Brevet FR2602223A1 — publié le 19880205

ELEMENTS EN MATIERE PLASTIQUE POUR DES GARNISSAGES EN VRAC A ECOULEMENT PELLICULAIRE L'invention concerne des éléments en matière plastique pour des garnissages en vrac à écoulement pelliculaire, ces éléments étant pourvus d'une ouverture centrale et, dans un cas donné, de lamelles. Le garnissages dénommés garnissages pour écoulement pelliculaire sont généralement utilisés depuis plusieurs années dans l'épuration biologique des eaux résiduaires. L'eau résiduaire est pulvérisée au travers de la partie supérieure d'une tour pourvue d'un garnissage ayant une surface spécifique aussi grande que possible. L'eau résiduaire s'écoule vers le bas sous la forme d'un film sur la grande surface du garnis15 sage et les micro-organismes de la culture bactérienne (appelée film biologique) développés sur la surface du garnissage utilisent les matières organiques existant dans l'eau résiduaire pour leur fonction vitale. L'eau résiduaire épurée est déchargée à la base de la tour. La matière des éléments du garnissage a une influence importante sur l'épuration d'eau résiduaire du fait que l'épuration est assurée par le film biologique recouvrant la surface desdits éléments. Du fait de nombreux avantages, des garnissages analogues 25 à des blocs synthétiques (du type modulaire) (généralement constitués de feuilles formées sous vide et empilées ensemble) sont largement utilisés pour un traitement biologique d'eaux d'égout. Les garnissages, comprenant généralement de nombreux 30 conduits ouverts et ayant une surface spécifique de 100 à m2/m3, sont disposés d'une manière ordonnée dans la structure portante. Ces garnissages sous forme de blocs agencés d'une manière ordonnée facilitent la pré-épuration rapide d'eaux rési5 duaires ayant une forte teneur en matières organiques; ils ne se colmatent pas, sont insensibles à des charges brutales mais ils ne conviennent pas pour l'épuration complète d'eaux résiduaires du fait que le temps de séjour de l'eau résiduaire est trop court et que leur surface spécifique n'est pas suffisam10 ment grande dans ce but. Pour cette raison, une étape d'épuration d'eau, par exemple une épuration avec des boues actives, doit être prévue après le garnissage à écoulement luminaire pour obtenir les paramètres qualitatifs de l'eau résiduaire épurée en confor15 mité avec les spécifications respectives concernant l'eau potable. En conséquence, il a été nécessaire de réaliser un garnissage synthétique approprié qui permette une épuration efficace d'eau résiduaire, et dont les frais d'investissement 20 et les besoins en énergie soit bien inférieurs à ceux du processus faisant intervenir de la boue active, d'une manière telle que l'eau résiduaire épurée satisfasse aux paramètres qualitatifs imposés dans les normes. Les garnissages en matière plastique fabriqués dans ce but doivent avoir une sur25 face spécifique d'au moins 250 m2/m3 et on doit obtenir dans le garnissage à écoulement pelliculaire un temps de séjour de l'eau résiduaire suffisamment long pour que les matières organiques existant dans l'eau résiduaire soient décomposées de façon satisfaisante par les micro-organismes déposés. Un autre impératif imposé au garnissage est la stabilité mécanique appropriée permettant la construction de grandes unités de garnissage sans support intermédiaire d'une manière telle que la couche la plus basse du garnissage soit capable de supporter la somme des poids des éléments synthétiques placés au-dessus d'elle, du film biologique et de l'eau résiduaire s'écoulant vers le bas sans dommage et sans déformation. En outre, le garnissage doit être léger et économique en matière. Un autre aspect important est la résistance de la matière synthétique à des effets chimiques et corrosifs, tout en devant simultanément être traitée d'une manière relativement simple. On connaît plusieurs garnissages synthétiques mais cependant ceux-ci ne satisfont qu'en partie aux impératifs énumérés. Celui d'entre eux qui est le plus largement utilisé est le garnissage en feuilles de matière plastique conforme à 10 HU-A-171 178, se composant d'éléments synthétiques pourvus d'ailettes cylindriques creuses à extrémités ouvertes qui sont orientées transversalement à l'axe principal. Ce garnissage a une surface spécifique relativement grande et une bonne stabilité mécanique mais il présente également plusieurs inconvé15 