Procédé de digestion anaérobie de boues d'eaux d'égout La présente invention se rapporte au traite ment de boues d'eaux d'égout, dans lequel une digestion anaérobie est utilisée comme facteur principal pour effectuer la décomposition des substances organiques présentes dans ces boues. Ces substances organiques peuvent provenir de déchets domestiques ou de déchets industriels.
Le procédé de digestion anaérobie des boues d'eaux d'égout tel qu'il est pratiqué ordinaire ment a été jusqu'à présent très long, exigeant usuellement trente jours ou plus pour effectuer une décomposition satisfaisante de la boue. Les installations de digestion nécessaires pour le traite ment des eaux d'égout d'une communauté de quelque importance ont été, en conséquence, très grandes et l'on a fait de nombreuses recherches dans ces dernières années pour réduire le temps nécessaire à la digestion anaérobie des boues d'égout et réduire par là les dimensions des ap pareils nécessaires pour effectuer cette digestion.
On a déjà fait des essais pour accélérer la digestion des boues d'égout par agitation du contenu de réservoirs soumis à la digestion anaérobie. Dans ces procédés, on a utilisé des gaz comprimés, et entre autres des gaz générés pendant la digestion, gaz que l'on désignera dans la suite par gaz de digestion , ainsi que des agitateurs mécaniques, pour produire un mouve ment dans la masse soumise à la digestion.
On a maintenant constaté que, pour pouvoir effectuer l'opération de digestion anaérobie sur une base industrielle, il est important de mettre en contact les boues subissant la digestion avec des gaz de digestion ou autres gaz contenant du méthane, dans des conditions contrôlées, la rapidité du mouvement de circulation des boues subissant la digestion, et le taux auquel les gaz de digestion ou autres gaz sont remis en circu lation dans les boues, étant maintenus dans des limites bien définies.
Dans le procédé de digestion anaérobie de boues d'égout selon la présente invention, on introduit donc le gaz contenant du méthane, à l'état dispersé et dans une direction vers le haut, et sur une aire appréciable, dans le tiers inférieur d'une masse de boues subissant la digestion, en une quantité de 11,5 à 186 litres à la minute par mètre du diamètre ou de la plus grande dimension de la section transversale horizontale de la masse des boues, prise au niveau de l'aire d'introduction du gaz, de façon à produire un mouvement de circulation de celles-ci.
De préférence, le gaz est introduit en une quantité propre à produire un mouvement de circulation des boues d'eaux d'égout ayant une vitesse de 15 cm à 46 cm à la seconde, mesurée à approximativement 10 % de la profondeur de la masse des boues et à une distance horizontale du centre de la région d'introduction du gaz d'environ les 3/ de la distance horizontale de ce centre jusqu'à la limite la plus éloignée de la masse des boues.
Par cette introduction contrôlée de gaz de digestion ou autre gaz contenant du méthane, on produit une décomposition accélérée des constituants organiques volatils des boues d'eaux d'égout et le temps de digestion de ces boues est notablement réduit, des trente jours environ du procédé de digestion industriel pratiqué jusqu'à présent à environ dix jours et même, dans cer tains cas, à huit jours environ.
La durée de digestion peut encore être réduite en ensemençant les boues à soumettre à la digestion ou subissant cette digestion avec de la boue déjà digérée, dans la proportion de 1/2 à 5 volumes de la boue digérée par volume de boue brute que l'on ensemence.
Une autre amélioration encore du procédé de digestion peut être réalisée en exécutant celle-ci en plusieurs étapes en utilisant plusieurs réser voirs de digestion séparés, disposés en série.
Dans cette manière d'exécuter le procédé, au moins une étape de digestion partielle est effectuée dans un réservoir avec introduction de gaz dispersé contenant du méthane, et l'étape finale de digestion est effectuée dans un autre réservoir avec introduction de gaz contenant du méthane, jusqu'à ce que la digestion soit terminée, le courant de gaz étant alors arrêté pour permettre aux corps solides digérés de se séparer du reste du matériel. Si on le désire, on peut employer plus d'une étape- de digestion partielle. La boue ayant subi la digestion se tasse sur le fond du réservoir de digestion finale et en est extraite et transférée en un lieu de dépôt convenable et/ou est ramenée au ou aux réser voirs antérieurs de digestion dans lesquels elle sert d'ensemencement pour stimuler l'opération de digestion.
Le liquide surnageant est employé de toute manière ordinaire.
La disposition en série de réservoirs de diges tion permet d'utiliser de façon continue pour la digestion tous ces réservoirs excepté le réservoir final. Ainsi, l'opération de digestion n'étant pas interrompue, les gaz de digestion peuvent être dispersés de façon continue à travers les contenus des réservoirs.
Le procédé selon l'invention peut être mis à exécution de diverses manières; une installation pour le traitement de boues selon ce procédé, ainsi que des détails de celui-ci et des modifica tions sont décrits dans la suite à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé, dans lequel: La fig.1 montre un arrangement schématique, partiellement en section, de cette installation. La fig. 2 est une section horizontale d'un réservoir de digestion, montrant seulement les parois du réservoir et le dispositif de dispersion du gaz.
