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" PROCEDE POUR LE TRAITEMENT DES EAUX D'EGOUT "
EMI1.1
La présente invention est 1"ei.a1:.J.ve a aes perIec- tionnements au traitement des eaux d'égout et autres liquides perdus.
La forte densité de la population dans les villes, ainsi que la concentration de l'industrie, ont donné lieu à de sérieux problèmes relatifs à la pollution des cours d'eau du fait que l'on évacue dans ceux-ci les eaux d'égout ou autres liquides de rebut, bruts ou seulement en partie purifiés Les eaux d'égout et liquides de rebut, d'origine domestique, municipale ou industrielle, contiennent des quantités variables de matières putrescibles. Ces matières putrescibles consistent, pour la plus grande partie, en composés de carbone, soufre et azote, en combinaison les uns avec les autres et avec d'autres constituants.
L'évacua- tion de ces matières putrescibles dans des rivières ou autres eaux, pollue ces eaux et les rend impropres à l'exis- tence d'animaux aquatiques ainsi qu'à différents usages domestiques et industriels pour lesquels les eaux non souillées conviennent naturellement. Dans certains districts, cette pollution des eaux voisines, dans lesquelleson a
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évacué des eaux d'égout contenant des matières putrescibles, non seulement est une gène intolérable, mais encore cons- titue une menace sérieuse pour la santé publique du fait de la contamination de l'alimentation en eau et des baigna- des.
Pour ces raisons, il est non seulement souhaitable, mais dans beaucoup de cas nécessaire, que les matières putresci- bles soient enlevées des eaux d'égout ou, autrement, soient rendues non nocives et inoffensives avant que l'on abandonne définitivement les eaux d'égout en les évacuant dans un coursd'eau voisin. En conséquence, on demande, de façon pressante, un procédé simple, efficace et peu coûteux de purification des eaux d'égout et des liquides de rebut avant de les déverser dans des cours d'eau ou analogues.
Dans les eaux d'égout brutes ordinaires et dans les liquides de rebut analogues, les matières putrescibles se présentent sous deux forme s, à savoir : 1 soluble et, par suite, en solution et 2 insoluble. La matière insoluble peut être présente suivant des dimensions allant des par- ticules grossières et qu'on peut arrêter facilement par tami- sage à celles qui se trouvent à l'état colloïdal. Dans n'importe quelle opération de traitement des eaux d'égout, on a l'habitude d'enlever les matières grossières et lourdes, insolubles et, par suite, solides.
Ceci se fait ordinaire- ment par tamisage. Toutefois, après tamisage, il reste dans les eaux d'égout, non seulement des matières putrescibles solubles, mais encore les matières putrescibles insolubles à l'état finement divisé et, pour la plus grande partie, en suspension c ol l oï dal e .
La concentration de la matière putrescible, à la fois en solution et en suspension, qui se trouve dans les eaux d'égout tamisées, est extrêmement faible; par exemple,
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une eau d'égout municipale moyenne contient environ 160 parties pour un million de matières solides à l'état dispersé ou finement divisé, pour la plus grande partie, en suspension colloïdale. Avec des concentrations relativement aussi fai- bles, les constituants putrescibles de ces matières en suspension réagissent soit pas du tout, soit très lentement avec les quantités de produits chimiques qui les rendraient inoffeusives si elles étaient présentes à l'état plus con- centré. Il n'est, par conséquent, ni efficace ni pratique, de traiter ou de détruire directement la matière putrescible, dans les eaux d'égout.
La présente invention est relative à un procédé permettant de purifier efficacement les eaux d'égout en enle- vant et en traitant, de façon appropriée, les matières pu- trescibles à l'état dispersé et insoluble, ainsi qu'une partie importante des constituants putrescibles solubles et dissous. L'invention est basée sur la découverte qu'en con- centrant la matière putrescible en suspension dans les eaux d'égout, cette matière à l'état concentré peut être effecti- vement détruite ou autrement rendue inoffensive, l'eau d'égout résiduelle pouvant ensuite être traitée efficacement pour rendre inoffensifs les constituants putrescibles.