nients. Les éléments cylindriques possedent des caractéristiques mécaniques anisotropes, les cylindres perpendiculaires à l'axe sont mécaniquement bien plus faibles qu'axialement et cela est contrebalancé seulement en partie par les ailettes disposées 20 transversalement. Cependant, la structure portante doit être conçue statiquement pour les points faibles de l'unité de garnissage. D'autre part, en termes de technologie d'épuration, l'eau résiduaire s'écoulant vers le bas sur l'intérieur des cylindres disposés horizontalement du garnissage en vrac 25 n'est pas capable de former un film et, en conséquence, les éléments du garnissage ne participent pas à l'épuration de l'eau résiduaire et sont considérés comme des zones mortes. En outre, ces cylindres dont l'axe fait un certain angle minimal avec l'horizontal, ne participent même pas avec toute leur 30 surface interne à l'épuration de l'eau résiduaire. Dans ce cas, l'eau s'écoulant vers le bas dans les cylindres s'accumule au fond sans mouiller la partie supérieure de la surface interne. Un autre inconvénient de ce garnissage consiste en ce que, bien que les ailettes formées sur les cylindres pour des raisons de stabilité augmentent théoriquement la surface spécifique du garnissage, le film biologique se développant sur les cylindres recouvre les ailettes dans les conditions opératoires, en se désagrégeant avec difficulté de telle sorte que, en ce qui concerne l'équilibre dynamique engendré pendant le fonctionnement continu du garnissage, les surfaces spécifiques actives participant réellement à l'épuration de l'eau 5 résiduaire dépassent difficilement la valeur obtenue avec des cylindres lisses sans ailettes. Un autre garnissage semblable est décrit dans DE-A-2 558 986. Ce garnissage se compose de cylindres comportant des parois concentriques, et les enveloppes des cylindres 10 sont reliées entre elles par des lamelles orientées perpendiculairement. Ces éléments -du fait de leur construction- présentent les mêmes inconvénients que ceux décrits pour le brevet hongrois précité, c'est-àdire qu'ils ont des caractéristiques mécaniques anisotropes (ils sont moins résistants à des effets perpendiculaires à l'axe du cylindre qu'à des effets axiaux), et en outre, en relation avec la technologie d'épuration, la surface intérieure des éléments tubulaires horizontaux ou sensiblement horizontaux n'est pas mouillée par l'eau rési20 duaire et, en conséquence, cette surface ne peut pas participer à l'épuration de l'eau résiduaire. Dans le brevet GB-A-1 275 116 est à nouveau décrit un élément cylindrique dont l'enveloppe est perforée et o il est prévu dans le cylindre des lamelles de renforcement. Les perforations permettent un brassage intensif de l'eau résiduaire s'écoulant vers le bas, en produisant-ainsi un mouillage de toute la surface du garnissage, malgré une certaine réduction de la surface spécifique. Du point de vue mécanique, le garnissage présente l'in30 convénient précité de la forme cylindrique, augmenté par l'affaiblissement additionnel créé par les perforations (précisément dans la direction perpendiculaire à l'axe). Dans le brevet DE-A-2 928 784, un élément sphérique comportant des surfaces de paroi radialement incurvées est 35 décrit. Des conduits sont disposés au centre des sphères, permettant un mouillage aussi important que possible du garnissage. D'autre part, la disposition radiale des surfaces de paroi ne permet pas de les agencer avec une densité suffisante pour augmenter la surface spécifique sans risque de colmatage. La surface spécifique d'une sphère d'un diamètre de 7 cm est par exemple de 32 m2/m3, c'est-à-dire une valeur assez faible en considérant les paramètres identiques des garnissages en vrac connus, puisqu'au moins le double de cette valeur est nécessaire. L'objet de la présente invention est de réaliser des éléments en matière plastique pour des garnissages à écoulement pelliculaire dans les installations d'épuration d'eau résiduaire, qui puissent être utilisés en vrac, c'est-à-dire avec un agencement non ordonné, dans les unités de garnissage et qui soient uniformément rigides et mécaniquement stables dans toutes les directions, et dont la surface spécifique soit supérieure à 250 m2/m3. Conformément à l'invention, selon un mode de réalisation, il est réalisé un élément sphérique comprenant une ouverture centrale placée au centre et des lamelles comprenant 