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"Procédé et appareil pour la purification de déchets instables putrescibles"
La présente invention concerne un procédé et un appareil perfeotionnés pour la purification de déchets instables putres- cibles en vue de rendre ces déchets inodores avec une consomma'-' tion très réduite d'oxygène biologique. Un deuxième objet de l'invention est de transformer la matière sous une forme flocu- lante que l'on peut aisément séparer de la masse d'eau présente, par sédimentation ou filtration.
Parmi les déchets auxquels la présente invention est applicable, il y a les boues provenant des installations de traitement des eaux d'égout comprenant les boues primaires, les boues secondaires, l'humus de filtre biologique, la boue acti- vée et analogues, les boues d'autoolaves anaérobique, les
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écumes et les liqueurs surnageantes, les produits de pompage des fosses d'aisance ou des fosses septiques, de même que diffé- rents sous-produits résiduaires organiques et inorganiques- ren- contrés dans diverses industries, par exemple les papeteries, les abattoirs, les installations de traitement des produite alimentaires, les conserveries, les filatures de textiles, les installations pharmaceutiques, etc.
Lorsqu'ils sont appliqués à ces matières, les procédés habituels de traitement des détri- tus sont inappropriés pour effectuer la purification requise ou ils nécessitent un capital élevé et d'importants frais opéra- toires par unité de matière traitée.
Les agents chimiques actifs utilisés sont le chlore moléou- laire et l'oxygène naissant formés par l'action du chlore sur ' l'eau. Le chlore peut être introduit sous forme gazeuse ou liquide.
Le traitement des eaux d'égout et des déchets industriels ' par le chlore est bien connu depuis longtemps. Toutefois, l'uti-, lisation du chlore à cet effet dans les procédés et les équipe-. mente de la technique antérieure a été inefficace. C'est pour- quoi, de nombreuses installations industrielles et installations municipales d'évacuation des eaux d'égout ont-évité d'employer du chlore à cet effet.
Suivant la présente invention, on introduit du chlore, de préférence sous forme gazeuse, par un dispositif de dosage habi- fuel, dans la boue et les détritus, dans une zone subissant une agitation rapide. Cette opération a pour objet d'assurer un accès aisé du chlore à toutes les particules de la boue ou des : détritus. Comme on le sait, en présence d'une matière aisément oxydable, le chlore réagit également directement avec l'eau en ! libérant de l'oxygène naissant et de l'aoide hypochloreux, qui sont tous deux de puissants oxydants.
L'introduction du chlore peut s'effectuer à l'entrée d'une
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pompe centrifuge appropriée. A titre de variante, on introduit le chlore près d'une hélice à grande vitesse prévue pour agiter la matière.
Suivant la présente Invention, immédiatement après l'intro- duction du chlore et après avoir mélangé convenablement, on fait subir, à la boue ou aux détritus, une circulation rapide dans un ou plusieurs récipients non obstrués, la vitesse de circulation étant suffisante pour maintenir, en suspension dans les détritus, les matières insolubles ou azotées, les matières carbonées, le sable ou des morceaux d'os broyés dans le cas des eaux d'égout, ainsi que du dioxyde de titane et de l'argile ou d'autres charges dans le cas de détritus industriels provenant .
d'une installation transformant les déchets de papier en carton.'
En outre, on a trouvé qu'en poursuivant l'action centri- fuge après l'oxydation, les fines bulles d'air fixées aux parti- cules solides se séparaient de ces dernières et s'aggloméraient.; En quittant les réacteurs et en progressant dans une zone dans laquelle la pression est inférieure, les bulles d'air ou de gaz se dilatent et se séparent de la masse de boue. Dès lors, la sédimentation des particules solides peut avoir lieu dans le clarificateur collecteur.
Il est également important de noter que, lorsqu'il est souhaitable de déshydrater les boues provo- nant des réacteurs dans un équipement mécanique de déshydrata- tion ou sur des lits de sable, ona trouvé que l'élimination des fines bulles d'air fixées aux particules solides augmentait de trois fois ou plus la vitesse de séparation entre les solides et les liquides.
