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"PROCEDE ET APPAREIL DE TRAITEENT DES EAUX D'EGCUT,
ET MATIERES ANALOGUES
Cette invention a pour objet un procédé et un appareil de traitement des eaux d'égoût, et matières analo- gues, plus particulièrement en vue d'en séparer la matière organique et de la convertir en produits utiles. L'inven- tion comprend aussi un procédé cyclique dans lequel'les ma- tières nécessaires pour la continuation du procédé sont four- nies par les déchets traités.
A me sure que les villes et agglomerations s'ac- croissent, le problème consistrint à se débarrasser des eaux et ordures ménagères,détritus et autres déchets organiques devient plus difficile à résoudre et, jusqu'ici, ce problème
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n'a pas reçu de solution pleinement satisfaisante. Les procédés appliqués jusqu'à ce jour dans une mesure assez importante pour qu'il y ait lieu de les mentionner étaient, à de très rares exceptions près, comme ceux dans lesquels les matières étaient transformées en engrais, des procédés visant simplement à se débarrasser des résidus et impliquant non seulement la destruction de toute valeur commerciale que ces résidus étaient susceptibles de posséder, mais aussi une dépense importante pour effectuer cette destruction.
En outre, les procédés antérieurs, surtout ceux dans lesquels on récupérait des engrais ou graisses de savon, mais aussi - quoique à un degré moindre - ceux qui détruisaient les dé- chets, avaient le grave inconvénient que le voisinage des lieux où se faisait l'opération était désagréable ou (et) malsain pour le séjour de l'homme.
On a déjà eu recours à de nombreux expédients pour se débarrasser des eaux d'égoût. Le moyen le plus fa- cile est de les rejeter dans quelque fleuve ou estuaire.
Cette méthode est évidemment anti-hygiénique et entraîne la formation de grands dépôts de matière organique sous forme de boues qui, outre qu'elles sont nuisibles du point de vue sanitaire, présentent l'inconvénient de remplir graduellement les cours d'eaux dans lesquels elles se déposent. Une autre méthode consiste à faire couler les eaux d'égoût sur des couches de sable et à permettre l'infiltration du liquide.
Comme la boue se dépose sur la couche et dans ses pores, il faut enlever la couche filtrante et s'en débarrasser à des intervalles réguliers. Divers procédés ont été proposés pour traiter les eaux d'égoût mais ces procédés sont coûteux et présentent d'ailleurs des inconvénients tels que la plupart ne sont applicables que comme pis-aller.
La présente invention rend possible de traiter les eaux d'égoût d'une manière qui évite les ennuis susceptibles de résulter d'un tel traitement pour les personnes habitant
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au voisinage d.e l'installation et qui convertit la matière organique en produits utiles ou dont le genre et la quan- tité sont telsqu'ils sont propres à constituer la majeure partie des matières nécessaires pour la continuation du procédé. Il devient ainsi possible de se débarrasser des- dites matières par un procédé continu et s'entretenant de lui-même, ce procédé n'exigeant qu'une faible surveillance et s'adaptant néanmoins d'une façon satisfaisante aux va- riations les plus grandes qui sont susceptibles de se pro- duire dans le débit des eaux d'égoût et dans le type de ma- tières résiduelles qu'elles contiennent.
La matière or- ganique résiduelle peut être séparée à peu près entière- ment des liquides et récupérée. Un avantage important du procédé est du'il permet de convertir la boue ou autre ma- tière organique en une matière filtrante propre à être appliquée dans le traitement pour filtrer les eaux d'égoût à'traiter.
