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BREVET D'INVENTION " PROCEDE DE TRAITEMENT DES EAUX D'EGOUT "
La présente invention est relative au traitement des eaux d'égout et elle vise un procédé perfectionné pour le traitement des eaux d'égout et autres liquides résiduels analogues. Plus particulièrement, l'invention est relative à un procédé perfectionné d'enlèvement des matières putres- cibles des eaux d'égout et liquides résiduels analogues.
L'invention vise encore un procédé de traitement des eaux d'égout impliquant l'utilisation de la boue obtenue au cours de l'opération,'en combinaison avec un composé du fer ou un composé d'un métal trivalent, pour coaguler la matière en suspension contenue dans l'eau d'égout. Le procédé selon l'invention peut également comporter l'utilisation d'un agent' alcalin tel que la chaux, lorsque cela est nécessaire, pour régler la valeur du pH de l'eau d'égout , de façon à amélio- rer la décantation et ou la filtration. L'invention peut- être appliquée de façon particulièrement avantageuse dans le premier stade du procédé de traitement des eaux d'égout décrit dans le brevet belge N 395.977 du 29 Avril 1933.
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Dans les eaux d'égout- brutes ordinaires et liquides résiduels analogues, il se trouve des matières putrescibles consistant en carbone, hydrogène, soufre, etc... en différentes combinaisons, sous deux formes, à savoir : (1) insoluble, (matières en suspension), (2) soluble. Dans toute opération de traitement des eaux d'égout, on a l'habi- tude d'enlever la matière insoluble, la plus grossière et la plus lourde, par tamisage. Après tamisage, la con- centration de la matière putrescible insoluble, restant dans l'eau d'égout, est extrêmement faible. Par exemple une eau d'égout urbaine moyenne contient environ 150 à 200 parties par million de parties de matières solides dispersées ou finement divisées, la plus grande partie en suspension colloïdale.
Ces matières putresciblesfinement divisées renferment des composés simples et complexes, résultant de la décomposition de protéines.
La présente invention est relative à certains -perfectionnements dans l'enlèvement de ces matières putres- cibles en suspension dans les eaux d'égout, par coagulation floculation ou entrainement dans une boue pouvant se déposer, On a découvert que l'enlèvement de cette matière putresci- ble en suspension dans l'eau d'égout est favorisé par aéra- tion de l'eau d'égout en présence d'un composé métallique ajouté, tel, par exemple, qu'un composé du fer ou de l'alu- minium, et d'une certaine quantité de boue produite au cours de l'opération. Il est préférable d'utiliser un ou plusieurs composés solubles de fer ou d'aluminium comme agents d'addition à l'eau d'égout à aérer.
On peut utiliser, par exemple, du sulfate ferreux, du surfate ferrique ou du sulfate d'aluminium, ou tout mélange voulu de ces composés.
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Dans une forme préférée de réalisation de l'invention la boue. ramenée est ajoutée à l'eau d'égout au commencement du traitement d'@ération, ou peu après que l'eau d'égout brute est entrée dans le bac d'aération. Le composé métallique peut être ajouté à l'eau d'égout à un stade quelconque du traitement d'aération. Lorsque l'on utilisé du sulfate ferrique il est préférable de l'ajouter à l'eau d'égout au cours de son traitement d'aération, environ 2 à 15 minutes avant l'achè- vement du dit traitement. On ajoute également de préférence le sulfate d'aluminium environ 2 à 15 minutes avant l'achève- ment du traitement d'aération. on ajoute de préférence le sulfate ferreux (L'eau d'égout environ 10 à 30 minutes avant la fin du traitement d'aération.
On peut obtenir de bons résultats si la période d'aé- ration qui succède à l'addition du sulfate ferrique ou du sulfate d'aluminium est juste suffisante pour permettre une dissémination parfaite du composé. La période d'aération peut varier consédérablement. On peut obtenir de bons résultats si l'aération est faite pendant une période d'environ 1/2 heure, ou moins, et on ne gagne que peu de chose, ou rien en continuant à aérer au-delà d'une heure environ.
Si le pH de l'eau d'égout est 7, ou moins, vers la fin de la période d'aération ,et si l'on désire augmenter le pH pour le porter à une valeur supérieure à 7, on peut ajouter avant¯la fin du traitement d'aération une quantité d'un agent alcalin, tel que la chaux, suffisante pour augmenter le pH jusqu'à la valeur désirée. En général, il n'est pas nécessaire, ni désirable, de régler le pH de l'eau d'égout par addition d'un agent alcalin, car on a constaté que l'on pouvait obtenir une précipitation , une décantation et une
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clarification très satisfaisantes même si le pH est sensiblement inféreur à 7.