Dans le cas des eaux d'égout des installations sanitaires, le procédé d'oxydation chimique amélioré de la présente inven- : tion peut être utilisé de diverses manières. Un système pourrait! consister à prévoir une combinaison avec une installation habi- tuelle de traitement des eaux d'égout dans des conditions aéro-
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biques/anaérobiques, de telle sorte que l'opération d'oxydation chimique soit effectuée sur la liqueur surnageante provenant de l'autoclave anaérobique.
Un autre système consisterait à traiter les boues résidu- aires provenant d'un procédé aérobique secondaire.
Un autre système également consisterait à traiter simulta- nément à la fois la liqueur surnageante et la boue secondaire résiduaire provenant d'une installation habituelle de traitement des eaux d' égout.
La nature de l'invention sera mieux comprise en se réfé- rant à la description ci-après et aux dessins annexés donnant, à titre d'illustration, une forme de réalisation spécifique de l'invention.
Dans les dessins la figure 1 est une vue schématique illustrant l'invention appliquée à un système de traitement des eaux d'égout; la figure 2 est une vue en plan par le sommet d'un appareil' de traitement pouvant être utilisé dans l'étape de chloruration . et la figure 3 est une ooupe verticale prise sur la ligne 3-3, de la figure 2, avec certaines parties en élévation.
En se référant aux dessins d'une manière plus détaillée, on introduit) par la conduite 1, dans la chambre de mélange 2, les eaux d'égout brutes que l'on a fait passer par un filtre afin d'éliminer les gros objets, ainsi qu'à travers une chambre de décantation afin de séparer la majeure partie du grès et du sable.
Le trop-plein de la chambre de mélange 2 s'écoule, par la conduite 3, dans le clarifioateur primaire 4. L'effluent du clarificateur primaire 4 passe, par la conduite 5, dans un procédé aérobique habituel 6.
.Après avoir subi le traiten n @ns le procédé aérobique,
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la matière passe, par la conduite 7, dans un clarificateur secondaire 8 d'où l'effluent est déchargé vers les détritus par la conduite 9 et d'où la boue secondaire est amenée, par la pompe 10 et la conduite 11 comportant une soupape de contrôle 12, à un réservoir de mélange 13. La boue primaire, décantée du clarificateur primaire 4 est pompée, par une pompe 16 et une conduite 17, dans la zone supérieure d'un autoclave anaérobique ; 18. Cet autoclave 18 comporte, à son sommet, une sortie de gaz 20 pour l'élimination des gaz toxiques tels que le méthane et l'acide sulfhydrique qui sont brûlés.
La boue sortant de l'autoclave anaérobique 18 est déchargée vers les détritus par la conduite 19. La liqueur surnageante impure de l'autoclave anaérobique 18 est retirée par la conduite[ 21 comportant une soupape de contrôle 22 et elle est déchargée dans le réservoir de mélange 13, dans lequel elle est mélangée avec la boue résiduaire provenant du procédé aérobique. La matière prévue pour le traitement d'oxydation est amenée du réservoir 13, par la conduite 25, à l'entrée de la pompe 26 construite de façon à résister aux produits chimiques.
En fermant alternativement les soupapes 12 et 22, on peut effectuer le procédé d'oxydation chimique sur l'effluent de l'autoclave anaérobique ou la boue provenant du procédé de trai- tement aérobique.
Après son passage par un dispositif habituel de dosage (non représenté), on fait passer le chlore, de préférence sous forme gazeuse, par une conduite 27 comportant une soupape 27a dans le courant de matière de la conduite 25, ainsi que dans la pompe 26 dans laquelle la matière est soumise à une agitation rapide, en étant forcée par une tuyère d'admission tangentielle 28, dans un réacteur 29 dans lequel une circulation rapide (avec réduction de pression) est maintenue par la force centrifuge du courant entrant. Le réacteur 29 est exempt de chicanes qui
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gêneraient la circulation de la matière et qui pourraient avoir tendance à provoquer une séparation des particules qui y sont contenues.
Le réacteur constitue une zone de libre circulation, dans laquelle la circulation rapide du liquide maintient toutes les particules en suspension, ainsi qu'un contact intime entre l'agent oxydant et la matière à traiter.
