FR 2126987 A1 19721013 FR 7145943 A 19711221 71 45943 1 2126987 La présente invention est relative à la lutte contre la pollution des eaux. On apporte, maintenant, une grande attention à la nécessité de renverser la tendance qui est actuellement à une dégradation totale 5 des ressources en eau» En même temps, la sévère concurrence qui é— xiste entre les divers postes des budgets nationaux souligne la nécessité de trouver un procédé économique. Le sentiment unanime des spécialistes des domaines de l'assainissement et de la santé publique semble être que les critères existants et les spécifications de 10 minimum acceptable pour la qualité des effluents grèvent lourdement l'état actuel de la technique des installations d'assainissement, La situation est tellement grave qu'elle semblerait exiger une nouvelle percée de la technologie, plutôt qu'un simple perfectionnement de la technique actuelle. L'invention montre comment la tech-15 nique actuelle peut être perfectionnée de façon à satisfaire les besoins sans réaliser ce qu'on pourrait appeler réellèment une percée. Ce qui précède indique explicitement la nature du problème de la suppression de la pollution des eaux. Le but général de l'inven-20 tion est d'apporter un net progrès aux pratiques de l'assainissement de façon propre à aller au-delà des critères actuels et futurs que l'on peut envisager pour la pollution minimale. Les buts principaux de l'invention sont donc de réaliser : un procédé et une installation ou station d'épuration qui 25 soient applicables aux points de vue technique et économique, adaptables aux équipements et installations actuels et conformes aux règlements de conservation et aux critères de l^jualité des efflu-ent s ; un procédé et une installation d'épuration qui utilisent les 30 gaz tels que l'air, l'oxygène ou l'ozone en appliquant de nouveaux principes d'échanges liquide-gaz de façon à être compétitif avec les équipements, matériaux et installations actuels mais qui soient cependant beaucoup plus efficaces. Un autre but de l'invention est d'apporter un nouveau principe 35 à la technologie des bassins de décantation et de traitement biologique , ce principe pouvant être appliqué indépendamment ou en combinaison avec une nouvelle technique d'échange liquide-gaz appliquée à la désinfection . Cette dernière technique d'échange peut être u-tilisée dans le réseau collecteur aussi bien que dans la station ko 71 45943 2 2126987 d'épuration proprement dite, y compris ses prolongements, par exemple dans les conduites d'évacuation des effluents. Un autre but de l'invention est d'incorporer un principe de traitement équilibré dans la technologie du traitement biologique, 5 pour faire l'usage le plus efficace de l'équipement dans les conditions optimales de fonctionnement» Les caractéristiques et d'autres avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple t 10 la figure 1 est un schéma de l'ensemble de l'installation sui vant l'invention, et montre les circuits et les phases du traitement la figure 2 est une vue en plan d'un bassin de décantation perfectionné qui constitue l'un des étages de l'installation; la figure 3 en est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 15 2 ; la figure 4 est une coupe schématique d'un filtre à égouttement perfectionné qui constitue un étage de l'installation suivant l'invention; la figure 5 est un schéma de l'unité de mélange gaz-liquide qui 20 indique le fonctionnement sous un gradient hydraulique et représente également des capteurs et la commande de l'entrée du gaz ; la figure 6 est une coupe à plus grande échelle de l'une des plaques à orifices qui sont combinées avec ladite unité de mélange gaz-liquide et cette figure indique les positions relatives de l'en-25 trée du gaz et du dard de gaz par rapport à l'orifice qui donnent le rendement maximal d'introduction du gaz désinfectant et d'élimination des gradients de concentration j la figure 7 est un diagramme de circulation dans une variante de l'installation qui correspond à un procédé optimal et montre un 30 mode de réglage du débit ; la figure 8 est une représentation graphique des variations des charges hydraulique et organique affluentes supposées ; la figure 9 est une représentation graphique des débits du trai tement optimal pour un cas A et d'un affluent variable pour un cas 35 B, avec un débit de traitement constant avec une qualité d'effluent fixe et un rapport de charge hydraulique organique de valeur fixe ; la figure 10 est une représentation graphique de l'optimalisation du circuit de charge de l'écoulement dans les cas A, B et C définis plus loin ; la figure 11 est une représentation graphique du cas D, égale- 71 45943 3 2126987 ment défini plus loin ; et la figure 12 est une coupe verticale, en bout, des moyens tu-bulaires qui peuvent être utilisés dans le filtre à égouttement„ Définition des termes suivants î pseudomona alcaligènes. flavobac- 5 terium. micrococcus et enterobactériaceae. Boue activée, - Tous les types de bactéries forment ensemble ce qu'on appelle une boue activée ; toutefois, dans les opérations habituelles, le nombre des anaérobies stricts diminue en fonction 10 de la présence d'air. Les déchets protéiniques favorisent les espèces alcaligènes, flavobacterium et bacillus. Les déchets oarbo-hydratés favorisent la prolifération des pseudomona» Digesteurs anaerobie. - Les bactéries de la digestion anaéro-bie comprennent des anaérobies facultatifs et des anaérobies stricts 15 dans le métabolisme actif. On peut trouver des formes aérobies dormantes telles que les spores de champignons (fungi). Les formateurs d'acides sont, en quantité prédominante, des formes facultatives, bien que quelques anaérobies stricts possèdent des produits de fin de métabolisme qui sont acides. 20 Les formateurs de méthane sont les anaérobies stricts, métha- nobacterium, méthanosarcina et méthanococcus qui représentent un stade intermédiaire du métabolisme qui donnent des produits finaux ultérieurs pour lesquels le méthane est un précurseur. La chaîne des transformations peut être coupée en raison de la vulnérabilité 25 implicite des formateurs de méthane à l'oxygène, au mélange oxygène-ozone ou à l'air. La désinfection sélective apporte donc un moyen d'inhiber la formation du méthane ou d'interrompre une chaîne métabolique aboutissant à des produits finaux pour lesquels le méthane est un précurseur nécessaire. Avec l'interruption d'une chaîne, 30 on peut simuler une autre chaîne en modifiant les conditions d'environnement, par exemple en favorisant l'activité aérobie. De cette façon, on évite la formation de méthane. Le matériau source, qui est l'anhydride carbonique, ne serait donc pas réduit. Ceci constitue une phase inutile du traitement des déchets et en particulier 35 des eaux usées, puisque l'anhydride carbonique est un produit final stable du traitement aérobie. L'hydrogène mis en oeuvre ne subirait aucune modification. C'est probablement un constituant de l'acide formique ou acétique. Ainsi, la chaîne métabolique qui peut s'y substituer est celle de la décomposition de l'acide acétique par kO les micro-organismes aérobies. En remplacement de la séquence de 71 45943 k 2126987 décomposition par les anaérobies : acide acétique, acide acéto-acé-tique donnant acétone et isopropanol ou acide butyrique et butanol, letraitement suivant l'invention utilise la séquence de décomposition par les aérobies qui est la suivante : acide acétique, éventu-5 ellement acide pyruvique, oxalacétate, citrate et le cycle acide citrique (Krebs) aboutissant à l'oxydation finale0 De la même façon, on peut inhiber la réduction anaérobie des sulfates par 1'anaérobie strict, desulfovibrio. En passant à un environnement aérobie, on interrompt la chaîne aboutissant à l'hydro-10 gène sulfuré. On a constaté que l'on peut obtenir ce résultat en pratique par aération. Les effets de cette aération comprennent une diminution prononcée des mauvaises odeurs et une longue persistance de l'action des aérobies. Ce dernier cas peut être démontré par un retard surprenant de la décoloration dans les essais de stabilité 15 au bleu de méthylène, qui indique un retard au passage aux produits du métabolisme anaérobie. La décoloration a été retardée de plus de quarante jours dans l'effluent de la sédimentation secondaire. Microorganismes dans le traitement des résidus et en particulier des eaux d'égout. 20 Filtre d'égouttement. - Les micro-organismes des filtres reflètent la nature facultative du filtre. Les micro-organismes prédominants sont les bactéries aérobies, facultatives et anaérobies. On trouve facilement dans les plaques supérieures aérobies, des ba-2^ cillus aérobies stricts formateurs de spores. Le desulfovibrio, qui est un anaérobie strict, se trouve dans les niveaux inférieurs, à l'interface plaque-cailloux où, dans la pratique habituelle, la teneur en oxygène dissous (DO), est nulle. Les bactéries sont en majorité de nature facultative, c'est à dire qu'elles vivent dans le mode aérobie jusqu'à ce que le DO soit devenu égal à zéro, puis dans le mode anaérobie. La figure 1 représente l'installation de traitement des eaux usées, le procédé et la séquence globale des opérations dans la mise en oeuvre de l'invention. On a représenté en 10 un bassin de sédimentation primaire. Ce bassin 10 reçoit les eaux résiduaires brutes broyées qui comprennent des matières solides décantables, arrivant par une canalisation 12 qui est branchée sur une canalisation principale 14. L'installation comporte un grand nombre de canalisations 12 et il peut être prévu des opérations ultérieures. , Deux autres courants sont introduits dans le bassin 10 en pro 71 45943 5 2126987 venance des opérations qui suivent, et constituant des retours arrivant par la canalisation 12a du surnageant du digesteur et la canalisation 12b de recyclage primaire0 La fraction surnageante est constituée par des eaux résiduaires qui comportent une forte charge 5 organique ; elle a un débit relativement faible, et est résistante au traitement par les aérobies pour deux raisons. Premièrement, elle présente une population biologique adaptée à la digestion anaérobie et, deuxièmement, sa composition organique comprend les produits dra métabolisme anaérobie. 10 Le deuxième courant est le recyclage primaire qui se produit à des débits de l'ordre de 0,5 à 3 fois le débit des eaux usées brutes. Le courant de recyclage est caractérisé par une charge organique abaissée et par un plus haut degré de traitabilité par le procédé aérobieo Ce courant exerce sur les eaux usées brutes des effets 15 de dilution qui non seulement sont prononcés mais peuvent également être mis à profit avec un grand avantage en combinaison avec recyclage secondaire, pour abaisser la charge hydraulique et la charge organique, ainsi qu'on le précisera plus loin. Ces trois courants sont envoyés en 10 à la sédimentation pri-20 maire , en 10a sort le trop plein décanté» Les autorités stipulent fréquemment des critères hydrauliques pour les équipements de sédimentation, en spécifiant le débit de trop plein du bassin qui doit être respecté pour le flux composite0 Ces débits nominaux de trop plein peuvent être modifiés, c'est à dire réduits, par la technique 25 représentée sur la figure 1 et qui consiste à dériver par une canalisation 18, pourvue d'une injection d'air 18a une partie du courant à transmettre à l'étage 16 de traitement biologique. Ainsi qu'on le précisera plus loin, en décantant par les techniques de l'alimentation en avant, on obtient de nouveaux avantages supplémentaires, par 30 exemple en ce qui concerne l'abaissement de la charge organique» Le courant principal de la sédimentation primaire 10 est envoyé à un premier étage de traitement biologique 16, par exemple à un filtre à égouttement de dégrossissage. Dans cet appareil, on peut ajouter au courant principal décanté trois autres courants» L'un de 35 ces courants est le courant de dérivation précipité qui arrive par le conduit 18. Le deuxième courant est une fraction qui est prise en dérivation par le conduit 20 sur le conduit 12b de recyclage primaire. Le troisième courant est un courant de recyclage secondaire par un conduit 22„ La combinaison des courants de recyclage, du courant 40 de dérivation et du courant affluent de base avant le traitement 71 45943 6 2126987 biologique est important. Cette combinaison assure des degrés de liberté suffisants pour permettre une régulation indépendante de la charge hydraulique et de la charge organique avec une certaine souplesse dans cette opération ainsi que dans les