Brevet FR2604168A1 — publié le 19880325

La présente invention concerne les dispositifs d'épuration biologique des eaux résiduaires et, plus spécialement, elle vise les bassins de boues activées par déplacement. On connaît un bassin de boues activees (certificat d'auteur d'inventiort d'U. R. S. S. N0 558 001, ci. C02 C1/02, 1975), qui comporte un réservoir rectangulaire muni de cloisons t-ansversales qui ne s'étendent pas jusqu'au fond et qui sont munies de volets formant des chambres communicuant entre elles et dont chacune possède un dispositif d'aération. Le réservoir est, en plus, doté de cloisons séparatrices réalisées sous forme de persiennes ayant dans leurs parties supérieures et inférieures des déflecteurs pleins. Ce bassin est également équipé de plusieurs plaques disposées en amont et en aval de la cloison transversale. Les inconvénients propres aux bassins de boues activées connus résident dans la création de biocénoses spécialisées et dans l'impossibilité de contrôler les concentrations de boues activées au niveau des chambres. Les entrées de la boue non traitée; disposées derrière une cloison, et dans une zone en amont ne permettent pas de résoudre le problème de la séparation et du confinement des biocénoses spéciali- sées dans les chambres. La qualité de l'eau ainsi traitée ne permet pas de la réutiliser sans une épuration complémentaire quelconque. La biomasse produite est très excédentaire. Le problème de l'individualisation des blo- cénoses est en partie résolu en disposant, dans un mo-- dule à couche mince entre les plaques, un élément filtrant supplémentaire sous forme d'éléments flexibles tendus du type "hérisson" (certificat d'auteur de l'U. R. S. S. N 1 038 297, cl. C 02 F 3/02, 1983), qui empèchent le transvasement de la biomasse de micro-organismes d'une chambre à l'autre. Toutefois, cette disposition est d'une utilisation complexe quand il s'agit de grandes concentrations de boues et de fréquentes régénérations des hérissons de verre s'imposent. On connait également un bassin de boues activées (certificat d'auteur de U. R. S. S. NO 929 528, cl. C 02 F 3/02, 1982), comportant un réservoir à sec tion rectangulaire, divisé par des cloisons verticales transversales qui ne s'étendent pas jusqu'au fond, en des chambres qui communiquent entre elles, comportant également des aérateurs et des sous-ensembles d'admission et d'évacuation des eaux résiduaires, bassin dans lequel il est prévu, dans la partie inférieure des cloisons, des blocs filtrants réalisés sous forme d'une carcasse réticulaire remplie de gravier. Les inconvénients du dispositif connu sont un faible effet de l'épuration des eaux résiduaires à partir des impuretés bactériennes, un faible pouvoir oxydant volumique unitaire de l'ouvrage, un accroissement rapide de la biomasse excédentaire de micro-organismes, la complexité de la construction et de l'utilisation. L'invention se propose de mettre au point un bassin de boues activées dont la conception vermet d'augmenter l'efficacité du traitement des eaux re-si- duaires et le pouvoir oxydant volumique unitaire du bassin, tout en réduisant la quantité de la biomasse excédentaire et en simplifiant la construction et l'utilisation de l'ouvrage. L'invention consiste essentiellement en ce que, dans un bassin de boues activées comportant un réservoir du type à couloir, muni d'organes dont la fonction est de retenir les micro-organismes et de systèmes de communication servant à amener les eaux résiduaires au reservoir et à les en évacuer, ainsi qu'à amener et à distribuer de l'air, le réservoir conformément à l'invention comportant au moins deux cloisons transversales pleines, dans la partie supérieure desquelles sont pratiqués des trous laissant passer les eaux, lesdites cloisons formant une série de chambres successives communiquant entre elles par l'intermédiaire desdits trous de cheminement des eaux, chacune des chambres ayant au moins une cloison longitudinale verticale qui# s'étend sur toute la longueur