20 une plaque de base circulaire, au moins une plaque de renforcement circulaire perpendiculaire à la plaque de base et des lamelles circulaires parallèles entre elles, l'ouverture centrale étant ménagée dans la plaque de base et les lamelles étant espacées l'une de l'autre d'une distance de 1 à 10 mm, 25 de préférence de 5 mm, tandis que l'autre variante de réalisation est circulaire et comporte des segments annulaires découpés dans l'enveloppe annulaire en alternance audessus et en-dessous du plan d'intersection. Dans la première version, la surface de l'ouverture centrale est de préférence égale à 25% au minimum de la surface de la plaque de base. Les lamelles sont de préférence perpendiculaires aux plaques de renforcement et de base. L'épaisseur de paroi des plaques et des lamelles est de 35 0,1 à 2 mm, de préférence de 0,4 mm. Dans la version annulaire, les surfaces découpées représentent de 30 à 70% de la surface annulaire totale. La hauteur et/ou le diamètre de l'anneau circulaire sont de préférence compris entre 10 et 100 mm, le diamètre étant compris entre le double et le quadruple de la hauteur, en étant de préférence égal au triple de la hauteur. L'épaisseur de paroi de l'élément est comprise entre 0,1 et 1 mm, en étant de préférence de 0,4 mm. La forme et la stabilité des éléments en relation avec l'efficacité d'épuration d'une eau résiduaire sont optimaux et, en outre, les éléments peuvent être fabriqués avec une 10 technologie efficace. Presque tout le volume de la plaque de base, de la plaque de renforcement et des lamelles de l'élément sphérique participent à la formation de la surface utile, en permettant ainsi d'obtenir une épuration d'eau résiduaire très efficace. 15 La forme et la stabilité des éléments formés à partir de l'anneau circulaire sont extrêmement favorables pour une épuration d'eau résiduaire et, en même temps, il est possible de fabriquer les éléments d'une manière simple et à un faible coût. D'autres détails de l'invention sont décrits à titre d'exemple en reférence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un élément conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de l'élément représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'élément conforme à l'invention; - la figure 4 représente en vue latérale de l'élément de la figure 3; - la figure 5 représente en plan l'élément de la figure 4. L'élément représenté sur les figures 1 et 2 se compose d'une plaque de base 1, d'une plaque de renforcement 2 et de 35 lamelles parallèles 3, de sorte que l'enveloppe des constituants soit sphériques. En correspondance, la plaque de base 1, la plaque de renforcement 2 et les lamelles 3 sont circulaires et, dans un cas spécifique, elles sont ondulées pour augmenter la surface. La plaque de base 1 est pourvue d'une ouverture 4 pour l'écoulement approprié du liquide et la formation du film. Dans cette solution, l'ouverture centrale 4 et profilée en forme d'hippodrome. L'élément moulé par injection de chlorure de-polyvinyle thermoplastique dur (PVC). Le diamètre de la plaque de base 1, de la plaque de renforcement 2 et de la plus grande lamelle 3 est de 30 mm. L'épaisseur de paroi de toutes les plaques et lamelles est de 0,4 mm. La distance d'espacement mutuel des 10 lamelles 3 est de 5 mm. La surface spécifique de l'élément sphérique précité est de 400 m2/m3 et le poids spécifique est de 85 kg/m3. Des eaux d'égout communale contenant 200 mg/l de matière organique DBO5 pour une charge hydraulique de 2 m3/m3/jour a été admise dans une installation d'épuration biologique de 2 m de hauteur et de 6 m de diamètre, pourvue du garnissage précité, et on a obtenu un rendement d'épuration de 94%. L'élément synthétique représenté sur les figures 3 à 5 est annulaire et il est pourvu de découpures 5 alternativement 20 en haut et en bas. Les découpures sont disposées le long de plans entourant un segment annulaire, mais seulement une certaine partie du segment annulaire a été enlevée de façon à conserver la continuité et la résistance de l'enveloppe d'élément. De cette manière, l'élément est composé alternativement 25 de parties inférieures d'enveloppe 6 et de parties supérieures d'enveloppe 7 entre les découpures 5. L'ouverture centrale 4 est disposée au centre de l'élément, en étant définie par la forme de la surface annulaire, c'est-à-dire qu'aucun orifice séparé de transfert n'est néces30 