Du réacteur 29, on fait passer les résidus oxydés chimique- ment par une conduite 30 et une tuyère tangentielle 31 dans le réacteur 32, puis dans les réacteurs 33 et 34. Dans tous ces réacteurs, les résidus oxydés chimiquement sont amenés à subir une circulation rapide aveo des réductions successives de pres- sion dues à la force centrifuge imprimée par la vitesse de la matière quittant la pompe 26. On peut éventuellement introduire une pompe auxiliaire (non représentée) dans la conduite 30 entre les réacteurs 29 et 32 en raison des concentrations exception- nellement importantes de matières solides dans les résidus. Les réacteurs 29, 32, 33 et 34 sont construits avec des revêtements intérieurs de caoutchouc résistant aux acides et ils ne sont pas obstrués.
Du réacteur 34, les résidus oxydés chimiquement passent, par une conduite 35, dans un réservoir de séparation de gaz 36 débouchant dans l'atmosphère et dans lequel les gaz occlus sont séparés des matières résiduaires et d'où ces dernières sont amenées, parla conduite 37, dans le réservoir de mélange 2.
Une conduite de recyclage 38 s'étend de la conduite 35 à l'ex- trémité de sortie du réacteur 34, jusqu'à la conduite 25 à l'en- trée de la pompe 26. Le débit à travers les conduites 35 et 38 est contrôlé par les soupapes 39 et 40 respectivement.
A la soupape de contrôle 39, est prévue une soupape d'éva- cuation (non représentée) pour permettre le prélèvement d'échan- tillons de résidus chlorés. On a trouvé que la quantité de chlore introduit par la conduite 27 devait être réglée et con-
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trôlée de façon que l'acidité des résidus oxydés chimiquement passant par la soupape de contrôle 39 ait un pH se situant entre 2,5 et 6,5.
La quantité de chlore introduite par la conduite 27 ren- trera généralement dans l'intervalle de 100 à 3000 ppm.
Le réacteur 34 peut faire office de chambre de dégazage, étant donné que l'agent oxydant chimique est normalement consom- mé au moment où la boue atteint l'extrémité du réacteur 33. La distribution de la boue par les tuyères dans les conduites tan- gentielles d'admission dans les réacteurs assure une agitation et fait voyager la boue rapidement dans un parcours en spirale le long du réacteur. En même temps, le brusque changement de pression d'un degré relativement élevé dans les tuyères à un degré sensiblement inférieur dans les réacteurs, en combinaison avec ladite agitation, provoque l'expansion des bulles de gaz ou d'air absorbé, ainsi que la séparation entre ces bulles et les particules solides.
L'élimination des bulles d'air ou de gaz, fixées aux parti- cules solides, est extrêmement avantageuse lorsque la boue trai- tée doit être amenée à un appareil de sédimentation, car la vitesse de décantation, la clarté du liquide séparé et la con- centration en solides pouvant être obtenue subissent toutes une influence néfaste par l'air fixé aux particules solides,
L'introduction de la matière résiduaire oxydée chimiquement dans le réservoir de mélange améliore la floculation dans le clarificateur primaire 4. On a également trouvé que la matière facilitait la rupture de la tension superficielle de la graisse et des autres matières des résidus, cette graisse ou ces autres matières décantant dans le clarificateur au lieu de former, à la surface, une écume qui devrait être éliminée.
En adoptant ce procédé, on constate que la désodorisation pratiquement complète des matières résiduaires passant à tra-
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vers le système d'oxydation chimique est effectuée en 10 minu- tes maximum,
Dans la forme de réalisation des figures 2 et 3, les récipients réactionnels sont raccordés en parallèle et ils sont disposés concentriquement autour d'un collecteur d'entrée et d'une chambre de dégazage de sortie.
Dans cette forme de réali- sation, la conduite 25 venant de la chambre de mélange 13, con- duit à une pompe centrifuge 26 dont la sortie est raccordée tangentiellement, par une conduite 42, à une chambre collectri-- ce cylindrique 43, de façon à faire tourbillonner rapidement le liquide dans ladite chambre.'Le chlore est introduit dans le liquide par la pompe 26 et la conduite 27, comme représenté à la figure 1.
