Procédé de Purification des eaux d'égouts et autres liquides résiduels. La, grande concentration de la population dans les districts urbains, aussi bien que la concentration d'activités industrielles, ont créé -de graves problèmes en ce qui concerne la pollution des cours d'eau, par suite de la décharge en eux .des eaux d'égouts ou d'au tres liquides résiduels bruts ou seulement par tiellement purifiés. Les -eaux d'égouts, et les liquides résiduels provenant de sources ména gères, municipales ou industrielles, contien nent des quantités variables -de matières putrescibles.
Ces matières putrescibles: con- sistent pour la. plus grande partie en composés ,lu carbone, du soufre et de l'azote en combi naison les uns avec les autres et avec d'autres constituants. La. décharge de telles matières putrescibles -dans ,des rivières ou :
dans d'au tres nappes ou cours d'eau, souille ces, eaux et les rend inaptes à maintenir la, vie d'ani maux aquatiques, aussi bien qu'à divers usages ménagers ou industriels pour lesquels les eaux non souillées sont utilisables sans autres.
Dans certaines contrées, la pollution des eaux dans lesquelles -des eaux d'égouis contenant des matières putrescibles sont .dé chargées, est non seulement incommode et dangereuse, rnais.conatitite une sérieuse menace à la santé publique par suite de la contami nation des installations -de distribution d'eau et des installations de bains.
Pour ces raisons, il ést non seulement désirable, mais encore dans bien, -des cas, nécessaire, que les, matières putrescibles- soient enlevées .des eaux d'égouts ou rendues, d'une autre manière, sans action et inoffensives avant que les eaux d'égouts soient finalement évacuées dans une nappe ou dans un' cours d'eau voisin.
Il est par consé quent d'une nécessité urgente :de trouver un procédé simple, efficace et bon marché pour purifier les eaux d'égouts et autres liquides résiduels avant de les évacuer dans des nappes ou des cours d'eau.
Dans les eaux d'égouts brutes habituelles et dans les liquides résiduels similaires les matières putrescibles sont présentes sous deux formes, notamment sous forme soluble et, par conséquent, en solution et sous. forme insoluble. Les matières insolubles peuvent présenter des dimensions s'étendant des par ticules grossières et facilement filtrables jus qu'aux dimensions colloïdales. Dans n'importe quel traitement -des eaux -d'égouts, on a l'ha bitude d'enlever les matières insolubles les plus grossières et les plus: lourdes et par con séquent les matières solides. Ceci est habi tuellement exécuté par filtration.
Mais après la filtration, il reste dans. les eaux d'égouts, non seulement les matières putrescibles so lubles, mais aussi des matières putrescibles insolubles à l'état finement divisé, dans la plu part des cas en suspension colloïdale.
La concentration -des matières putrescibles qui sont en solution et en suspension, dans les eaux d'égouts filtrées, est généralement extrè- mement faible. Par exemple, une eau d'égouts ordinaire de ville, contient environ 160 parties de matières solides finement .divisées ou dis persées, en majeure partie en suspension col loïdale par million -de parties d'eau d'égouts.
Les constituants putrescibles, en si faible concentration, de ces matières en suspension, ne réagissent pas,du tout ou ne réagissent que très lentement avec des produits chimiques excessivement -dilués, produits qui rendraient ces matières inoffensives s'ils étaient présents sous une forme plus concentrée. L'évacuation directe des eaux d'égouts ou la destruction des matières: putrescibles dans ces eaux est par conséquent ineffective et impraticable.
La présente invention a pour objet un procédé de purification des eaux d'égouts et autres liquides résiduels, contenant ,des ma tières putrescibles en suspension et en solu tion, les matières en solution contenant au moins une base.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on traite ces liquides avec une base métallique insoluble qui récolte les matières en suspen sion et qui se précipite avec ces dernières sous forme d'une boue que l'on sépare des- dits liquides, puis en ce que l'on soumet la liqueur résiduelle à une réaction d'échange de base au cours de laquelle au moins une base putrescible en solution est échangée con tre une base imputrescible.