La fig. 3 est une vue en section verticale à travers le dispositif de dispersion du gaz de la fig. 2.
Les fig. 4 et 5 sont des sections horizontales de réservoirs de digestion munis de dispositifs différents de dispersion du gaz, montrant seule ment les parois des réservoirs et ces dispositifs.
La fig. 6 est une vue en plan d'une autre forme de réservoir de digestion, de section transversale en forme de rectangle court et La fig. 7 est une vue en plan d'une autre forme encore de réservoir de digestion, de section trans versale en forme de rectangle allongé, et conte nant un dispositif de dispersion modifié.
Dans l'installation représentée au dessin, les eaux d'égout brutes d'un système d'égouts d'une petite cité, en une quantité par exemple d'environ 3 800 m3 par jour, s'écoulent par un conduit 10 qui les décharge dans un réservoir 11 de dépôt préliminaire. En général, ces eaux brutes ont été préalablement soumises à un traitement dans des dispositifs de réduction en fragments et de criblage pour briser et/ou enlever des objets étrangers trop grands et peuvent aussi avoir passé par un réservoir de sédimentation.
Le premier réservoir de dépôt 11, qui est de capacité suffisante pour assurer un temps d'arrêt propre à permettre le dépôt de la boue ou bourbe, est muni d'un collecteur de boue 12,. et son fond présente un renfoncement 13 pour recevoir la boue. Dans un système traitant par exemple 3800 m3 d'eaux d'égout par jour, la quantité de boue recueillie journellement dans le réservoir 11 peut être d'environ 38 m3.
Les eaux sortant du réservoir 11 passent par un conduit 14 à un réservoir d'aération 15, à travers lequel elles avancent lentement pendant que de l'air y est introduit à l'aide de diffuseurs 16. Ces diffuseurs peuvent être de tout type convenable, par exemple du type montré dans les exposés des brevets américains No 2328655 et 2555201. Cette aération produit une boue additionnelle par floconnement.
Les eaux aérées sortant du réservoir 15 passent par un conduit 17 à un réservoir de dépôt final 18, d'une capacité telle que ces eaux ne le traversent que lentement, en laissant déposer la boue mise en flocons. Ce réservoir est muni d'un collecteur de boue 19 se déplaçant lentement, et la boue est rassemblée dans un renfoncement 20 du fond de réservoir. La boue recueillie dans ce renfoncement 20 est extraite à travers un tuyau 21 par une pompe 22, qui la décharge par un tuyau 23, dans le premier réservoir de dépôt 11, dans lequel elle se dépose et est collectée dans le renfoncement 13, où elle s'ajoute à la boue rassemblée dans ce réservoir.
Une partie de la boue collectée dans le réservoir de dépôt final 18 peut être, si on le désire, retournée par un tuyau 24 au conduit 14 et au réservoir d'aéra tion. L'eau traitée sortant du réservoir de dépôt 18 s'écoule par le conduit 24', qui l'amène sur des lits de filtration ou autre.
Au lieu d'être traitées dans un système d'aération du genre représenté, les eaux d'égout quittant le réservoir de dépôt 11 peuvent être évacuées d'autre façon. Dans ce cas, les boues recueillies dans le réservoir de dépôt 11 consistent entièrement en boues primaires ou brutes, ou en telles boues en mélange avec des boues mûres pouvant s'être déposées du liquide surnageant après la digestion anaérobie des boues, qui peut être retourné au réservoir 11, comme cela est exposé plus loin.
La boue recueillie dans le réservoir de dépôt 11 est extraite du renfoncement 13 par un tuyau 26, à l'aide d'une pompe 27, et est conduite par un tuyau 28 dans un réservoir d'aération et de mélange 29. Le retrait de la boue brute du réser- voir 11 peut se faire de façon continue, mais on préfère l'effectuer de façon intermittente.
Dans le réservoir 29 d'aération et de mélange, la boue est aérée jusqu'à un certain degré, de préférence en employant des diffuseurs ou disper- seurs d'air. La quantité d'air employée est de 25 % à 100 % en volume de la boue, de préfé rence d'environ 75 %. Selon le nombre des dis- perseurs d'air employés et la capacité de chacun de ces disperseurs, la durée de séjour de la boue dans le réservoir 29 d'aération et de mélange peut être d'une à cinq minutes.
Le mélange de l'air avec la boue crue peut être effectué à toute température normale, au-dessus du point de gel, soit entre 00 C et 32 C.
Après que l'introduction de la quantité d'air voulue est terminée, ou de préférence un peu avant, une matière d'absorption peut être mélan gée intimement avec la boue et mise en suspens Sion dans celle-ci. On emploie de préférence du coke finement divisé, qui a été broyé suffisam ment fin pour que la plus grande partie, disons 90 %, passe à travers un tamis à 31 mailles par cm2, et que le tout passe à travers un tamis à 9 mailles par ce. Le coke en poudre peut être introduit dans le réservoir 29 d'aération et de mélange de toute manière convenable, par exemple par une trémie 31.