Si l'addition dtun agent alcalin est désirée ou nécessaire pour une raison quelconque, on l'ajoute ,de préférence, après que le composé métallique soluble a été ajouté et s'est disséminé complètement dans toute l'eau d'égout.
A la suite du traitement d'aération , l'eau d'égout est intro- duite dans un clarificateur en dessous d'une couche ou cou- verture de boue qui se dépose de sorte que le liquide monte à travers la couverture de boue et déborde du clarificateur avec une quantité pratiquement négligeable de matières en suspension.
Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sous sa forme préférée et complète, l'eau d'égout brute, après un tamisage approprié, est mélangée dans un bac d'aération avec de la boue ramenée, et on commence l'aération du mélange.
Le bac d'aération utilisé est de préférence du type qui permet un écoulement continu du mélange soumis au traitement, depuis une extrémité d'entrée jusqu'à une extrémité de sortie, et la vitesse d'écoulement est de préférence réglée de façon qu'il s'écoulé environ une heure entre le moment de l'entrée et le moment de la sortie de l'eau d'égout. L'aération de l'eau d'égout se continue de préférence pendant tout le temps où elle reste dans le bac d'aération. pendant que le mélange soumis au traitement coule dans le bac d'aération on ajoute à ce mélange un composé soluble du fer, de préférence sous forme d'une solution de sulfate ferrique à 50 gr. par litre, en un point correspondant à un intervalle d'environ 2 à 15 minutes avant le moment ou le mélange sort du bac.
La solution se diffuse rapidement
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dans le mélange grâce à l'agitation résultant de l'aération.
L'oxygène de l'air maintient le fer à l'état ferrique.
Lorsque l'on utilise un sel ferreux, tel que du sulfate ferreux, l'oxygène de l'air amène le fer à l'état ferrique.
L'eau d'égout brute qui arrive a ordinairement un pH d'environ 7 à 7,5. Dans le traitement de coagulation, les ions des métaux trivalents se précipitent, probablement sous forme d'hydroxyde ferrique ainsi que sous forme de composésferriques organiques, simples et complexes. Les ions sulfate du sulfate ferrique ajouté tendent à réduire le pH de l'eau d'égout à une valeur inférieure à 7, mais cette tendance est fortement contrecarrée par les effets de l'aération et de la boue ramenée et, à la fin du traitement par le sulfate ferrique l'eau d'égout peut avoir un pH équiva- lent à celui de l'eau d'égout brute qui arrive.
Sensiblement tout le fer ajouté à l'état de sulfate ferrique est préci- pité et il semble que, avec le fer ramené avec la boue, ce fer précipité forme une couverture d'hydroxyde ferrique qui agit comme collecteur des matières en suspension. La boue ramenée et le traitement d'aération contribuent égale- ment à effecteur la précipitation des matières en suspension.
L'aération de l'eau d'égout provoque également l'oxydation d'une quantité considérable des matières putrescibles dis- soutes.
La quantité de fer ajoutée à l'eau d'égout dépend, dans une certaine mesure au moins , de la quantité de matières putrescibles en suspension dans l'eau d'égout. Dans le traitement des..eaux d'égout urbaines moyennes ,5 à 25 par- ties par million de, parties de fer donnent une coagulation et une précipitation' satisfaisantes des matières solides en suspension, et en général, moins de 20 parties par million de parties de fer donnent des résultats, satisfaisants.
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Dans le traitement des liquides..résiduels indus- triels, tels par exemple que les liquide's résiduels de laiterie et d'installations d'empaquetage, il peut falloir
20 à 50 parties par million de parties de fer pour assurer une coagulation et une précipitation satisfaisante des ma- tières solides en suspensio n. On obtient une aération satis- faisante avec 0,07 à 0,7 litre d'air par litre d'eau d'égout traitée. Il semble que l'oxygène de l'air utilisé pour l'aéra- tion agisse surtout de façon à oxyder les matières putrescibles et ne soit pas absorbé par la bpue. Ceci se manifeste par l'élimination rapide des matières putrescibles dissoutes et par la présence d'oxygène dissous dans le trop-plein du clarificateur.