Pour effectuer le traitement .des eaux d'égouts ou autres liquides résiduels avec une base métallique, on procède de préférence comme suit: on ajoute aux liquides à traiter un composé métallique soluble et un corps al calin capable de réagir avec ledit composé pour former un hydroxyde métallique inso luble qui précipite et qui récolte pratique ment toutes les matières en suspension.
Pour soumettre la liqueur résiduelle sépa rée de la boue, à une réaction d'échange de base, on peut faire passer cette liqueur au contact d'une zéolithe ou autre matière ana logue qui remplace une ou plusieurs bases des matières putrescibles en solution, par une base imputrescible, par exemple d'un. métal alca lin.
Lors de la mise en oeuvre pratique du procédé de l'invention, on préfère actuelle- ment exécuter celui-ci en traitant les eaux d'égouts brutes filtrées avec une solution d'un composé métallique, tel que du sulfate ferri- que (Fe.(SO4)s), en proportions telles. que l'eau d'égouts contienne de à0 à 200'/00000 (pour million) -de fer (Fe) ou d'un métal équivalent, selon la quantité de matières pu trescibles à. enlever.
Après un mélange com plet, on ajoute à l'eau d'égouts un alcali, -de préférence de la chaux (CaO) vu son faible prix, de préférence en proportions telles que le produit résultant ait un pH d'une valeur d'environ 6 à ô. L'alcali fait précipiter le métal comme hydroxyde (par exemple hy droxyde ferrique (Fe(OH)s), lequel en se pré cipitant fait tomber les matières putrescibles en suspension sous une forme telle qu'elle permet la séparation de ces matières dans n'importe quel type approprié d'appareil pour la.
séparation des solides et de9 liquides, tel que, par exemple, un épaississeur, une cuve de clarification, un filtre ou un appareil équi valent de sédimentation ou de clarification.
Le but de cette opération est,de concentrer dans une boue les matières putrescibles en suspension dans les eaux d'égouts. Le précipi- tat d'hydroxyde ferrique ou d'une base mé- tallique équivalente et les matières insolubles, putrescibles, coagulées ou entraînées par ce précipitat, sont séparés -de l'eau d'égouts ré siduelle sous forme d'une boue.
Cette boue peut être traitée pour en détruire les matières putrescibles ou pour en éliminer d'une autre manière appropriée ces matières et pour r6cu- pérer le métal contenu en elle. Dans ce but, la boue peut être séparée de son eau ou dés hydratée et le produit résultant peut être grillé ou incinéré pour en détruire les ma tières putrescibles et pour transformer l'hy droxyde métallique (ferrique) en oxyde mé tallique (ferrique). Cet oxyde est alors traité avec un acide, par exemple,de, l'acide sulfu rique pour régénérer le composé métallique de départ (sulfate ferrique).
Avec une eau d'égouts contenant environ 160 parties -de matières en suspension pour 1.000.000 partis d'eau d'égouts et ayant une consommation biologique d'oxygène, pendant 10 jours. -de 200 à 400 parties pour 1.000.000 parties d'eau ainsi qu'un pH de 7 à 7,4, on a trouvé qu'une clarification satisfaisante peut être obtenue en, ajoutant à ces 1.000.000 par ties d'eau d'égouts, 100 parties -de fer sous forme de sulfate ferrique (par exemple en solution concentrée) et 150 parties de chaux.
Une quantité d'aluminium, sous forme de sul fate d'aluminium, égale à. la moitié du poids du fer, peut être substituée à. ce dernier en donnant des résultats presqu''aussi bons. La chaux peut être remplacée par une quantité équivalente d'ammoniac, de soude caustique, de carbonate de soude, de magnésie et d'alca lis silimaires, si les conditions rendent ce rem placement judicieux.