Lorsque cette intro duction a lieu pendant les derniers instants de l'opération d'aération, l'introduction de l'air produit le mélange voulu du coke avec la boue. On peut cependant employer, si désiré, des moyens de mélange supplémentaires mécaniques. L'aération de la boue crue d'eaux d'égout, et l'addition d'une matière d'absorption, si une telle matière est employée, doivent de préférence précéder plutôt que suivre l'opération de concen tration décrite ci-après. On peut employer des matières d'absorption autres que le coke pulvé risé, par exemple la terre à foulon, le gel de silice, la terre à diatomées ou semblables. La quantité de matière absorptive finement divisée que l'on ajoute, est de préférence de 0,5 à 2,5 parties en poids pour 100 parties de boue.
11 est préférable de soumettre la boue crue à une aération préliminaire, cependant cette aération peut être laissée de côté. L'opération principale à effectuer dans le procédé de digestion selon la présente invention est une opération de digestion anaérobie, laquelle ne demande pas la présence d'oxygène.
La boue provenant du réservoir 29 d'aération et de mélange est introduite dans un réservoir de concentration 32. La boue est tirée du réservoir 29 par un tuyau 33, au moyen d'une pompe 34. La boue crue qui se rend au réservoir de concen tration 32, est chauffée dans un réchauffeur 34', de préférence à une température de 27 à 380 C. La boue réchauffée entre alors dans le réservoir de concentration 32 par un tuyau 35. Ce chauffage peut aussi, si on le désire, être effectué dans le réservoir de concentration 32.
La boue entrant dans le réservoir de concen tration 32 peut consister, par exemple, en environ 3 % à 8 % en poids de corps solides, desquels 40 % à 70 % peuvent être des corps solides volatils.
Dans le réservoir de concentration 32, la boue est concentrée en étant amenée par flottation à la surface du mélange, de la façon décrite ci-après. Il se forme, dans la partie inférieure du réservoir de concentration 32, comme résultat de cette opération de concentration, un liquide relativement clair, qui est soutiré à un niveau inférieur du réservoir, par un ou plusieurs tuyaux 36. Ce liquide sousnageant peut être amené au réservoir de dépôt 11 par les tuyaux 38' et 37, au moyen d'une pompe 39.
La boue concentrée flottant dans la partie supérieure du réservoir de concentration 32 est enlevée de ce réservoir au moyen d'une pompe 41 et déchargée par un tuyau 42 à un réservoir principal de digestion 43. Cette boue concentrée peut conte nir jusqu'à 8 % à 12 % en poids de corps solides.
Le réservoir de concentration 32 est de préfé rence de section transversale carrée ou circulaire; il est muni d'un couvercle 32', du type fixe ou flottant; c'est un couvercle fixe qui est repré senté.
La boue crue est concentrée dans le réservoir de concentration 32 par des gaz de digestion amenés du réservoir de digestion 43 au moyen d'un ventilateur 44 qui l'aspire d'un tuyau de sortie de gaz 45 communiquant avec le dôme de recueillement des gaz 45' au sommet du réser voir de digestion 43. Ces gaz passent par un tuyau 48 pour arriver au dispositif de dispersion 47, semblable aux disperseurs 16, et disposé de préférence près du fond et au centre du réservoir de concentration 32. Le dispositif de dispersion 47 doit produire une colonne de bulles de gaz s'élevant lentement et s'étendant sur une aire considérable, et qui ne doit pas produire une agitation de la boue d'égout ou lui donner un mouvement de circulation.
Les figures 2 à 6 montrent différentes formes de dispositifs de dispersion ou diffusion pouvant être employées dans le réservoir de concentration 32. Ces figures seront décrites plus loin, en connexion avec la description du réservoir de digestion 43, dans lequel un dispositif de dispersion semblable au dispositif 47 est utilisé.
Le gaz sous forme de petites bulles s'élève vers la surface du contenu du réservoir de con centration 32, et les particules solides contenues dans la boue crue soumise à la concentration se trouvent chargées de gaz, ce qui réduit leur densité et amène ces particules à flotter au sommet du mélange de boue. Il faut éviter que l'écoulement du gaz de digestion à travers la boue dans le réservoir de concentration ne pro duise un mouvement excessif du mélange. Le gaz de digestion doit pour cela être amené à circuler lentement à travers le contenu du réservoir de concentration.
A cet effet, la quantité de gaz circulant à travers le dispositif de dispersion de gaz 47 est maintenue entre des limites de 4,6 à 9,3 litres par minute et par mètre du diamètre interne du réservoir de concentration 32, en admettant que ce dernier a une section trans versale circulaire sensiblement uniforme. Avec un écoulement de gaz ainsi limité, les particules de boue sont amenées par flottation à la partie supérieure du mélange de boue crue jusqu'à ce que sensiblement toutes les particules solides dans le réservoir de concentration se trouvent concentrées en une masse flottant au haut du mélange. Il reste alors un liquide clarifié sousnageant au-dessous de cette boue con centrée.