En conséquence, l'invention envisage la concentration de la matière putrescible en suspension, par exemple, par coagula- tion, floculation ou entraînement dans une boue susceptible de se déposer et l'enlèvement et le traitement appropriés de la matière putrescible concentrée. Cette concentration de la matière putrescible en suspension peut être obtenue avanta- geusement en précipitant dans les eaux d'égout une substance susceptible de recueillir la matière putrescible en suspension dans une boue pouvant se déposer, matière telle
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par exemple qu'une base ou un hydroxyde métallique- Dans son ensemble, la présente invention, envisage un procédé de traitement en deux étapes, dans la première desquelles la matière putrescible en suspension est concentrée et enlevée des eaux d'égout et, dans la seconde,
une quantité importante de la matière putrescible dissoute est enlevée, de préférence, au moyen d'un agent échangeur de base telle qu'une zéolite ou produit analogue.
On comprendra mieux l'application pratique des principes de l'invention, d'après la description qui va suivre, faite en se référant au schéma d'écoulement représenté sur le dessin annexé. Ce schéma d'écoulement représente une disposition d'appareils pour la mise en pratique de l'inven- tion sous sa forme complète considérée actuellement comme la meilleure.
Dans la mise en pratique de l'invention, la matière putrescible à l'état de suspension fine est concentrée jusqu' à un point tel que l'on puisse l'enlever facilement et effecti- vement des eaux d'égout et la traiter de façon appropriée pour pouvoir l'enlever. Conformément au mode de réalisation actuel jugé le meilleur, en vue de réaliser ce traitement, les eaux d'égout tamisées de façon grossière sont traitées par une. solution d'un composé métallique tel que du sulfate ferrique (SO4)3 Fe2, en proportion telle que les eaux d'égout contiennent de 50 à 200 parties ou plus par million de fer (Fe) ou métal équivalent suivant la quantité de la matière putrescible à enlever.
Après mélange intime, on ajoute à l'eau d'égout un alcali, de préférence, de la chaux (CaO) à cause de son faible prix de revient et, de préférence en proportion telle que la matière résultante ait une valeur de
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pH environ 6 à 8. L'alcali fait précipiter le métal sous forme d'hydroxyde (par exemple d'hydroxyde ferrique Fe (OH)3) qui, en se déposant, entraide la matière putrescible en suspension sous une forme telle que l'on puisse la séparer dans n'importe quel genre approprié d'appareil, permettant de séparer les matières solides des liquides tels que, par exemple, un épaississeur, un appareil à décanter, un filtre ou autre appareil de sédimentation ou de clarification.
Le but de cette opération est de concentrer la matière putrescible en suspension dans une boue susceptible de se déposer, en introduisant dans les eaux d'égout une substance insoluble susceptible de recueillir et d'entraîner la matière en suspension dansune boue susceptible de se déposer, par exemple, en précipitant l'hydroxyde de fer sur place dans l'eau d'égout. Le précipité d'hydroxyde ferrique ou base métallique équivalente etla matière putrescible coagulée ou entraînée, sont enlevés de l'eau d'égout résiduel- le sous forme d'une boue. Cette boue peut être traitée pour détruire ou utiliser autrement, de façon appropriée, la ma- tière putrescible qu'elle contient et pour récupérer le métal contenu.
Ainsi, la boue peut être déshydratée et le produit résultant grillé ou incinéré de façon à détruire la matière putrescible et à convertir l'hydroxyde ferrique en oxyde ferrique. L'oxyde ferrique, ou oxyde métallique équivalent, est ensuite traité par l'acide sulfurique pour régénérer le sulfate ferrique.
En pratique, avec une eau d'égout contenant environ 160 parties par million de matières en suspension et nécessi- tant, par dix jours de l'oxygène biologique à raison de 200 à 400 parties par million et ayant un pH de 7 à 7,4, on a constaté que l'on'pouvait obtenir une clarification satis-
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faisante en ajoutant à l'eau d'égout 100 parties par million de fer sous forme de sulfate ferrique et 150 parties par million de chaux. On peut utiliser une quantité d'aluminium sous forme de sulfate d'aluminium égale à la moitié du poids du fer, à la place de celui-ci, avec des résultats presque aussi bons. La chaux peut être remplacée par une quantité équivalente d'ammoniaque, d'hydroxyde de sodium, de carbonate de sodium, de magnésie etd'alcalis équivalents si lescon- ditions rendent ce remplacement intéressant.