D'un certain point de vue, l'invention comprend un procédé cyclique de traitement des eaux d'égoût, etc.. qui consiste à filtrer ces eaux à travers une couche de matière filtrante appropriée, composée de préférence de morceaux relativement gros de coke poreux, à enlever progressivement des parties de la matière filtrante ainsi, que la matière organique qui s'est déposée sur elle, de préférence du point (ou voisinage du point) auquel les eaux sont admises, à soumettre ensuite la matière ainsi retirée (additionnée le cas écnéant de déchets organiques broyés) à une digestion organique si cela est désirable, à convertir alors la matière organique en une matière filtrante convenable,
ce qu'on réalise de préférence en carbonisant les substances organiques par une distillation destructive donnant un produit analogue à du coke et des gaz utilisables, et à ap- pliquer alors la matière filtrante originale et la matière convertie portée par elle à la filtration des eaux, ce qui
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s'obtient de préférence en ramenant lesdites matières à ou près de la sortie du liquide effluent. On obtient ainsi un procédé par lequel la niatière séparée par fil- tration est convertie en une matière qui sert à filtrer i de nouvelles quantités d'eaux d'égout et qui est par con- séquent susceptible d'être régénérée.
Bien entendu, ce procédé peut être réalisé de façons très diverses et les phases qui viennent d'être énumérées sont susceptibles d'être modifiées considérable- ment, de même qu'un grand nombre d'appareils peuvent être imaginés pour réaliser le procédé sans s'écarter des ca- ractéristiques essentielles de l'invention. La descrip- tion qui suit et les détails de l'appareil représenté dans le dessin annexé n'ont par conséquent pour but que de faire comprendre l'invention et ne limitent celle-ci en aucune façon.
Dans le dessin annexé, qui représente un mode de réalisation de l'invention actuellement préféré par 1'inventeur:
Fig. 1 est une représentation schématique indiquant la relation entre les diverses parties de l'appa- reil.
Fig. 2 est une coupe verticale à plus grande échelle suivant 2-2 (fig. 1) d'une cuve de digestion qui peut être appliquée si on le désire.
Fig. 3 est une coupe verticale des cuves de filtration suivant 3-3 (fig. 1).
Fig. 4 est une coupe verticale longitudinale du déshydrateur.
Fig. 5 est une vue en plan des quatre unités de la couche filtrante et de la cuve de digestion.
Dans la fig. 1, les eaux d'égoût passent à tra- vers une couche filtrante convenable, représentée en 23,
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dont des parties sont enlevées successivement par un trans- porteur 31 qui retire de l'extrémité inférieure de la couche la matière filtrante et la matière organique déposée sur el- le et les amène au point de traitement suivant. Il est pré- férable de soumettre ensuite la matière à une digestion organique, de préférence anaérobie, dans la cuve de diges- tion 13, et l'on peut l'additionner de détritus organiques réduits en morceaux par un broyeur 14.
Qu'une digestion soit ou non appliquée, la matière filtrante et la matière organique recueillies sont finalement transportées (par le transporteur 60 dans le mode de réalisation représenté) à un appareil propre à rendre la matière organique recueillie apte à être réutilisée comme matière filtrante. Ceci peut être réalisé en faisant passer ladite matière à tra- vers un déshydrateur 16, puis à l'intérieur d'une cornue 17 dand laquelle elle est soumise à une distillation des- tructive produisant un gaz combustible et un résidu de coke ou analogue. Ce résidu peut alors être amené, par l'inter- médiaire d'un tamis convenable 19 sur un transporteur 20 qui le ramène à l'appareil à filtrer en vue de sa réutilisa- tion dans le procédé.
Dans la fig. 1, on a aussi représen- té d'autres caractéristiques qu'on décrira ci-après plus en détail et qui peuvent être appliquées si on le désire.
On se référeramaintenant aux fies. 3 et 5. Les eaux d'égout arrivent par un tuyau 25 à un filtre convena- ble qui, dans le présent exemple, est composé de quatre u- nités ou couches dont trois sont désignées en 2 3 et la qua- trième en 24, disposition qu'on a trouvé très satisfaisante et qui procure certains avantages.
