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BREVET D'INVEN TION " PROCEDE DE TRAITEMENT DES EAUX D'EGOUT " La présente invention est relative au traitement des eaux d'égout et elle a pour but de réaliser des perfec- tionnements à ce traitement. Plus particulièrement, l'inven- tion a pour but d'améliorer l'enlèvement des eaux d'égout de matières putrescibles en suspension par un effet de coagu- lation et de floculation d'un métal trivalent, de préférence du fer, avec un alcali, tel que la chaux. L'invention peut être appliquée de façon particulièrement avantageuse dans le premier stade du traitement des eaux d'égout décrit dans le brevet français du même demandeur ? 754.837 du 27 Avril 1933.
Dans les eaux d'égout brutes ordinaires et autres liqueurs résiduelles analogues, des matières putrescibles consistant en carbone, hydrogène, soufre etc, en combinaisons différentes, sont pr ésen tes sous deux formes à savoir 1 insoluble (matières en suspension), 2 soluble. Dans tout
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traitement d'eaux d'égout, on a l'habitude d'enlever les matières insolubles les plus grosses et les plus lourdes par tamisage. Après tamisage, la concentration des matières putrescibles insolubles restant dans les eaux d'égout est extrêmement faible ; par exemple, des eaux d'égout urbaines moyennes contiennent environ 150 à 200 parties par million de matières solides dispersées ou finement divisées, surtout en suspension colloïdale.
Ces matières putrescibles finement divisées renferment des composés simples et complexes résul- tant de la décomposition de protéines.
La présente invention est relative à certains perfectionnements dans l'enlèvement des eaux d'égout de ces matières putrescibles en suspension, par coagulation, flo- culation, ou entraînement dans une boue pouvant se déposer.
On a découvert selon l'invention, au cours de recherches poussées à ce sujet, que l'enlèvement de ces matières putres- cibles en suspension dans les eaux d'égout est facilité et amélioré en réglant avec soin les agents de coagulation ajoutés aux eaux d'égout et les manipulations de l'opération.
Ainsi, on a constaté que du sulfate ferrique a un effet coa- gulant, élevé et précis, sur des matières putrescibles en suspension et l'on pense que le radical sulfate aide à décom- poser les colloïdes complexes en colloïdes plus simples comprenant les amino-acides. On a constaté également selon l'invention qu'il était avantageux de traiter d'abord les eaux d'égout avec du sulfate ferrique avec une période d'arrêt de 5 à 15 minutes pendant laquelle l'eau d'égout est agitée avec de l'air. On a constaté que la floculation de la matière en suspension dans les eaux d'égout ainsi traitées est facilitée et est effectivement achevée en agitant ensuite l'eau d'égout en présence d'alcali ajouté en
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quantité suffisante pour donner à l'eau d'égout un pH supérieur à 7.
Dans la clarification des eaux d'égout, on a constaté qu'il était particulièrement avantageux d'introduire l'oau. d'égout dans lo o larificatour sous une coucha de boue ayant déposé de façon que la liqueur monte à travers cette couche de boue et déborde du clarificateur avec une quantité pratiquement négligeable de matière -en suspension. La présente invention envisage l'application de ces découvertes, seules ou en combinaison.
Dans la mise en pratique de l'invention, sous sa forme préférée et complète, l'eau d'égout qui arrive, après tamisage approprié, est d'abord traitée avec du fer soluble, sous forme d'une solution de sulfate ferrique en concentration de 50 grammes par litre.On obtient une diffusion rapide de la solution dans l'eau d'égout par agitation au moyen d'air.
L'oxygène de l'air maintient le fer à l'état ferrique. L'eau d'égout brutequi arrive a généralement un pH d'environ 7 à 7,5. Dans le traitement de coagulation selon l'invention, les ions du métal trivalent sont précipités probablement sous forme d'hydro,xyde ferrique ainsi que sous forme de composés organiques ferriques simples et complexes. Les ions de sulfate de la solution de sulfate ferrique ajoutée réduisent le pH de l'eau .d'égout à 5 à 6,5, suivant la quantité de sulfate ferrique ajoutée et le pH initial de l'eau d'égout qui arrive. Dans la majorité des cas, sensiblement tout le fer est précipité pendant cette opération. Il se fo,rme une couche d'hydroxyde ferrique dans un milieu ayant un pH de 5 à 6,5 et cette couche agit comme collecteur de la matière en suspension.