opérations consécu-5 tives, et ceci sans surcharge de la sédimentation primaire. En partant de l'opération de traitement biologique, par exemple du filtre 16, le courant est envoyé dans le plupart des cas, dans les installations existantes à un étage de sédimentation secondaire 2k0 Dans certains cas, l'installation peut comporter un deuxième étage de 10 traitement biologique 26. Habituellement, ce deuxième étage est constitué par un filtre à égouttement de finition. Ce d euxième étage est rarement, mais de préférence, un étage de traitement biologique par les boues activées. Cette séquence d'opérations ménage le traitement par la boue activée, qui est fragile et sensible, par un traitement 15 sur filtre qui est moins sensible,, Dans ce cas, et comme représenté à la figure 1, à sa sortie du premier étage de traitement biologique 16 le flux est divisé, avec et injection d air en 12 d recyclage primaire par la canalisation 12b/ sous l'action d'une pompe 12c^ d'une fraction de retour et de dilution au premier stade 10 20 du traitement. La fraction restante est envoyée au deuxième étage de traitement biologique 26. Avant l'introduction dans cet étage 26, qui peut être par exemple une filtration de finition sur filtre à égouttement, ou un traitement par la boue activée, le courant peut être mélangé à un courant de recyclage provenant, par exemple, du 25 traitement biologique et qui peut être constitué dans un cas par des boues activées arrivant par canalisation 28, pourvue d'une pompe 28a et d'une injection d'air 28b„ Une partie restante des boues activées recyclées est déchargée pour subir la digestion après la sédimentation, avec la boue du bas-30 sin de sédimentation primaire 10 par les conduits 29 et 29a, dans un digesteur primaire 30 et un digesteur secondaire 32. A sa sortie du deuxième étage de traitement biologique, par exemple de l'étage 26 de traitement par les boues activées, le courant est envoyé à la sédimentation secondaire 2k. Ici également, les 35 stipulations des autorités sur le débit de trop plein sont déterminantes ; toutefois, les débits de trop plein admissibles pour les étages de sédimentation secondaire 2k peuvent être différents des débits admis pour les étages de sédimentation primaire et ils peuvent en outre dépendre du type de traitement biologique mis en oeu-40 vre. Le traitement par les boues activées est caractérisé par un 71 45943 7 2126987 grand débit de recyclage par la canalisation 22 de boues décantée», ainsi que cela est suggéré par la figure 1. A sa sortie de l'étage 24 de sédimentation secondaire, le flux peut être intercepté pour être recyclé en retour par une pompe 22a 5 et par la canalisation 22, après sédimentation partielle et injection d'air en 22b0 Une deuxième fraction de flux entièrement décanté peut être renvoyée au recyclage secondaire de base par le conduit 34. Le reste du flux entièrement décanté est envoyé par la canalisation 36 au dispositif de désinfection 38. Une désinfection par mé-10 lange gaz-liquide dans la canalisation par injection d'oxygène, d'ozone et d'air par le tuyau 40 peut précéder la désinfection classique par chambre de contact. La technique de l'injection du gaz sera définie plus complètement dans la suite» On peut utiliser les mêmes désinfectants ou des désinfectants complémentaires. Par exem-15 pie, l'ozonation dans la canalisation peut être suivie d'une chlora-tion en chambre de contact exécutée en 38. En variante, on peut exécuter une chloration dans les deux étages, ou bien uniquement dans la chambre de contact, sans aucune désinfection dans la canalisation avant la chambre de contact. La désinfection donne l'effluent final 20 qui est évacué par la conduite 42. On peut effectuer encore une désinfection dans cette conduite de l'effluent final. On a indiqué sur la figure 1 que les boues sont séparées des eaux usées dans des phases successives du traitement de ces eaux. Les boues sont habituellement stabilisées dans les digesteurs 30 et 25 32 en deux étages» travaillant dans le mode anaérobie. A leur sortie en 32a du digesteur 32, les boues stabilisées peuvent être envoyées à la dessiccation sur lits, dans un four, dans un réacteur à lit fluidisé ou dans un tambour de déshydratation par le video Les produits solides peuvent être finalement utilisés pour le remblayage, 30 ou envoyés à l'incinération. On a déjà indiqué plus haut que la fraction surnageante du digesteur était recyclée par le conduit 12a. C'est dans ce cadre général que les principes suivant l'invention sont mis en oeuvre. On donnera donc dans la suite un exposé de chacune des opérations décrites plus haut. La partie finale du présent mémoire 35 traitera de l'intégration optimale de l'installation. Sédimentation. - La décantation ou la sédimentation constitue une opération normale du traitement des eaux usées. L'efficacité de cette opération est essentielle en raison de la haute concentration et du large intervalle de granulometrie des particules qu'on trouve 40 dans les eaux d'égouts. La granulométrie de ces particules s'étale 71 45943 s 2126987 de 0,000001 mm à 5»0 mma Ce large intervalle constitue une caractéristique importante, du fait qu'il affecte les vitesses de sédimentation, dont dépendent la sédimentation et la clarification. Les vitesses principalement utilisées partent d'une limite inférieure -9 de 10 mm par seconde. Ces vitesses sont obtenues dans la clarifi-5 cation ou décantation que l'on effectue dans le traitement des eaux d'égouts et elles sont d'un intérêt primordial, en raison de leur très large intervalle et de leur valeur extrêmement basse. L'importance de ceci, du point de vue pratique réside dans le degré d'échange de force vive cinétique, tourbillonnement (vortex) 10 ou turbulence qui dégrade les opérations de décantation ou de classement. Naturellement, le traitement peut s'effectuer à n'importe quel niveau de vitesse qui s'approche des vitesses de décantation décrites plus hauto Bien entendu, la plus importante conséquence est le fait qu'il convient de réduire au niveau le plus bas possi-15 ble en pratique l'énergie cinétique que le courant affluent possède à son entrée dans la chambre de sédimentation. Tout ce qui tend à augmenter l'énergie cinétique du jet affluent contribue à dégrader les résultats du processus de clarification ou de sédimentation. Le recyclage possède de tels effets mais il présente des avantages 20 compensatoires dans le fait qu'il dilue la charge organique à traiter. Au contraire, une grande vitesse, ou un échange d'énergie cinétique excessivement intense impose une pénalité sans aucun avantage compensateur. Pour mieux faire comprendre la construction de principe des 25 bassins de décantation 10 et 24, on se reportera dans la suite aux figures 2 et 3. Les effets spécifiques des modifications apportées au bassin de décantation sont les suivants : (a) réduction du trajet du fluide avant la décantation libre ; (b) réduction de la vitesse et de la turbulence à l'entrée pour 30 les ramener dans l'intervalle de valeurs correspondant à la sédimentation libre ; (c) accroissement de la longueur du trajet de sédimentation et du temps disponible pour cette sédimentation ; (d) augmentation du rendement fonctionnel de la décantation ; 35 (e) réduction, par des techniques d'alimentation en avant, de la charge hydraulique sur le bassin de décantation, et en particulier réduction de son débit d'écoulement de trop plein ; (f) introduction d'un nouveau degré de liberté de réglage dans la charge hydraulique et la charge organique existant dans le recy 71 45943 9 2126987 clage de retour actuel. L'appareillage essentiel du bassin de décantation perfectionné suivant l'invention peut être monté dans un bassin de décantation cylindrique à base circulaire, de type classique. Son élément 5 distinctif est un diffuseur 62 à enveloppe hyperboloïdale, à prolongement radial et à transformation dans le sens circulaire. Le diffuseur peut comprendre des aubes 60a en spirale0 La transformation dans le sens circulaire est de 7° moins, pour réduire au maximum le risque de séparation de la couche limite. Cette divergen-10 ce limite constitue un facteur critique dans le calcul du diffuseur tridimensionnel, en raison de la décélération du flux qui en résulte. Avec des courants en accélération, la divergence n'affecte pas de façon critique la séparation de la couche limite. On utilise de petits collecteurs 62 et 6k à tuyères tridimen-15 sionnelles analogues entre elles, en un ou plusieurs points collecteurs annulaires centrés pour assurer une prise supérieure et/ou une prise intermédiaire de l'effluent. Dans ces tuyères, le courant est en accélération et la séparation de la couche limite est beaucoup moins grave. 20 Dans un bassin de sédimentation classique, on peut distinguer le courant affluent et le courant effluent. Antérieurement à la présente invention, et dans la technique existente, ces courants n'étaient pas considérés comme une circulation globale optimale. Le cas est représenté par le bassin de sédimentation classique de forme 25 circulaire en plan. Dans ce bassin, l'écoulement est habituellement dirigé de bas en haut dans une cheminée d'entrée centrale. A la limite supérieure de cette cheminée centrale, l'écoulement se produit de façon prédominante radialement et vers l'extérieur, et présente à la fois une turbulence et une vitesse relativement élevées. 30 Dans un tel bassin, le jet superficiel qui est principalement orienté radialement induit une circulation dans la région centrale. Par conséquent, il se développe dans cette région une circulation durable sous forme d'un vortex toroïdal. Ceci signifie que l'écoulement de décantation qu'on désire obtenir est perturbé. L'écoulé— 35 ment est dégradé fonctionnellement par le brassage rotatoire qui est habituellement imposé à la fois mécaniquement et par gravité, du fait de la rotation de la terre» Le résultat est une circulation de décantation. En même temps, l'écoulement de sortie est principalement un ko 71 45943 10 2126987 courant radial périphérique. Cet écoulement induit un vortex toroï-dal de même forme au droit du déversoir de trop plein. Ce toroïde présente des vitesses plus faibles, une turbulence plus faible et un diamètre beaucoup plus grand. Cette circulation est d'un niveau 5 d'énergie plus faible, qui correspond à une vitesse de trop plein réduite. La direction, ou le sens de rotation du deuxième vortex to-roïdal, est le même que dans le courant d'arrivée. Ceci signifie qu'en un certain point intermédiaire de la longueur de chaque rayon du bassin, les deux vortex toroïdaux entrent en interaction, avec des 10 composantes locales d'écoulement opposées.Cette interaction se manifeste par un échange d'énergie qui dégrade la décantation. Il semble à déconseiller de tenter de procéder à la sédimentation dans les conditions imposées antagonistes au but viséo II semble souhaitable de tenir compte de l'ensemble de la circulation, et 15 du fait que le flux direct et le flux induit doivent être complémentaires de la circulation nécessaire. Ceci constitue le but général que l'on vise à obtenir par l'utilisation du bassin de décantation suivant l'invention. Ceci est possible dans le cas d'un bassin de sédimentation à 20 section horizontale circulaire, si l'on induit un seul vortex toroï-dal dans des conditions réglées de circulation d'ensemble. Ceci peut être obtenu de préférence d'une façon propre à favoriser le flux de sédimentation primaire et, si nécessaire, à permettre d'obtenir un effluent secondaire qui présente une sédimentation prévisible. 25 Ce résultat peut être obtenu en montant et en utilisant le col lecteur central 6k décrit, placé au-dessous du jet affluent central 82o Son écoulement est orienté radialement vers l'intérieur, au-dessous de la surface limite du jet affluent. En raison de la présence de la surface 60a du diffuseur hyperboloïdal, le collecteur central 30 peut agir avec une dégradation minimale du.jet affluent. En outre, il opère sur une fraction bien sédimentée et à faible turbulence du contenu de la cuve de sédimentation. Ces conditions se prêtent à la production d'une fraction constante prévisible d'un écoulement partiellement sédimenté, qui réduit le débit de l'écoulement de trop 35 plein de la cuve. A l'entrée le collecteur intermédiaire 66 à tuyères du bassin de sédimentation peut avoir le profil hyperboloïdal du diffuseur supérieur 62 sauf que la transformation dans le sens circulaire peut être augmentée et est de sens inverse, puisque le profil de la buse 40 est moins critique du fait que le flux est en accélération. 