz, de préférence une cana- lisation à air comprimé, avant ou après le compresseur. Par exemple, le produit chimique peut être introduit dans la canalisation principale de distribution de gaz ou dans le système d'alimentation en gaz des secteurs individuels d'aérateurs. L'acide formique convient très bien, parce qu'il est biologiquement décomposable et non-toxique pour la biocénose dans les sédiments organiques dans les installations de -6traitement des eaux usées L'acide formique dilué dans une grande quantité d'eau sert de substrat pour les bactéries aérobies L'acide formique utilisé est normalement un acide formique de 50 à 85 % Celui qui est préférable est l'acide formique industriel à 85 % parce que c'est un produit commercial bon marché et en raison de sa basse teneur en eau. Au moyen du procédé selon la présente invention, les colmatages importants des aérateurs peuvent déjà être dissous après un temps de traitement de quelques heures, de sorte que la perte de pression des aérateurs se trouve réduite, en général, presque à celle d'aérateurs neufs. Toutefois, les produits chimiques peuvent aussi être introduits de manière continue en quantités plus petites, de façon que les colmatages des pores soient efficacement empêchés Des dosages appropriés peuvent être trouvés facilement au moyen d'expériences. Comme dans de l'eau faiblement tamponnée, par exemple de l'eau douce, le p H de l'eau à traiter pourrait devenir excessivement élevé lors de l'addition d'assez grandes quantités d'acide, dans ces cas, pratiquement, un agent de tamponnage, comme du bicarbonate de sodium, est ajouté dans la cuve à aérateurs Dans des conditions normales, toutefois cela n'est pas nécessaire. L'invention va être décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés. La figure 1 représente un arrangement d'essais pour expérimentation d'une station fonctionnant de manière continue sans colmatage dans une installation à grande échelle. La figure 2 représente les variations de la pression manométrique selon la figure 1 en utilisant une aération avec trois étages différents de souffleurs, les mesures étant effectuées en bars pendant un an. -7- Exemple 1 On a effectué des expériences dans une installation de traitement des eaux usées ayant un équivalent de population d'environ 70 000 L'accumulation des eaux usées provenait principalement d'un abattoir important et d'une usine produisant des aliments pour animaux; de plus, 5000 habitants étaient reliés au réseau municipal d'égouts. Les cuves d'aération étudiées étaient équipées aussi d'aérateurs à disques Nokia, type HKL-215 avec la distri- bution numérique suivante dans les deux étages-: 1568 aérateurs par cuve d'aération, ler étage, 528 aérateurs par cuve d'aération, 2 ème étage. Après fonctionnement pendant environ deux ans, tous les aérateurs avaient déjà dû être remplacés deux fois. Des analyses très précises ont révélé que les disques étaient encrassés non seulement sur la surface exposée à l'eau, mais aussi dans leurs pores. La saleté était composée principalement de carbonate de calcium Le colmatage dans le premier étage était généralement plus sévère que dans le second étage. L'ordre des essais est présenté sur la figure 1 La conduite à air comprimé du souffleur à la cuve d'aération était en acier galvanisé, dans la cuve d'aération elle- même en acier V 4 A Les grilles de distribution d'air sur le fond de la cuve étaient formées de matière plastique PVC, diamètre 120 mm - L'acide formique était introduit dans la canalisation en V 4 A par deux pompes doseuses, Q 18 1/h Afin Max d'empêcher un retour en arrière de l'acide dans le souffleur, l'acide dans la partie verticale de tuyau conduisant au fond du réservoir était pulvérisé dans l'air par un jet. La figure 2 représente la variation de la pression, exprimée en bars pendantun laps de temps mesuré, des souffleurs 1, 1 + 2 et 1 + 2 + 3 Pour faciliter l'inter- prétation, on a distingué trois phases: la phase I présente -8 2533207 les conditions peu avant le dernier changement des aérateurs Toutefois, le souffleur 3 ne pouvait plus être mis en circuit car son air aurait été dissipé par la soupape de sûreté Le 2 décembre, au début de la phase II, l'installation a été remise en fonctionnement avec les disques de rechange nettoyés En trois mois de fonction- nement sans addition d'acide formique, unaccroissement net de pression a déjà été noté A partir du 2 mars, de l'acide formique à 85 % a été introduit dans l'air sous pression, avec le résultat efficace que durant la phase III la pression est tombée à des niveaux correspondant presque à des aérateurs neufs. Quand on détermine les doses d'acide, on doit faire une distinction entre le premier étage et le second Après un certain nombre d'essais préliminaires par lesquels à tout prendre une quantité excessivement grande d'acide a été introduite dans l'air sous pression, les doses normales suivantes peuvent être recommandées q = 0,8 ml/(disque jour) q = 0,9 ml/(disque jour) o q correspond à la dose journalière d'acide par disque. L'introduction d'acide sera effectuée de préférence en une fois ou en deux fois par semaine car en raison de l'effet à long terme on peut s'attendre les jours suivants à ce qu'il n'y ait pas de formation de gâteau ou de croûtes. Un quart d'heure suffit pour effectuer l'introduction Dans le cas o pendant les deux à trois mois suivants on n'observe pas d'augmentation de pression avec ces doses, la quantité spécifique d'acide q peut être réduite d'environ 30 %. Dans l'installation