La quantité de fer ajoutée à l'eau d'égout dépend, au moins dans une certaine mesure, de la quantité de
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matière putrescible en suspension dans cette eau d'égout.
Avec les eaux d'égout urbaines moyennes, contenant de 20 à 50 parties par million de fer sous forme d'une solution de sulfate ferrique, on a une coagulation et une précipitation satisfaisante des matières solides en suspension. L'opération doit être continuée pendant au moins 5 minutes en vue d'ob- tenir la coagulation optima. On a une aération satisfaisante avec 0,2 à 3 litres dtair par litre d'eau d'égout traitée.
L'eau d'égout est ensuite soumise à un traitement de floculation en présence d'alcali ajouté, tel que la chaux, en quantitéé suffisante pour donnerun pH correspondant au taux maximum de précipitation et au fonctionnement optimum de filtration subséquente de la boue. La chaux est préférable aux autres alcalis pour cette opération car elle donne des flocons denses et qui se déposent très rapidement et, en outre, elle est relativement peu coûteuse. L'addition de la chaux à l'eau d'égout a lieu de préférence à l'entrée d'un réservoir muni d'un dispositif d'agitation approprié qui sert à disperser la chaux et à mettre les flocons dans l'état voulu. Il est préférable d'agiter la boue avec 0,2 à 3 litres d'air par litre.
Le temps de floculation ou la période d'arrêt de l'eau d'égout dans le stade de la floculation doit être réglé de façon à obtenir les taux de précipitation opti- ma et les taux de filtration optima. Si la floculation a lieu pendant une longue période, on a tendance à revenir à l'état dispersé. On obtient des résultats satisfaisants, dans des conditions moyennes, avec une période de floculation d'environ 5 à 15 minutes.
On ajoute de préférence la chaux à l'eau d'égout sous forme d'un lait de chaux avec une concentration de 50
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grammes par litre. On ajoute de la chaux en quantitésuffi- sante pour donner un pH supérieur à 7. Lorsque la matière putrescible dissoute doit être ultérieurement enlevée de l'eau d'égout par un traitement avec échange de base (zéolite), il est préférable de régler soigneusement la quantité de chaux ajoutée à l'eau d'égout pour donner un pH d'environ 7,2 à 7,6.
Dans d'autres cas, le pH de l'eau d'égout, après floculation avec la chaux, peut aller jusqu'à 9 quoique l'on n'ait pas une grande augmentation dans le taux de pré- cipitation de la boue pour un pH supérieur à 7,8 ou, en d'autres termes, l'augmentation du taux de précipitation ne compense pas la chaux supplémentaire nécessaire pour obtenir un pH de valeur élevée.
A la suite des traitements de floculation, l'eau d'égout passe dans un c larificateur dans lequel elle est introduite près du fond en montant à travers une couche de boue qui s'est déposée. La liqueur du clarificateur déborde et la bo.ue déposée est enlevée du fond du clarificateur, de préférence au moyen de râcloirs ou autres moyens mécaniques fonctionnant sur le fond du clarificateur et allant vers l'orifice de sortie de la boue. La liqueur qui surnage est sensiblement exempte de matière en suspension et peut avanta-, geusement être soumise à un traitement d'échange de base, comme décrit dans le brevet ci-dessus.
La boue retirée du fond du clarificateur est pompée dans un filtre à aspiration où sa teneur en eau est réduite d'environ 80 %. Ainsi, l'eau de la boue amenée au filtre peut être d'environ 93 % et l'eau dans le gâteau qui se trouve sur le filtre être d'environ 70 à 75 %. Dans le mode de réalisation pratique préféré, on détruit complètement la
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matière organique qui se trouve dans le gâteau du filtre par incinération. Un four tournant servant à l'incinération et comprenant deux parties, à savoir une partie effectuant le séchage et une partie effectuant la combustion convient admirablement dans cebut. Dans lesdeux partiesde séchage et d'incinération de l'ensemble, l'air se déplace dans le mène sens que les solides et les gaz.