Si la quantité de gaz diffusé est augmen tée au-dessus d'environ 9,3 litres à la minute par mètre de diamètre du réservoir, il se produit une turbulence excessive, et la concentration des particules solides n'est pas réalisée. Il est prévu une valve 51 sur le tuyau 48 pour contrôler la quantité de gaz fournie au réservoir de concen tration 32.
Le couvercle 32' du réservoir de concentra tion est muni d'un dôme collecteur de gaz 37', qui communique avec un tuyau 38 conduisant les gaz au tuyau 45 de sortie du gaz du réservoir de digestion 43. Le gaz fourni au réservoir de concentration 32 est ainsi remis en circulation dans le système, d'où résulte une utilisation économique des produits gazeux de la digestion.
Cette opération de concentration peut être effectuée dans des réservoirs de concentration de section transversale autre que circulaire, en réglant le taux d'écoulement du gaz par exemple sur la base de la plus longue diagonale de la section transversale horizontale du réservoir, en admettant que ce réservoir a une section transversale rectangulaire uniforme. Ceci sera décrit plus en détail dans la suite, en connexion avec la description du réservoir de digestion 43, le taux d'écoulement du gaz dans ce réservoir de digestion dépendant aussi du diamètre de ce réservoir ou de la longueur de sa plus grande diagonale.
On a aussi trouvé que le temps nécessaire pour une concentration complète des boues d'eaux d'égout dans le réservoir de concentration 32 peut être notablement réduit en introduisant dans ce réservoir 32 de la boue ayant subi la digestion et venant du réservoir de digestion 43, cette boue servant d'ensemencement. En consé quence, un tuyau 54 amène de la boue digérée, chauffée, au tuyau d'introduction de boue 35 dans le réservoir de concentration 32, dans lequel elle se mélange avec la boue pour faciliter l'opé ration de concentration. La quantité de boue d'ensemencement que l'on mélange à la boue crue amenée au réservoir de concentration 32, doit être de 2 à 20 % du volume de la boue crue dans le réservoir de concentration 32 au moment du mélange.
La combinaison de la concentration par gaz et de l'ensemencement dans le réservoir de concentration, ci-dessus décrite, réduit sensible ment le temps nécessaire à une concentration complète, d'environ dix jours à seulement un jour. L'ensemencement présente encore l'avan tage qu'il augmente le volume du liquide sous- nageant produit d'une quantité allant jusqu'à 100 %. Comme déjà dit, la boue concentrée sor tant du réservoir de concentration 32 est amenée au réservoir de digestion 43 par un tuyau 42, au moyen d'une pompe 41; cependant, si on le désire, on peut utiliser la gravité pour faire passer la boue concentrée dans le réservoir de digestion.
Ceci peut être obtenu en disposant l'entrée dans le réservoir de digestion à un niveau plus bas que la sortie du réservoir de concentra tion 32. Dans une opération ordinaire, le réservoir de digestion 43 est rempli jusqu'à son niveau de travail normal avec de la boue soumise à la digestion. Juste avant l'introduction de la boue venant du réservoir de concentration, on retire du réservoir de digestion 43 une quantité de boue partiellement digérée égale à la quantité de boue concentrée à enlever au niveau supérieur du réservoir de concentration 32. Un tuyau 52 de décharge de boue communique avec le fond du réservoir de digestion 43, et à l'aide d'une pompe 55', la boue est retirée de ce réservoir 43 et transférée à un autre réservoir de digestion 143, dans lequel l'opération de digestion est terminée.
Le réservoir de digestion 43 représenté est un réservoir de digestion ordinaire pour la digestion anaérobie de boues d'eaux d'égout; il est pourvu d'un toit flottant 60, muni d'un dôme de recueil- lage du gaz 45'. On pourrait aussi au besoin utiliser un toit fixe.
Le tuyau 45 d'extraction du gaz communique avec le dôme collecteur 45' et conduit les pro duits gazeux de l'opération de digestion à plu sieurs points d'utilisation. Ce tuyau 45 commu nique avec un tuyau 61, muni d'une valve 62, conduisant les gaz à des machines à gaz ou brûleurs, ou à un gazomètre. Le tuyau 45 de sortie du gaz communique aussi, comme déjà dit, avec le tuyau 48, muni d'une valve, et conduisant les gaz au dispositif de dispersion 47 dans le réservoir de concentration 32. Un tuyau d'embranchement 63' est prévu pour ramener les gaz de digestion, à l'aide du ventilateur 44, au réservoir de digestion 43, en vue d'accélérer la digestion de la boue, conformément à la présente invention.
L'embranchement 63' com munique avec un dispositif de dispersion 63, semblable au dispositif 47 de diffusion de gaz dans le réservoir de concentration 32. Le dispositif de dispersion de gaz 63 s'étend sur une surface notable dans la partie centrale du fond du réservoir de digestion 43, de sorte qu'il se forme une forte colonne de gaz dispersé, qui s'élève dans la boue subissant la digestion dans le réservoir de digestion. Ceci a pour effet que la boue circule en s'élevant dans la partie centrale du réservoir et en descendant le long des parois de celui-ci, en effectuant un mouvement de forme générale circulaire, comme cela est indiqué par des flèches à la fig. 1.
