Brevet FR2564820A1 — publié le 19851129

Procédé pour le traitement et l'épuration des eaux usées, par floculation en lit fluidisé, sans utilisation de réactifs. L'invention concerne un procédé apte à provoquer une agglomération des particules en suspension dans les eaux usées entralnant un piegeage de l'ensemble de la pollution. On sait, par exemple, que les eaux usées urbaines contiennent environ 200 à 200 mE/1 de matière en suspension et ont une concentration totale en DBO5 (demande biochimique en oxygène à cinq jours) d'environ 200 à 400 ng/l, dont 100 à 200 mg/l de DB05 dissoute. Les matières polluées qu elles contiennent peuvent être grossièrement réparties en pollution solide (environ un tiers), ou pollution colloïdale (également un tiers) et en pollution dissoute (un tiers). Les filières habituelles d'épuration d'eaux utilisent des procédés biologiques ou des procédés physico-chimiques. Bien que les procédés biologiques permettent des réductions de pollution importantes, ils résistent mal aux variations de flux de pollution des eaux à traiter ou aux impulsions de toxiques qui peuvent se produire, lorsque des rejets industriels sont reçus par la station d'épuration. Il y a environ 10 à 20 ans, les procédés physico- chimiques ont soulevé un vif intêret et, tout particulièrement, les procédés dans lesquels un séparateur liquidesolide est placé en aval d'un floculateur, par exemple les procédés de clarifoculation, qui associent un floculateur et un décanteur. Les avantages de ces unités proviennent de la possibilité de traiter des flux de pollution très divers, ce qui est le cas des stations estivales à population très variable. Elles permettent d'atteindre une réduction de 704 à 9BX de la pollution entrante, la pollution résiduelle pouvant éventuellement subir un traitement d'affinage. Leurs principaux inconvénients résultent de l'utilisation obligée de réactifs coûteux à des doses importantes pouvant atteindre 200 mg/l, impliquant des productions de boues considérables, avec des minéralisations moyennes. Le but de la présente invention est de proposer un procédé avec lequel il soit possible de provoquer une épuration comparable à celle de ces unités physico-chimiques sans adjonction de réactifs. On sait que le phénomène de floculation des particules en suspension dans un liquide est lié à deux paramètres principaux a) les forces de répulsion-attraction entre particules, qui peuvent être modifiées par adjonction de réactifs appropriés b) le gradient de vitesse ou gradient hydraulique G défini par la formule où P désigne la puissance dépensée dans l'appareil, X la viscosité dynamique de la phase liquide et V le volume de l'appareil. Pour produire un gradient de vitesse, la plupart des floculateurs usuels utilisent l'énergie d'agitation. On a cependant établi que les milieux granulaires peuvent être utilisés dans les procédés de floculation, l'énergie dégradée correspondant aux chutes de pression. Un lit fluidisé de matériau granulaire peut être avantageusement utilisé dans ce but. En effet, - d'une part, la chute de pression reste constante dans tout le domaine de fluidisation - d'autre part, on peut montrer que le rapport G/Go du gradient de vitesse au gradient de vitesse à l'état préfluidisé varie peu avec le nombre de fluidisations (rapport de la vitesse en fflt vide ("upflow superficial vélocity") utilisée à la vitesse minimum de fluidisation); - enfin, le rapport Gt/Got du nombre de CAMP Gt à l'état observé au nombre de CAS G t à l'état préfluidisé varie peu. Il en résulte qu'en calculant un floculateur en lit fluidisé au minimum de fluidisation, les performances réelles du floculateur seront peut affectées par les variations de débit. Par ailleurs, il est intéressant de noter qu'au minimum de fluidisation, Go est proportionnel à la masse volumique apparente du matériau constitutif du lit ainsi qu'au diamètre moyen des grains. De même, G t est proportionnel au rapport Ho/d de la hauteur Ho du lit fixe au diamètre moyen d des grains et il est indépendant de la masse volumique du matériau La présente invention est fondée sur les propriétés ci-dessus décrites des lits fluidisés en tant que moyen de production d'un gradient hydraulique et sur la propriété d'autofloculation des eaux usées obtenues dans les dispositifs qui seront décrits ci-après. L'invention a par conséquent pour objet un procédé pour floculer des matières en suspension dans des eaux usées caracterisé en ce que l'on fait passer l'eau usée à travers un milieu granulaire en lit fluidisé, sans colmatage préalable du milieu granulaire en lit fixe, et en ce que l'on réctWere en aval dudit lit des agrégats floculés qu'il suffit de soumettre à une décantation ou toute autre séparation liquide-solide pour obtenir un effluent partiellement libéré de sa pollution. En effet, le phénomène d'agglomération qui se produit dans le lit fluidisé emprisonne une partie des matières dissoutes de pollution de la même manière que dans un prodédé de clarifloculation classique. Le milieu granulaire en lit fluidisé pourra subir une expansion de l'ordre de 10 à 20~/o. Pour réaliser