La partie séchage fonctionne à une température qui ne provoque la décomposition ou la carbonisation de la boue et la partie incinérateur fonctionne à une températured'environ 650 à 7000. Cette température d'incinération est suffisante pour détruire la matière putrescible. La température d'incinération est de pré- férence maintenue en dessous de 700 de façon à éviter le frittage du résidu. On obtient une quantité sensible de la chaleur requise pour l'incinération par la combustion de la boue. En fait, la valeur calorifique de la boue est telle que dans une opération faite sur une grande échelle, il n'est pas nécessaire d'avoir du combustible étranger pour l'incinération.
Un résidu d'incinération typique ou cendre, obtenu de la façon ci-dessus, donne à l'analyse les résultats sui- vants :
EMI6.1
<tb> Résidu <SEP> incinéré <SEP> : <SEP> Fe203 <SEP> 41,2 <SEP> % <SEP>
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<tb> A1203 <SEP> 8,68
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<tb> CaO <SEP> 7,32
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<tb> MgO <SEP> 1,31
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<tb> SO4Ca <SEP> 4,20
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<tb> C03Ca <SEP> 1,87
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<tb> NaO2 <SEP> 0,30
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<tb> SiO2 <SEP> 24,0
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<tb> autres <SEP> constituants <SEP> 9,34
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<tb> perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> 1,
78
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Le résidu incinéré est traité avec de l'acide sulfurique pour régénérer le sulfate ferrique qui est uti- lisé de nouveau pour la coagulation. Le sulfate ferrique régénéré donne une meilleure coagulation que ne le donne le sulfate ferrique CP ou autre sulfate ferrique industriel. On pense que cette action supérieure du sulfate ferrique régénéré est due, en partie au moins, à la présenae d'une quantité sensible d'aluminium, autre métal trivalent ayant un effet de coagulation élevé sur la matière putrescible en suspension dans l'eau d'égout. La petite quantité de matière insoluble, qui consiste surtout en silice, restant après:- le traitement du résidu incinéré par l'acide sulfurique est séparée par filtration et enlevée.
Sur le dessin annexé, on a représenté schématique- ment l'écoulement des matières d'un dispositif convenant pour la mise en pratique de l'invention.
L'eau d'égout brute passe d'abord dans un tamis à grosses mailles puis dans un tamis fin (non représentés sur le dessin) de façon à enlever les matières solubles grosses ou lourdes. La matière tamisée qui arrive est alors soumise au traitement de coagulation et de floculation en deux stades, selon l'invention. Dans l'appareil représenté sur le dessin, ces traitements sont effectués successivement dans un long réservoir ou bac a dans lequel l'eau d'égout qui arrive entre par une extrémité et sort par l'autre extrémité dans un clarificateur b. On ajoute la solution de sulfate ferrique à l'eau d'égout au moment où elle pénètre dans le stade de coagulation en c et on obtient une prompte diffusion de la solution dans l'eau d'égout par agitation .au moyon d'air.
Dans cet appareil, le taux d'écoulement de l'eau d'égout dans le stade de coagulation ± est tel que l'on a une période
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de retenue d'environ 5 minutes. On ajoute alors à l'eau d'égout du lait de chaux provenant du réservoir 1!-et la floculation de la matière coagulée se fait en d, elle est favorisée par agitation avec de l'air. Un diffuseur d'air ordinaire e s'étend sur toute la longueur du bac et assure l'agitation envisagée, à la fois pendant la coagulation et la floculation. Le taux 3' écoulement de l'eau d'égout est tel qu'il assure une période retenue d'environ 10 minutes pendant le stade de floculation.
Le clarificateur b représenté sur le dessin compor- te un réservoir avec entrée de chargement périphérique 5 (s'étendant environ sur 1/3 du pourtour du réservoir) qui débouche dans le fond de ce réservoir. La liqueur clarifiée déborde dans un trop-plein 6, opposé à l'entrée et s'étendant approximativement sur un tiers du pourtour supérieur du réservoir. Un mécanisme râcleur 7 pousse la boue qui se dépose dans le fond du réservoir vers l'orifice de sortie central.