La matière filtrante, indiquée par les zones ponctuées, peut évidemment être composée de diverses substances, mais on a trouvé dans la pratique qu'un coke poreux en morceaux relativement gros donne d'excellents résultats et c'est cette matière que préfère l'inventeur parce que, tout en permettant. au liquide de pas-
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ser assez librement à traversles interstices existant entre les morceaux, 'les matières insolubles des eaux d'é- goût, et en particulier les particules constituant la boue, se déposent facilement sur lesdits morceaux etdans les pores de la matière fil branle.
Le coke qu'on a trouvé leplus approprié à cet effet est un coke obtenu, par exemple, à l'aide du charbon de la Follette, Tennessee, ayant été soumis à une dis- tillation à basse température commençant à 3200 C environ et s'élevant graduellement jusqu'à 6000 C. Ce traitement laisse un coke qui est extrêmement poreux intérieurement mais est lisse et assez dense extérieurement, Pour, conver- tir ce coke en une matière filtrante désirable, il est bon de le casser en morceaux relativement gros, de préfé- rence tels qu'ils passent à travers un tamis à mailles de 2,5centimètres*
Il est préférable de donner à chacune des unités ou couches du filtre la forme d'un cône, comme représenté,
ou une forme analogue propre à obliger les eaux d'égoût à tra- verser l'unité en montant de l'extrémité inférieure à l'ex- trémité supérieure de la dite unité. Diverses constructions peuvent être ..appliquées pour diriger les eaux d'égoût vers l'extrémité inférieure de la couche, mais il est préfé- rable de prévoir dans chaque unité une plaque-chicane 26 constituant un compartiment dans lequel on introduit les eaux qui descendent dans ce compartiment et passent autour de l'extrémité inférieure de la chicane, comme indiqué en pointillé dans la fig. 3, pour pénétrer dans la partie inférieure de la matière filtrante. La construction particulière représentée présente plusieurs avantages.
Si le filtre possède une forme conique, le liquide s'étale latéralement et la vitesse de son écoulement diminue à mesure qu'il s'élève, ce qui a apparemment comme résultat d'assurer un meilleur dépôt de la boue. En outre, il est
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ainsi plus facile de retirer la matière de l'extrémité in- férieure de la couche à l'aide du transporteur 11, 12. A mesure qu'on retire ainsi des éléments successifs de la couche, le poids de cette couche l'oblige à descendre sous l'action de la pesanteur, et ce mouvement a comme résultat de faire descendre la matière filtrante en sens inverse du mouvement d'élévation des eaux d'égoût.
Cette construction permet en outre d'enlever d'abord la matière la plus contaminée, qui se trouve à l'extrémité inférieure de la couche, tout en permettant d'introduire une nouvelle quantité de matière fil- @ trante fraiche à l'extrémité supérieure ou de sortie du li- quide effluent. A mesure que la matière filtrante descend, elle fait aussi mouvoir les morceaux de coke les uns par rap- port aux autres, ce qui est avantageux corme il sera.expliqué/
Dans le mode de réalisation représenté, le liquide effluent se rend par le tuyau 29 à l'unité suivante, derrière la chicane 26 de cette unité, traverse la matière filtrante de cette unité et arrive à la troisième unité, d'où il passe de la même manière à la quatrième unité 24.
Les trois unités 23 peuvent être de construction identique, comme représenté. La quatrième unité 24 pourrait être aussi de la même construction, mais on a représenté en 30 un exemple d'un dispositif permettant de stériliser le liquide effluent, si on le désire. Ce dispositif peut con- sister en une bobine de fil métallique à travers laquelle on fait passer une décharge électrique à haute fréquence ou autre suffisante pour tuer ou sensiblement tuer toutes les bactéries qui subsistent. Il est évident qu'une stéri- lisation de ce genre ne sera pas nécessaire dans tous les casa
Pour retirer la matière filtrante avec la matière organique déposée sur elle, on peut prévoir une grande variété de mécanismes.