71 45943 2126987 Dans l'optimalisation du procédé, qui est exposée plus complètement dans la suite, il semble qu'il est essentiel de régler le traitement, commandé manuellement ou automatiquement, de manière à obtenir les formes d'écoulement voulues, qui ont été indiquées plus 5 haut. On prévoit un dispositif de régulation manuelle ou automatique ; un tel dispositif est représenté en 70. Il est évidemment nécessaire de prévoir pour le courant des détecteurs 72. Un moyen de détermination de la charge organique consiste à mesurer cette charge par des techniques de laboratoire à des intervalles systè-10 matiques,. On peut éventuellement enregistrer les résultats horaires moyens. La commande du dispositif 70 peut être basée sur ces enregistrements horaires. Il est également possible d'utiliser des mesures interférentielles de la charge, par exemple des mesures de la transmission de la lumière ou de l'absorption spectrographique, 15 dans des bandes étroites de longueurs d'ondes. On pourrait probablement accélérer ure oxydation rapide et intense suffisamment pour obtenir des indications en temps réel sur la demande d'oxygène biologique (BOD), c'est à dire des indications basées sur la demande d'oxygène chimique (COD). 20 Le dispositif de commande de l'installation qui est nécessaire pour la commande manuelle ou automatique peut donc être basé sur un programme prévu (résultats antérieurs) modifié par des mesures en temps réel, des conditions réelles de charge hydraulique et organique au moyen des détecteurs 72» par exemple. Ceci constitue 25 une technique de commande normale dans n'importe quel asservissement. La caractéristique essentielle consiste à programmer, à établir les erreurs, à imposer une correction des erreurs et à contrôler les résultats aux instruments pour vérifier que les erreurs ont bien été corrigées» Si non, on peut introduire une correction se-30 condaire. Séparation par flottation» - Ce principe peut être mis en oeuvre en utilisant tin effet fonctionnel secondaire de la cheminée centrale 90 de l'affluent. Cet effet ëst applicable dans le cas où la flottation est avantageuse, en particulier pour la séparation 35 des graisses. Ces conditions se trouvent dans la sédimentation primaire. Pour obtenir ce résultat, on peut procéder avantageusement à une présaturation du flux affluent au moyen d'air, par exemple à l'aide de l'injecteur 92, à des niveaux de pression supérieurs à la pression de sortie. Le dégagement de l'air en excès au moment 71 45943 12 2126987 où l'installation est mise hors pression permet une flottation renforcée dans la cheminée d'entrée 90 du bassin de sédimentation primaire. Ceci associe un perfectionnement apporté aux équipements et procédés de sédimentation, aux avantages apportés par le mélange 5 gaz-liquide, comme on l'indique dans le présent mémoire. Dans les collecteurs 64, 66, les tuyères évacuent une ou deux couches du courant hors du bassin de décantation et l'effluent de sédimentation se décharge par les déversoirs de trop plein des collecteurs centraux. La couche supérieure est prise entre 150 et 760 10 mm au-dessous du niveau du liquide qui passe normalement au voisinage du bord supérieur du bassin. La couche inférieure est prise entre 900 et 1200 mm au-dessous de ce niveau de liquide. La majeure partie du flux intercepté, qui atteint à peu près la totalité, et en tout cas pas moins des 2/3 du total, est prise sur le collecteur 15 d'effluent supérieur 64. Le collecteur inférieur 66 absorbe le flux restant, à l'exception des boues et du liquide entraîné. Normalement, il est nécessaire d'envoyer l'effluent prélevé par le collecteur 66 à une autre opération de traitement, pour lui faire subir un traitement ultérieur. Ce traitement peut être un traitement bio-20 logique ou une désinfection finale, suivant que la source est un bassin de sédimentation primaire ou secondaire. La couche d'écoulement principal issue de l'opération de sédimentation que l'on qualifie de primaire dans le présent mémoire est envoyée au traitement biologique. L'éffluent qui forme la couche inférieure de la cuve de 25 sédimentation est indiqué par les flèches 9^* L'effleunt pénètre dans la canalisation 66a en traversant la vanne 70, en montant dans la cheminée d'arrivée 90, dans laquelle il est refoulé par une pompe 68, et il sort de l'extrémité supérieure 91 de la cheminée 90 en traversant une toile filtrante 74 et retombe dans une décharge spi— 30 raloïde, dans laquelle il est dirigé par les aubes 60a du diffuseur 62 prévues dans la zone adjacente à la surface supérieure du niveau de l'effluent. Le diffuseur est entraîné en rotation lente par un moteur 110 qui est monté sur une console 112, qui surmonte l'extrémité supérieure du bassin. Le moteur 110 est à vitesse variable et 35 il tourne à une vitesse qui correspond à la latitude du lieu où se trouve le réservoir, puisque le tourbillon ou vortex de l'effluent dépend de cette latitude. L'écoulement est réglé par des vannes 82a et 84a, qui sont placées, comme on peut mieux le voir sur la figure 2 à la sortie des 40 vortex et, à l'entrée par la vanne 70. L'effet d'induction de tur 71 45943 13 2126987 bulence de ces vannes sur l'effluent est supprimé par le choix de la dimension des mailles des toiles filtrantes 72 et 74. Toutefois, il est évident qu'il se produit dans le bassin 24 des opérations analogues, à des vitesses considérablement réduites, et qui peuvent 5 permettre l'élimination d'un collecteur d'affluent supérieur 6k et/ ou 66. L'utilisation d'un déversoir de trop plein périphérique classique est appropriée dans ce cas. Suivant une variante de l'utilisation du diffuseur hyperboloïdal, ce diffuseur peut être placé au fond. Dans ce cas, -à l'extrémité des aubes 60a du diffuseur, 1'ef -10 fluent est dirigé dans une direction très proche de la tangente au plan horizontal. La composante verticale de la vitesse est extrêmement faible, en raison de la décélération dans le diffuseur. En raison de cette faible vitesse, il est évident qu'il se produit une sédimentation dans le diffuseur. On prévoit des moyens pour l'éva-15 cuation continuedes boues. Ceci s'effectue en faisant travailler le diffuseur à une flottabilité proche de zéro, les moyens pour cela sont dans les limites du domaine de l'homme de l'art. Le diffuseur 62 à ailettes 60a est mis en rotation à une vitesse très faible, par exemple à raison d'un tour à l'heure. Cet appa-20 reil sert de collecteur pour les matériaux de granulométrie fine. Les boues sont évacuées par le tube 90 prévu dans la région centrale et il est soutiré à travers le fond du bassin ainsi qu'à travers un puisard à boues 92a et un conduit à boues. La configuration précédente, comportant une sortie du diffuseur en position centrale et 25 un trop plein périphérique radial est préférable. Les techniques d'alimentation en avant s'appliquent donc aux collecteurs à buses de trop plein du niveau intermédiaire 0 Il a déjà été indiqué que le soin extrême que l'on peut prendre pour le calcul et la conception des bacs de décantation peut voir 30 ses résultats annihilés par deux facteurs. L'un de ces facteurs est le refroidissement de la surface par l'effet du vent et l'écoulement horizontal superposé. Le deuxième facteur est constitué dans l'anomalie de densité que l'eau présente à 4°C. Ce dernier facteur peut entraîner des conséquences sévères sur la circulation verticale. En 35 outre, on doit également tenir compte de l'effet habituel des variations de la température sur la densité de l'eau. Pour ces raisons, il peut être prévu une couverture qui protège le bassin des effets de l'air atmosphérique, ce qui est indiqué par le couvercle 102. Ce couvercle atténue les effets du vent et ceux des variations de la 40 température extérieure. 71 45943 14 2126987 Au moins l'une des volutes 82 et 84 de l'effluent central doit être réglable en hauteur et il est avantageux que les deux volutes le soient, de manière à permettre de régler leurs positions en fonction des demandes de débit des courants qui parcourent le bassin 5 afin de donner à l'installation ses performances optimales0 Dans le cas d'un diffuseur d'affluent central placé au fond, pour assurer la présence d'une légère charge de gravitation, le diffuseur rotatif 80 est supporté à la périphérie de chacun de ses secteurs par une roue 80b qui roule sur le fond avec une charge 10 fixe. Le réglage de la charge sur la roue peut être assuré par un ressort d'un type approprié, par exemple par un empilement de rondelles Belleville. Lorsqu'on utilise des volutes intermédiaires, le bassin 26 de traitement biologique secondaire reçoit l'effluent de la cou- 15 che inférieure du premier bassin 10. En ce qui concerne les débits, dans le bassin de traitement biologique secondaire 26, l'effluent hydraulique constitue un tiers de l'effluent de la station d'épura-tion0 Filtre de dégrossissage à égouttement. - L'exposé qui va sui-20 vre décrira le fonctionnement du premier étage de traitement biologique, et qui est constitué par un filtre de dégrossissage habituellement appelé filtre à égouttement. Les opérations du traitement biologique sont responsables du principal effet d'abaissement de la demande en oxygène biologique du (BOD). La théorie élémentaire du 25 filtre à égouttement consiste à prévoir une surface étendue, habituellement en utilisant un remplissage de cailloux, d'environ 1,80 m de hauteur, sur lequel il se développe une plaque bactérienne sous un écoulement pelliculaire puisé de liqueur résiduaire contenant de l'oxygène dissous (D0)o La plaque est composée d'un substrat anaé-30 robie, en contact avec la surface, dans le voisinage immédiat duquel prédomine des formes microbiologiques anaérobies et facultatives. Au-dessus de cette couche on peut trouver des formes aérobies. Ceci exige une source d'oxygène. Naturellement, l'oxygène est fourni par une circulation d'air induite, verticale, obtenue par convection 35 naturelle, qui se produit en parallèle ou à contre-courant par rapport à l'écoulement puisé de liquide. Une limitation fondamentale de la filtration sur filtres à é-gouttement classiques consiste dans l'oxygénation de qualité quelconque qui s'y produit. Il en résulte que les phénomènes aérobies 40 qui sont essentiels aux traitements biologiques sont inhibés. Ceci 71 45943 15 2126987 se traduit par une diminution de la capacité de destruction de la charge organique. Une autre limitation aggrave ce problème. Cette dernière limitation résulte du fait que, pour permettre une circulation de l'air, on réduit la charge hydraulique. Ceci réduit la ca-5 pacité du filtre et, en même temps l'efficacité du traitement des eaux usées. Ceci résulte du fait que le compromis hydraulique restreint la circulation de l'écoulement en direction du filtre, qui constitue un facteur primordial de l'obtention d'une diminution importante de la BOD (demande en oxygène biologique). 10 Pour indiquer les déficiences de l'écoulement libre de l'air par convection dans les filtres à égouttement, il est intéressant de se reporter aux conditions de fonctionnement qui provoquent cet é-coulement. L'équation de base qui donne la vitesse de l'air, qu'on trouve dans "Waste Water & Waste Water Engineering", Fair et Al, 15 John Wiley & Sons, Vol 2, pp 35-13, est la suivante : V a = 0,023 û T - 0,14 où V a est la vitesse de l'air en mètres par minute, A T est la différence de température entre l'air et l'eau d'é-20 gout en °C. Cette différence de température entre l'eau d'égout et l'air est rarement supérieure à l4°C. Pour des différences de température de + 5,5°C et 6,I°C par exemple, V a est respectivement de 0,27 i o ; 0,014 mètres par minute. Le signe positif indique un cou-25 rant descendant. En reconnaissant que le filtre est un lit de cailloux d'environ 1,80 mètre d'épaisseur, on ne peut indiquer en aucun cas une vitesse d'air conforme à la réalité. On a étudié la circulation d'air forcée mais ce procédé semble peu prometteur. La résistance tassée à l'écoulement de l'air d'un lit de cailloux peut être 30 forte, en particulier dans les cas d'écoulements hydrauliques superposés. Les limitations de l'aération et les compromis de la charge hydraulique sont inutiles. Le remède idéal consiste à utiliser un procédé ou appareil capable d'assurer efficacement le mélange de l'air 35 et du liquide dans la canalisation d'amenée au filtre à égouttement. Ceci donne un dépôt de l'ordre de 7 à 8 ppm, pendant toutes les saisons de l'année et toutes les charges hydrauliques. La restriction de la recirculation qui est particulièrement indésirable peut ainsi être supprimée. Ce remède simple permet d'obtenir une charge hydrau- -z p 40 lique de 40 à 120 nr ou plus par m et par jour. En pratique, 71 45943 16 2126987 10 on travaille normalement à des débits cinq fois inférieurs. Les débits hydrauliques sont limités à ces niveaux pour retarder le blocage de l'écoulement de l'air qui a été nécessaire pour l'aération. Après avoir éliminé les compromis imposés par les déficiences de l'aération de la technique classique, un simple changement permet d'exploiter au maximum le traitement sur filtre à égouttement modifié. Ce changement est un changement de moyens, c'est à dire que l'on passe d'une granulométrie grossière à une granulométrie plus réduite. Ce changement de granulométrie est le principal facteur responsable de l'écoulement hydrodynamique. Il supprime la nécessité d'établir des compromis qui ont trait à l'écoulement de l'air. Etant donné que le changement apporté est un changement de caractéristiques hydrodynamiques, il convient de décrire les propriétés qu'on désire obtenir en termes hydrodynamiques. 