Brevet FR2558148A1 — publié le 19850719

L'invention concerne un procédé de fonctionnement d'un bassin de stabilisation, dans lequel on are et on brasse artificiellement liteau usée, ainsi que des installations pour la mise en oeuvre du procédé. Pour augmenter le rendement d'épuration des bassins de stabilisation et/ou pour diminuer la grande surface nécessaire à de tels bassins, on peut intensifier les processus de dégradation par aération artificielle et conjointement par brassage forcé. Dans de tels bassins de stabilisation aérés, les facteurs décisifs quant au rendement d'épuration, outre l'introduction d'oxygène provenant de l'air par la surface de lteau t l'absorption d'oxygène au-dessus du dispositif d'introduction d'air alimenté en air comprimé, sont en particulier la zone de contact eau/vase de fond et la croissance biologi q ement active sur les surfaces mouillées du bassin.Toutefois, la zone de contact eau/vase de fond ne peut être atteinte que lorsqu'il se produit un certain brassage de l'eau, ce qui, dans les installations connues de cette espèce, est assuré par le fait que le dispositif d'aération n'introduit pas seulement de l'oxygène dans l'eau usée mais brasse en même temps l'eau qu'il s'agit d'aérer. Avec les profondeurs de 2 à 4 m qui sont caractéristiques de ces bassins, il se produit, pour chaque dispositif d'introduction d'air, une impulsion de mouvement déterminée transmise à l'eau et qui est capable de brasser, donc de faire circuler, un volume d'eau déterminé. Cette circulation commence au dispositif d'introduction d'air, conduit de là vers le haut à la surface de l'eau et ensuite s'éloigne du dispositif d'aération.Pour obtenir un brassage satisfaisant ou atteindre sur une aussi grande surface que possible la zone de contact eau/vase de fond mentionnée plus haut, il est nécessaire que l'écoulement superficiel s'éloignant du dispositif d'aération soit nettement dévié vers le bas au bout d'un parcours déterminé de sorte que le circuit se ferme, en passant par cette zone de contact, en direction du dispositif d'introductìon d'air. Toutefois, cela nécessite que l'on installe le dispositif d'aération, en ce qui concerne son pouvoir d'introduction d'air ou l'impulsion de mouvement qui peut être ainsi communiquée, à l'endroit où cette circulation s'établit, compte tenu des dimensions du bassin.Si le dispositif d'aération est disposé trop près de la rive du bassin, il se produit simplement des tourbillonnements qui ne permettent pas une oxydation contrôlée du contenu du bassin ; si par contre il se trouve trop loin de la rive du bassin, cette circulation ne peut à nouveau pas se constituer puisque l'impulsion de mouvement communiquée n'y suffit pas. Bien entendu, dans un tel cas, on pourrait augmenter la puissance du dispositif d'introduction d'air, ce qui n'est pas seulement antiéconomique, mais entraîne encore en général une pollution de l'environnement. Les micro-organismes qui se trouvent dans la vase de fond des bassins de stabilisation de ce genre assurent, par leur édification et leur dégradation cellulaires, une conversion des impuretés amenées par l'eau usée et outre des impuretés organiques contenant du carbone, des composés azotés s'oxydent aussi jusqu'au stade des nitrates. Il faut tenir compte du fait que cette conversion se produit simplement au fond de ces bassins de stabilisation car contrairement aux stations d'épuration à boue activée, il n'y a pratiquement pas de flocs de boue activée maintenus en suspension, mais les micro-organismes, qui se sont déposés au fond du bassin de clarification, sont seuls actifs. Il faut donc, comme déjà indiqué plus haut, veiller à ce que l'eau usée, qui reste dans le bassin de stabilisation avec un temps de séjour de quelques jours, entre toujours en contact avec cette vase de fond.Si ce brassage est assuré, p#tiquement toutes les impuretés organiques s'oxydent, se convertissent donc en dioxyde de carbone et en nitrates. La conversion d'impuretés azotées en nitrates, donc la nitrification, est assurée par des bactéries autotrophes qui en un premIer stade convertissent l'ammoniac en nitrite, et par des bactéries nitrifiantes qui, en un deuxième