un lit fluidisé, on pourra utiliser n'importe quel matériau de garnissage, par exemple du sable, et sa granulométrie pourra être faible, de l'ordre de 100 à 1000 fi m. Les temps de passage en fût vide des eaux à traiter seront d'environ 3 à 10 minutes, avec une vitesse d'environ 10 à 15 m/h, dans le cas où l'on utilise du sable conne matériau granulaire. La mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention se traduit pa une réduction de 70 à 90duo de la DB05 et une élimination de 70 à 85% des solides en suspension. Après décantation des floculats produits par le procédé selon l'invention dans un appareil où le temps de passage est de 14 mn, la concentration des boues obtenues est de 5 g/l. Après 30 fin de décantation de ces boues, leur concentration est de 15 g/l, alors qu'avec les systèmes usuels utilisant des réactifs de floculation, une décantation d'une durée d'une heure environ est nécessaire pour obtenir une concentration de boues de 5 g/l. Les dessins schématiques annexés illustrent deux formes de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins, qui n'ont, bien entendu, aucun caractère limitatif La figure 1 représente un ensemble de traitement des eaux usées, dans lequel les eaux traités circulent à flux ascendant dans un réacteur à lit fluidisé constitué de grains d'un matériau de masse volumique supérieure à 1 La figure 2 représente un système analogue, dans lequel les eaux usées circulent à flux descendant dans un réacteur où les grains du lit fluidisé ont une masse volumique inférieure à 1. Le dispositif de la figure 1 comprend un réacteur 1, qui est alimenté en eau à traiter par la ligne 2 à sa partie inférieure et qui contient un lit fluidisé 3 constitué de grains d'un matériau de masse volumique supérieure à celle de l'eau. L'eau traitée contenant les agrégats de particules obtenus par le passage des eaux usées à travers le lit fluidisé 3 est évacuée par la ligne 4, à la partie supérieure du réacteur 1, vers un décanteur 5, à la partie inférieure duquel les boues sont récupérées par la ligne 6, tandis que l'eau épurée est recueillie à sa partie supérieure par la ligne 7. Dans le cas de la figure 2, le réacteur 11, alimenté en eaux usées à sa partie supérieure par la ligne 12, contient un lit fluidisé 13 de grains d'un nBttériau d'une masse volumique inférieure à 1. L'eau traitée contenant les agrégats de particules obtenus par passage à travers le lit fluidisé est récupérée à la base du réacteur 13 par une ligne 14 et est évacuée vers un décanteur 15, à la base duquel les boues sont récupérées par la ligne 16, tandis que l'eau épurée est recueillie à sa partie supérieure par la ligne 17. Dans ces deux variantes, la mise en oeuvre de l'invention est donc particulièrement simple et économique, puisque ne nécessitant pas d'addition de réactifs chimiques. L'Exemple suivant illustre en outre l'efficatité du procédé conforme à l'invention. EXEMPLE On traite à flux ascendant, dans une colonne ayant un diamètre de 20 cm et contenant un garnissage de sable de masse volumique égale à 1,7 g/cm3 et de granulométrie moyenne égale à 270 m, avec une hauteur de lit granulaire fixe de 1,40 m, une eau usée ayant une DB05 totale de 200 mg/l et contenant 200 mg/l de matières en suspension. L'expansion du lit de sable est de 50%, le temps de passage de l'eau usée est de 7 mm et sa vitesse de passage de 18 m/h. L'eau traitée contenant les agrégats de matière en suspension est ensuite traitée dans un décanteur, où les boues obtenues, après un temps de passage de 7 mn, ont une concentration de 5 g/l. Après 30 minutes de décantation ces boues ont une concentration de 15 g/l. Après passage dans le décanteur, la réduction de DB05 de l'eau traitée est de 90 % et la diminution de matière en suspension de 70 à 85% suivant les essais. Cet exemple prouve donc la grande efficacité du procédé conforme à l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour floculer des matières en suspension dans des eaux usées, caractérisé en ce que l'on fait passer l'eau usée à travers un milieu granulaire en lit fluidisé, sans colmatage préalable du milieu granulaire en lit fixe, et en ce que l'on récupère en aval dudit lit des agrégats floculés que l'on soumet à une décantation ou à toute autre séparatIon liquide-solide pour obtenir un effluent partiellement libéré de sa pollution. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau granulaire du lit fluidisé subit une expansion d'environ 10 à 20G/o. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau granulaire du lit fluidisé a une granulométrie d'environ 100 à 1000 f m. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau granulaire du lit fluidisé a une masse volumique supérieure à 1 et en ce que l'eau à traiter traverse le lit fluidisé à flux ascendant. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau granulaire du lit fluidisé a une masse volumique inférieure à 1 et en ce que l'eau à traiter traverse le lit fluidisé à flux descendant. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le temps de passage en fût vide de l'eau à traiter est d'environ 3 à 10 mn.