Quand la quantité de gaz de digestion ainsi remis en circulation est réglée dans les limites spécifiées, la digestion de la boue se trouve accélérée à un tel degré que le temps nécessaire pour une digestion complète des boues d'eaux d'égout est réduit d'environ un mois, comme c'est le cas jusqu'à présent, à environ dix jours et même moins.
Le taux auquel le gaz est introduit dans le réservoir de digestion 43 pour assurer la digestion accélérée, est compris entre 11,5 à 186 litres à la minute par mètre du diamètre du réservoir de digestion. Ce champ d'écoulement du gaz assure un mouvement continu, de forme géné rale circulaire, des matières subissant la diges tion, à une vitesse de 15 cm par seconde à 46 cm par seconde, et de préférence de 30 cm par seconde, mesurée à environ 10 % de la profondeur de la matière subissant la digestion dans ce réservoir,
et à une distance horizontale du centre de la région d'introduction du gaz de digestion dans la masse de boue d'environ les %4 de la distance horizontale de ce centre à la surface interne de la paroi du réservoir la plus éloignée. Le taux d'introduction du gaz dans l'exemple ci-dessus est tel que le volume total recyclé par jour est sensiblement moindre que celui produit par jour dans le réservoir de digestion.
La fig. 2 montre comment on détermine le point où la vitesse du mouvement de la boue dans le réservoir de digestion 43 doit être mesu rée. Cette figure est une vue en plan d'un réser voir de digestion cylindrique, en regardant de haut en bas, vers le fond du réservoir. Le dispo sitif de dispersion est vu au centre du réservoir. Le point où se fait la mesure est situé sur une ligne radiale horizontale, dans un plan à 10 de la profondeur de la boue dans le réservoir (au-dessous du niveau supérieur de la boue) et aux 3/ de la distance du centre de la zone de dispersion du gaz à la surface interne la plus éloignée de la paroi du réservoir.
Dans l'exemple représenté, ce point est situé aux 3/ du rayon de la section transversale circulaire du réservoir, mesurés à partir du centre de celle-ci. Quand le réservoir de digestion a une section transversale presque carrée ou en forme de rectangle court, comme montré à la fig. 6, le point où doit être mesurée la rapidité du mouvement de la boue, est situé sur une ligne horizontale à 10 au-dessous de la surface de la boue et aux 3/4 de la distance à partir du centre du dispositif de dispersion jusqu'à la surface interne la plus éloignée de la paroi du réservoir. Lorsque le dispositif de dispersion est disposé au centre du réservoir, le point de mesure de la vitesse est aux 3/s de la diagonale du réservoir, mesurés à partir du centre du réservoir.
Sous réservoir rectangulaire court, on comprend soit un réser voir carré, soit un réservoir qui n'est que faible ment plus long que large. Par réservoir rectan gulaire allongé, on entend un réservoir dont la longueur est égale à au moins deux fois la largeur. Ainsi, concernant les réservoirs repré sentés aux fig. 6 et 7, celui de la fig. 6 est consi déré comme un réservoir rectangulaire court , tandis que le réservoir long et étroit montré à la fig. 7, doit être considéré comme réservoir rectangulaire allongé .
Dans le cas où le dispositif de dispersion est situé le long de la paroi d'un réservoir de diges tion à section transversale circulaire ou au moins approximativement carrée, le point pour la mesure de la vitesse est situé sensiblement à la même place que celle indiquée à la fig. 6, c'est- à-dire en un point situé dans un plan à 10 au-dessous de la surface de la boue et aux 3/ de la distance du centre du dispositif de dis- persion à la surface de paroi du réservoir la. plus éloignée.
Lorsque le réservoir de digestion est de section transversale rectangulaire allongée, com me montré à la fig. 7, la base pour la mesure de la vitesse doit être quelque peu modifiée. Dans cet exemple, le dispositif de dispersion s'étend parallèlement à la longue dimension du réser voir, et le- long d'une paroi de celui-ci. Le point de référence pour la mesure de la vitesse est situé aux 3/ de la distance de la partie centrale du dispositif de dispersion à la paroi opposée.
La base pour la détermination du taux d'introduction du gaz dans un réservoir circu laire est le diamètre interne de ce réservoir. La base pour déterminer le taux d'introduction du gaz dans un réservoir de section transversale carrée ou rectangulaire est indiqué à la fig. 6. C'est la diagonale du rectangle formé par les parois internes du réservoir. De même, la diagonale du réservoir selon la forme d'exécution de la fig. 7 constitue la base pour la détermination du taux d'écoulement du gaz dans cet exemple. La base pour la détermination du taux d'intro duction du gaz dans le réservoir de concentration 32 est semblable.