15 Les paramètres intéressants sont le coefficient de frottement, le nombre de Reynolds et le coefficient de rugosité. Le facteur de granulométrie est introduit dans le calcul sous la forme d'un diamètre équivalent. La longueur caractéristique de l'écoulement est l'épaisseur du lit, ce qui est classique. La relation qui lie ces 20 facteurs et coefficients est de la forme suivante : ou f est le coefficient de frottement, a est une constance, N est le nombre de Reynolds et XV b est le coefficient de rugosité du constituant du lit. Les équations de définitions intéressantes sont les suivantes : ^ 2g De ûP 30 f = F1T2 » et N = De R Pour la définition du milieu filtrant il suffit de donner le diamètre équivalent et le coefficient de rugosité. Les conditions d'écoulement sont données par la relation fonctionnelle qui lie le coefficient de frottement au nombre de Reynolds. Les paramètres qui définissent le nouveau milieu filtrant sont compris dans l'intervalle indiqué plus bas pour les éléments hydrodynamiques et "hydrofoil". Ceci se présente pour un courant affluent d'eau résiduaire comportant un DO (oxygène dissous) élevé et dans le cas qui n'exige aucune aération dans le filtre proprement 25 35 ko 71 45943 17 2126987 dit» La Demanderesse a calculé un milieu filtrant en matière plastique capable de remplacer le milieu indiqué plus haut, et composé par exemple de PVC (chlorure de polyvinyle)0 Ce milieu est composé 5 de tubes extrudés. Les tubes sont assemblés en une grille à mailles triangulaires équilatérales pour porter au maximum la surface installée par unité de volume. Les tubes sont espacés de manière à assurer un écoulement é-quilibré à l'intérieur des tubes disposés verticalement et à l'ex— 10 térieur de ces tubes. Ceci exige que le rayon hydraulique soit le même pour le passage intérieur et pour le passage extérieur» On donne ci-après un exemple type de résultats : diamètre externe = 2,13 mm diamètre interne = 1,88 mm 15 L = écartement des barreaux de la grille = 29,5 mm Le rayon hydraulique d'un canal est l'aire de la section/ périmètre. La section décrite ci-dessus présente une surface pour les plaques biologiques d'environ 13m /m . Un lit classique en 20 cailloux possède une surface spécifique de moins de 40 Les longueurs peuvent être continues sur toute l'épaisseur du lit, qui peut atteindre de 1,80 à 5»50 m ; toutefois, il est également avantageux d'utiliser des longueurs plus courtes, empilées les 25 unes sur les autres, pour former l'épaisseur totale. L'avantage de base de cet agencement consiste en ce que la couche limite laminaire de liquide sur la plaque microbiologique commence à l'épaisseur nulle et s'accroit progressivement. Une longueur mesurée dans la direction de l'écoulement et qui est courte comparativement à la lon-30 gueur nécessaire pour développer entièrement une couche limite laminaire stable maintient l'alimentation d'oxygène dissous disponible pour la plaque. Le gradient de diffusion est augmenté de deux façons. Tout d'abord, la concentration est entretenue à un niveau élevé ; deuxièmement, l'épaisseur de la couche limite est diminuée. 35 La longueur nécessaire pour obtenir une couche limite entière ment développée en écoulement laminaire atteint jusqu'à 6 mètres pour l'eau qui circule dans les tubes d'un diamètre interne d'environ 19 mm, dans l'intervalle de transition limite du nombre de Reynolds, d'environ 3»000. Si l'on exprime cette distance en diamètre, 40 la longueur de transition est d'environ 1/10 à 1/20 du nombre de 71 45943 18 2126987 Reynolds. On peut évaluer l'écoulement obtenu dans le milieu filtrant composé de tubes espacés au nombre de Reynolds laminaires limites î * 3 2 ce débit est de l'ordre de 900.000 m /jour pour 1.000 m de surface 5 de milieu filtrant0 Les débits de charges hydrauliques sont norma- 3 2 lement de moins de 40.000 m /jour pour 1.000 m . La haute charge hydraulique envisagée est donc compatible avec ce milieu filtrant. En outre, du fait qu'ils ne sont pas affectés de compromis, les débits permettent une charge organique beaucoup plus élevée. Au 10 lieu de la limite supérieure qui est actuellement de moins de 31,7 3 kg de BOD par jour pour 28 m de milieu filtrant, il semble possible de travailler avec une charge trois ou quatre fois supérieure à cette valeur. Il n'est possible d'admettre cette forte charge organique qu'avec une pré-aération qui permet une charge hydraulique beau-15 coup plus forte. Les trois variables, DO charge hydraulique et charge organique interagissent les unes sur les autres. On ne peut donc adopter qu'une solution qui assure la compatibilité entre ces trois variables. Dans ce cas, l'appareillage et le procédé appliqué permettent de tirer tout le parti d'un échange gaz-liquide efficace et 20 d'opération de traitement biologique également efficace. Les détails de la structure du filtre à égouttement perfectionné qui utilise un milieu filtrant 134 décrit plus haut sont représentés sur la figure 4 des dessins, qui montrent qu'un corps 120 de ffcrme circulaire porte une colonne porteuse centrale 122 qui re-25 çoit l'effluent liquide à travers le tube 124, qui amène la décharge d'effluent aérée en provenance des bacs de décantation. La colonne 122 porte un bras distributeur tournant 126 qui est entraîné en rotation par réaction hydraulique ou bien par un moteur 128 relié à ce bras par l'intermédiaire d'un arbre 130 et d'un raccordement à 30 double bride 132. L'effluent liquide qui arrive par la canalisation 124 s'élève dans la colonne centrale 122 et il est pulvérisé par le bras distributeur, lorsque ce dernier est entrainé en rotation par le moteur 128, cette opération étant le mode classique adopté dans l'utilisation des filtres à égouttement0 35 Dans la construction particulière utilisée, un grand lit cir culaire, désigné dans son ensemble par la référence 134, est garni de cailloux peu tassés ou de matériaux spéciaux définis plus haut, qui donnent une plus grande surface utile par unité de volume,, Si l'on considère les problèmes de colmatage de l'écoulement liquide et 40 d'étranglement excessif de l'écoulement de la phase gazeuse, on peut 71 45943 19 2126987 utiliser efficacement dans cette configuration un garnissage à grande surface» En tout cas, le liquide distribué par le bras distributeur 126 s'égoutte à travers le lit garni 134, pour parvenir au fond ouvert. 5 Suivant une caractéristique indépendante, la station suivant l'invention utilise des souffleurs d'air, dont chacun est désigné dans son ensemble par la référence 140 et qui sont disposés autour de la périphérie du bac 120 et adaptés pour souffler de l'air dans le sens indiqué par les flèches 142. Etant donné que l'une des 10 fonctions d'un tel filtre à égouttement destiné à abaisser la BOD consiste à assurer la présence d'une plus grande quantité d'oxygène pour provoquer l'oxydation de l'effluent liquide, cet air forcé, qui doit nécessairement traverser le lit de bas en haut c'est à dire à contre-courant par rapport à l'écoulement du liquide à travers 15 ce lit, assure une amélioration considérable du taux de diminution du BOD. En outre, pour donner une pression partielle d'oxygène supérieure à celle existant dans l'atmosphère, on injecte positivement un excès d'oxygène dans l'effluent, à travers le tube 144, et dans une chambre de mélange et d'injection à turbulence 148, et le débit 20 d'oxygène est convenablement réglé au moyen de la vanne 146. En outre, pour faire travailler le filtre à un degré d'humidité atmosphérique de presque 100 on peut prévoir une couverture 150, et qui est suspendue par des câbles en chainette 152o Le filtre à égoutte- 1 1 î £3 0 X* ment suivant l'invention peut donc/un air à une humidité relative de 25 100 $ une circulation d'air forcé, avec suppression des effets de refroidissement de la température par évaporation, et une atmosphère enrichie en oxygène, grâce à l'injection d'oxygène dans l'effluent. La capacité de la station et le taux de diminution de la BOD sont augmentés par ce procédé.Les résultats des essais montrent qu'il est 30 rarement nécessaire d'avoir recours à l'addition séparée décrite. Dans ce traitement dans le mode aérobie, il est visible que les caractéristiques décrites pour les moyens de sédimentation perfectionnés peuvent améliorer l'ensemble du traitement des liqueurs résiduaires. En d'autres termes, on peut considérer que l'injection 35 d'air ou d'air enrichi en oxygène dans la conduite 22 de recyclage secondaire des boues, ou dans la canalisation 12a de retour du surnageant du digesteur améliore considérablement les capacités de travail de l'ensemble de l'installation. L'invention peut également comporter l'addition d'air ou d'air 40 enrichi avec un excès d'oxygène directement dans l'atmosphère humi 71 45943 20 2126987 difiée par un tube 160 (figure 4) commandé par une vanne 162, Le réglage de la quantité d'air qui est introduite peut être avantageusement assuré par un détecteur approprié 164, qui est combiné avec le tuyau 138 de sortie de l'effluent, et qui travaille en combinai-5 son avec un débitmètre indiqué par le bloc 166 et un instrument de mesure de la concentration de l'oxygène indiqué par le bloc 168. Des détecteurs appropriés l64a-d sont combinés avec le débitmètre 166 et l'instrument 168 de mesure de la concentration de l'oxygène pour compléter cet agencement, et ils règlent le débit réel d'oxygène 10 qui circule dans le tuyau 160 de la façon qui permet d'obtenir le mode le plus économique de travail de l'installation. On décrira maintenant le deuxième étage de traitement biologique par les boues activées0 Le traitement par les boues activées peut constituer le seul 15 étage de traitement biologique, ou encore l'étage secondaire d'un traitement biologique à deux étages. Il n'est pas habituel d'utiliser les boues activées comme étage initial d'un traitement biologique à deux étages. Ceci résulte de la sensibilité des traitements par les boues activées aux fluctuations des charges hydrauliques et 20 organiques des eaux affluentes. Bien qu'ils ne représentent pas un exemple type de la technique actuelle, les traitements par les boues activées peuvent être adaptés pour traiter des charges hydrauliques et organiques fluctuantes à l'entrée de la station. On peut obtenir ce résultat en prévoyant un réglage de la circulation d'une 25 souplesse suffisante oour permettre de réaliser un équilibrage indépendant de la charge hydraulique et de la charge organique à l'arrivée de l'affluent aux traitements par les boues activées.Ceci a déjà été indiqué plus^haut et sera également expliqué à propos de 1 int^r^tion dumode d'application du traitement par les boues 30 activées, l'aération exige certaines conditions prévisibles. L'aé- O ration classique observée est de 25 à 40 m d'air par kilogramme de BOD éliminé. Le besoin d'oxygène est de 15 à 20 kg d'oxygène par kg de BOD éliminé. Une quantité équivalente est fournie par l'aération superficielle. La demande globale d'oxygène dans le traitement clas-35 sique est de 30 à 42 kg d'oxygène par kg de BOD éliminé» Si l'on se rappelle que la BOD est par définition égal à la demande d'oxygène, ceci implique que l'oxygénation par aération par les techniques classiques n'est pas remarquable par la qualité de son rendement. Cette observation reste valable, même si l'on admet la présence de 40 sources internes d'oxygène, par exemple qui résultent de la réduc— 71 45943 21 2126987 tion biologique des nitrates. On pouvait