stade, convertissent ce nitrite en nitrate. Dans beaucoup de cas, l'eau épurée ne peut pas être conduite au milieu récepteur avec ces substances nitrifiées mais doit être d'abord dénitrifiée. Cela est assuré par le fait que des bactéries aérobies, en cas de manque d'oxygène, maintiennent leur métabolisme énergétique en soustrayant l'oxygène aux molécules de nitrate et de nitrite. Par suite, pour la dénitrification d'une eau usée complètement oxydée, il est nécessaire qu'il n'y ait plus d'oxygène dissous dans l'eau usée mais que toute l'eau usée entre en contact avec les micro-organismes réducteurs. Par suite, une dénitrification dans des bassins d'eau aérés artificiellement, dans lesquels le brassage de l'eau usée est assuré par le dispositif d'aération, n'est pas possible. L'invention vise à fournir un procédé de fonctionnement d'un bassin de stabilisation de ce genre dans lequel une dénitrification soit possible et l'eau usée épurée puisse, sans dommage, être conduite directement au milieu récepteur. Ce problème est résolu par le fait que l'on effectue cycliquement le traitement de l'eau usée dans un bassin de stabilisation aéré artificiellement de cette façon et que pendant un cycle de traitement on effectue le brassage sans interruption par unité de temps, et que l'on introduit seulement de l'oxygène par intermittence. L'unité de temps peut ici être égale ou inférieure à la durée du cycle. Par conséquent, la condition préalable à la mise en oeuvre du procédé est un brassage qui soit indépendant de l'introduction d'oxygène. Ainsi, avec un tel groupe de brassage, il s'agit de brasser l'eau usée du bassin pendant un laps de temps ou encore sans interruption, de sorte qu'il passe constamment le long du limon actif formé par la vase de fond. il faut ici introduire de l'oxygène par intermittence dans l'eau usée, de sorte que pendant ce laps de temps, la conversion par oxydation et donc aussi la nitrification s'effectuent. Après la fin de l'introduction d'oxygène, on fait encore passer le long de la vase de fond ou du limon 3'eau usée qui ne contient maintenant plus d'oxygène dissous, de sorte que cette fois la dénitrification s'effectue jusqu'à l'azote gazeux.Par la suite, on peut, si cela est nécessaire ou désirable pour la sédimentation ou pour d'autres raisons, arrêter aussi le brassage pendant un laps de temps déterminé jusqu'à la fin du cycle dont il s'agit. Le résultat est en tout cas une eau usée épurée, ne contenant pratiquement plus de nitrates ni de nitrites. L'installation pour la mise en oeuvre duprocédé est caractérisée selon l'invention par un groupe de brassage ou plusieurs groupes de brassage agissant dans le même sens, qui brassent l'eau usée sans introduction d'air, par un dispositif d'introduction d'air ainsi que par une commande centrale commandant le fonctionnement de ces groupes et de ce dispositif. Pour brasser l'eau usée, on peut utiliser tous les groupes connus qui assurent le brassage sans introduire d'air dans l'eau usée. Ce sont des plaques tournant à la façon de pales ou constamment, ou encore des tuyères de poussée fixes ou tournant avec l'écoulement circulaire. En particulier sur les tuyères de poussée peuvent aussi être prévus des dispositifs d'introduction d'air. Si le groupe de brassage fonctionne avec des plaques, il peut être avantageux, puisque ces plaques agissent dans l'eaiiusée par une grande surface, de prévoir des adjuvants de démarrage soit sur l'entraînement du groupe de brassage soit sur les plaques elles-mêmes. Bien entendu, au lieu des tuyères de poussée, on peut aussi utiliser une hélice tournant librement ou l'hélice peut être disposée à l'intérieur de la tuyère de poussée. Il est possible aussi d'alimenter la tuyère de poussée en eau sous pression. La position des plaques ainsi que celle de la tuyère de poussée relativement à la direction de l'écoulement d'eau peuvent être réglables pour obtenir un écoulement dirigé davantage vers la surface ou davantage vers le fond du bassin de stabilisation, ou encore pour influencer plus ou moins radialement l'écoulement circulaire. L'écoulement circulaire, en particulier dans le cas de bassins de stabilisation à peu près