Plusieurs conduites tangentielles de sortie 44 s'étendent à partir de la chambre collectrice 43 et se dirigent vers une série de réacteurs 45 disposés concentriquement autour du col- lecteur 43.
Les récipients 45 sont cylindriques et ils sont disposés verticalement, les conduites d'admission 44 communiquant, par les tuyères tangentielles 44a, avec les extrémités inférieures des récipients, de façon que le liquide circule d'une manière centrifuge périphériquement et vers le haut dans lesdits réoi- pients. Tout comme dans le cas du réacteur de la figure 1, les récipients 45 ne sont pas obstrués intérieurement, de façon que l'écoulement de liquide ne soit pas interrompu et qu'il main- tienne les solides en suspension au cours de la période réacti- onnelle.
Le liquide est déchargé des extrémités supérieures des récipients 45 par des conduites 46 et il est forcé par des tuyères tangentielles d'admission 46a vers une chambre de déga- zage 47 dans laquelle la matière est à nouveau soumise à une circulation rapide dans une zone non obstruée, une brusque ré- .
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duction de pression d'un niveau relativement élevé dans les tuyères à un degré sensiblement inférieur dans la chambre provo- quant l'expansion et l'agglomération des bulles d'air fixées et, étant donné que ces bulles d'air sont plus légères que la matiè- re en suspension, elles se rassemblent vers l'axe de la masse ,de matière tournant en spirale.
En quittant la chambre de déga zage, les bulles d'air ou de gaz séparées ne se remélangent pas intimement à la matière et elles ne se fixent pas à nouveau aux particules solides. Lorsque le liquide traité est déchargé par la conduite 35 dans le réservoir de séparation de gaz 36, comme représenté à la figure 1, les bulles flottent à la surface et éclatent. Une conduite de recyclage 48, contrôlée par une soupa- pe 49, s'étend à partir de la conduite 25 à l'entrée de la pom- pe 26 pour permettre un recyclage contrôlé lorsqu'il faut une durée réactionnelle complémentaire.
Les exemples spécifiques suivants illustrent la présente invention.
En guise d'exemple spécifique complémentaire, la perte de charge dans chaque tuyère peut être de 5,75 p.e.i. (0,4 kg/cm2) lorsqu'on traite une boue ayant une consistance de 0,75% de solides. Dans le système représenté à la figure 1, dans lequel on prévoit quatre réacteurs en série, la pression d'entrée dans ' le premier réaoteur peut être de 27 p.s.i. (1,89 kg/cm2) et elle peut être de 21,25 p. s.i. (1,48 kg/cm2) dans le premier réac- teur, de 15,5 p.s.i. (1,08 kg/cm2) dans le deuxième réacteur, de 9',75 p.s.i. (0,68 kg/om2) dans le troisième réacteur et de 4 p.s.i. (0,28 kg/cm2) dans le quatrième réacteur.
La pression totale d'entrée dans une série de réacteurs variera suivant la consistance de la boue et le nombre de réac- teurs de la série. Lorsqu'on traite une boue contenant 5% de solides, la perte de charge dans chaque tuyère peut être de 28 p.s.i. (1,96 kg/cm2); dans ce cas, on utilise deux tuyères
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en série comme représenté dans les figures 2 et 3 des dessins- annexés.
Exemple 1.
Purification des eaux d'égout :
Cet exemple consiste à traiter une boue secondaire résidu- aire contenant environ 0,6% de solides en suspension dont 85% sont constitués de matières volatiles. Le potentiel de réduction! par oxydation (désigné ci-après par l'abréviation PRO) se situe dans l'intervalle de plus 200 millivolts à plus 300 millivolts, , Eh ( suivant l'électrode à l'hydrogène).
Ces matières résiduaires nécessitent 420 ppm de chlore.
L'intervalle de températures est de 50 à 70 F (10 à 21 C).
Le débit de boue dans l'installation d'oxydation chimique va jusqu'à 60 gallons (272,7 litres)/minute.