s'attendre à ces résultats en raison du fait que le rendement de l'aération est fréquemment considéré comme de l'ordre de 2 ^ à 10 $>. Il va de soi que ces rendements concernent l'aération d'un liquide ayant un DO initial nul, 5 Ceci permet d'obtenir le rendement maximal possible. On se rapproche plus de la réalité en admettant un DO de l'ordre de 2 ppm0 Dans ce cas, le rendement est plus faible et égal à environ 2 $ moinso A la sortie du traitement par les boues activées, une certaine 10 fraction des boues excédentaires est soumise à un traitement de digestion par les aérobies ou par un mode plus aérobie qu'anaérobie, et le reste est envoyé, à la sédimentation secondaire en qualité de déchets traités. Ceci constitue un mode type d'élimination pour une opération placée à la suite de la filtration sur filtre à égoutte-15 ment. Sédimentation secondaire. - Dans le cas représenté à la figure 1, les eaux résiduaires traitées arrivant du deuxième étage de traitement biologique, par exemple du traitement par les boues activées, sont envoyées à une cheminée d'entrée centrale, comme pour la sédi-20 mentation primaire. Toutefois, ici, il n'est pas nécessaire de prévoir une aération excessive pour obtenir le dégazage et une amélioration de la séparation des graisses par flottation, sauf si l'on a omis l'étage de sédimentation primaire. A cette exception près, l'équipement et le mode de fonctionnement peuvent être identiques à 25 ceux qu'on a décrits plus haut pour la sédimentation primaire. Ainsi qu'on pouvait s'y attendre, il se présente des exceptions dans la disposition préférée de l'effluent de la sédimentation secondaire. Par exemple, les boues de la sédimentation secondaire sont évacuées de la façon classique et renvoyées de la façon classique à 1'-30 affluent de l'étage de traitement par les boues activées ou de sédimentation primaire. Le procédé de mélange de gaz par injection peut être appliqué comme précédemment. Une certaine fraction de ce courant de boues excédentaires est déviée de sorte que les boues en excès sont envoyées au digesteur primaire. L'effluent clarifié sortant 35 de l'étage de sédimentation secondaire est envoyé à la désinfection et les quantités nécessaires sont envoyées au recyclage secondaire. Pour obtenir l'équilibre voulu entre la charge hydraulique et la charge organique qui est nécessaire pour le recyclage secondaire, on peut incorporer un courant partiellement sédimenté dans le recyclage 40 secondaire. Ceci est représenté sur la figure 1. 71 45943 22 2126987 Dans l'effluent de la sédimentation secondaire, qui est destiné à la désinfection, cette désinfection est amorçée dans la conduite qui sort des étages secondaires ou dans la chambre de contact de chloration. Cette technique met en Oeuvre les procédés de 5 mélange gaz-liouide très efficaces. Pour diverses raisons, le désinfectant préféré est le mélange ozone-oxygène, bien que l'on puisse également utiliser le chlore . Tout d'abord , l'ozone est efficace avec le mi nimum de charge organique, et avec des temps de contact très brefs. 1C Deuxièmement, ce désinfectant est potentialisé, c'est-à-dire qu'il agit synergétiquement, en présence d'un système d'oxydation secondaire. Ce système peut être le chlorure ferrique ajouté dans la sédimentation primaire ou secondaire pour favoriser la clarification, ou bien il peut être constitué par les additions classiques 15 de chloration. Dans chaque cas, le mélange ozone-oxygène diminue la demande de chlore globale et donne lieu à un effluent convenablement désinfecté, qui présente une teneur résiduelle en chlore relativement basse, mais une forte concentration d'oxygène dissous. Ces caractéristiques de désinfection du mélange ozone-oxygène et 20 les effets de potentialisatlon du chlorure ferrique sont connues. Suivant la technique classique, on ajoute le chlorure ferrique dans le bassin de sédimentation secondaire, de sorte qu'il est alors disponible pour coopérer avec le 0^ - 0^ ajouté pour la désin- fection. Charge optimale ^ Habituellement , on exprime l'optimali sation du procédé de traitement des eaux résiduaires en supposant une constante fictive de rapport entre la charge hydraulique et la charge organique. L'optimalisation peut ne pas avoir trait à l'obtention de standards de qualité d'effluent avec le minimun de prix 30 de revient d'investissement e.t d'exploitation. ;-narre caractéristique La charge caractéristique d'eaux résiduaires pour une station d'épuration est constituée par le tdbal de la charge hydraulique et de la charge organique. Cette charge n'est pas constante durant la journée, elle se répète vraisemblablement jour après jour, 35 sauf pendant les jours fériés et les fins de semaine. Les pluies et les effets saisonniers imposent à la charge des variations de longue période. Les charges des jours de semaine peuvent être calculées avec une approximation raisonnable au moyen d'une série géométri-^ que composée de quelques termes. Il n'est pas inhabituel de constater des variations de la charge de + 75 % de la charge moyenne. 71 4594.3 23 2126987 En dépit de ces fluctuations de la charge, les critères de qualité qu'on exige de l'effluent impliquent que la charge n'excède jamais un certain maximum prescrit. En pratique, ceci signifie que la régulation de la station vise à obtenir une qualité spécifiée, ou -5 meilleure qualité, avec une probabilité de 0,95 ou 0,99- Le pourcentage d'amélioration de la qualité constitue un facteur critique de l'aspect économique de l'installation et du traitement. Naturellement, avec une spécification de sortie fixe et une ertrée fortement variable, il n'est pas possible d'atteindre 10 de bons résultats en qualité et en économie avec des paramètres de régulation fixes. Une solution consiste évidemment à accumuler des résidus mélangés pour les faire séjourner pendant environ 1 jour, puis traiter ensuite un échantillon continu à un débit journalier moyen. Ceci exige l'utilisation de réservoirs de retenue aérés pour 15 différer les problèmes de décantation et de septicité, mais il reste à tenir compte des facteurs de prix de revient. En dépit de ces problèmes, on peut tirer un grand avantage de la constance de la charge hydraulique et de la charge organique qu'on peut obtenir par utilisation d'un système d'optimali-20 sation. Le principal avantage consiste dans la simplicité de la régulation contrôlée du traitement assuré dans l'installation de la station. Cette station de traitement des eaux usées est essentiellement un système asservi. Pour obtenir une sortie fixe, à un niveau de qualité prescrit, il serait ^évidemment plus facile de 25 trouver les paramètres de traitement fixes compatibles avec ce niveau de sortie lorsque l'entrée est également fixe. Si l'on tient compte des caractéristiques réelles de la charge à l'entrée, le choix du traitement optimal et du réglage optimal de ce traitement constitue donc un problème compliqué. En outre, ce problème est essentielle-30 ment un problème économique, mais il n'a pas encore reçu dans la technique antérieure toute l'attention qu'il mérite. Dans l'équipement et l'appareillage de traitement conformes à ce principe, l'invention propose de résoudre ce problème de conception et de réglage en attaquant sur les deux fronts. La base 35 de la solution consiste à assurer au réglage du traitement une souplesse appropriée pour permettre d'obtenir une charge horaire hydraulique et organique à peu près uniforme pendant une journée type de travail. Ceci réduit au maximum la valeur et les effets des fluctuations de la charge hydraulique et organique? Le deuxième élément Jm de base de la solution consiste à réaliser un procédé de réglage 71 45943 24 2126987 du traitement pour agir sur les variations atténuées de la charge afin d'obtenir continuellement le niveau désiré de qualité de l'effluent. Ceci permet d'obtenir le système optimal, en ce qui concerne la réduction maximale du prix de revient total tout en 5 obtenant continuellement un effluent d'une qualité acceptable. On a déjà déterminé la performance calculée, et les conditions de traitement et les paramètres de base du prix de revient total et ces résultats sont indiqués avec plus de détails dans la suite. En ce qui concerne l'optimalisation du procédé, la so-10 lution idéale exige des bacs de sédimentation d'une capacité excessive, aussi bien pour les bacs de sédimentation primaire que pour les bacs de sédimentation secondaire. La solution pratique consiste à établir un compromis entre les débits. Les exemples A, B et C ci-après montrent que, pour un 15 débit d'entrée et une concentration de charge organique arbitrairement variables, il est possible d'obtenir un courant d'arrivée au traitement qui présente un débit d'arrivée constant et une concentration de charge organique constante. La condition démontrée se rapporte dans chaque exemple au courant d'arrivée dans le bac 20 de sédimentation. Dans les phases ultérieures du traitement, la charge hydraulique varie avec le temps mais la concentration de charge organique est maintenue constante. La condition de comprâ-mis admet une variation de la charge hydraulique et de la charge organique du courant envoyé au bac de sédimentation. Ce compromis est 25 accepté à l'étage du traitement qui est le moins critique. On obtient un plus faible débit total de courant affluent au bac de sédimentation primaire. La condition de conception est imposée ensuite dans le traitement. Ceci signifie que l'intervalle a-b sur lequel les intégrales sont considérées est petit, ou que l'on utilise des 30 valeurs de pointes. En outre, ona représenté une commande simplifiée par tout o^ien , pour atteindre un résultat approché par rapport à la solution exacte. Ceci utilise une plage rectangulaire pour l'intégration à la place de la plage située au-dessous de la courbe de la fonction transcendante, ou d'une courbe d'enregistrement réelle 35 de la charge hydraulique et organique, de la station. Le cas D montre que, lorsque 3*0 pour le débit pendant une journée' de 24 heures un débit total 3*8 constitue un débit optimal d'écoulement. La condition de débit donne une bonne approximation de la concentration constante de la charge organique sur le filtre à 40 égouttement comme on l'a représente par le graphique de la Pig. 11» . 2a.. 71 45943 25 • 2126987 Dans un traitement par les boues activées, la concentration pourrait être maintenue constante par réglage du débit de retour des boues. Les charges hydrauliques varieraient suivant la courbe en trait continu D1 ou suivant la courbe en pointillés D2 du cas D. 5 CAS A - Le schéma de débit donné par la Pig. 7 repré sente des conditions de charge hydraulique et organique uniforme, avec une charge incidente arbitrairement variable. Les chiffres représèntés entre les sections de la Fig. 7 indiquent les valeurs du BOD du résidu traité en ppm. Le cas A qui est également repré-10 sente dans le graphique des Fig. 8 et 3, utilise le réglage du débit Qjj. et Q^..^ peuvent être maintenus à une valeur nulle. Charge maximale — Q = 1,4 MLJ (millions de litres_par jour) B=350ppm ï. Rëcirculation secondaire pour la charge de 10 h 00 et 22 h 00. ^(bod) 83. CQ + Q^7 = 1A x 350 + 20 15 q 1,4 (350-83) =~ 1,4 x 267 = 5 93 5 83-20 63 Rapport de recyclage : R = . 5,93-1,4 -3^24 1,4 20 Affluent au primaire : 5*93 MLJ Recyclage secondaire pour la charge de 8h 00 , 12 hOO, 20 h 00 et 24 h 00 83 X 5,93 = 1,1 X 275 + 20 Q3 + 58 (4r83-Q3) Q3 = 107,5/38 2,83 25 Qx ~ 4,83 - Q3 = 2,0 Recyclage secondaire, autres courants Ih 00, 7h 00, 13h 00 19h 00. Ceci constitue la charge moyenne 83 x 5,93 = 0,8 x 200 + 20 Q3 +'58 (5,13 - Q3) 34 = 20 Q3 - 58 Q3 30 q = - 34/38 = approximativement - 1,0 II. Cas pour 8h00 et 12h00, 20h00 et 24h00 83 x 7,33 = 1,1 x 275 + 20 Q3 + 58 (6,23 - Q3) -54 = 20 Q3 -. 58 Q3 Q3 = 54/38 =1,42 35 Q-l = 6,23 - 142 = 4,81 III. Cas pour 7h00 et lhOO, 19h00 et 13h00 Charge moyenne 83 x 7,33 = 0,8 x 200 + 20 Q3 + 58 (6,53- - Q3) 71 =-38 Q-j 71 45943 26 2126987 mais pour Q, « 0 71 « 58 Qj. ; = 71/58 = 1,23 vérification de débits 6,53 B + 0,8 x 200 = 83 x 7,33 6,53 B = 450 n 450 2 B = = 69 6,53 Le débit doit passer à % de primaires solides 3 "P et de secondaires solides 6 %, Boue primaire 3 % à 7*33 LJ - 0,22 LJ ; 10 BOD = 83 - 58 approximativement Moyenne fournie = environ 2500. IV. 83 x 7,33 - 0,8 x 200 + 600 + 58 (6,53 - Q^) + 71 = 600 q4 - 58 Q4 Q4 = — = 0,131 MLJ 15 et Q l426 ,40 MLJ V. Conditions à 6h00, 2h00, l8h00 et I4h00 83 x 7*33 = 0,5 x 125 + 600 + 58 (6,83 - Q4) 151 = 600 q4 - 58 Q4 Q4 = 0,279 MLJ 20 Qj = 6,55 MLJ VI. Conditions à 5h00, 3h00, I7h00 et I5h00 83 x 7*33 = 0,28 x 70 + 600 + 58 (7*05 - Q4) 181 = 600 - 58 Q4 = 0,33 MLJ 25 Qj = 6,72 MLJ VII. Conditions à 4h30, 3h30, I6h30 et I5h30 83 x 7*33 = 0,22 x 55 + 2500 Qr + 58 (7*11 - QR) Q5 = 0,89 MLJ ou p 5 dans la variante à traitement des boues secondaires •jq du surnageant du digesteur : 83 x 7*33 = 0,22 x 55 + 600 Q, + 58 (7*11 - Qh) 186 = (600 - 58) 4 4 Q* = 0,343 MLJ = 6,77 MLJ .Conditions à 9h00, IlhOO, 2Ih00 et 23h00 55 83 X 7*33 - 1*32 x 3*27 + 20 Q3 + 58 (6,0 - q3) VIII. Conditions à 8h30, IIh30, 20h30 et 23h30 83 x 7*33 = 1*22 x 305 + 20 Q, + 58 (6,11 - Q ) a ~ n -> -> = 3*0 Qj = 3*11 IX. Conditions à 9h00, IlhOO, 2Ih00 et 23h00 83 x 7*33 = 1*32 x 330 + 20 Q + 58 (6,0 - Q,) 40 - 174 = - 38 ' 71 45943 n . 