Il est évident que d'autres formes et types de clarificateurs pourraient être utilisés pour la mise en pratique de l'inven- tion. On a constaté que l'introduction de l'eau d'égout au voisinage du fond de la chambre de décantation, en dessous d'une masse de boue qui a déjà déposé dans cette chambre aide sensiblement à obtenir une liqueur qui surnage, sensiblement exempte de matière en suspension.
La boue provenant du clarificateur est refoulée au moyen d'une pompe t dans un épaississeur f comportant un mécanisme râcleur de boue 8 et un trop-plein 9. Les matières sortant du clarificateur et de l'épaississeur peuvent être combinées, pour en disposer de façon appropriée ou pour traitement subséquent, par exemple dans des filtres à zéolite,
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comme décrit dans le brevet mentionné ci-dessus.
La boue provenant de l'épaississeur est amenée (par pompage si nécessaire) à un filtre sous vide g et le gâteau résultant, recueilli sur le filtre, est amené au sécheur h et à l'incinérateur i. Le sécheur et l'incinéra- teur sont tous les deux des cylindres montés à rotation dans lesquels la matière solide et les gaz (servant au séchage et à l'incinération) circulent dans le même sens. Ainsi le gaz d'échappement de l'incinérateur se déplace dans le sécheur dans le même sens que la boue et la boue sèche pénètre dans l'incinérateur avec les gaz chauds provenant d'un brûleur à huile ou autre dispositif de chauffage.
Une quantité adéquate d'oxygène ou autre gaz entretenant la combustion pénètre dans l'incinérateur (avec les gaz chauds de la combustion d'un combustible étranger) pour brûler la matière combustible organique ou autre qui se trouve dans la boue sèche. Le résidu brûlé ou la cendre passe de l'inciné- rateur i dans un récipient d'emmagasinage j d'où il va dans une chaudière de lessivage k entourée d'une chemise. Dans cette chaudière k, le résidu brûlé est traité avec de l'acide sulfurique avec agitation appropriée et chauffage, si nécessaire, pour la récupération du sulfate ferrique.
Le contenu de la chaudière passe dans un centrifugateur 1 pour en enlever l'excès d'acide. Le gâteau centrifugé est lessivé avec de l'eau de lavage qui arrive par le tuyau m de façon à dissoudre le sulfate ferrique présent et le rési- du insoluble est séparé par filtration et sort en n. La solution de sulfate ferrique régénérée emmagasinée en o est reprise par une pompe ± pour être réutilisée dans la coagulation d'eau d'égout nouvelle arrivant à l'appareil.
Dans ce but, le sulfate ferrique est envoyé dans le réser- voir q.
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L'acide servant à la récupération du sulfate ferrique est emmagasiné dans le réservoir r où il est ren- voyé par la pompe s.
Il est évident que l'appareil représenté sur le dessin est donné surtout à titre explicatif et n'a pas pour but de limiter l'invention à aucun point de vue.
Dans le tableau ci-dessous, on a donné les résul- tats journaliers obtenus sur une période de 10 jours de mise en pratique de la présente invention, dans une ins- tallation de 1350000 litres de capacité par jour, ins- tallation sensiblement conforme à celle qui est représentée sur le dessin. La quantité nécessaire en oxygène bio- chimique, la matière en suspension, l'azote organique et l'azote de l'ammoniaque sont donnés en parties par million.
La matière sortante purifiée était la liqueur qui débordait du clarificateur.
EMI10.1
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OXYGENE <SEP> MATIERES <SEP> EN
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<tb> BIO-CHIMIQUE <SEP> SUSPENSION
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<tb> Matière <SEP> Matière <SEP> Matière <SEP> Matière
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<tb> brute <SEP> purifiée <SEP> brute <SEP> purifiée
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<tb> 18 <SEP> avril <SEP> 116 <SEP> 20 <SEP> 108 <SEP> 30
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<tb> 19 <SEP> avril <SEP> 98 <SEP> 17 <SEP> 90 <SEP> 30
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<tb> 21 <SEP> avril <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 6 <SEP> 7,2 <SEP> 7,2
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