circulaires, peut être favorisé par le fait que l'amenée aussi bien que l'évacuation de l'eau usée s'effectuent tangentiellement. En outre, le dispositif d'introduction d'air peut aussi transmettre des impulsions de mouvement dans la direction de cet écoulement. Il faut souligner qu'en particulier lorsque, selon une autre particularité de l'invention, le dispositif d'introduction d'air est disposé en dessous de la région directe d'action du groupe de brassage, l'écoulement engendré par les groupes de brassage et indépendant de l'introduction d'air assure un temps de séjour plus long des bulles d'air dans l'eau usée et donc une utilisation nettement meilleure de l'oxygène de l'air. Cela peut se traduire aussi bien par un rendement d'épuration amélioré que par un moindre besoin d'énergie. Les groupes de brassage, le dispositif d'introduction d'air et la commande peuvent aussi bien être installés au bord du bassin que dans ou sur une île ancrée au centre. Comme île, on peut ici utiliser aussi bien un flotteur ancré qu'une tour posée dans le bassin. Il est avantageux en tout cas de rassembler tous les groupes dans cette île afin que non seulement les travaux d'entretien soient simplifiés mais que toute l'installation soit aussi soustraite, dans une large mesure, à l'intervention de personnes non autorisées. Etant donné que les îles de ce genre peuvent être installées de façon entièrement autonome dans les bassins de stabilisation, on peut chaque fois les ancrer à l'endroit où l'on peut obtenir des résultats de brassage maximaux et donc une introduction maximale d'air. il faut tenir compte du fait que par suite de cette possibilité d'aération maximale, on obtient non seulement une dégradation avantageuse du contenu du bassin, mais que, par suite, on évite aussi des conditions anaérobies indésirables qui peuvent conduire à des odeurs extrêmement gênantes. Bien entendu, il est possible aussi d'ériger plusieurs de ces îles dans les bassins de stabilisation et des parois ou murs de séparation peuvent btre aussi prévus pour guider le circuit de brassage qui correspond caque fois. Un exemple d'exécution de l'objet de l'invention est représenté schématiquement par les dessins, dans lesquels la figure t montre une lle-tur en coupe longitudinale; la figure 2 est une vue en plan de la figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe d'un bassin de stabilisation équipé d'une tour de ce genre. Dans un élément structural prismatique 1 exécuté sous forme d'élément préfabriqué en béton sont logés un compresseur d'air 2 avec les tiroirs nécessaires 3 ainsi que des dispositifs de mesure, de commande et de réglage 4. L'élément structural I est fermé par une plaque de recouvrement 7. Il est accessible par une ouverture fermée de façon étanche par un couvercle 5 et de laquelle une échelle 6 conduit vers le bas. L'intérieur de l'lle-tour ainsi formée peut lui-même être aéré et il est éclairé de sorte qu'il est accessible sans difficulté. L'élément structural 1 est installé sur un anneau 8, à nouveau exécuté sous forme d'élé- ment préfabriqué en béton et que l'on peut enfoncer dans le fond en tant que fondation. Dans l'île-tour passe un câble électrique 9 qui conduit à l'intérieur de l'élément structural l, au-dessus du niveau 10 de l'eau, en passant par un dispositif d'insertion Il. De cet élément structural 1 part, également au-dessus du niveau prévu 10 de l'eau, un tuyau de pression d'air 12 qui est relié par un accouplement à brides 13 à des buses d'aération 14 disposées sur le fond. Sur cette île-tour est installé, par l'intermé- diaire d'un cône 17, une-plaque tournante 19 reliée à un moteur à réducteur 18 et sur laquelle est installée une flèche 20. Aux extrémités, cette flèche 20 est reliée à des plaques 21 de sorte que lors de la rotation de la flèche, il se produit un mouvement d'eau correspondant aux flèches 22, 23, donc aussi bien un écoulement circulaire 22 qu'un écoulement 23 dirigé vers le bas. Le dispositif d'introduction d'air 14 est disposé sur la partie d'engagement 21 du groupe de brassage. L'île peut être constituée sous forme d'une plateforme disposée sur des appuis, et peut être un élément préfabriqué en béton 1 