L'eau d'égout résiduelle (et maintenant clarifiée) débordant de l'épaississeur ou autre appareil équivalent de sédimentation, de décantation, de filtration ou autre moyen de clarification, avec la liqueur provenant de la déshydratation de la boue, est soumise à une réaction d'échange de bases au cours de laquelle une quantité sensible des bases putrescibles, en solution dans les eaux d'égout, sont échangées ou remplacées par une base non putrescible avec, par suite, une concentration de ces bases putrescibles sous une forme pouvant être traitée et récupérée facilement. Par base putrescible, il faut entendre une base chimique qui peut être utilisée comme aliment par les bactéries ou autres organismes vivants, telle que l'ammoniaque et analogues.
Des substances de la nature des zéolites, susceptibles de donner un échange de bases, constituent des agents d'échange de bases conve- nant dans ce but. Ainsi, la substitution de la base sodium non putrescible à 1 ammoniaque ou autre base putrescible ana- logue, en solution dans l'eau d'égout, peut être obtenue en faisant passer l'eau d'égout résiduelle à travers un lit ou corps approprié d'une zéolite d'échange de bases tel que, par exemple, un filtre à zéolite à échange de bases.
Au cours de cette opération, les composés solubles fortement
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basiques, oxydables, tels que : l'ammoniaque et autres amines, sont retirés de l'eau d'égout par une réaction d'échange de bases qui peut être représentée de façon générale par l'équa- tion suivante : Na2O.xAl2O3.ySiO2.nH2O+2AZH4X (AzH4)2O.xAl2O3.ySiO2.nH2O+2NaX.
Dans cette réaction, l'ammoniaque etles aulnes plus basiques, en solution dans l'eau d'égout, sont pratiquement enlevées quantitativement et remplacées par la base métallique alcaline (sodium) qui se trouve dans la zéolite ou analogue.
La matière quisort, ou filtrat, de cette opération d'échange de bases est un produit final sensiblement exempt de matières putrescibles pour toutes les utilisations pratiques et passe dans le cours d'eau récepteur pour disparaître dé- finitivement.
Au bout d'un temps de travail raisonnable, lorsque le métal alcalin de la zéolite a été remplacé par l'ammoniaque et ana.logue dans une proportion suffisamment grande pour assurer un fonctionnement efficace, l'agent d'échange de bases utilisé est traité par une solution d'un sel d'un métal alca- lin de façon à le régénérer et à extraire et redissoudre l'ammoniaque qui peut être récupérée économiquement sous forme concentrée. Ainsi, dans le cas d'un filtre à zéolite, le filtre est lavé en contre--courant avec une solution con- centrée de chlorure de sodium ou sel commun (par exemple 200 à 300 grammespar litre).
Ceci ramène la zéolite à son état primitif en renversant la réaction d'échange de bases ci- dessus, l'ammoniaque passant en solution à l'état de chlorure d'ammonium et il peut être rapidement récupéré de cette solution. Par exemple, la solution saline utilisée peut être traitée aveu de la chaux ou autre alcali et l'ammoniaque résultant séparé par 'distillation et recueilli d'une façon
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appropriée quelconque. Cet ammoniaquerécupéré peut, si on le désire, être ramené au premier stade de l'opération de traite- ment comme alcali pour précipiter l'hydroxyde métallique.
Chaque partie par million de l'azote de l'ammoniaque présent donne approximativement cinq kilos d'ammoniaque par 3.800.000 litres d'eau d'égout traitée, ammoniaque qui peut, si on le désire, être récupéré sous forme vendable, ce qui réduit sensiblement le coût du traitement.