27 2126987 Q3 = 4,58 Qx = 1,42 X - Cpnditions à 9h 30, lOh 30, 21h 30 et 22h 30 83 x 7,33 = 1,38 x 345 + 20 Q3 + 58 (5,95 - Q3) - 211 = - 38 Q3 Q3 = 5,55 Q-L = 0,40 Capacité des pompes du cas A. L'écoulement en contour-nement de la sédimentation primaire est égale à la gravité. L'écoulement en dérivation par rapport au filtre à égouttement est nul. Le débit de dérivation par rapport à la sédimentation secondaire est Q1~Q4= 6,4. Le débit à la sortie de l'étage secondaire à boues activées est de 0,4. Alors 400000/24x60 = 278 GPM - Utiliser 300 GPM ou 2x150 GPM secondaire 6400.000/24x60 = 4.450 - Utiliser 4 x 1200 GPM Dimensions des équipements pour la cas A Primaires : 4 Diamètre 1,80 mètre Secondaires : 4 Diamètre 1,80 mètre Filtre à égouttement 2 Diamètre 22,9 mètres. Caractéristiques du système - Besoin de sédimentation : grand. Besoin de pompage : modéré. Besoin de traitement biologique: 20 normaux. BOD de l'effluent envoyé à la chloration : 20 ppm, avec un BOD d'affluent compris entre 50 et 350. La diminution du BOD est comprise entre 94,3 % et 43 $. On peut examiner un deuxième cas. Ce deuxième cas diminue les besoins de sédimentation primaire et. de sédimentation se-25 condaire. Voir cas B. En outre, en ce qui concerne le cas B, il semble qu'une variante pratique par rapport au cas A représentatif qui a été décrit plus haut est basé sur un compromis de la condition de débit de pôinte qui se produit à lOh 00 et 22h 00. ^0 La solution de compromis consiste à accepter une con dition de système, par exemple à 9h 00 ou 11 hOO et 21 h 00 et 23 h 00 pour la charge hydraulique. On peut maintenir constante une charge organique. En remplacement de cette solution idéale, qui consiste à maintenir la charge hydraulique constante 24 heures 55 par jour, suivant l'invention, on maintient la charge hydraulique de l'installation au niveau 9-11- Dans ce cas, dans l'intervalle de 9h à 11 h de 21 h à 2J> h, c'est-à-dire deux fois par jour pendant deux heures, on admet une surcharge hydraulique. Cette surcharge n'affecte que les bacs de sédimentation primaire et secon10 15 71 45943 28 2126987 daire et elle ne les affecte pas gravement, comparativement à la diminution de prix de revient qu'on peut en obtenir. Sauf dans les intervalles de 9 à 11, la charge hydraulique et organique de l'installation peut être maintenue constante. 5 Naturellement, on peut choisir d'autres solutions de comprômis. Par exemple, l'intervalle peut être de 8 à 12. Pour les trois cas, A, 9 à 10, 8 à 12 les débits relatifs sont de 1,4 ; 1,32 et 1,1. Les règlements exigent en général que les bacs de sédimentation soient proportionnés de manière à pouvoir admettre des deb its 10 de trop plein, exprimés en MGD par unité de surface. La réduction de 1,4 à 1,1 signifie donc que la réduction de surface exigée est de 0,3/1,4, ce qui est approximativement proportionnel à la réduction du prix de revient. Les cas B et C, qui sont représentés en même temps que le cas A dans le graphique de la Pig. 10 montrent la tendance de ces solutions de compromis. Dans le cas B, l'approximation du compromis est représentée en traits continus que l'on peut comparer aux courbes pour la solution idéale. Lorsqu'on examine le cas B, il est visible que l'on peut adopter une autre solution de compromis, cette solution est représentée par le cas C. Ce cas C montre des variations de débits en tout ou rien dans la recirculation en provenance des bacs de sédimentation. On a représenté un débit analogue pour les boues secondaires renvoyées au cuvier de tête de la station, en provenance du bac de sédimentation secondaire. Les variations du débit en tout ou rien qui sont représentées soiit des exemples types d'un mode pratique de commande manuelle. Les positions peuvent être données aux vannes et laissées pendant un temps appréciable . Ce type de commande 30 est également applicable à la régulation automatique de la station. Ce type de régulation peut être réalisé par de simples minuteries. Les explications données ci-dessus impliquent des commandes plus compliquées, qui sont représentatives d'un servo-comman-de habituelle. Les conditions données ci-dessus sont prises pour exemple pour faciliter les calculs. Les calculs donnés plus haut et les graphiques des Fig. 8 à 10 sont basés sur des commandes d'intégrales définies. Les intégrales en question sont de la forme: b 20 25 r Q = 1 q c dt , ou 40 J a Q est la charge organique , 71 45943 29 2126987 a, b sont des limites de temps pour l'incrément de charge considéré, c est une concentration, par exemple la concentration du BOD, en ppm, 3 q est le débit d'écoulement, dt est la différentielle du temps. En fait,le réglage est basé sur la manipulation des intégrales définies, de façon à s'approcher des concentrations de charge organique au point indiqué dans le traitement d'ensemble. 10 Un cas particulier est représenté à l'arrivée dans le bac de sédimentation, où .la charge organique et la charge hydraulique sont maintenues à des valeurs constantes. L'effet sur l'augmentation des débits de trop plein dans le bac de sédimentation a été indiqué plus haut. 15 Pour diminuer les débits de trop plein du bac de sédi- nentation primaire, il est possible d'utiliser des rehausses ou d'imposer la condition de charge hydraulique et de charge organique constantes pour le traitement biologique. Pour un filtre à égouttement, ou un étage d'appareil de traitement par les boues 20 activées, il est souhaitable de maintenir la charge hydraulique et également la charge organique à des valeurs constantes. Ceci est particulièrement vrai pour le travail des appareils à boues activées. Pour illustrer cette condition, on donnera ci-après un nombre limité de calculs téls que ceux décrits plus haut, pour mon-25 trer un exemple type de solution. L'installation du dispositif de désinfection représentée à la Fig. 5 des dessins constitue une application particulière de l'équipement de mélange gaz-liquide qui travaille sous un gradient de pression hydraulique. Pour cette application, cet équipe-30 ment est composé d'une alimentation en oxygène liquide 200, d'une source ou d'un générateur d'ozone 202, et d'une source d'énergie 204 constituée par un oscillateur et une canalisation de traitement désignée dans son ensemble par la référence 206. La canalisation 206 travaille dans le régime turbulent. à un nombre de Rey-35 nolds de 3000 ou plus. Des éléments mélangeurs à grand échange d'énergie sont montés dans au moins certains des raccords en T 208. Ces éléments mélangeurs sont des orifices pratiqués dans des plaques normalement planes, qui induisent un mélange intense, suffisant pour réduire au maximum les gradients radiaux de concentrais tion dans l'effluent liquide traité qui pénètre dans le raccord 71 45943 30 2126987 208 en 210. Les éléments mélangeurs 208 peuvent être suivis d'organes en porte-à-faux du type aiguilles, qui commandés par une source accordable 211, qui est elle même excitée à sa fréquence naturelle ou à une fréquence propre de sa fréquence naturelle. Ces 5 crganes peuvent être placés dans des positions relatives par rapport aux moyens d'injection de gaz, propres à améliorer encore l'échange d'énergie, en premier lieu de façon à réduire au maximum les gra-dLents de concentration qui se présentent dans la direction angulaire, et, en supplément de la suppression du gradient radial qui est dû 10 à l'élément mélangeur de base, c'est-à-dire l'orifice en paroi plane. En outre, le principal but est de faire en sorte que les aiguilles 211 exercent des efforts mécaniques destructeurs sur les flocons plaques ou agglomérés qui peuvent se présenter dans l'effluent liquide traité. Le but qui est visé par l'invention est de réduire la 15 dimension et d'agrandir la surface par laquelle les éléments stéré-lisants pourront agir sur ces flocons, plaques ou agglomérats. Les orifices du raccord en T 208 sont prévus, pour plus de commodité , aux joints des brides. Le rapport entre le diamètre de l'orifice et le diamètre des tuyaux est normalement égal ou 20 supérieur à 0,7- Dans les T 208 qui fixent les orifices, deux autres éléments sont également montés. L'un est un injecteur de liquide, de gaz-liquide ou de gaz, par exemple un injecteur 0^ Og 212. L'injecteur 212 est introduit dans une monture qui dans le cas idéal, le place en position centrale, et permet de le positionner 25 dans le sens axial de façon qu'il traverse l'orifice, de préférence jusqu'au ooint de concentration de la veine du courant à travers l'orifice;ou légèrement au delà. On constate que l'on obtient les résultats d'injection optimaux avec le minimum de gradient de concentration dans la direction de l'écoulement. Ceci peut être 30 obtenu le plus commodément en faisant en sorte que le débit de fluide soit stable et constant sur des intervalles courts ou longs et en réalisant une commande proportionnelle analogue du débit de gaz. L'aiguille 211 est le deuxième élément introduit avec des moyens analogues à ceux de 1'injecteur 212, pour le positionnement 35 axial et l'étanchéité. L'injection de 0^ - 0._, se produit avec une concentration d'environ 5 % ou moins de 5 % en poids d'ozone dans l'oxygène. Pour la désinfection généralisée, ce mélange est introduit en quantité supérieure à 0,5 milligramme d'ozone par litre de fluide. La concen-40 tration injectée décroît progressivement sur la longueur de la 71 45943 31 2126987 canalisation. Deux facteurs déterminent cette atténuation. L'un de ces facteurs est la vitesse de décomposition de 0^ dans l'eau* qui donne du 0g.. Le deuxième facteur d'atténuation est constitué par l'oxydation de la charge de matière contenue dans le liquide traité Dans un exemple type d'eaux résiduaires, ces matières sont composées de matières organiques incomplètement oxydées, c'est-à-dire incomplètement converties en formes stables. Ces matières, en combinaison avec les constituants inorganiques oxydables, constituent la charge BOD des eaux résiduaires. Ce traitement produit un BOD de 10 ou moins. Toutefois, pour les BOD des traitements habituels, compte tenu de l'atténuation de 0^ qui se produit, il peut être nécessaire de procéder à des infections séquentielles. Ce mode de travail est représenté sur la Fig. 5- Cette Fig. 5 indique également une série de points d'essais répartis sur la longueur de la canalisation, entre les points d'injection de 0^ , ces points d'essais comprenant des détecteurs 214 qui ont pour fonction de commander une source d'énergie 203 qui alimente le générateur 202. Ces détecteurs 214 sont utiles pour mesurer quantitativement la concentration de 0^ et la réduction de la BOD. Pour un nombre de Reynolds donné, ces indications donnent des informations sur le temps et la position. Cette information est essentiellement pour la conception du réseau de conduites et pour la détermination du débit optimal d'injection de 0^ . Pour la désinfection généralisée, il est important pour l'invention que le débïfr" d'injection et les intervalles entre injections soient telles que la concentration de 0^ atténuée soit supérieure à 0,5 milligramme d'ozone par litre d'effluent en tout les points de la partie de l'installation dans laquelle la désinfection généralisée doit être produite. Au contraire, la désinfection spécialisée, par exemple, celle des formes anaérobies obligatoires de bactéries peut être entretenue avec de l'air ou de l'oxygène qui ne contient que des traces d'ozone, que l'on trouve habituellement à des concentrations de 0,01 ppm. ou moins. Le but de l'injection séquentielle ressort clairement de l'explication donnée ci-dessus. Le nombre des points répartis sur la longueur de la canalisation, ou encore l'écartement linéaire entre les points d'injection, ou encore la durée qui sépare les instants d'injection successifs dépendent de la valeur de la