La quantité journalière a traiter est de 10.000 à 30.000 gallons (45.459 . 136.378 litres) suivant le contrôle du procé-' dé. La quantité de chlore requise pour traiter la charge moyenne de boue est de 70 livres (3lt7 kg). Cette boue peut être une liqueur surnageante impure d'un autoclave anaérobique contenant 0.9% de solides en suspension et constituée de matières organi- ques de décomposition dont environ 60% sont des matières vola- tiles. Le PRO se situe dans l'intervalle de moins 100 à moins 200 millivolts. L'intervalle de températures.est de 70 à 100 F (21 à 37,7 C). La vitesse de charge de cette liqueur va jusqu'à 40 gallons (181,8 litres)/minute.
La quantité journalière à frai* ter dans 1'.installation d'oxydation chimique est de 5.000 à 10. 000 gallons (22. 728 à 45.459 litres) suivant le contrôle du traitement. Cette liqueur surnageante nécessite 500 ppm de chlore et il faut 31 livres (14,06 kg) de chlore pour traiter une production journalière moyenne de 7. 500 gallons (34.094 litres).
Les boues brutes ont des potentiels de réduction négatifs
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à faibles, tandis que les résidus quittant l'installation
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d'oxydation chimique de l'invention rl,=F4 potentiels pu.=ß . de réduction par oxydation de l'ordre de 1000 millivolts Eh.
(Electrode à l'hydrogène).
Exemple 2.
Traitement des résidus de papeterie ou de cartonnage;
Cet exemple consiste à traiter de la boue secondaire en excès provenant d'un procédé aérobique alimenté en résidus provenant d'une installation de récupération primaire de pâte à papier, en combinaison avec l'écoulement de fond provenant d'une autre installation de récupération de pâte, conçue sous forme d'un extracteur d'eau. La boue combinée a une consistance d'environ 3,5% de solides,une température de 90 à 100 F (32 à 43 C) et un volume de production journalière de 72.000 gallons (327.308 litres). Le débit de l'installation d'oxydation chimi- que est de 50 gallons (227 litres)/minute. La quantité requise ! de chlore est de 400 ppm, ce qui nécessite 230 livres (104 kg) de chlore par jour.
Le PRO est de l'ordre de plus 200 milli- volts. Le pH de la matière non traitée est d'environ 7,0 et la quantité requise d'oxygène biochimique est de 2000 à 3000 ppm.
Le pH de la matière traitée est de 2,5 à 6,5.
REVENDICATIONS.
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"Method and apparatus for the purification of putrescible unstable waste"
The present invention relates to a perfected method and apparatus for the purification of unstable putrid waste to render such waste odorless with greatly reduced consumption of biological oxygen. A second object of the invention is to transform the material into a flocculating form which can easily be separated from the body of water present, by sedimentation or filtration.
Among the wastes to which the present invention is applicable are sludges from sewage treatment plants including primary sludge, secondary sludge, biological filter humus, activated sludge and the like, anaerobic autoolave sludge,
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scum and supernatant liquors, pumping products from cesspools or septic tanks, as well as various organic and inorganic waste by-products - encountered in various industries, for example paper mills, slaughterhouses, food processing plants, canneries, textile mills, pharmaceutical plants, etc.
When applied to such materials, the usual methods of treating detritus are inadequate to effect the required purification or they require high capital and high operating costs per unit of material processed.
The active chemical agents used are molar chlorine and nascent oxygen formed by the action of chlorine on water. Chlorine can be introduced in gas or liquid form.
The treatment of sewage and industrial wastes with chlorine has long been well known. However, the use of chlorine for this purpose in processes and equipment. The prior art has been ineffective. Therefore, many industrial and municipal sewage disposal facilities have avoided the use of chlorine for this purpose.
According to the present invention, chlorine, preferably in gaseous form, is introduced by a customary metering device into the sludge and debris in a zone undergoing rapid stirring. The purpose of this operation is to ensure easy access of the chlorine to all the particles of the mud or of: detritus. As is known, in the presence of an easily oxidizable material, chlorine also reacts directly with water in! releasing nascent oxygen and hypochlorous acid, both of which are powerful oxidants.