Les exemples suivants montrent l'efficacité du traitement des eaux d'égout conformément à l'invention :
1 - Eau d'égout traitée avec 200 p.p.m. (parties par million) Fe à l'état de (S04)3 Fe2;Fe(OH)3 est précipité par NaOH
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<tb> Demande <SEP> eu <SEP> o-:
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<tb> xygène <SEP> biolo-: <SEP> Az <SEP> organique <SEP> Az <SEP> de <SEP> l'ammo-
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2 - Eau d'égout traitée avec 100 p.p.m. Fe à l'état de (SO)3Fe2; Fe (OH)3 précipité par CaO.
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D.O.B. <SEP> en <SEP> Az <SEP> organique <SEP> : <SEP> Az <SEP> de <SEP> 1.' <SEP> ammo-- <SEP>
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<tb> : <SEP> brute <SEP> 322 <SEP> p.p.m. <SEP> : <SEP> traces <SEP> 24 <SEP> p.p.m.
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; <SEP> Produit <SEP> sor-
<tb> :tant <SEP> final <SEP> 40 <SEP> p.p.m. <SEP> : <SEP> 2 <SEP> p.p.m.
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Dans chaque exemple, la plus grande partie de l'en- lèvement de l'azote a eu lieu dans l'opération d'échange de
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bases et sensiblement tout l'azote enlevé au cours de cette opération était présent dans l'eau d'égout résiduelle (clarifiée) à l'état d'azote "basique", c'est-à-dire à l'état d'ammoniaque ou d'amino composé.
Dans la disposition d'appareils représentée sur le schéma de circulation du dessin annexé, l'eau d'égout brute passe d'abord à travers un tamis grossier 1, puis à travers un tamis fin 2 de façon à enlever les matières soli- des grossières et lourdes. L'eau d'égout tamisée est intime- ment mélangée avec du sulfate ferrique ajouté dans un mé- langeur 3 du type à chicanes. On a constaté qu'il était avantageux d'aérer l'eau d'égout pendant les opérations de mélange ou d'addition de chaux, étant donné que cette aéra- tion abaisse sensiblement la quantité d'oxygène biologique nécessitée par le produit sortant final. On obtient des résultats satisfaisants en effectuant l'addition de chaux dans un réservoir 4 avec agitation d'air.
Les réservoirs de dépôt ou de sédimentation 5 sont, de préférence, du type à fonctionnement continu dans lequel la boue qui se dépose est retirée continuellement du fond et la liqueur résiduelle (eau d'égout clarifiée) est continuellement reti- rée par débordement sur le pourtour supérieur du réservoir.
L'eau d'égout résiduelle passe à travers une batterie d'ap- pareils à réaction à zéolite 6 du genre de filtres. La solution saline de lavage en contre-courant peut être envoyée à travers le lit de zéolite jusqu'à ce qu'elle ait absorbé une quantité déterminée d'ammoniaque ou corps analogue et le lit de zéolite est alors finalement lavé en contre-courant avec une solution saline fraîche. Ces solutions salines viennent des récipients 1 et le liquide qui sort des appa- reils à zéolite dans ce lavage en contre-courant vient en 8 où se fait la récupération de l'ammoniaque.
Entre lesréservoirs de dépôt 5 et lesappareils
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à zéolite 6, le liquide passe dans un filtre 9 où est arrêté. le 3 Fe (OH)3 avec les matières entraînées en suspension. La matière solide arrêtée sur le filtre est anenée à l'inciné- rateur 10 et, de là, passe en 11 où se fait la régénération du sulfate ferrique au moyen d'acide sulfurique venant de 12. Après régénération, le sulfate ferrique est emmagasiné en 13 pour ensuite passer, selon lesbesoins, dans le mélan- geur 3.
La quantité de matières solides en suspension dans l'eau, d'égout ou autre liquide de rebut analogue filtré peut varier considérablement, même en provenant de la même ori- gine, suivant le moment où ces liqueurs sont. recueillies.