charge à oxyder et de la dimension des particules de cette charge. On peut prévoir que, dans les installations travaillant normalement, la durée de traitement n'est pas supérieure à 8 minutes. Il va de soi que le réseau de canalisation représenté à la Fig. 5 s'étend normalement 71 45943 32 2126987 dans une direction horizontale l'entrée en 209 et la sortie en 216 se trouvant à des niveaux horizontaux comparables de sorte qu'il existe essentiellement un gradient hydraulique si l'on considère le réseau dans son ensemble. Les positions verticales relatives de 5 ces points sont sans incidences sur l'efficacité de l'installation de désinfection. La construction réelle d'un T 208 munie d'une plaque à orifice 208a, 1'injecteur 212 de 0^-0^ en position centrale et l'aiguille vibrante 211 sont représentés avec plus de détails sur ^ la Fig. 6. Suivant l'invention, l'oxygène en excès peut être prélevé sur le réseau de canalisations au point 218 par une pompe appropriée 220 et envoyé à un dessiccateur 222^.vant d'être envoyé de là, et à travers une valve de réglage 224, à la canalisation d'alimentation qui relie la source d'oxygène liquide 200 au générateur ^ d'ozone 202. Le dessiccateur 222 est alimenté par une source d'énergie appropriée 226. Un absorbeur représenté par le bloc 230 peut être incorporé pour recevoir la sortie du générateur 202 avant de transmettre le fluide concentré en ozone à une conduite d'alimentation 232, afin d'éliminer tout l'oxygène en excès et de 20 le renvover Dar une canalisation 234 et à travers une vanne 236 à l'alimentation du crênêrateur 202. Lfabsorbeur 230 est à prévoir facultativement lorsque la concentration en O^ - peut casser directement par la canalisation 238. Dans certains cas, il peut être souhaitable de faire pénétrer l'effluent liquide qui arrive au point 209 dans le réseau de canalisations 206 à travers un absorbeur pour dégazer ou désorber le 02 de l'effluent puisqu'il n'est pas possible d'incorporer une nouvelle quantité de 0^ dans le fluide sous la forme véhiculée par le 02 feazeux si le fluide en question est déjà saturé de 0Une ligne p»intillée 240 représente cet agencement facultatif. ^ Il va de soi que l'installation décrite ci-dessus demande à être équipée de l'appareillage préféré qui utilise une alimentation en oxygène liquide. Cet appareillage peut être amélioré et comporter des moyens de recyclage, dessiccation et récupération de l'oxygène. Toutefois, il peut se produire que le recyclage continu ne soit pas -^5 possible et, dans ce cas, il est évident qu'il est souhaitable de donner à l'alimentation en oxygène un débit limité. Ce débit doit satisfaire les besoins en DO de l'effluent et résoudre le problème de la dilution par l'argon, oui a pour effet de dégrader le rendement de l'ozonation sous l'effet de l'accroissement des concentrations en 40 gaz contaminants. En outre, la capacité installée de la source de 0 71 45943 33 2126987 à débit limité doit être du niveau de la demande moyenne de 0^ - 0^ envisagée. Ceci permet de réduire l'investissement en capital nécessaire . En ce oui concerne le passage de l'effluent à travers l'ab-^ sorbeur 230, on a constaté oue l'on peut récupérer 7 à 40 pprn d'oxygène de l'effluent avant l'évacuation de cet effluent, pour utiliser cet oxygène dans le traitement par air enrichi en oxygène de la station de traitement des eaux usées. On peut utiliser des techniques autres oue la désorbtion et telles que le chauffage ou la ca-vitation, la cavitation pouvant comporter une excitation par ultrasons. Il convient également de remarquer oue l'ensemble du traitement de désinfection décrit plus haut utilise de préférence, dans les cas où on prévoit une ozonation, une alimentation en oxygène 15 liquide et non pas en air, pour éviter ainsi la présence d'azote. L'utilisation exclusive d'oxygène comme on vient de le décrire apporte par elle-même un certain nombre d'améliorations importantes. Il est connu que la solubilité potentielle de l'oxygène dans l'eau est multipliée par 5 ou 6 si l'on établit un équilibre entre l'eau 20 et l'oxygène, ce qui permet d'injecter une plus forte concentration d'ozone tout en demandant une plus faible ouantité d'oxygène. L'élimination des oxydes d'azote contribue à la sécurité et a la diminution de la pollution atmosphèrioue. En outre, le fait ou'on dispose d'oj:ygène pour le recyclage et pour l'amélioration des traitements 25 divise par environ 10 ou même plus la dépense en oxygène, tandis oue l'amélioration du traitement est augmentée, ainsi qu'on l'a indiaue plus haut. En outre, l'oxygène récupéré peut être utilisé dans le traitement par le filtre à égouttement ou par les boues activées 30 en ce sens nue l'on peut procéder e une injection d'oxygène dans l'effluent ou oue l'on peut enrichir en oxygène l'air injecté dans l'effluent. De cette façon, le lit filtrant à égouttement peut entretenir le métabolisme des aérobies aux niveaux Quantitatifs maximales sur toute l'épaisseur. Il est possible d'obtenir un effet 35 analogue sur le traitement par les boues activées. L'effet favorisant l'accroissement du BOD est visible. On a constaté oue ces installations produisent un effluent présentant les caractéristicues suivantes : BOD 0 à 8 ppm ^0 M P N conformes 0 à 2 par 100 ml DO 5 ppm 71 45943 34 2126987 et qu'elles permettent des accroissements de capacité des stations déjà existantes de l'ordre du double. Injection principale forcée La station de traitement des eaux usées est le site d'un traitement intensif de stabilisation des eaux usées. Toutefois, le traitement commence en réalité dans le réseau collecteur. Le traitement du réseau collecteur précède le traitement de la station. Ces réseaux collecteurs peuvent être de deux types. Ces types se présentent suecessivement et peuvent se présenter en récurrence. On trouve des collecteurs principaux par gravité et des collecteurs forcés ( ou à pompe). Pour renforcer le traitement des eaux résiduaires en amont de la station, on peut renforcer le traitement dans le réseau collecteur. On a utilisé en pratique l'aération pour l'injection des collecteurs forcés à raison de 4 parties d'air dans 10.000 è 100.000 parties de fluide, en poids. Les concentrations en volume n'ont pas à excéder 50 c/ô d'air dans le liquide. Pour l'injection dans le collecteur principal forcé on peut obtenir des résultats utiles à des niveaux de concentration beaucoup plus faibles qui peuvent tomber jusqu'à 1 b 5 % en volume. L'aération des puits humides peut être efficace à des débits d'alimentation nettement plus faibles. Dans ce cas, la limitation est déterminée par le dégazage à l'ooil du rotor de la pompe, oui. peut conduire finalement au désar-morçage de cette pompe. Le niveau de saturation pour l'aération de l'eau est de près de 20 parties par million d'air dissout en poids. Pâur les eaux résiduaires, on peut s'attendre à une limite de saturation nettement inférieure, compte tenu de la présence de auantité supplémentaire de gaz contaminant et de matière dissoute, par exemple pour l'aération. Dans le cas de l'oxygénation les niveaux de saturation de l'oxygène dissout dans l'eau sont de l'ordre de 40 à 50 ppm, en poids. Pour l'ozonation, dans le cas nui utilise l'oxygène comme véhicule, à une concentration de 6 & d'ozone dans l'oxygène on emploie l'intervalle de saturation de l'oxygène dissout correspond h des concentrations d'ozone dans le liquide d'environ 2,5 ppm, en poids. Les intervalles indiqués peuvent être utiles comme intervalles préférés maximales de concentration du gaz dans le liquide. Ainsi ou'il est bien connu, les collecteurs forcés travaillent par intermittences ou à débit variable en fonction du débit du courant affluent à l'entrée du puits humide et des réglages de 71 45943 35 2126987 de niveau utilisés pour commander les pompes. Lorsque les pompes s'arrêtent, une onde de pression se propage dans le réseau, elle est ensuite réfléchie, revient en sens inverse et oscille périodiquement, pour finir par disparaître par amortissement. Les fluctuations de pression se produisent au-dessous et au-dessus du niveau de pression statique qui régne dans la canalisation. Les différences de pression peuvent être comparables à la différence entre la pression dynamique et la pression statique, ou bien elles peuvent être supérieures à cette différence. Ces ondes de pression sont habituellement appelées " coups de bélier L'air qui est présent dans un collecteur principal forcé, en raison de l'aération des eaux résiduaires exécutée pour limiter la septicité, affecte ces ondes de pression. La présence d'air réduit les différences de pression, et réduit également la vitesse de propagation des ondes de pression dans le collecteur principal, d'un^fextrémité à l'autre, et l'air amortit rapidement les oscillations dépression, comparativement à la réaction d'un collecteur principal forcé à l'arrêt brutal des pompes dans le cas d'absence d'injection d'air dans ce collecteur principal. Tous ces résultats sont avantageux et constituent un avantage résultant de la pratique de l'injection d'air dans les collecteurs forcés. Il est donc visible que les collecteurs forcés utilisés pour les eaux résiduaires, les eaux d'alimentation ou les liquides en général , par exemple l'huile, peuvent" tirer.avantage de l'aération, ou d'une injection de gaz inerte, tel que l'azote ou le gaz carbonique. Les gaz préférés sont ceux qui ne sont pas excessivement réactifs et qui présentent des niveaux de saturation relativement bas dans le liquide transporté. Le choix d'un gaz a niveau de saturation relativement bas réduit la capacité qu'il est nécessaire de donner au compresseur de gaz pour injecter une quantité de gaz supérieure à la concentration de saturation. Les résultats avantageux obtenus sur la diminution de pression proviennent principalement de la fraction non dissoute du gaz. On peut citer comme exemple un réseau collecteur d'égouts municipaux relativement dispersé, qui a été équipé d'un appareillage d'aération conforme aux principes donnés ci-dessus. Avant l'aération , les eaux d'égouts reçues par la station de traitement était septiques, elle présentait une proportion d'oxygène dissout nulle ou réduite à des traces et, n'exerçaient aucune demande sur l'oxygène dont elles étaient saturées après leur introduction dans 71 45943 36 2126987 la station. Au contraire, lorsaue tous les collecteurs principaux forcés et les puits humides ont été aérés, l'oxygène dissout des eaux d'égouts brutes reçues par la station atteignait une propor-5 tion de 3*4 ppm. Les eaux d'égouts pouvaient être traitées, ce qui est indiaué par une demande d'oxygène de plus de 1,0 ppm par heure. La teneur en oxygène dissout était suffisante pour entretenir des conditions d'activité aérobie pendant toute la durée de la sédimentation primaire. L'effluent de ce premier étage de traitement 10 présentait encore une concentration d'oxygène dissout de plus de 1,0 ppm. Ces résultats montrent clairement l'efficacité du principe d'aération. La suppression des odeurs de décompostion septique constitue un autre résultat notable. Système d'intégration. L'ensemble des unités de la Fig. 1 peut être utilisé 15 pour le traitement des eaux résiduaires. Un mode d'utilisation consiste à laisser tous les éléments flotter sur la canalisation lorsque la charge hydraulique et organique affluente varie. Les variations de ces deux charges sont de grandes amplitudes. Par rapport à la charge journalière moyenne, la variation peut attein-20 dre - 75 Une variation de * 60 % est habituelle. Les autorités prescrivent habituellement que la qualité de l'effluent ne doit pas à aucun moment sortir des limites prescrites. Du fait de la très grande variation de la charge d'entrée, ceci signifie que le traitement doit être surdimensionné et réglé de manière à surtraiter 25 les eaux résiduaires pendant la plupart du temps, ou bien que le traitement et les installations doivent être convenablement calculés mais que l'obtention du degré nécessaire de traitement à tout moment quelconque exige une commande relativemenijèompliquée. Dans ce dernier cas, les dépenses d'investissement de capitaux et de frais 30 d'exploitation peuvent être plus faibles. Toutefois la solution adoptée habituellement par les ingénieurs tend vers la technique de surdimensionnement. Cette technique consiste à prévoir des dispositifs pour une charge de pointe et munis de moyens de commande et de régulation simplifiés, de façon à obtenir un degré de trai-35 tement satisfaisant.pour les conditions fixes de charge. Chaque fois que la charge d'entrée est différente, la aualité de l'effluent varie, ce qui réfléchit habituellement une dépense excessive de traitement et, quelquefois, une dégradation du traitement en raison du surdimensionnement. ^0 Des essais ont montré qu'en utilisant les installations 1 45943 37 2126987 éauipées du bac de sédimentation tel oue défini dans le présent mémoire, la concentration d'oxygène dissout, DO à l'arrivée dans le bac: est d'environ 2 à 3 ppm et qu'elle est d'environ ] à 1,5 ppm ? la sortie du bac, pour établir et entretenir exactement les conditions d'activité aérobie pour* le traitement biologique. Ces conditions d'activité aérobie restent conservées dans l'effluent pendant 20 à *10 minutes après la sortie du bac de sédimentation. La situation critioue consiste à établir et entretenir des conditions d'activité aérobie entre les collecteurs et les installations cfe traitement biologique. 