On a représenté un de ces mécanismes sous forme d'une bande transporteuse 11 munie de saillies 31
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(fig. 1) partiellement enveloppées par une boite ou conduit 12. Ce transporteur descend jusqu'à l'extrémité inférieure du filtre à l'intérieur de la chicane 26 de façon à retirer des parties successives de la matière filtrante et à les entraîner vers le haut. 27, 27 désignent des ouvertu- res prévues dans la chicane 26 et au bord desquelles on dis- pose des saillies internes propres à empêcher leur obs- truction. A mesure qu'on retire la matière filtrante, le reste de la couche descend sous l'action de la pesanteur et, dans cette action, la couche se rompt et les morceaux individuels offrent continuellement de nouvelles faces à l'écoulement du liquide.
Ceci constitue un avantage en ce sens que les morceaux recueillent dans leurs pores une quantité plus grande de particules de boue que ce serait autrement le cas.
Le conduit 12 est aussi muni, dans lemode de réa- lisation représenté, d'une branche qui s'étend vers le bas, pénètre dans la cuve de digestion et par laquelle la ma- tière tombe du transporteur. 32 désigne un tuyau vissé dans le coude du conduit 12 et permettant d'en retirer le gaz susceptible de s'y accumuler. La partie inférieure de la branche courte du conduit 12 peut descendre au-dessous du niveau du liquide que renferme la cuve de digestion et peut être !. actionnée verticalement, comme représenté, pour empêcher qu'il s'y accumule une quantité e@xagerée de gaz provenant de la cuve de digestion.
Dans la construction représentée, dans laquelle le filtre est divisé en plusieurs unités distinctes, chacune de ces unités est munie d'un transporteur (indiqué Séné- ralernent en 12), et ces divers transporteurs, de cons- truction analogue, puisent et transportent des parties suc- cessives des couches filtrantes respectives de la même ma- nière que celle précédemment décrite au sujet de la pre- mière unité. On remarquera que, dans chacune des unités,
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les eaux d'égout se meuvent de bas en haut en contre-courant par rapport au mouvement auquel la matière filtrante est soumise par l'effet de l'enlèvement effectué à son extrémité inférieure.
Si la matière enlevée doit être digérée préalablement à sa carbonisation, ce que préfère l'inventeur, on peut ef- fectuer cette digestion dans l'appareil représenté. Dans ce cas, 13 représente une cuve d'emmagasinage et de digestion relativement grande. Une construction de ce genre présente plusieurs avantages. Il est bien connu que, dans certains cas où il s'agit de se débarrasser d'eaux d'égout, le débit de ces eaux est beaucoup plus grand à certaines époques ou jours qu'à d'autres. Par exemple, aux lieux de villé- giature et lieux analogues, le volume des eaux d'égout les dimanches ou jours de fêtes peut être plusieurs fois celui des autres jours. Il est préférable que l'installation soit agencée pour tenir compte des "pointes" de débit de ce genre.
Il est par conséquent désirable d'avoir une cuve d'emmagasi- nage assez grande pour recueillir la "pointe" de. débit pendant le temps nécessaire sans que ceci oblige à prévoir un nombre de cornues ou autres appareils de carbonisation correspondant au débit en pointe. Le pouvoir que possède la couche filtrante de traiter un débit augmenté de ce genre n'est limité que par la vitesse à laquelle la matière fil- trante usagée peut être éliminée et celle à laquelle la ma- tière filtrante fraîche peut être fournie. La cuve 13 peut par conséquent se comporter à la façon d'une cuve d'emmagasi- nage en même temps que d'un appareil de digestion, et l'on peut traiter le débit en pointe en augmentant la vitesse d'alimentation en matière filtrante des unités de filtra- tion et la vitesse d'extraction de la matière filtrante usa- gée.
La digestion de la matière retirée présente l'a- vantage qu'on peut tirer parti des gaz utilisables susceptibles
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d'être engendrés, par exemple pour le séchage de la boueo Quoique la digestion puisse être réalisée de façons di- verses, ainsi qu'il est évident pour l'homme du métier, il est préférable de la réaliser par un procédé anaérobie.