de la chambre et qui est positionnée à une distance déterminée du fond du réservoir et du bord inférieur des trous de cheminement des eaux pratiqués dans les cloisons transversales du réservoir, ladite cloison longitudinale divisant la chambre en compartiments d'aérage et de filtration, ledit compartiment d'aérage comportant une série de cloisons verticales transversales entre lesquelles sont disposés des barboteurs, et ledit compartiment de filtration comportant un dispositif d'adsorption de micro-organismes, réalisé avec des éléments flexibles du type "hérisson", au-dessous desquels sont disposés des barboteurs raccordés à la canalisation d'amenée d'air indépendamment des barboteurs du compartiment d'aérage. La présence dans le réservoir d'au moins deux cloisons verticales transversales avec des trous de cheminement des eaux dans leur partie supérieure permet de diviser le réservoir en trois chambres, dans chacune desquelles il se forme une biocénose spécialisée grâce à la rétention des micro-organismes intervenant dans le phénomène d'épuration de l'eau sur les éléments du type "hérisson". Trois chambres sont indispensables lorsqu'on utilise le bassin de boues activées pour achever l'épuration d'eaux résiduaires biologiquement épurées. Dans ce cas, la qualité requise de l'eau est assurée en créant, le long du trajet de cheminement de l'eau à traiter, des conditions les plus favorables à la culture de biocénoses à trois niveaux trophiques.On crée d'ailleurs dans chaque chambre les conditions les plus favorables aux orga nismes d'un seul niveau trophique, ce qui est assuré par un fonctionnement du bassin de boues activées au régime de déplacement qui supprime le risque de formation de courants de retour dirigés de la sortie à l'entrée du bassin, et par l'utilisation, dans chaque chambre, d'une pellicule biologique fixée sur les éléments du type "hérisson", d'oh une réduction sensible de l'entrainement de la biomasse d'une chambre donnée vers la chambre suivante, ce qui supprime la nécessité d'aménager des décanteurs intermédiaires pour retenir la biomasse et de dispositifs de pompage pour la récycler dans la chambre. Le nombre maximal de cloisons dans le réservoir dépend de la composition des eaux résiduaires à traiter et dans chaque cas précis il est déterminé par voie expérimentale ou par calcul. La cloison longitudinale sépare dans chaque chambre le compartiment d'aérage dans lequel l'eau à traiter est saturée en oxygéne par barbotage d'air, du compartiment de filtration dans lequel il est prévu un dispositif d'adsorption de micro-organismes. On ne peut opérer le barbotage directement dans le compartiment de filtration seulement pour éliminer la biomasse excédentaire des éléments du type hérisson, alors que pour réaliser le processus d'épuration des eaux résiduaires, il est nécessaire de faire passer, à travers le dispositif d'adsorption de micro-organismes, le liquide à traiter saturé en oxygène, ce qui est obtenu en aménageant, dans chaque chambre, un compartiment d'aérage et un compartiment de filtration et en amenant de l'air dans le compartiment d'aérage. Il est souhaitable que les chambres du réservoir soient divisées par la cloison longitudinale en un compartiment d'aérage et un compartiment de filtration de façon que leurs largeurs correspondent à un rapport compris entre 0,125 et 0,25. La réalisation du réservoir du bassin avec un rapport entre la largeur du compartiment d'aérage et celle du compartiment de filtration compris entre 0,125 et 0,25 est due à la nécessité de répartir uniformément le processus d'épuration biologique des eaux résiduaires dans tout le volume du dispositif d'adsorption de micro-organismes et à celle de créer, en tout point du compartiment de filtration, des vitesses d'écoulement du liquide assurant un haut pouvoir oxydant volumique unitaire du bassin de boues activées. Il est souhaitable d'orienter les éléments flexibles du type "hérisson" sous un angle de 0o à 800 par rapport au plan horizontal. Une