The chlorine can be introduced at the inlet of a
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suitable centrifugal pump. Alternatively, chlorine is introduced near a high speed propeller provided to agitate the material.
According to the present invention, immediately after the introduction of the chlorine and after having properly mixed, the mud or debris is subjected to rapid circulation in one or more unobstructed containers, the circulation speed being sufficient to maintain , suspended in detritus, insoluble or nitrogenous matter, carbonaceous matter, sand or crushed pieces of bone in the case of sewage, as well as titanium dioxide and clay or other charges in the case of industrial waste from.
of an installation transforming waste paper into cardboard. '
Further, it has been found that by continuing the centrifugal action after the oxidation, the fine air bubbles attached to the solid particles separate from the latter and agglomerate. As they leave the reactors and progress through an area where the pressure is lower, the air or gas bubbles expand and separate from the mass of sludge. Therefore, sedimentation of solid particles can take place in the collecting clarifier.
It is also important to note that where it is desirable to dehydrate sludge from reactors in mechanical dewatering equipment or on sand beds, it has been found that the removal of fine air bubbles fixed to solid particles increased the rate of separation between solids and liquids three times or more.
In the case of sanitary sewage, the improved chemical oxidation process of the present invention can be used in various ways. A system could! consist in providing a combination with a usual installation for the treatment of sewage under aeronautical conditions.
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bic / anaerobic, so that the chemical oxidation operation is performed on the supernatant liquor from the anaerobic autoclave.
Another system would be to treat the waste sludge from a secondary aerobic process.
Another system, too, would be to simultaneously treat both the supernatant liquor and the residual secondary sludge from a conventional sewage treatment plant.
The nature of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings giving, by way of illustration, a specific embodiment of the invention.
In the drawings, Figure 1 is a schematic view illustrating the invention applied to a sewage treatment system; Figure 2 is a top plan view of a treatment apparatus suitable for use in the chlorination step. and Figure 3 is a vertical section taken on line 3-3 of Figure 2, with some parts in elevation.
Referring to the drawings in more detail, we introduce) through line 1, into the mixing chamber 2, the raw sewage that has been passed through a filter in order to remove large objects , as well as through a settling chamber to separate most of the sandstone and sand.
The overflow from the mixing chamber 2 flows, through line 3, into the primary clarifier 4. The effluent from the primary clarifier 4 passes, through line 5, in a usual aerobic process 6.
.After having undergone the treatment in the aerobic process,
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the material passes, through line 7, into a secondary clarifier 8 from where the effluent is discharged to the debris through line 9 and from where the secondary sludge is fed, through pump 10 and line 11 comprising a valve control 12, to a mixing tank 13. The primary sludge, settled from the primary clarifier 4 is pumped, by a pump 16 and a pipe 17, into the upper zone of an anaerobic autoclave; 18. This autoclave 18 comprises, at its top, a gas outlet 20 for the elimination of toxic gases such as methane and hydrogen sulfide which are burnt.
The sludge leaving the anaerobic autoclave 18 is discharged to the detritus through line 19. The impure supernatant liquor from the anaerobic autoclave 18 is withdrawn through line [21 having a control valve 22 and is discharged into the storage tank. mixture 13, in which it is mixed with the residual sludge from the aerobic process. The material intended for the oxidation treatment is supplied from the reservoir 13, through the pipe 25, to the inlet of the pump 26 constructed in such a way as to resist the chemicals.
By alternately closing valves 12 and 22, the chemical oxidation process can be carried out on the effluent from the anaerobic autoclave or the sludge from the aerobic treatment process.
After passing through a usual metering device (not shown), the chlorine is passed, preferably in gaseous form, through a pipe 27 comprising a valve 27a into the flow of material from the pipe 25, as well as into the pump 26 wherein the material is subjected to rapid agitation, being forced by a tangential inlet nozzle 28, into a reactor 29 in which rapid circulation (with pressure reduction) is maintained by the centrifugal force of the incoming stream. Reactor 29 is free from baffles which
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impede the circulation of matter and which could tend to cause separation of the particles contained therein.