Ainsi qu'on l'a déjà dit, le gaz doit être dispersé sur une aire notable dans la région centrale du réservoir de digestion. Lorsque le dispositif de dispersion est de forme générale circulaire, comme montré aux fig. 2 à 4, le dispositif de dispersion doit être de dimensions propres à produire de préférence une colonne uniforme de gaz ayant un diamètre d'environ 7 % à environ 15 % du diamètre du réservoir, dans le cas d'un réservoir cylindrique, et d'envi ron 7 % à environ 15 % de la plus longue diagonale d'un réservoir carré ou rectangulaire court.
Lorsque le dispositif de dispersion est de forme générale rectangulaire, comme montré à la fig. 5, la diagonale L du rectangle entou rant le dispositif de dispersion doit de nouveau être d'environ 7 % à environ 15 % du diamètre du réservoir si celui-ci est circulaire, et d'environ 7 % à environ 15 % de la plus longue diagonale, dans le cas d'un réservoir carré ou rectangulaire court.
Quand le dispositif de dispersion est placé le long de la paroi du réservoir de digestion, ce dispositif doit avoir sensiblement les mêmes dimensions que lorsqu'il est placé au centre du réservoir. L'emplacement du dispositif de disper sion au centre est préférable, car il constitue un arrangement plus efficace et exige moins de gaz.
Le dispositif de dispersion 47 dans le réser voir de concentration 32 doit être au moins aussi grand, ou même plus grand que le dispositif de diffusion employé dans un réservoir de digestion de même grandeur.
Tant dans le réservoir de concentration que dans celui ou ceux de digestion, le dispositif de dispersion est situé dans le tiers inférieur du réservoir (y compris la hauteur de la trémie de fond, s'il y en a une) et au moins à quelques dm du fond du réservoir.
Une valve 70 sur l'embranchement 63' permet de contrôler la quantité de gaz de digestion ramenée au réservoir principal de digestion 43.
La température des boues soumises à la digestion doit être maintenue à un niveau convenable, par exemple d'environ 27 C à 380 C, de préférence à 350 C. De la chaleur peut être appliquée intérieurement ou extérieurement, comme on veut, pour maintenir la température des boues.
Les boues du réservoir de digestion peuvent être amenées à circuler à travers un réchauffeur disposé à l'extérieur. Ceci peut être fait périodi quement. Le tuyau 52 de décharge des boues communique avec un tuyau 52' et un tuyau 53 dans lequel est placé un réchauffeur 56, pour chauffer les boues venant du réservoir de diges tion 43. Une valve 57 sur le tuyau 53 contrôle la quantité de boues amenée au réchauffeur 56. Une pompe 55 dans le tuyau 53 sert à faire circuler les boues du réservoir de digestion 43 à travers le réchauffeur 56, et à les ramener au réservoir de digestion à travers une valve 66 et par un tuyau 65.
Les boues chauffées peuvent être introduites dans le tuyau 42 de fourniture de boues au réservoir de digestion pour y être mélangées avec les boues crues concentrées amenées à ce réservoir; elles peuvent aussi être fournies directement au réservoir de digestion. Une partie des boues passant à travers le réchauffeur 56 peut aussi être amenée au réser voir de concentration en vue de faciliter la concentration des boues des eaux d'égout avant leur digestion, comme expliqué ci-dessus.
Le dispositif de dispersion montré à la fig. 2 comprend plusieurs paires d'éléments de disper sion ou tubes 100 et 101, s'étendant des côtés opposés d'une tête de distribution annulaire 102, tout le long de la périphérie de celle-ci. Le tuyau d'embranchement 63', qui s'étend verticalement dans le réservoir de digestion 43, communique avec le distributeur annulaire 102 par des tuyaux<B>103</B> et 104.
Les éléments de dispersion 100 et 101 provo quent la formation d'une colonne montante de gaz, cylindrique, et s'étendant sur une partie considérable du réservoir de digestion.
La fig. 4 montre une modification du dispo sitif de dispersion de forme générale circulaire, dans laquelle des éléments de dispersion tubu laires 100' s'étendent radialement à partir d'une portion élargie du tuyau d'embranchement 63'. Dans cette modification, les éléments de disper sion 100' s'étendent seulement vers l'extérieur à partir de la portion élargie du tuyau 63'.
Le dispositif de dispersion de gaz selon la fig. 5 comprend plusieurs paires parallèles d'élé ments de dispersion 100" et 101" qui s'étendent vers l'extérieur à partir d'une tête de distribution centrale 102". Le tuyau d'embranchement 63' communique avec le centre de la tête 102". Le dispositif de dispersion produit une colonne de bulles gazeuses de section rectangulaire à l'intérieur du réservoir de digestion.
Le dispositif de dispersion selon la fig. 7 comprend une tête droite de distribution 110, avec éléments de dispersion s'étendant alterna- tivement de ses côtés opposés. Le tuyau 63' communique avec la tête 110.
Lorsque le dispositif de dispersion du gaz est placé le long du fond et du côté du réservoir de digestion, il se produit un mouvement vers le haut des boues au-dessus du dispositif de diffusion, et un mouvement des boues vers le bas sur le côté du réservoir opposé au dispositif de dispersion, en établissant ainsi et en maintenant le mouvement désiré de forme générale circulaire de la boue.