de traitement d'eaux usées étudiée, le besoin annuel d'acide formique technique ( 85 %) a été d'environ 680 litres, ce qui se traduit par des coûts de produits chimiques d'environ s FR 900 Parcomparaison avec les coûts par ailleurs élevés de l'énergie électrique, des 25332 07 -9- travaux de nettoyage à grande échelle et de l'arrêt de fonctionnement et la remise en fonctionnement de la cuve d'aération, cette dépense est petite au point d 'être négligeable Il a été établi que'le procédé n'a pas d'influence sur le processus biologique, n'attaque pas les canalisations ou les aérateurs et constitue une charge tolérable pour l'environnement. Exemple 2 L'installation de traitement des eaux usées de la ville de Turku, Finlande, comprend cinq cuves à aérateurs dans lesquelles le nombre total d'aérateurs à disques est de 5250. On a ajouté du ferrosulfate dans le procédé à boues activées pour éliminer le phosphore Après fonctionnement pendant 2,5 ans, la contre- pression des aérateurs avait augmenté de 0,06 bar en raison du ferrosulfate et d'une baisse de puissance On a nettoyé les aérateurs d'une cuve à la fois en introduisant de l'acide formique par une buse reliée par un assemblage à manchon au tuyau dirigé vers le bas Un pulvérisateur pour peinture à haute pression a été utilisé comme pompe La dose était de 0,4 kg par aérateur, c'est-à-dire environ 2 100 titres d'acide formique technique à 85 % pendant 2 heures Comme résultat du nettoyage, la contre-pression des aérateurs a diminué de 0,06 bar, c'est- à-dire est revenue à la valeur initiale En raison de la chute de la contre-pression, la consommation d'énergie de l'installation a été réduite de 7450 k Wh par jour à 6550 k Wh par jour Le nettoyage par l'acide formique n'a pas altéré du tout le processus biologique, ce qui est prouvé par les résultats de l'analyse d'un échantillon moyen un jour de nettoyage Matières solides en p H DCO DBO 7 suspension -P total Arrivée à - l'installation 7,5 76 196 345 9,3 Arrivée à l'aération 7,5 46 103 132 3,4 Sortie de la sédimentation secondaire 7,5 12 19 (ATV 8) 9 0,3 Ces résultats correspondent aux résultats de fonctionnement normal de l'installation de traitement des eaux usées. Exemple 3 L'effet de l'acide formique sur la formation de boue a été étudié à l'installation de traitement des eaux usées de Lakaview à Toronto Deux diffuseurs Nokia Nopol HKP-600 étaient montés sur des tubes d'ung longueur individuelle de 19 mm et installés dans la cuve d'aération L'alimen- tation en air de chaque diffuseur était contrôlée et réglée toutes les semaines On tirait sur les diffuseurs pour les faire monter au-dessus du niveau du liquide mélangé et on les examinait Un des diffuseurs tubulaires servait de témoin On introduisait 30 g de HCOOH par semaine dans l'autre diffuseur tubulaire Les résultats essentiels ont été les suivants: Le diffuseur témoin s'est encrassé très rapidement; une couche de boue d'une épaisseur de plus d'un cm s'est formée sur ce diffuseur en une période de 3-4 semaines Le diffuseur d'essai s'est encrassé aussi au début de la période d'essai Toutefois, des doses de 30 g d'acide formique par semaine injectées dans le courant d'air du diffuseur en une période de 0,5 heure ont réduit sensi- blement l'encrassement biologique de ce diffuseur. 253320 ? -11 - REVENDICATIONS 1 Un procédé pour l'élimination ou la prévention des colmatages dans les aérateurs de fond dans le trai- tement de l'eau et le traitement des eaux usées dans les conditions de fonctionnement, caractérisé en ce que de l'acide formique est introduit dans le gaz arrivant aux aérateurs sans qu'on interrompe le fonctionnement des aérateurs. 2 Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz arrivant aux aérateurs est de Vlair ou de l'oxygène. 3 Un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les aérateurs de fond sont sous la forme d'aérateurs à disques ou d'aérateurs à bougies. 4 Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acide formique est introduit sous la forme d'un gaz ou d'une masse pulvérisée. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acide formique est introduit dans le gaz arrivant aux aérateurs au moyen d'un dispositif de dosage, tel qu'une pompe à haute pression et une buse avec un petit trou, du type utilisé, par exemple, dans des pulvérisateurs à haute pression pour peinture, une pompe avec un tuyau d'alimentation pour l'alimentation en produits chimiques facilement volatils ou gazeux, ou de préférence une pompe et un carburateur, ou au moyen d'une combinaison de tels dispositifs de dosage. 6 Un procédé selon l Aune des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que l'acide formique est introduit dans la canali-é sation d'alimentation en gaz, qui est de préférence une canalisation à air comprimé, avant ou après le compresseur - 7 Un procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'acide formique est introduit dans la canalisation principale de distribution du gaz ou dans -12- le système de tuyaux d'alimentation des secteurs individuels d'aérateurs. 8 Un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'acide formique utilisé est de l'acide formique de 50 à 85 %, en particulier de l'acide formique technique à 85 %. 9 Un procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, dans le cas d'eaux et d'eaux usées qui ne sont que faiblement tamponnées, par exemple d'eaux ou d'eaux usées d'une faible dureté carbonatée, un agent de tamponnage, par exemple du bicarbonate de sodium, est introduit dans la cuve à aérateurs.