de forme cylindrique creuse ou prismatique creuse muni d'un fond et d'une plaque de recouvrement 7. Les canalisations d'amenée et d'évacuation sont munies d'accouplements 11, 13 (vissages, fiches, etc.) disposés à l'extérieur de l'île-tour. En outre, au-dessus du groupe de brassage est disposé un dispositif de fixation d'une passerelle d'accès 24. -REVENDICATIONS 1. Procédé de fonctionnement d'un bassin de stabilisation dans lequel on aère artificiellement et on brasse l'eau usée, caractérisé en ce que l'on effectue cycliquement le traitement de l'eau usée, en ce que pendant un# cycle de traitement, on effectue le brassage de façon ininterrompue par unité de temps, et en ce qu'on n'introduit de oxygène que par intermittence. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de temps est égale ou inférieure à la durée du cycle. 3. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par un groupe de brassage (18, 19, 20, 21) ou plusieurs groupes de brassage agissant dans le même sens, qui brassent l'eau usée sans introduction d'air, par un dispositif d'aération ou d'introduction d'air (14), ainsi que par une commande centrale (4) commandant le fonctionnement de cette installation. ~4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le groupe de brassage est une plaque (21) se mouvant à la façon d'une pale ou constamment. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le groupe de brassage est muni d'un adjuvant de démarrage. 6.Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le groupe de brassage est au moins une tuyère de poussée, fixe ou tournant dans l'écoulement circulaire. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 et 6, caractérisée en ce que la position de la plaque (21) et de la tuyère de poussée relativement à la direction de l'écoulement d'eau usée (22, 23) est réglable. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que le dispositif d'aération (14) est disposé en dessous de la région d'action directe du groupe de brassage. 9. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif d'aération (14) déplace l'eau usée dans le sens d'un écoulement circulaire (22, 23) engendré par le groupe de brassage. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 a# 9, caractérisée en ce que le dispositif d'intro- duction d'air est disposé sur la partie d'engagement (21) du groupe de brassage. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisée en ce que le ou les groupes de brassage, le ou les dispositifs d'introduction d'air et la commande (4) sont installés au bord du bassin. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisée en ce que 3e ou les groupes de brassage, le ou les dispositifs d'introduction d'air et la commande (4) sont disposés ou logés dans ou sur une île ancrée au centre. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'île est un flotteur ancré dans le bassin. 14. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'île est une tour installée dans le bassin. 15. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'île est une plate-forme disposée sur des appuis. 16. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'île-tour est un élément préfabriqué en béton (1) de forme cylindrique creuse ou prismatique creuse muni d'un fond et d'une plaque de recouvrement (7). 17. Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'un élément préfabriqué en béton (8), de préférence annulaire, est prévu comme fondation de l'île tour. 18. Installation selon l'une quelconque des revendications 14 et 16, caractérisée en ce que l'!le-tour est conçue de façon étanche à l'eau superficielle. 19. Installation selon l'une quelconque des reven dications 13, 14 et 16, caractérisée en ce que toutes les canalisations d'amenée et d'évacuation sont disposées audessus du niveau prévu (10) de l'eau. 20. Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce que les canalisations d'amenée et d'évacuation sont munies d'accouplements (11, 13) (vissages, fiches, etc.) disposés à l'extérieur de l'île-tour. 21. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 20, caractérisée en ce qu'au-dessus du groupe de brassage est disposé un dispositif de fixation d'une passerelle d'accès (24).