La liqueur résiduelle clarifiée s'écoulant de l'appareil de séparation (épaississeur, ap pareil :de sédimentation, de précipitation, de filtration ou de clarification), est soumise à aine réaction d'échange de base au cours de laquelle une quantité importante des bases putrescibles en solution dans l'eau d'égouts, est échangée ou remplacée par une base im putrescible, en concentrant ainsi ces bases pu trescibles sous une forme facilement traitable et récupérable. On entend par base putresci- ble une base chimique qui peut être utilisée comme milieu de culture (aliments)
par des bactéries ou d'autres formes d'organismes vi vants, telle que de l'ammoniac ou autre com posé analogue. Des substances du genre des zéolithes capables de produire un échange de bases, sont des corps appropriés pour ce but.
Ainsi, la substitution d'une base sodique imputrescible à l'ammoniac ou autre base pu trescible analogue en solution dans l'eau d'é gouts, peut être effectuée en faisant passer la liqueur résiduelle à.
travers une couche ou un corps d'une zéolithe capable d'échange -de bases, tel que, par exemple, un filtre zéolithi- que. Pendant cette opération, les composés solubles oxydables très fortement basiques, tels que l'ammoniac ou d'autres amines, sont retirés de la liqueur résiduelle par une réac tion de déplacement des bases, laquelle peut être représentée d'une manière générale par l'équation suivante:
Na2O , x Al_0, . y SiO2 . n HZO -I- 2 NH, X --- (NH4)ZO . x A1,0, . y SiO2 . n H20 -I- 2 NaX.
Dans cette réaction, l'ammoniac et les amines plus basiques, en solution dans la li queur résiduelle sont pratiquement enlevés quantitativement et remplacés par la base métallique alcaline (sodium) se trouvant dans la zéolithe ou autre matière semblable. Le produit résultant ou le filtrat -de cette opéra tion d'échange de bases, est un produit final pratiquement exempt,de matières putrescibles pour tous les buts pratiques et peut être dé finitivement évacué dans une nappe ou un cours d'eau.
Après un certain temps d'opération, lors que le métal alcalin de la zéolithe a été rem placé par de l'ammoniac ou une autre base analogue, .dans une proportion suffisamment grande pour que l'action -de cette zéolithe ne soit plus efficace, cette dernière est traitée avec une solution d'un sel,d'un métal alcalin, pour la régénérer et pour en extraire et re- dissoudre l'ammoniac ou autre base, laquelle peut être économiquement récupérée sous forme concentrée.
Ainsi, -dans le cas d'un fil- tre zéolithique, le filtre est lavé à reflux avec ime solution concentrée -de chlorure de sodium (par exemple avec une solution contenant 2011 à 300 grammes de sel par litre). Ceci régé nère la, zéolithe et la ramène à son état origi nal en inversant la réaction d'échange -de base indiquée ci-dessus, l'ammoniac passant en so lution comme chlorure -d'ammonium; il peut être facilement récupéré .de cette solution.
Par exemple, la solution saline qui a passé à reflux à travers le filtre, peut être traitée avec de la chaux ou autre corps alcalin et l'ammoniac en résultant peut être enlevé par distillation et récolté de n'importe quelle ma nière appropriée. Cet ammoniac récupéré peut, si on le désire, être ramené à la pre- mière phase du procédé -de purification comme alcali pour la précipitation de l'hydroxyde métallique; ou bien il peut être vendu, ce qui diminue sensiblement les frais du traitement.
Les exemples suivants montrent l'effica cité du procédé de purification des eaux d'égouts selon la présente invention: Exemple .T 1.000.000 parties d'eau d'égouts ont été traitées avec 200 parties de fer, comme sul fate ferrique, et ce fer a été précipité par -de la soude caustique, comme hydroxyde fer rique.