Dans cette cuve de digestion, on maintient des ' conditions favorables à une digestion anaérobie, ce qui convertit une partie importante de la matière organique présente en gaz combustible principalement composé de' méthane. Dans le mode de réalisation représenté, les ma- tières brutes sont distribuées à la partie supérieure de la masse et, à mesure que la digestion s'accomplit, ces matières descendent vers l'extrémité inférieure de la cuve conique d'où le résidu, lorsqu'il a été suffisamment digéré, est transféré par un transporteur 15 à un tamis de déshydratation 16 dans lequel la majeure partie de l'eau peut être séparée de la matière.
On se référera maintenant à la cuve de digestion 13 des figs. 1 et 2, cette cuve représentant un mode de réalisation d'un appareil de ce genre. La,cuve 13 possède de préférence une forme approximativement conique et est fermée par un couvercle 36. 41 désigne un tuyau d'échap- pement par lequel peut passer le gaz engendré.
Le niveau du liquide, indiqué en 34, est maintenu par un trop-plein 43 dont on peut régler convenablement la position à l'aide d'une vis 460 Des chicanes 35 descendent jusqu'au niveau du liquide et pénètrent dans des auges ou gouttières 39 constituant un mode de réalisation d'un dispositif d'écumage susceptible d'être appliqué, si on le désire. Comme les chicanes consécutives constituent entre elles des com- partirnents, le gaz engendré est obligé de passer autour de l'extrémité inférieure de chaque chicane pour pénétrer dans le compartiment de gauche suivant, ce gaz entraînant une partie de la graisse et de l'huile qui surnagent.
Le gaz ,la graisse et l'huile sont finalement recueillis dans.
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le compartiment 37 qui renferme un tuyau d'évacuation ré- glable 40 et par lequel la graisse et l'huile peuvent s'é- chapper.
Si l'on désire soumettre à une filtration com- plémentaire le liquide effluent de la cuve de digestion , on peut constituer une colonne filtrante 33 -- composée de coke ou d'une autre matière filtrante -- à l'aide d'une chi- cane 4'la qui sépare cette partie de la cuve de la partie restante. 49 désigne une trémie par laquelle on peut in- troduire de la matière filtrante fraîche. Pour recueillir et évacuer les gaz susceptibles d'avoir été engendrés dans la colonne filtrante 33 ou de pénétrer dans cette colonne, on peut prévoir des orifices 47. Pour empêcher le liquide de passer directe:nent de la cuve de digestion pro- prement dite à la colonne filtrante, on peut prévoir une boîte 48' ouverte sur le côté des orifices mais autrement fermée, conjointement avec un tuyau d'évacuation 48 qui débite dans la partie supérieure de la cuve.
42 désigne un registre convenable susceptible dtêtre déplacé comme représenté en 50 et à l'aide duquel on peut régler convenablement la communication entre la cuve proprement dite et la colonne filtrante. '
51 représente les serpentins de chauffage qui peuvent être prévus, si on le désire, pour régler la tem- pérature de la matière en cours de digestion.
Si l'on désire ajouter une matière organique rési- duelle telle que des ordures ménagères, on peut le faire en broyant ces déchets à l'aid.e d'un broyeur convenable in- diqué en 14 dans la fig. l, d'où la matière organique broyée peut pénétrer dans la cuve de digestion.
La matière organique digérée et la matière filtran- te, tant celle retirée de la couche filtrante que celle descendant dans la colonne filtrante 33, se meuvent graduel- lement sous l'action de la pesanteur jusqu'à l'extrémité
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inférieure de la cuve, d'où elles peuvent être retirées par une bande transporteuse 60 située dans la boite 15 et être distribuées à un déshydrateur 16 qui en élimine la majeure partiede l' eau. Ce déshydrateur peut être de toute cons- truction convenable, Dans la fig.