The reactor constitutes a zone of free circulation, in which the rapid circulation of the liquid maintains all the particles in suspension, as well as intimate contact between the oxidizing agent and the material to be treated.
From the reactor 29, the chemically oxidized residues are passed through a pipe 30 and a tangential nozzle 31 into the reactor 32, then into the reactors 33 and 34. In all these reactors, the chemically oxidized residues are caused to undergo a circulation. rapidly with successive reductions in pressure due to the centrifugal force imparted by the velocity of the material leaving the pump 26. Optionally, an auxiliary pump (not shown) can be introduced into the line 30 between the reactors 29 and 32 because of the exceptionally high concentrations of solids in the tailings. Reactors 29, 32, 33 and 34 are constructed with acid resistant rubber liners and are unobstructed.
From the reactor 34, the chemically oxidized residues pass, through a pipe 35, into a gas separation tank 36 opening into the atmosphere and in which the occluded gases are separated from the residual materials and from where the latter are brought, through the pipe. 37, in the mixing tank 2.
A recycle line 38 extends from line 35 at the outlet end of reactor 34, to line 25 at the inlet of pump 26. The flow through lines 35 and 38 is controlled by valves 39 and 40 respectively.
At the control valve 39, there is provided an exhaust valve (not shown) to allow sampling of chlorinated residues. It was found that the amount of chlorine introduced through line 27 should be regulated and con-
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controlled so that the acidity of the chemically oxidized residues passing through the control valve 39 has a pH between 2.5 and 6.5.
The amount of chlorine introduced through line 27 will generally fall within the range of 100 to 3000 ppm.
Reactor 34 can act as a degassing chamber, since the chemical oxidizing agent is normally consumed by the time the sludge reaches the end of the reactor 33. The distribution of the sludge through the nozzles in the pipes tan. Reactor inlet gentials provide agitation and make the sludge travel rapidly in a spiral path along the reactor. At the same time, the sudden change in pressure from a relatively high degree in the tuyeres to a significantly lower degree in the reactors, in combination with said agitation, causes the expansion of the bubbles of gas or air absorbed, as well as the separation between these bubbles and the solid particles.
The removal of air or gas bubbles attached to the solid particles is extremely advantageous when the treated sludge is to be taken to a sedimentation apparatus, since the speed of settling, the clarity of the separated liquid and the the concentration of solids obtainable are all adversely affected by the air attached to the solid particles,
The introduction of the chemically oxidized waste material into the mixing tank improves flocculation in the primary clarifier 4. It has also been found that the material facilitates the breaking up of the surface tension of the grease and other residue material, this grease or these other matters settle in the clarifier instead of forming a scum on the surface which should be removed.
By adopting this process, it is found that the practically complete deodorization of the residual materials passing through
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to the chemical oxidation system is carried out in a maximum of 10 minutes,
In the embodiment of Figures 2 and 3, the reaction vessels are connected in parallel and they are arranged concentrically around an inlet manifold and an outlet degassing chamber.
In this embodiment, the pipe 25 coming from the mixing chamber 13, leads to a centrifugal pump 26, the outlet of which is connected tangentially, by a pipe 42, to a cylindrical collecting chamber 43, of so as to rapidly swirl the liquid in said chamber. The chlorine is introduced into the liquid through the pump 26 and the line 27, as shown in Figure 1.
Several tangential outlet conduits 44 extend from the collector chamber 43 and lead towards a series of reactors 45 arranged concentrically around the collector 43.
The receptacles 45 are cylindrical and they are arranged vertically, the inlet conduits 44 communicating, by the tangential nozzles 44a, with the lower ends of the receptacles, so that the liquid circulates in a centrifugal manner peripherally and upwards in said. receivers. As in the case of the reactor of Figure 1, the vessels 45 are not internally obstructed, so that the flow of liquid is not interrupted and that the solids are kept in suspension during the reaction period. - onnel.
The liquid is discharged from the upper ends of the vessels 45 through conduits 46 and is forced through tangential inlet nozzles 46a to a degassing chamber 47 in which the material is again subjected to rapid circulation in a non-area. obstructed, a sudden re-.