telle orientation des éléments flexibles du type "hérisson" par rapport au plan horizontal permet d'améliorer l'échange de masse et la régénération du dispositif d'adsorption de micro-organismes. Il est d'ailleurs souhaitable de disposer les éléments flexibles du type "hérisson" de façon qu'ils forment des rangées équidistantes qui se recouvrent mutuellement. La disposition des éléments du type "hé hérisson" en rangées équidistantes qui se recouvrent mutuellement assure une égale résistance hydraulique selon la verticale en tout point du compartiment de filtration, ce qui contribue à une répartition uniforme du courant en circulation dans tout le compartiment de filtration et supprime les zones à échange de masse compromis. Afin de supprimer les courants de transit à travers le compartiment d'aérage, on y prévoit des cloisons verticales transversales d'une hauteur égale à la profondeur du bassin. Les éléments flexibles du type "hérisson" peuvent être disposés dans un conteneur amovible, ouvert dans sa partie supérieure et sa partie inférieure, de façon que le bas du conteneur soit à une distance d'au moins 0,3 m du fond du réservoir, et le haut, à une distance d'au moins 0,2 m du bord inférieur des trous de cheminement des eaux des cloisons transversales du réservoir. La distance d'au moins 0,3 m entre le bas du conteneur et le fond du réservoir assure, au voisinage du fond, des vitesses de cheminement du liquide garantissant l'entraînement par l'eau des sédiments éventuels. La distance d'au moins 0il2 m entre lé haut du conteneur et le bord inférieur des trous de'cheminement des eaux pratiqués dans les cloisons transversales assure la formation, au-dessus du conteneur, d'une couche de liquide dans lequel il n'y a pas d'élément du type "hérisson", ce qui permet de répartir uniformément le courant en circulation selon toute la largeur du compartiment de filtration et d'égaliser les vitesses selon la section du dispositif d'adsorption de micro-organismes. L'écoulement du liquide d'une chambre à l'autre s'effectue par les trous de cheminement des eaux pratiqués dans la partie supérieure des cloisons transversales du réservoir. Un tel agencement des trous de cheminement des eaux prévient le mélange du contenu des différentes chambres lors de la régénération des éléments du type "hérisson"* Dans le compartiment d'aérage, il est souhaitable d'intercaler, dans chaque espacement entre les cloisons transversales et sur toute la longueur entre elles, un barboteur raccordé indépendamment à la canalisation d'amenée d'air. La présence de barboteurs individuels entre les cloisons dans le compartiment d'aérage assure une distribution uniforme de l'air selon la section du compartiment d'aérage et permet de réguler l'intensite de l'aérage suivant la longueur de la chambre, ce qui assure l'égalisation des vitesses d'écoulement selon la section de la chambre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la Figure 1 est une vue générale, en coupe horizontale, du bassin de boues activées suivant l'invention la Figure 2 est une coupe Il-Il de la Figure 1 la Figure 3 est une coupe III-III de la Figure 2. Le bassin de boues activées pour le traitement des eaux résiduaires comporte un réservoir 1 (Fig. 1, 2) du type à couloir, qui possède, à l'une de ses extrémités, un tube 2 pour l'admission des eaux résiduaires dans le bassin, et à l'autre extrémité, un tube 3 de sortie des eaux traitées dans ledit bassin. Le réservoir 1 est divisé par des cloisons 4, 5 transversales en plusieurs chambres 6, 7, 8, dans chacune desquelles il est prévu au moins un dispositif d'adsorption de micro-organismes, dispositif revêtant l'aspect d'un conteneur 9 (Fig. 3) et d'une multitude d'éléments 10 flexibles du type "hérisson", orientés, dans le conteneur 9, sous un angle de Oo à 800 par rapport au plan horizontal. Chaque chambre 6, 7, 8 possède son conteneur 9", 9' et 9. Chaque conteneur 9", 9' et 9 (Fig. 1) a une paroi latérale pleine qui forme des cloisons 11, 