Le nombre et les dimensions des réservoirs de concentration et de digestion peuvent varier. Les champs des taux d'écoulement des gaz et des vitesses du mouvement des boues à un point particulier dépendent en partie du degré d'uni formité de la section transversale des réservoirs. Si l'on emploie un réservoir ayant une section transversale variant fortement, il est alors nécessaire d'apporter quelque ajustement à la quantité de gaz introduite et à la vitesse du mouvement. Des considérations d'économie et d'autres sont en faveur de l'emploi de réservoirs ayant une section transversale sensiblement uniforme.
Les réservoirs de digestion sont en général de section transversale uniforme, excepté en ce qui concerne la trémie de rassemblement de la boue, lorsqu'il y en a une, telle que la trémie 43' du réservoir de digestion 43. Les déter minations du taux d'écoulement du gaz et de vitesse sontbasées sur les dimensions de la section transversale de la partie principale ou supérieure du réservoir qui se trouve au-dessus de la trémie.
Le rapport de la hauteur à la largeur des réservoirs de concentration et de digestion peut beaucoup varier. Ainsi des rapports de 1:1 à 1:6 peuvent être utilisés, le rapport de 1:4 étant cependant préféré.
Un réservoir de digestion peut par exemple présenter les caractères suivants
EMI0008.0011
diamètre <SEP> du <SEP> réservoir <SEP> (diamètre <SEP> interne <SEP> d'un <SEP> réservoir <SEP> circulaire) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 21,3 <SEP> mètres
<tb> hauteur <SEP> du <SEP> réservoir <SEP> (sans <SEP> la <SEP> trémie) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 7,6 <SEP> mètres
<tb> profondeur <SEP> de <SEP> la <SEP> trémie. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,2 <SEP> mètre
<tb> profondeur <SEP> de <SEP> la <SEP> boue <SEP> . <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 8,8 <SEP> mètres
<tb> distance <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> disperseur <SEP> de <SEP> la <SEP> surface <SEP> supérieure <SEP> de <SEP> la <SEP> boue <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 7,3 <SEP> mètres
<tb> diamètre <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> de <SEP> dispersion <SEP> (disposition <SEP> circulaire <SEP> de <SEP> fig. <SEP> 4) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,7 <SEP> mètre
<tb> taux <SEP> total <SEP> d'écoulement <SEP> de <SEP> gaz <SEP> (198l <SEP> à <SEP> 2547 <SEP> litres/minute Les mêmes dimensions ci-dessus indiquées peuvent être employées pour le réservoir de concentration 32.
Le taux d'introduction du gaz doit cependant être plus faible que celui employé pour la digestion; il peut être, par exemple, de 141 litres/minute.
Le réservoir de digestion 43 est utilisé de façon à ne digérer que partiellement la boue qui y est introduite. A un degré convenable de digestion, la boue du réservoir de digestion 43 est retirée par le tuyau de décharge 52, à l'aide de la pompe 55', et est déchargée par un tuyau 142 dans un réservoir secondaire de digestion 143, semblable au réservoir 43. En général, le réservoir de digestion 143 renferme un dispositif de dispersion 163 semblable au dispositif 63 du réservoir de digestion 43, par lequel du gaz de digestion est introduit pour aider l'opération de digestion de la façon déjà exposée. Un tuyau de sortie de gaz 145 communique avec un dôme de recueillage de gaz 145' pour retirer le gaz rassem blé au sommet du réservoir de digestion 143.
Le tuyau de sortie 145 communique avec le tuyau 48, lequel à son tour communique avec le tuyau d'embranchement 163', qui conduit le gaz au dispositif de dispersion 163.
Tandis que le gaz de digestion est mis en cir culation continue dans le réservoir 43 de diges tion primaire, il est nécessaire d'interrompre le passage du gaz au réservoir de digestion secon daire 143 lorsque la boue, dans ce dernier, a été complètement digérée. Ceci permet à la boue digérée de se déposer dans la trémie 143', et aux parties liquides du mélange de boue de se ras sembler au-dessus. La boue digérée, dans la trémie 143', est alors pompée pour être amenée par des tuyaux 152 et 153 à des lits de séchage de la boue. .
Une partie de la boue digérée est utilisée pour l'ensemencement du contenu du réservoir de concentration 32, comme on l'a déjà exposé, et pour l'ensemencement du réservoir de digestion 43 de la façon déjà décrite. En conséquence, le tuyau 152 communique avec le réservoir de concentration 32 par le tuyau 53, le réchauffeur 56 et le tuyau 54. Le tuyau 152 communique aussi avec le tuyau 42 d'alimentation du réser voir de digestion 43, par les tuyaux 53 et 65. Le circuit particulier par lequel passe la boue tirée du réservoir de digestion 143, est contrôlé par les valves 57, 58', 66, 160 et 161.