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pressure decrease from a relatively high level in the nozzles to a substantially lower degree in the chamber causing the expansion and agglomeration of the fixed air bubbles and, since these air bubbles are lighter than matter in suspension, they gather towards the axis of the mass, matter rotating in a spiral.
On leaving the dega zing chamber, the separated air or gas bubbles do not intimately remix with the material and they do not re-attach to the solid particles. When the treated liquid is discharged through line 35 into the gas separation tank 36, as shown in Figure 1, the bubbles float to the surface and burst. A recycle line 48, controlled by a valve 49, extends from line 25 to the inlet of pump 26 to allow controlled recycle when additional reaction time is required.
The following specific examples illustrate the present invention.
As a further specific example, the pressure drop in each nozzle may be 5.75 p.e.i. (0.4 kg / cm2) when treating a slurry having a consistency of 0.75% solids. In the system shown in Fig. 1, in which four reactors are provided in series, the inlet pressure to the first reactor may be 27 p.s.i. (1.89 kg / cm2) and it can be 21.25 p. if. (1.48 kg / cm2) in the first reactor, 15.5 p.s.i. (1.08 kg / cm2) in the second reactor, 9 ', 75 p.s.i. (0.68 kg / om2) in the third reactor and 4 p.s.i. (0.28 kg / cm2) in the fourth reactor.
The total inlet pressure to a series of reactors will vary depending on the consistency of the slurry and the number of reactors in the series. When treating a slurry containing 5% solids, the pressure drop in each nozzle can be 28 p.s.i. (1.96 kg / cm2); in this case, two nozzles are used
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in series as shown in Figures 2 and 3 of the accompanying drawings.
Example 1.
Sewage purification:
This example consists of treating a residual secondary sludge containing about 0.6% suspended solids, 85% of which consists of volatiles. The reduction potential! by oxidation (hereinafter referred to as the abbreviation PRO) is in the range of plus 200 millivolts to plus 300 millivolts,, Eh (depending on the hydrogen electrode).
These waste materials require 420 ppm of chlorine.
The temperature range is 50 to 70 F (10 to 21 C).
Slurry flow through the chemical oxidation plant is up to 60 gallons (272.7 liters) / minute.
The daily amount to be treated is 10,000 to 30,000 gallons (45,459,136,378 liters) depending on the process control. The amount of chlorine required to treat the average slurry load is 70 pounds (3lt7 kg). This slurry can be an impure supernatant liquor from an anaerobic autoclave containing 0.9% suspended solids and consisting of organic decomposition material of which about 60% is volatile material. The PRO is in the range of minus 100 to minus 200 millivolts. The temperature range is 70 to 100 F (21 to 37.7 C). The charging speed of this liquor is up to 40 gallons (181.8 liters) / minute.
The daily amount to spawn in the chemical oxidation plant is 5,000 to 10,000 gallons (22,728 to 45,459 liters) depending on the process control. This supernatant liquor requires 500 ppm of chlorine and it takes 31 pounds (14.06 kg) of chlorine to process an average daily output of 7,500 gallons (34,094 liters).
Raw sludge has negative reduction potentials
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to low, while the residues leaving the installation
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of chemical oxidation of the invention r1 = F4 potentials pu. = β. reduction by oxidation of the order of 1000 millivolts Eh.
(Hydrogen electrode).
Example 2.
Treatment of stationery or cardboard residues;
This example involves treating excess secondary sludge from an aerobic process fed with tailings from a primary pulp recovery plant, in combination with the bottom flow from another pulp recovery plant. paste, designed as a water extractor. The combined slurry has a consistency of about 3.5% solids, a temperature of 90 to 100 F (32 to 43 C) and a daily production volume of 72,000 gallons (327,308 liters). The flow rate of the chemical oxidation plant is 50 gallons (227 liters) / minute. The quantity required! of chlorine is 400 ppm, which requires 230 pounds (104 kg) of chlorine per day.
PRO is of the order of over 200 milli-volts. The pH of the untreated material is about 7.0 and the required amount of biochemical oxygen is 2000 to 3000 ppm.
The pH of the material being treated is 2.5 to 6.5.
CLAIMS.
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