71 45943 38 2126987 REVENDICATIONS 1 - Installation pour la suppression de la nollution caractérisée en ce qu'elle ccm.nrend : un tac de sédimentation primaire et des moyens nour :itraduire l'emuent résiduaire brut dans le bac en vue de lui 'sire subir une décantati <>n ; un di :esteur et des no;;ens qui seul irer.t la boue du bac de sédimentation primaire et l'introduisent dans ce di-esteur : un bac de traitement biolo-"ique primaire, des moyens pour amener 1'effluent du bac de sédimentation primaire au bac de traitement biolo gique orimaire,des moyens peur injecter un ;az contenant de 1 'oxy-ène dans l'e*,rTuent, dans des conditions d'$ c-:.un :s intense d'énergie entre le bac de sédimentation primaire et le bac de traitement biolo ;ique orimaire ; des moyens qui recyclent à un débit réglable une partie de l'effluent sortant du bac de traitement biologique primaire au bac de sédimentation orimaire ; un deuxième bac de traitement biologique qui reçoit le reste de l'e "'luent du bac de traitement biolo--ique orimai~~;un tac de sédimentation secondaire qui reçoit l'effluent du bac de traitement biologique secondaire ; et un bac de désinfection oui reçoit l'e ':'luent du bac de sédimentation secondaire et qui rejette l'e ""luent entièrement traité. 0 - Installation suivant la revendicat'.on 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens qui injectent sélectivement un •az conter.'-nt de 1 ' o:cy -'-ne dans des conditions d'écr an-e intense n'ener e dans l'effluent, au -ours du retour de cet ef"luent du bac de traitement ciolo ique "rimaire au bac de sédimentation pri-r maire, et dans le bac de désinfection,pour maintenir l'effluent dans des conditions d'activité aérobie dans toute l'installation. ; - Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une canalisation de recyclage secondaire qui relit le bac de sédimentation secondaire à l'entrée du bac de trai-D tement biologique primaire, et une canalisation de recyclage des boues qui va du bac de sédimentation secondaire à l'entrée du bac de traitement biologique secondaire, et des moyens qui soutirent les boues du bac de sédimentation secondaire et les envoient du digesteur. ; 4 - Installation suivant le revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens qui injectent un -az contenant de l'oxygène dans des conditions d'échange intense d'énergie dans la canalisation de recyclage des boues qui va du bac de sédimentation secondaire au bac de traitement biologique secondaire, et des moyens ,BAD ORIGINAL 71 45943 39 2126987 qui renvoient la fraction surnageante du digesteur dudit digesteur à l'entrée du bac de sédimentation primaire. 5 - Installation suivant la revendication h, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour injecter un ;az contenant de l'ozone dans des conditions d'échange intense d'énergie dans 1'e'^luent,entre le bac de sédimentation secondaire et le bac de désinfection et des moyens pour injecter un ;az contenant de l'ozone dans l'effluental1 intérieur dudit bac de désinfection pendant que cet ef"luent est soumis à un gradient hydraulique. - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que d'une part, un bac de désinfection, qui reçoit le courant affluent-sortant lu bac de traitement biologique, comprend des moyens qui injectent un gaz contenant l'ozone dans ledit courant affluent, dans des conditions d'échange intense d'énergie, au cours 15 du parcours de ce courant à travers le bac de désinfection sous un gradient de pression hydraulique, de manière à réduire au niveau voulu le population de bactéries tenue dans ce courant, et d'autre part,il est prévu des moyens pour injecter dans le courant affluent pendant son écoulement, une quantité d'un gaz contenant de l'oxygène 20 suffisante oour que le courant conserve des conditions d'activité aérobie pendant toute la durée de son passage dans le bac de sédimentation, le bac de traitement biologique et le bac de désinfection 7 - Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour- soutirer sélectivement les 25 boues du bac de sédimentation et pour recycler le courant affluent du bac de traitement biolo-ique au bac de sédimentation, et des moyens pour injecter, dans des conditions d'échange intense d'énergie,un îaz contenant de 1'oxygène,dans le courant affluent recyclé. ? - Installation suivant la revendication 1, caractérisée 30 en ce que le bac de sédimentation primaire comprend un bac cylindrique de grand diamètre, une cheminée d'entrée du courant affluent prévue dans le bac, et disposée verticalement dans l'axe de ce bac, des moyens qui pompent le courant affluent pour le faire circuler de l'extrémité inférieure de la cheminée de bas en haut dans cette 35 cheminée et l'en expulser, un diffuseur de ferme circulaire prévu à l'extrémité supérieure de la cheminée et qui reçoit le courant affluent et le décrarge sur toute la circonférence dans une direction à peu près tangentielle à la surface de la matière affluente contenue dans le bac, des moyens pour maintenir le niveau de cette 40 matière affluente à proximité du bord supérieur du bac, de façon 1 45943 40 2126987 que la sortie du diffuseur soit à peu t>rès tangente à la surface suoérieure du contenu du bac, la section totale du courant passant de la cheminée d'entrée au diffuseur étant é?;ale à la section5' totale de sortie du diffuseur,sur la circonférence externe de ce dernier, le diffuseur ayant une surface supérieure a peu orès horizontale et une surface inférieure hyperbolique, de façon à former un raccordement progressif entre l'extrémité supérieure de la cheminée et le sonnet de sortie du diffuseur,de telle sorte que le courant affluent pornos de bas en haut dans la cheminée et qui passe dans le diffuseur reste dans un état d'écoulement laminaire, et au moins une volute placée pour entourer la cheminée du courant affluent au dessous du diffuseur,une pompe combinée avec cette volute pour "aire circuler la matière affluente dans le bac en écoulement laminaire et non turbulent et pour envoyer la matière affluente collectée Dar la volute au bac de traitement biologique , des moyens qui soutirent les boues de la partie inférieure du réservoir, dans la région adjacente à l'extrémité inférieure de la cheminée, et des moyens qui règlent le débit d'arrivée du courant affluent au bac et de sortie de ce courant de ce bac de manière, que l'écoulement circulant dans ce bac reste constamment à peu près laminaire. 9 - Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent une vanne d'entrée qui rè -.le le débit du courant affluent que la pompe fait circuler dans la cheminée d'entrée et une vanne prévue sur la volute pour régler le débit refoulé par ladite pompe de la volute. 10 - Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le bac cylindrique comporte un couvercle et un déversoir de trop olein qui entoure le bord supérieur du couvercle et des moyens qui transmettent le courant affluent du déversoir de trop plein au bac de traitement biologique primaire. 11 - Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le bac de sédimentation primaire comprend de Dlus des détecteurs placés à l'intérieur du bac pour capter la concentration d'oxygène dissoute et de la charge organique dans le courant a ffluent. 12 - Installation suivant la revendication 11, caractérisée en ce qu'un tamis est interposé entre la sortie de la cheminée d'entrée de l'affluent et le diffuseur, pour régulariser l'écoulement passant de la cheminée dans le diffuseur et pour recueillir V 45943 41 2126987 les graisses et écumes. 13 - Installation suivant la revendication 12,caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux volutes dicposées au centre du bac, autour de la cheminée d'entrée, et des moyens qui commandent sélectivement la position en hauteur des volutes dans le bac, et chaque volute présentant une surface inférieure hyperbolique, de forme analogue à la forme de la surface inférieure du diffuseur, de manière à améliorer encore l'écoulement laminaire du courant affluent à son entrée dans la volute dans laquelle il est débité oar la pompe. 1*4 - Installation suivant la revendication 13, caractérisée en ce que la pente de la ferme hyperbolique des volutes et du diffuseur est d'environ 7% et elle s'infléchit pour prendre une direction à peu près parallèle à la surface libre de la matière affluente contenue dans le bac et le diffuseur présente une dimension radiale à peu près égale à un tiers du rayon du bac. 15 - Procédé de suppression de la pollution des eaux résiduaires, caractérisé en ce que : on amène le courant affluent d'eaux résiduaires brutes dans un bac de décantation dans des conditions d'écoulement laminaire pour séparer le liquide des matières solides ; on soutire séparément le liquide et les matières solides de ce bac de décantation et on injecte un gaz contenant de l'oxygène dans le courant affluent liquide dans des conditions d'échange intense d'énergie, on fait circuler le liquide sur un-milieu filtrant dans un filtre à égouttement tout en maintenant des conditions d'activité aérobie sur toute l'épaisseur du filtre,on collecte le courant à sa sortie de la base du filtre et on ajoute à ce courant un gaz contenant de l'ozone dans des conditions d'échange intense d'énergie jusqu'à ce qu'on ait obtenu le de ;ré voulu de destruction des bactéries,tout en faisant circuler simultanément le liquide dans une zone de gradient de pression hydraulique. 1(~ - Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce qu'on injecte un za.z contenant de l'oxygène dans le courant af "luent en divers points du parcours de ce courant, pour maintenir ce courant affluent dans des conditions d'activité aérobie pendant toute la durée du traitement,1'injection de jaz contenant de l'oxygène s'effectuant dans des conditions d'échange intense d'énergie, et l'écoulement du courant affluent au point d'injection du gaz étant à un nombre de Reynolds supérieur à 3 000, et on détermine 1 45943 H2 2126987 de nouvelles conditions d'échange intense d'énergie dans le courant affluent en aval du point d'injection du gaz,. pour maintenir une concentration constante de Op sans gradients dans le courant affluent. 1~ - Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'on recycle sélectivement une partie du courant affluent du filtre à égouttement au bac de décantation, on soutire les boues de ce bac de décantation pour les envoyer à un appareil digesteur des boues et on recycle le surnageant du digesteur en l'envoyant à l'entrée du bac de décantation. l'r - Procédé suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'on soumet le courant sortant du filtre à égouttement à un deuxième traitement de "iltration et le courant sortant du deuxième "iltre à une deuxième sédimentation et on recycle le courant affluent du deuxième traitement de sédimentation au premier traitement de filtration, les deux traitements de filtration opérant dans des conditions d'activité aérobie pour maintenir une surface de pla- , p 'Z- ques ciologiques d environ l;;m" par nr". 19 - Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'on assure l'optimalisation du traitement en réglant le courant qui traverse le bac de sédimentation et le filtre à égouttement indépendamment du débit de courant affluent arrivant au bac de sédimentation, de "'agon à maintenir une charge hydraulique et or anique r araire à neu près uni:orme pendant une période prédéterminée . 2Q - Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce qu'on maintient la concentration de la charge organique à une valeur constante tandis que la charge hydraulique varie pour maintenir une condition de charge moyenne pendant ladite période prédéterminée.