4, on a représente' plus en détail un mode de réalisation qui comprend des tamis 52 allant en s'inclinant vers le bas et des vis d'Archimède 57 qui peuvent être utilisées pour diviser la matière séchée et la refouler vers le bas dans un tuyau aboutissant à la cornue 17. Ce tuyau est muni d'une vanne ou robinet conve- nable 53. Un tuyau 54 peut être prévu pour évacuer le flui- de drainé et le ramener dans la cuve de digestion, par exem- ple.
55 est un tuyau aboutissant au déshydrateur et par lequel on peut faire passer des gaz chauds qui contri- buent à sécher la matière, ou bien , si on le désire, on peut conduire la matière à un dispositif d'aspiration convenable -- non représenté -- qui facilite le séchage.
La corne 17 constitue un mode de réalisation d'un dispositif permettant de convertir la matière organique en une matière susceptible d'être utilisée pour filtrer les eaux d'égoût admises. Ceci s'obtient de préférence en car-. bonisant cette matière, par exemple par une distillation destructive, dans une cornue convenable, dans le but de ,produire aussi des gaz utilisables. La matière à traiter est introduite dans la cornue par l'intermédiaire d'un obturateur 53 et est chauffée dans cette cornue à une tem- pérature à laquelle la matière organique se décompose en pro- duisant des gaz et un résidu carbonisé analogue au coke.
On peut.faire passer les gaz engendrés dans la cornue à travers le déshydrateur, puis dans une conduite principale ou barillet 56, et les soumettre ensuite à tout traitement propre à éliminer les sous-produits nuisibles ou de va- peur. Le résidu, est composé du coke initialement distribué aux couches filtrantes et de la matière organique recueillie
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puis carbonisée.
Si l'on désire utiliser ce résidu à titre de coke pour renouveler les couches filtrantes ou la partie desdites couches qui peut être nécessaire, on peut faire passer ce résidu sur un tamis convenable 19, puis sur une bande transporteuse 20 (voir fig. 1) qui le ramène aux fil- tres 23 et 24 de façon à renouveler la couche filtrante de ces filtres au fur et à mesure qu'il peut être nécessaire pour maintenir le niveau de matière filtrante qu'ils ren- ferment.
On remarquera que le procédé qui vient d'être décrit est cyclique ou continu, puisque la matière fil- trante initiale peut être réutilisée continuellement.
En fait, le coke initial est amélioré comme matière fil- trante par la carbonisation de la matière organique logée dans ses pores, car non seulement la quantité de coke aug- mente constamment, mais les pores deviennent plus petits et plus aptes à recueillir les fines particules de matière organique des eaux d'égoût. Le coke résultant est aussi un bon combustible sans fumée et de grand pouvoir calorifi- que. Lorsqu'on le brûle dans un générateur de gaz pauvre ou gazogène, il maintient le coke fragile et facilement pulvérisable qui résulte du traitement de carbonisation et l'empêche d'être entraîné par le courant de gaz hors du ga- zogène.
Comme la quantité de coke initialement fournie aux couches filtrantes augmente au coursdu traitement par suite des apports continuels de résidu de coke résultant de la carbonisation de la matière organique séparée, la quantité de coke produite est toujours supérieure à celle qui est nécessaire pour renouveler les couches filtrantes. Dans le mode de réalisation représenté dans le dessin, 22 désigne un gazogène ou générateur de gaz à l'eau ou de gaz pauvre dans lequel le coke en excès peut être transféré de la cornue 17 par le transporteur 21 et converti en gaz cornbus-
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tible. Le gaz à l'eau ou gaz pauvre ainsi engendré peut ''' être mélangé avec les gaz de la cornue et (ou) les gaz provenant de la digestion, par exemple dans le barillet
18.
Il va desoi qu'on peut transformer en gaz dans le gazogène 22 une proportion plus grande du coke provenant de la cornue 17 et utiliser une certaine quantité de coke supplémentaire provenant d'autres sources pour re- nouveler la couche filtrante, ou qu'on peut utiliser de quelque autre manière le coke de la cornue 17.
On a décrit le mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, mais il est évident que celle-ci est susceptible de recevoir un grand nombre de modifications sans s'écarter de son esprit.