S'il est bon de régler le pH après le traitement par le sulfate ferrique, l'eau d'égout peut-être aérée en présence d'un agent alcalin, tel que la chaux , en quantité suffisante pour donner un pH ayant la valeur voulue. Le réglage du pH à une valeur supérieure à 7 peut parfois amélio- rer le dépôt et la filtration. La chaux est préférable aux autres agents alcalins pour cette opération parcequ'elle donne des flocons plus denses et qui se déposent plus rapidement et qu'elle est peu coûteuse. On ajoute de préférence la chaux à l'eau dtégout sous forme d'un lait de chaux contenant 50gr. par litre.
Lorsque les matières putrescibles dissoutes doivent être enlevées ultérieurement de l'eau d'égout par un traitement à échange de bases (zéolite), il est préférable de régler soigneusement la quantité de chaux ajoutée à l'eau d'égout, de faon à donner un pH d'environ 7,2 à 7,6.
A la suite du traitement par la chaux, l'eau d'égout
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passe dans un clarificateur, dans lequel elle est introduite près du fond et monte à travers une couverture de boue en cours de dépôt. Le liquide clarifié déborde et la boue ayant déposé est retirée-du fond du clarificateur, de préférence en la râclant ou en la faisant mouvoir de quelque autre manière le long du fond du clarificateur pour l'amener vers l'orifice de sortie de la boue. Le liquide qui se trouve au-dessus ne contient sensiblement pas de matières en suspension et peut-être avantageusement soumis à un traitement d'échange de bases de la façon décrite dans le brevet sus-mentionné.
La boue provenant du fond du clarifioateur peut-être conduite en partie dans un épaississeur et en partie dans un bac d'aération. Le liquide clarifié déborde, et la boue qui a déposé est retirée du fond de l'épaississeur. On peut réunir les matières sortant du olarifioateur et de l'épaissi- seur pour en disposer de façon appropriée ou pour les sou-' mettre à un traitement ultérieur. La boue provenant de l'épaississeur,contenant environ 3 à 10 % de matières soli- des, peut être amenée en partie au bac d'aération et en partie à un filtre à aspiration dans lequel sa teneur en humidité est réduite.
Toute la boue ramenée peut provenir du clarifica- teur ou de l'épaississeur ou une partie peut venir de l'un et de l'autre. Environ 20 à 75 % de la boue sont ramenés au bac d'a'ération. La quantité de boue ramenée peut varier considérablement. En général, la quantité de boue ramenée peut-être réglée avantageusement de façon qu'on obtienne dans le mélange boue -eau d'égout, soumis au traitement dans le bac d'aération, une quantité de matières en suspension égale à environ 2 à 8 fois la, quantité de matières en suspension qui'se trouve dans l'eau d'égout brute qui arrive.
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Il est préférable de détruire complètement la ma- tière organique continue dans la masse arrêtée sur le filtre par incinération. Un four tournant en deux parties, à savoir une partie de séchage et une partie de combustion, convient admirablement dans ce but. Dans chacune des deux parties de séchage et de combustion de l'ensemble, l'air se déplace dans le même sens que les solides et les gaz. La partie séchage fonctionne à une température qui ne provoque pas de décomposition ou de carbonisation de la boue, et la partie combustion fonctionne à une température d'environ 650 à 700 Cette température de combustion est suffisamment élevée pour détruire les matières putrescibles. La température de com- bustion est maintenue de préférence en dessous de 700 de façon à éviter une concrétion du résidu.
Une proportion sensible de la chaleur nécessaire pour la combustion est obtenue par la combustion de la boue. En fait, la valeur calorifique de la boue est telle qu'en travaillant sur une grande échelle on n'a pas besoin de combustible sup- plémentaire pour l'incénération.
Le résidu incinéré est traité par l'acide sul- furique pour régénérer le sulfate ferrique qui est utilisé de nouveau dans l'opération.
La figure unique du dessin annexé est un schéma de circulation d'une installation convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
L'eau d'égout brute passe d'abord à travers un tamis grossier, puis à travers un tamis fin (non représenté sur le dessin) de façon à enlever les matières solides gros- sières et lourde. L'eau d'égout tamisée est traitée con- formémént au procédé selon l'invention.
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Dans l'appareil représenté sur le dessin, on ef- fectue l'aération de l'eau d'égout dans un bac ou bassin long dont une partie d'extrémité reçoit l'eau dégout qui arrive l'eau aérée passant de l'autre extrémité dans un clarificateur. La boue ramenée est ajoutée à l'eau d'égout brute pénétrant dans le bassin d'aération, et l'agitation au moyen de l'air provoque un mélange intime des deux matiè- res. Dans cet appareil, la vitesse d'écoulement de l'eau d'égout dans le bassin d'aération est telle que cette!eau y reste pendant environ une heure.