Ainsi, de l'eau d'égout ordinaire filtrée peut contenir de 50 à 400 parties ou plus par million de matières en suspen- sion. L'eau d'égout municipale ordinaire, (tamisée) contient en moyenne 160 parties par million de matières solides en suspension. Des recherches faites ont montré que le fer en quantité variant d'un tiers à deux tiers de la quantité de matières solides en suspension sert efficacement (lorsqu'il est précipitéà l'état d'hydroxyde ferrique) à recueillir et à précipiter sensiblement toutes les matières en suspen- sion. Lorsque l'on utilise de l'aluminium au lieu de fer, il suffit d'avoir environ la moitié de cette quantité par million.
De mené, en utilisant d'autres matières insolubles comme collecteur pour la matière en suspension, la quantité nécessaire dépend des caractéristiques physiques de la subs- tance ainsi que de la quantité de matières en suspension à recueillir et à concentrer. En tout cas, cette quantité de substances collectrices insolubles doit être utilisée de façon à concentrer efficacement la matière en suspension sous une forme propre à un traitement convenable subséquent pour la destruction ou la disposition, d'une façon quelconque)
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des matières putrescibles qui y sont contenues.
La quantitéd'alcali ajoutée à l'eau d'égout est, de préférence telle, qu'elle donne à l'eau d'égout rési- duelle (clarifiée) un pH d'environ 6 à 8. Lorsque l'on uti- lise un hydroxyde métallique pour recueillir et concentrer la matière en suspension, sensiblement tout le métal ajouté à l'eau d'égout ou présent dans celle-ci, doit être précipité à l'état d'hydroxyde. On a constaté que la réaction d'échange de bases a lieu de façon plus avantageuse lorsque l'eau d'é- gout résiduelle est sensiblement neutre ou légèrement alca- line, mais est retardée dans le cas d'une liqueur trop al- caline.
Alors que l'on a effectué la réaction d'échange de bases avec une eau d'égout résiduelle ayant un pallant jusqu'à 10-11, on a constaté que la réaction s'effectue plus lentement etmoins efficacement que dans le cas d'eau d'égout résiduelle dont le pH n'est pas sensiblement plus élevé que 8. La réaction d'échange de bases n'est effective qu'en ce qui concerne les composés d'azote basiques tels que par exemple, l'ammoniaque et certaines aminés sous forme de sels et non de bases libres et une eau d'égout ré- siduelle trop alcaline conduit à la conversion des compo- sés d'azote pour donner des bases libres dans lesquelles ils ne donnent pas lieu facilement, si même ils y donnent lieu, à la réaction d'échange de bases.
Etant donné ces considéra- tions, il est préférable de régler avec soin le pH de l'eau d'égout résiduelle en réglant la quantité d'alcali ajoutée de façon à précipiter sensiblement tout le métal présent à l'état d'hydroxyde et à donner à l'eau d'égout résiduelle un pH d'environ 6 à 8. Dans ce but, il est préférable d'observer périodiquementle pH de l'eau d'égout qui arrive et de faire
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correspondre les additions d'alcali avec ces observations, de façon à donner à l'eau d'égout résiduelle une valeur de pH qui rentre approximativement dans l'intervalle préférable.
Le ou les autres produits de la réaction, dans la précipitation de l'hydroxyde métallique (par exemple, le sulfate de calcium dans le cas de la réaction entre le sulfate ferrique et la chaux en vue de précipiter l'hydroxyde ferrique) sont ordinairement solublesdans l'eau d'égont résiduelle, en quantités relativement petites suivant lesquels elles sont présentes et, en conséquence) n'entrent pas dans la boue, susceptible de se déposer. La boue est, en conséquence, constituée par des matières putrescibles en suspension (qui peuvent être facilement détruites par grillage) et par de l'hydroxyde métallique, ce qui rend pos- sible la récupération et la régénération économique du composé métallique pour le traitement de nouvellesquantités dteau d'égout.
Le traitement de l'eau d'égout selon l'invention, non seulement enlève, de façon effective la matière putres- cible, mais effectue également un enlèvement important de bactéries. Une grande partie de l'enlèvement des bactéries a lieu lors de la concentration et dans l'enlèvement des matières en suspension et un autre enlèvement sensible de bactéries a lieu pendant la réaction d'échange de bases.