On a les résultats analytiques suivants:
EMI0004.0016
Consommation <SEP> Azote <SEP> I <SEP> Azote
<tb> biologique <SEP> d <SEP> oxygène <SEP> organique <SEP> I
<tb> en <SEP> dix <SEP> jours <SEP> ammoniacal
<tb> Eau <SEP> d'égouts <SEP> brute <SEP> 199 <SEP> 000000 <SEP> <B>90,100000</B> <SEP> 1 <SEP> <B>150/00000</B>
<tb> Eau <SEP> d'égouts <SEP> clarifiée <SEP> 60 <SEP> 8 <SEP> 12
<tb> Produit <SEP> final <SEP> 52 <SEP> 5,7 <SEP> 0,3
<tb> I <I>Exemple 2:</I> 1.000.000 parties d'eau d'égouts ont été traitées avec 100 parties -de fer, comme sul- fate ferrique, et ce fer a été précipité par de la chaux (Ca0), comme hydroxyde ferrique.
On a les résultats analytiques suivants:
EMI0004.0021
Consommation <SEP> Azote
<tb> biologique <SEP> d'oxygène <SEP> organique <SEP> Azote <SEP> total
<tb> en <SEP> dix <SEP> jours
<tb> Eau <SEP> d'égouts <SEP> brute <SEP> <B>322'/00000</B> <SEP> n. <SEP> d. <SEP> 24 <SEP> %oooo
<tb> Produit <SEP> final <SEP> 40 <SEP> ii. <SEP> d. <SEP> 2 Dans chaque exemple, la majeure partie de l'enlèvement de l'azote a lieu pendant l'o pération d'échange des bases et pratiquement tout l'azote enlevé pendant cette opération était présent dans la liqueur résiduelle, cla rifiée, comme azote "basique'-, c'est-à-dire comme ammoniac ou comme composés aminés.
Le dessin annexé représente schématique ment une forme d'exécution préférée d'une installation pour l'exécution pratique du pro cédé selon l'invention.
Dans cette installation, l'eau d'égouts brute indiquée en 1 est obligée de passer en premier lieu à travers un tamis grossier 2 et ensuite à travers un tamis fin 8 pour en lever les matières solides grossières et lour des. L'eau d'égouts filtrée est complètement mélangée avec du sulfate ferrique provenant de 4 ajouté dans un mélangeur 5 du type à chicanes. On a trouvé avantageux d'aérer l'eaud'égouts pendant les opérations de mé lange ou de chaulage, vu qu'une telle aéra tion abaisse essentiellement la. consommation biologique en oxygène du produit final. Des résultats très satisfaisants sont obtenus en exécutant le chaulage dans un récipient 6 à agitation d'air.
Les récipients 7 et 7' de pré cipitation ou de sédimentation sont de préfé rence du type à fonctionnement continu dans lequel la boue précipitée est -continuellement retirée du fond et la liqueur résiduelle (eau d'Pgouts clarifiée) est continuellement retirée d'une auge de trop-plein se trouvant autour de la périphérie du récipient. La liqueur rési duelle passe à travers une batterie de réci pients 8 de réaction du genre de filtres, con tenant une zéolithe.
La solution saline 9 des tinée au lavage par reflux peut être mise en circulation à travers la couche de zéolithe. ,iuQ;qu'à ce que cette solution ait enlevé une quantité désirée d'ammoniac ou d'autres sub stances analogues et la couche -de zéolithe re çoit alors un lavage final par reflux avec. une solution saline fraîche. L'ammoniac ou au tres substances entraînées par la solution sa line est récupéré en 10. L'eau d'égouts puri fiée sortant des récipients 8 est évacuée en 11.
La boue provenant -des récipients 7 et 7' et contenant -de l'hydroxyde de fer, est sépa rée de son eau en 12 dans des filtres-presses et les gâteaux de presse sont emmenés à un ap pareil d'incinération 13 pour y être grillés.
Les cendres de ce grillage sont envoyées en 14 on elles reçoivent de l'acide sulfurique provenant de 15 pour être transformées en sulfate ferrique qui se trouve ainsi régénéré.
La quantité de matières solides en suspen sion dans l'eau d'égouts filtrée et dans des li quides résiduels similaires, peut varier consi dérablement, même aux mêmes canaux de @dé- charge selon les sources présentes de ces li quides. Ainsi, une eau d'égouts ordinaire fil- trée peut contenir de 50 à 400 et voire même plus de parties de matières en suspension, par million de parties d'eau. Le courant ordinaire de l'eau d'égouts d'une ville (eau filtrée) aura. en moyenne environ 160 parties de ma tières solides en suspension pour 1.000.000 parties d'eau.