On ajoute de préférence une solution de sulfate ferrique à l'eau d'égout dans le bassin d'aération en un point correspondant à un inter- valle de 2 à 15 minutes avant le moment où l'eau d'égout sort de ce bassin pour passer dans le clarificateur, mais des dispositions sont prévues pour permettre l'addition de sulfate ferrique en un certain nombre de points, entre l'extrémité d'entrée et l'extrémité de sortie du bassin. On peut ajouter le sulfate ferrique à l'eau d'égout en un ou plusieurs points du trajet de cette eau dans le bac d'aé- ration.
S'il est nécessaire ou souhaitable d'ajouter un agent alcalin pour régler le pH de l'eau d'égout, on ajoute un lait de chaux entre le point d'addition du sulfate-ferrique et l'extrémité de sortie du bac d'aération, à une distance suffisante du point d'addition du sulfate ferrique pour per- mettre une dissémination complète du sulfate ferrique dans l'eau d'égout avant l'addition de chaux. Un diffuseur d'air ordinaire s'étend tout le long du bac d'aération et fournit l'air nécessaire-pour l'aération et l'agitation, Le diffuseur d'air peut-être de. n'importe quel mode de construction approprié.
Le clarificateur représenté sur le dessin comporte un bac avec/canal vertical de changement 5 (s'étendant sen- siblement sur un tiers de la périphérie du bac) débouchant dans le fond du bac. Le liquide clarifié déborde dans une
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rigole 6 située à l'opposé du canal de chargement et s'éten- dant sur environ un tiers de la circonférence supérieure du bac. Un mécanisme râcleur 7 pousse le dépôt de boue qui se trouve sur le fond du bac vers l'orifice de sortie de boue placé au centre. Il est évident que l'on peut utiliser d' au- tres formes et types de clarificateur dans le procédé selon l'invention.
On a constaté que l'introduction de l'eau d'égout vers le fond de la chambre de décantation, en dessous d'une masse de boue qui dépose dans ce récipient, facilité sensible- ment la formation d'une couche supérieure de liquide ne con- tenant sensiblement pas de matières en suspension.
La boue provenant du clarificateur est pompée au moyen d'une pompe 10 pour être envoyée à un épaississeur comportant un mécanisme de râclage de la boue 8 et une rigole de trop-plein , ou bien. , en partie à l'épaississeur et en partie à l'extrémité d'entrée du bac dt aération. La pompe à boue 10 communique avec un conduit 11 qui va à un conduit du retour de boue 12 . Il est prévu un raccord ou by- pass 13 faisant passer la boue de la pompe 10 et du con- duit 11 dans l'épaississeur .
Des robinets appropriés, pla- cés dans les conduits 11 et 13 règlent et répartissent l'écou- lement de la boue dans ceux-ci .On peut réunir les matières sortant du clarificateur et de l'épaississeur pour en disposer de façon appropriée ou pour les traiter ultérieurement, par exemple dans des filtres à zéolite, comme indiqué dans le brevet sus-mentionné.
Une partie de la boue provenant de l'épaississeur peut-être amenée, au moyen d'une pompe 14 et d'un conduit 15 au conduit 12 de retour de la boue allant à l'extrémité d'entrée du bac d'aération. Des robinets appropriés placés
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dans les conduits 15 et 1.6 . règlent et répartissent l'écoule- ment de la boue dans ces conduits. Le restant de la boue pro- venant de l'épaississeur est amené par le conduit 16 à un filtre à aspiration. Le gâteau restant sur le filtre est amené au sécheur et à l'incinérateur.
La boue ramenée au bac d'aération ( environ 20 à 75%) peut provenir entièrement, soit du clarificateur, soit de l'épaississeur, soit partiellement de chacun des deux.
Le sécheur et l'incinérateur sont tous les deux des- cylindres tournants dans lesquels les matières solides et les gaz ( pour le séchage et l'incinération) se déplacent dans le même sens. Ainsi, le gaz d'échappement de l'incinérateur passe 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 convenable d'oxygène ou autre gaz entretenant la combustion pénètre dans l'incinérateur ( avec les gaz chauds de la oombus- tion du combustible étranger) pour brûler la matière organique et autres matières combustibles se trouvant dans la boue sèche.