saire sur l'élément. Cette configuration complexe a une surface spécifique extrêmement grande. Cela est dé au fait que la surface d'un anneau circulaire est supérieure de plus du double à la surface d'un cylindre ayant le même volume. Dans la solution précitée, le diamètre extérieur de l'anneau circulaire est de 30 mm, sa hauteur est de 10 mm, l'épaisseur de paroi est de 0,4 mm et les découpures réduisent la surface annulaire totale de 48%. La surface spécifique d'un tel élément est de 350 m2/m3 et le poids spécifique est de kg/m3. Au cours d'expériences, l'élément annulaire décrit ci-dessus a été placé dans une tour d'épuration biologique de 2 m de hauteur et de 6 m de diamètre et on a pulvérisé dessus de l'eau résiduaire de brasserie épurée avec des blocs synthétiques de feuilles moulées sous vide, d'une surface spécifique de 200 m2/m3, cette eau résiduaire étant introduite à l'avance 1G dans la tour d'épuration. L'eau résiduaire contenait 250 mg/l de matière organique (DBO5), et la charge hydraulique était de 2 m3/jour. Avec le garnissage en vrac, composé d'éléments conformes à l'invention, on a obtenu un rendement d'épuration d'eau 15 résiduaire de 92%. En fonction de ce qui a été décrit ci-dessus, il apparait que l'élément de garnissage conforme à l'invention est applicable efficacement à des filtres biologiques, sous la forme d'un garnissage en vrac. La surface spécifique et la masse des éléments sont très favorables, leur fabrication est simple et peu coûteuse. Les dimensions, les proportions des éléments et la découpe des surfaces de découpures sont variables selon les besoins. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée 25 aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Eléments en matière plastique pour des garnissages en vrac à écoulement pelliculaires, ces éléments étant sphériques ou annulaires et pourvus d'ouvertures centrales, caracté5 risés en ce qu'un élément sphérique se compose d'une plaque de base circulaire (1), d'une plaque de renforcement circulaire (2) perpendiculaire à la plaque de base (1) et de lamelles parallèles circulaires (3), en ce qu'une ouverture centrale (4) est formée dans la plaque de base (1) et en ce que les lamelles sont espacées l'une de l'autre d'une distance comprise entre 1 et 10 mm et, dans le cas d'un élément annulaire, que des découpures (5) en forme de segment annulaire sont formées dans l'enveloppe annulaire alternativement au-dessus et en-dessous du plan d'intersection. 2.- Eléments en matière plastique selon la revendication 1, caractérisés en ce que les lamelles (3) sont perpendiculaires à la plaque de base (1) et à la plaque de renforcement (2). 3.- Eléments en matière plastique selon la revendica20 tior. 1 ou 2, caractérisés en ce que la distance entre les lamelles (3) est de 5 mm. 4.- Eléments en matière plastique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que l'épaisseur de paroi des plaques (1, 2) et des lamelles (3) est comprise entre 0,1 25 et 2 mm. 5.- Eléments en matière plastique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisés en ce que leur épaisseur de paroi est de 0,4 mm. 6.- Eléments en matière plastique selon l'une quelconque 30 des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que leur diamètre est de 10 à 100 mm. 7.- Eléments en matière plastique selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisés en ce que les lamelles (3) sont ondulées. 8.- Eléments en matière plastique selon la revendication 1, caractérisés en ce que les découpures (5) occupent de 30 à 70% de la surface totale de l'anneau circulaire. 9.- Eléments en matière plastique selon la revendication 1 ou 8, caractérisés en ce que la hauteur et/ou le dia- mètre de l'anneau circulaire est de 10 à 100 mm. 10.- Eléments en matière plastique selon l'une quelconque des revendications 1, 8 ou 9, caractérisés en ce que le diamètre de l'anneau circulaire est compris entre le double et le quadruple de sa hauteur. 11.- Eléments en matière plastique selon la revendication 10, caractérisés en ce que le diamètre de l'anneau circu10 laire est le triple de sa hauteur. 12.- Eléments en matière plastique selon l'une quelconque des revendications 1 et 8 à 11, caractérisés en ce que leur épaisseur de paroi est comprise entre 0,1 et 1 mm. 13.- Eléments en matière plastique selon la revendica15 tion 12, caractérisés en ce que leur épaisseur de paroi est de 0,4 mm.