Selon les recherches .de la -de manderesse, on a troue é que du fer en quan tité allant d'environ 1/, à \/; .de la quantité de matières solides en suspension, présentes, sert effectivement, lorsqu'il est précipité comme hydroxyde ferrique, à récolter et Fa faire tom ber pratiquement la totalité des matières en suspension.
Lorsqu'on emploie de l'aluminium au lieu -du fer, il est nécessaire d'en employer seulement la moitié environ pour la même quantité d'eau d'égouts à traiter. Semblable- ment, en employant d'autres substances in solubles comme collecteurs pour les matières en suspension, la quantité requise dépendra des *caractéristiques physiques de la sub- stance, aussi bien que de la quantité de ma tières en suspension à récolter et à concentrer.
La quantité d'alcali ajoutée à l'eau .d'é gouts est de préférence telle qu'elle donne à la liqueur résiduelle clarifiée, un pH d'envi ron 6 à 8. Pour une bonne exploitation du procédé, pratiquement tout le métal ajouté à l'eau d'égouts ou présent dans cette eau, doit être précipité comme hydroxyde. On a trouvé que la réaction d'échange de bases a. lieu le plus avantageusement lorsque la. liqueur rési duelle est pratiquement neutre ou légèrement alcaline, mais cette réaction est retardée dans le cas d'une liqueur trop alcaline.
Bien que l'on puisse exécuter la réaction d'échange .de bases avec une liqueur résiduelle ayant un pH aussi élevé que 10 à 11, on a trouvé par expérience que la réaction a lieu plus lente ment et moins efficacement que dans le cas d'une liqueur résiduelle -dont le pH n'est pas sensiblement plus élevé que 8 environ.
La réaction d'échange de base n'a d'effet que sur les sels -de composés azotés ba siques, tels que, par exemple, l'ammoniac et certaines amines et non pas sur les bases libres; par conséquent, une liqueur résiduelle trop alcaline dans laquelle les composés azotés sont transformés en bases libres, ne subissent pas facilement, si ce n'est pas du tout, la réac tion d'échange de bases. Par suite de ces con sidérations, on préfère en pratique ajuster soigneusement la valeur -du pH -de la liqueur résiduelle, en réglant la quantité .d'alcali ajoutée à l'eau d'égouts pour précipiter pra tiquement tout le métal présent comme<B>hy-</B> droxyde et pour donner à la liqueur résiduelle un pH .d'environ 6 à 8.
Dans ce but, on pré fère en pratique observer périodiquement la valeur du pH de l'eau d'égouts reçue à l'ori gine et ajuster en conséquence les additions -d'alcali, selon -ces observations, de manière à donner à la liqueur résiduelle une valeur de pH se trouvant approximativement dans les limites préférées.
Le ou les autres produits .de réaction, lors de la précipitation d'hydroxyde métallique (par exemple le sulfate de calcium provenant de la réaction -du sulfate ferrique avec la chaux pour précipiter l'hydroxyde ferrique) sont habituellement solubles .dans la liqueur résiduelle, vu les quantités relativement fai bles dans lesquelles ils sont présents et par conséquent ces produits n'entrent pas dans la boue précipitable. La boue est par conséquent formée par les matières putrescibles en sus pension (qui peuvent être facilement détruites par la chaleur du grillage) et par l'hy droxyde métallique.
Ce fait rend possible la récupération et la régénération économiques du composé métallique pour -des traitements subsquents.
Le procédé .de purification -des eaux U'é- gouts, selon la présente invention, non seule ment enlève effectivement les matières pu trescibles; mais effectue également un enlè vement très important de bactéries. Une grande partie de l'enlèvement des bactéries a lieu lors de la concentration et -de l'enlève ment -des matières en suspension et un au tre enlèvement essentiel :des bactéries a lieu pendant la réaction d'échange -de base.