Le résidu de l'incinération, ou cendre, passe de l'incinérateur dans un récipient collecteur d'où il est conduit de façon appropriée dans une c'haudière de lessivage entourée d'une chemise de circulation. Dans cette chaudière, le résidu de l'incinéra- tion est traité par l'acide sulfurique avec agitation appropriée et chauffage, si nécessaire, pour régénérer le sulfate ferrique.
Le contenu de la chaudière passe dans un oentrifugateur pour enlever l'excès d'acide. Le gâteau de centrifugation est lessivé avec de l'eau pour dissoudre le sulfate ferrique présent et le résidu insoluble est séparé par filtration et rejeté. La solu- tion régénérée de sulfate ferrique est pompée et réutilisée pour la coagulation de nouvelles quantités d'eau d'égout qui arrivent.
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Il est évident, que 11-appareil représenté sur le dessin est uniquement donné à titre d'exemple et qu'on ne doit le considérer comme limitant l'invention à aucun point de vue.
Le tableau suivant donne les résultats journaliers obtenus sur une période de 11 jours, au cours d'essais effectués en vue de comparer les résultats obtenus par le procédé selon la présente invention avec ceux obtenus dans un procédés analogue ne comportant pas le retour de la boue, ni une période d'aération, avant l'addition du sulfate ferrique. Dans les essais réalisés conformément au procédé.se- lon l'invention, environ 75% de la boue obtenue dans le clarificateur ( contenant environ 4% de matières solides) ont été renvoyés directement du clarificateur dans le bac d'aé- ration, l'aération s'est poursuivie pendant des durées d'une heure; et on a ajouté du sulfate ferrique dans le bac d'aéra- tion environ 5 minutes avant la fin de la période d'aération.
La quantité nécessaire dtoxygène biochimique (OB); les matiè- res en suspension, le fer et la chaux, sont indiquées en parties par million. Le liquide sortant purifié était le liquide débordant du clarificateur. Au cours des essais, on a traité de l'eau d'égout provenant de deux sources différentes, les eaux d'égout de différentes sources étant traitées un jour sur deux. Dans le tableau, le procédé selon l'invention est appelé A et celui utilisé pour effec- tuer la comparaison est appelé B. L'essai type de,cinq jours ,utilisant de l'eau de dilution ensemencée, a été utilisée pour déterminer la quantité dtoxygène biochimique nécessaire.
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Bien que l'on ait décrit la façon de procéder préférée, comportant l'utilisation du sulfate ferrique,
il est entendu que l'on peut utiliser avantageusement d'autres composés métalliques conformément à la présente invention.
Ainsi, par exemple, du sulfate ferreux, lorsqu'on 1! ajoute au moment voulu, peut provoquer une meilleure réduction du O.B nécessaire que l'on peut le faire en utilisant du sulfate ferrique. pour cette raison, et du fait que le sul- fate ferreux est moins coûteux que le sulfate ferrique, il est préférable d'utiliser le sulfate ferreux. On peut aussi obtenir des résultats analogues à ceux obtenus en utilisant du sulfate ferrique, en se servant de sulfate d'aliminium. On peut utiliser avantageusement des mélanges de différents composés et l'on peut obtenir des résultats intéressants en ajoutant deux,ou plusieurs composés sépa- rément, par exemple, on peut obtenir des résultats extré - moment bons en ajoutant de petites quantités de sulfate d'aluminium une minute ou deux après la fin de l'addition de sulfate ferrique.
Les quantités de sulfate d'aluminium
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utilisées étaient égales à environ 10% des quantités de sulfate ferrique utilisées. Qn a'obtenu également des résultats très intéressants en ajoutant une solution obtenue en dissolvant à la fois du sulfate d'aluminium et du sulfate ferrique dans la proportion approximative d'une partie du premier pour dix parties du second.
Le procédé selon l'invention convient admirable- ment pour le traitement des liquides résiduels industriels aussi bien que des eaux d'égout urbaines ou domestiques ordinaires. La caractéristique du procédé selon l'invention est que l'on obtient un dépôt extrêmement rapide de la boue et que l'on élimine dans une grande mesure les matières putrescibles. La boue obtenue par le procédé selon l'inven- tion, dépose plusieurs fois plus vite que la boue obtenue dans les procédés couramment appliqués. Il n'est pas rare d'ob tenir après un repos de cinq minutes un liquide clair qui surnage et que l'on peut décanter et on a obtenu dans de nombreux cas des réduotions d'environ 99% de la quantité de O.B nécessaire dans le fonctionnement normal du procédé.