12, 13 verticales longitudinales qui séparent les chambres 6, 7, 8 en des compartiments 14, 15, 16 d'aérage et des compartiments 17, 18, 19 de filtration. Dans les compartiments 14, 15, 16 d'aérage sont disposées des cloisons 20, 21, 22, 23, 24, 25 verticales transversales pleines d'une hauteur égale à la profondeur du réservoir 1. Dans les compartiments 14, 15, 16 d'aérage sont disposés des barboteurs 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, alors qu'au-dessous du dispositif d'adsorption de micro-organismes sont disposés des barboteurs 35, 36, 37 (Fig. 2). Chaque chambre 6, 7, 8 a un organe de vidange. Les cloisons 4, 5 ont dans leur partie supérieure des trous 38, 39 de cheminement des eaux. Les cloisons 11, 12, 13 longitudinales (Fig. 1) sont montées dans les chambres 6, 7, 8 de fa çon à former les compartiments 14, 15, 16 d'aérage et les compartiments 17, 18, 19 de filtration, le rapport entre la largeur du cômpartiment d'aérage et-celle du compartiment de filtration étant compris entre 0,25 et 0,125. Les parois latérales des conteneurs 9, 9', 9" forment une cloison longitudinale pleine entre les compartiments 14, 15, 16 d'aérage et les compartiments 17, 18, 19 de filtration, qui, en bas, est à une distance d'au moins 0,3 m du fond du réservoir 1, et en haut à une distance d'au moins 0,2 m du bord inférieur des trous 38, 39 de cheminement des eaux. Le bassin de boues activées fonctionne de la manière suivante. Les eaux résiduaires arrivent par le tube 2 dans le réservoir 1 et passent successivement par toutes les chambres 6, 7, 8 au contact des micro-organismes adsorbés sur la surface des fibres formant un élément 10 du type "hérisson". Les éléments 10 du tye "hérisson" sont disposés en rangées équidistantes qui se recouvrent mutuellement. On admet de l'air ou un autre mélange gazeux contenant de l'oxygène dans les compartiements 14, 15, 16 d'aérage par les barboteurs 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34. Le niveau du liquide contenu dans les compartiments 14, 15, 16 d'aérage monte alors du fait de l'effet d'air-lift et il se produit un débordement du liquide au-dessus des cloisons longitudinales 11, 12, 13 dans les compartiments 17i 18, 19 de filtration, c'est-à-dire dans le dispositif d'adsorp tion de micro-organismes. Simultanément, dans les compartiments 14, 15, 16 d'aérage arrive le liquide issu des compartiments 17, 18, 19 de filtration, en empruntant l'espace entre le bas des cloisons 11, 12, 13 et le fond du réservoir 1. De cette manière, en admettant un mélange gazeux par les barboteurs 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, on engendre dans les chambres 6, 7, 8 un courant qui circule dans un plan perpendiculaire au courant traversant la chambre. Dans les compartiments 14, 15, 16 d'aérage, il se produit une saturation en oxygène du liquide à traiter, alors que dans les compartiments 17, 18, 19 de filtration l'oxygène dissous est assimilé par les micro-organismes adsorbés sur les éléments 10 du type hérisson. Le liquide à traiter chemine de l'entrée à la sortie des chambres 6, 7, 8, entrainé dans la circulation entre les compartiments d'aérage et de filtration. Afin de supprimer les courants de transit du liquide entre l'entrée et la sortie des chambres 6, 7, 8 à travers les compartiments 14, 15, 16 d'aérage, on y installe des cloisons 20, 21, 22, 23, 24, 25 verticales transversales pleines d'une hauteur égale à la profondeur du réservoir 1. Par suite des activités vitales des micro-organismes et de l'adhésion des particules suspendues aux fibres des éléments du type "hérisson", la surface de l'adsorbant se trouve peu a peu envahie par des matières étrangères. Afin d'éliminer la biomasse excédentaire de micro-organismes et les concrétions d'impuretés solides, on procède de temps en temps à une régénération du dispositif d'adsorption de micro-organismes en admettant de l'air à travers les barboteurs 35, 36, 37 dans les compartiments 17, 18, 19 de filtration, et à une vidange