Le liquide surnageant qui se rassemble dans la partie supérieure du réservoir secondaire de digestion 143 en est retiré par un ou plusieurs tuyaux de sortie 154 et est envoyé à travers le tuyau 37 qui le conduit au réservoir de dépôt primaire 11, ou à des lits d'eaux d'égout par le tuyau 156.
Pendant la digestion, le contenu de boues du réservoir secondaire de digestion 143 est chauffé de la même manière que le contenu du réservoir primaire de digestion 43. Pour cela, la boue est extraite par le tuyau 152 et est amenée au réchauf feur 56. Puis la boue est retournée au réservoir 143 par le tuyau 165 et le tuyau d'alimentation 142.
Un caractère important du procédé décrit réside en la combinaison, avec la recirculation du gaz, de l'ensemencement de la boue subissant la digestion avec de la boue digérée. De la boue déjà digérée est ainsi enlevée du réservoir secondaire de digestion 143 et est déposée dans le contenu en digestion du réservoir primaire de digestion 43.
La quantité de boue digérée fournie au réservoir primaire de digestion<B>43</B> est préféra blement de %2 à 5 volumes pour chaque volume de boue crue introduit dans le réservoir 43. Les valves 160, 57 et 66 contrôlent la quantité de boue fournie au tuyau d'alimentation 42. La température à laquelle la boue d'ensemen cement est portée dans le réchauffeur 56 est semblable à celle utilisée pour effectuer la diges tion, c'est-à-dire d'environ 320 à 350.
On peut, si on le désire, employer plus de deux réservoirs de digestion en série. Dans ce cas, le dernier réservoir de la série peut être utilisé pour terminer l'opération de digestion, les réservoirs antérieurs servant à effectuer une digestion partielle de la boue.
L'opération entière de digestion peut être exécutée dans le réservoir de digestion 43, le réservoir 143 n'étant alors employé que comme réservoir de dépôt. Dans ce cas, la boue complè tement digérée est fournie au réservoir 143 dans lequel elle est laissée reposer pour permettre aux corps solides de la boue de se séparer du liquide. Cela permet d'utiliser de façon continue le réservoir 43 pour effectuer la digestion, en y faisant circuler continuellement du gaz de digestion. Le dispositif de dispersion 163 dans le réservoir 143 peut alors être supprimé.
L'efficacité du procédé de digestion selon l'invention peut être maintenue indéfiniment en saturant d'humidité les gaz que l'on fait circuler dans le réservoir de concentration 32 et les réservoirs de digestion 43 et 143.A ces fins, un humidificateur ou générateur de vapeur 68 est relié aux tuyaux 48 et 163' par un tuyau 69. On peut employer toute source convenable d'humidité. Cette humidité sert à empêcher que les tubes de dispersion des dispositifs 47, 63 et 163 ne se bouchent.
On considère que la digestion de la boue est complète lorsqu'il s'est développé 467 à 623 litres par kilo de solides volatils dans les boues amenées au réservoir de digestion, ou lorsque le poids des corps solides volatils a été réduit de 40 % à 50 %. Sur l'une et l'autre de ces bases, les boues d'eaux d'égout peuvent être digérées en environ 10 jours en opérant d'après le procédé selon la présente invention. Sur ces mêmes bases, la digestion des boues d'eaux d'égout, pratiquée d'après les méthodes employées jusqu'à présent, durait environ trente jours.
Dans la description qui précède, on a parlé de recirculation de gaz de digestion; on a cepen dant trouvé que des résultats semblables peuvent être atteints en introduisant dans le réservoir de digestion du méthane sensiblement pur en des quantités correspondant à 50 % - 75 % des quantités de gaz de digestion mentionnées précé demment. D'autres gaz contenant du méthane, tels que le gaz naturel, par exemple, peuvent aussi être employés en des quantités suffisantes pour fournir des quantités équivalentes de gaz méthane.
Dans ces cas, il faut contrôler les proportions des composés de soufre, des hydro carbures aromatiques, du monoxyde de carbone et d'autres constituants indésirables de telle façon qu'ils ne puissent affaiblir l'action efficace des organismes actifs pour l'opération de diges tion. Ainsi, du gaz naturel qui a été traité avec les réactifs ordinaires pour en éliminer le soufre de façon à rendre ce gaz convenable pour l'emploi comme gaz de synthèse, peut être utilisé dans le présent procédé.
Par les expressions gaz de digestion ou gaz contenant du méthane , employées ici, on entend des gaz contenant, comme constituant actif, du méthane d'ordinaire, dans des propor tions d'environ 10 % à 100 %, et de préférence de 50 % à 70 %, les autres constituants étant inertes ou non nuisibles envers les organismes actifs pour la digestion dans le procédé. Les autres constituants du gaz peuvent être le dioxyde de carbone, l'azote, l'hélium, l'hydro gène, l'éthane, le propane ou des mélanges de ceux-ci.
Les organismes en question étant anaérobies, la présence d'oxygène doit être évitée, quoique de faibles proportions, de l'ordre de 1 % à 2 %, puissent y être tolérées.