simultanée des chambres 6, 7, 8. La division du réservoir 1 en plusieurs chambres successives 6, 7, 8 qui communiquent entre elles est due à la nécessité de supprimer des courants de retour du liquide, dirigés de la sortie à l'entrée du réservoir 1, et d'assurer dans chaque chambre 6, 7, 8 les conditions les plus favorables à la culture de biocénoses spécialisées, suivant le parcours des eaux résiduaires à traiter. La disposition dans le réservoir 1 d'au moins deux cloisons 4, 5 transversales pleines avec les trous 38, 39 de cheminement des eaux, pratiqués dans leur partie supérieure, assure la division de ce réservoir en trois chambres 6, 7, 8. La limite inférieure du nombre de chambres, égale à trois, est généralement choisie en cas d'utilisation du bassin de boues activées pour un traitement supplémentaire des eaux ménagères biologiquement épurées. Dans chaque chambre du bassin de boues activées, on voit se propager une culture de microorganismes d'un niveau trophique correspondant. La première chambre abrite les représentants du premier niveau trophique, c'est-à-dire une microflore bactérienne et des protozoaires assimilant les matières organiques dissoutes dans les eaux résiduaires. La deuxième chambre abrite les protozoaires qui se nourissent de bactéries apportées de la pre mière chambre. La troisième chambre abrite des organismes du troisième niveau trophique : vers, acariens, colimaçons, crustacés, qui se nourissent de flocons de boues activées et de protozoaires et assurent une haute limpidité de l'eau après une purification supplémantaire. Le choix de la limite supérieure du nombre de chambres du bassin de boues activées est déterminé par les calculs d'optimisation pour les eaux résiduaires contenant des impuretés multiples aux taux élevés. La réalisation du réservoir 1 sous forme d'un couloir avec un rapport entre la largeur du compartiment d'aérage et celle du compartiment de filtration compris entre 0,25 et 0,125 est due à la nécessité de répartir uniformément le processus d'épuration biologique des eaux résiduaires dans tout le volume du dispositif d'adsorption de micro-organismes et d'obtenir un haut pouvoir oxydant volumique unitaire de l'ouvrage, égal à tous points de la section transversale, grâce à l'accroissement de la quantité de biomasse et à l'amélioration de l'échange de masse. Les éléments 10 flexibles du type "hérisson" servant à l'adsorption de micro-organismes sont disposés dans les conteneurs 9, 9', 9" amovibles montés dans les chambres 6, 7, 8 du bassin dans les compartiments 17, 18, 19 de filtration. Une telle conception facilite leur montage et leur démontage. La distance entre le bas des conteneurs 9, 9', 9" et le fond du réservoir 1 est choisie non inférieure à 0,3 m pour assurer, au voisinage du fond, des vitesses minimales du courant en circulation qui assure l'élimination des sédiments éventuels. Le haut des conteneurs 9, 9', 9" se trouve à une distance d'au moins 0,2 m au-dessous du bors in férieur des trous de cheminement des eaux pratiqués dans les cloisons 4, 5 transversales. Ceci permet d'avoir, au-dessus du conteneur, une couche de liquide et d'uniformiser les vitesses d'écoulement sur toute la largeur des compartiments 17, 18, 19 de filtration. La fonction des cloisons 11, 12, 13 longitudinales, qui séparent les compartiments d'aérage de ceux de filtration, est réalisée par les parois latérales des conteneurs, ce qui réduit les matériaux utilisés et facilite l'accès des compartiments 14, 15, 16 d'aérage lorsque les conteneurs sont retirés des chambres 6, 7, 8. La présence des barboteurs individuels 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, intercalés entre les cloisons 20, 21, 22, 23, 24, 25 dans les compartiments 14, 15, 16 d'aérage assure une distribution uniforme de l'air suivant la section des compartiments 14, 15, 16 d'aérage et permet de réguler l'in tensité de l'aérage suivant la longueur des chambres 6, 7, 8, ce qui assure l'uniformisation des vitesses suivant la section des chambres 6, 7, 8. L'invention permet de réaliser le processus en aérobie dans un réservoir avec un dispositif d'adsorption de micro-organismes fixe et complètement immergé dans les eaux résiduaires à traiter, ledit dispositif étant réalisé avec une multitude d'éléments du type "hérisson". Cette disposition oem;t#ai#mntd'#- croître le pouvoir oxydant volumique unitaire de l'ouvrage et de réduire la durée totale du traitement des eaux résiduaires, et cela avec une moindre quantité de la biomasse excédentaire par rapport aux dispositifs connus. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Bassin de boues activées comportant un réservoir (1) du type à couloir, muni de dispositifs de rétention de micro-organismes et de systèmes de communications pour amener au réservoir les eaux résiduaires et les en évacuer, ainsi que pour admettre et distribuer de l'air, ledit bassin de boues activées étant caractérisé par le fait que le réservoir (1) a au moins deux cloisons (4, 5) transversales pleines avec des trous (38, 39) de cheminement des eaux pratiqués à leur partie supérieure, lesdites cloisons formant une série de chambres (6, 7, 8) successives qui communiquent l'une à l'autre par les trous (38, 39) de cheminement des eaux, dans chacune desdites chambres étant disposée au moins une cloison (11, 12, 13) longitudinale verticale qui s'étend sur toute la longueur de la chambre (6, 7, 8) et qui est disposée à une distance déterminée du fond du réservoir (1) et du bord inférieur des trous (38, 39) de cheminement des eaux, pratiqués dans les cloisons (4, 5) transversales du réservoir ladite cloison (11, 12, 13) divisant la chambre (6, 7, 8) en compartiment d'aérage et de filtration ledit compartiment d'aérage (14, 15, 16) comportant une série de cloisons (20 à 25) verticales transversales avec des barboteurs (26 à 34) in tercalés entre elles, et ledit compartiment de filtration (17, 18, 19) comportant un dispositif d'adsorption de micro-organismes réalisé avec des éléments (10) flexibles du type "hérisson", et des barboteurs (35, 36, 37) disposés au-dessous de ces éléments et raccordés à la canalisation d'amenée d'air indépendarn- ment des barboteurs (26 à 34) du compartiment d'aérage. 2. Bassin de boues activées selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cloisons (11, 12, 13) longitudinales divisent les chambres (6, 7, 8) du réservoir en compartiments d'aérage (14, 15, 16) et de filtration (17, 18, 19) de façon que leurs largeurs correspondent à un rapport compris entre 0,125 et 0,25. 3. Bassin de boues activées selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les éléments (10) flexibles du type "hérisson" sont orientés sous un angle de Oc à 800 par rapport au plan horizontal. 4. Bassin de boues activées selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les éléments (10) flexibles du type "hérisson" sont disposés en rangées équidistantes qui se recouvrent mutuellement. 5. Bassin de boues activées selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans les compartiments (14, 15, 16) d'aérage sont montées des cloisons (20 à 25) verticales transversales pleines d'une hauteur égale à la profondeur du réservoir. 6. Bassin de boues activées selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les élé- ments (10) flexibles du type "hérisson" sont disposés dans un conteneur amovible, ouvert à sa partie supérieure et à sa partie inférieure, le bas du conteneur étant distant d'au moins 0,3 m du fond du réservoir, et le haut, d'au moins 0,2 m du bord inférieur des trous (38, 39) de cheminement des eaux pratiqués dans les cloisons (4, 5) transversales du réservoir. 7. Bassin de boues activées selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans les compartiments (14, 15, 16) d'aérage et dans chaque espacement entre les cloisons (2(j.à 25) transversales et sur toute la longueur entre lesdites cloisons, sont intercalées des barboteurs (26 à 34) raccordés indépendamment à la canalisation d'amenée d'air.