CH641745A5

CH641745A5 - Procede et installation d'epuration des eaux residuaire necessitant le degazage de suspension de boues.

Info

Publication number: CH641745A5
Application number: CH22081A
Authority: CH
Inventors: Bernard Vigreux
Original assignee: Sgn Soc Gen Tech Nouvelle
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1984-03-15
Also published as: ES8200847A1; BE887119A; DE3100780A1; FR2480738B1; FR2480738A1; IT8119184A0; IT1135072B; ES498565A0

Description

La présente invention se rapporte à l'épuration des eaux résiduaires et elle concerne plus spécialement le dégazage de supensions de boues formées dans des étapes intermédiaires du traitement d'épuration.

Jusqu'à présent, l'attention s'est peu portée sur ce problème,

mais de nouvelles techniques d'épuration des eaux amènent maintenant à l'étudier de plus près. Ainsi, la technique récente d'épuration par puits profond et les techniques voisines en bassin d'épuration de forte profondeur, mises en œuvre au cours du traitement des eaux résiduaires, conduisent à des boues contenant systématiquement des microbulles gazeuses dues à la décompression de l'eau. Dans la suite du traitement, on élimine les boues ainsi produites, par décantation ou par flottation, mais la décantation se fait mal du fait des microbulles, ce qui pose des problèmes majeurs en exploitation et en tout cas limite les performances de l'épuration, et la flottation, qui bien entendu ne nécessite plus de dégazage, se révèle insuffisante ou économiquement non adaptée dans de nombreux cas.

Des techniques de dégazage des liquides sont connues, mais elles ne sont pas applicables pour les boues. En effet, dans les liquides, les gaz sont dissous, alors que dans les boues ils forment des microbulles emprisonnés au sein desdites boues.

Une étude entreprise sur le dégazage des boues a jusqu'à présent abouti à trois solutions différentes qui ne donnent cependant pas entièrement satisfaction:

— un dégazage sous vide dans une tour formant colonne barométrique qui, outre l'investissement supplémentaire, apporte des contraintes d'installation gênantes et des problèmes d'exploitation au niveau des pompes à vide et des casse-mousses devant protéger l'aspiration desdites pompes;

— un dégazage par Stripping des microbulles au moyen d'une aération forcée en grosses bulles dont l'efficacité n'est pas démontrée totalement, et

— un dégazage par agitation mécanique de la suspension qui ne convient cependant pas aux suspensions de boues fragiles, qui consomme de l'énergie et qui oblige à un investissement supplémentaire.

La présente invention envisage de dégazer des suspensions de boues sans consommation d'énergie supplémentaire, sans accroissement important des investissements et de l'encombrement, et sans contrainte d'exploitation supplémentaire.

Elle propose pour cela de faire ruisseler la suspension de boues en couche mince continue sur un lit en couche mince.

Avantageusement, le lit à garnissage sera un empilement de modules constitués par un assemblage de plaques planes et de plaques présentant une double ondulation, par ex. des modules Flocor de Imperial Chemical Industries du type E, ET ou ES. L'empilement aura une hauteur d'au moins 2,4 m et préférentiellement comprise entre 2,4 et 8,4 m, et le débit à l'alimentation sera tel qu'il permettra un temps de séjour d'au moins 4 min et préférentiellement de 4 à 10 min.

Il pourra également s'agir d'un empilement d'anneaux de Flocor R, ou de tout garnissage plastique en vrac équivalent, ou d'un garnissage en matériau naturel tel que pierraille, pouzzolane ou mâchefer, préférentiellement précédé d'un dégrillage ou d'une décantation primaire.

Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, elle propose de soumettre les suspensions de boues à un traitement biologique en même temps qu'on les fait ruisseler en couche mince.

Dans ce cas le garnissage supporte un fil de matières biologiques actives, qui, outre la dégradation biologique des matières polluantes qu'elles réalisent, consomment de l'oxygène et participent de façon combinée au dégazage des boues.

La présente invention propose d'utiliser ce procédé de dégazage dans le cadre de l'épuration des eaux résiduaires. La suspension de boues soumise au dégazage résulte alors d'un traitement d'épuration biologique en puits profond, d'un traitement d'épuration biologique en bassin d'aération de forte profondeur, d'un procédé d'épuration aérobie, d'un procédé d'épuration anaérobie, d'une précipitation ou d'une floculation. Les boues ainsi dégazées sont ensuite tout à fait adaptées à une décantation, soit décantation naturelle, soit flottation.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

641 745

L'invention propose également une installation pour l'épuration des eaux résiduaires selon le procédé mentionné ci-dessus, à savoir un puits profond ou un bassin d'épuration biologique de forte profondeur, suivie d'un système de dégazage des boues, avec éventuellement un décanteur intermédiaire; un décanteur et un système de récupération seront enfin prévus pour rassembler les boues traitées dans le dispositif de l'invention.

La présente invention sera maintenant décrite en référence aux figures.

La fig. 1 représente un exemple d'une installation d'épuration des eaux résiduaires;

la fig. 2 représente différentes variantes de l'installation selon l'invention;

la fig. 2A représente une installation d'épuration sans dégrilleur ni décanteur primaire;

la fig. 2B représente une installation comprenant uniquement un puits profond et un système de dégazage par ruissellement;

la fig. 2C représente une installation dans laquelle le dégazage se fait sur lit naturel ou Flocor R, ou tout garnissage plastique en vrac équivalent;

la fig. 2D représente une installation où le puits profond est remplacé par un bassin d'aération de forte profondeur, et la fig. 3 représente des courbes expérimentales donnant la hauteur de l'interface eau/boue en fonction du temps lors de la décantation d'une suspension de boues.

La fig. 1 montre l'ensemble d'une installation d'épuration des eaux résiduaires. Elle peut comprendre, de façon connue en soi, une série de moyens A pour un prétraitement physique et l'ajustement du pH des eaux, à savoir, par exemple, un dégrilleur 1 constitué par une tôle perforée de trous qui assure un filtrage sommaire appelé dégrillage, un désableur 2, un déshuileur 3, un décanteur primaire 4, un bassin 5 d'ajustement du pH à une valeur donnée, fonction des traitements ultérieurs. Une conduite 6 relie ensuite ces moyens A à une installation d'aération en puits profond B. Cette installation B, telle que décrite dans la publication de brevet français N° 2229655, comporte essentiellement un bassin 7 contenant des micro-organismes, disposé au-dessus d'un puits profond 8 partagé par une paroi annulaire verticale 9 en deux chambres 10 et 11 communiquant à leurs deux extrémités haute et basse, une chambre 10 dite descendante parce que l'eau y circulera de haut en bas et une chambre 11 où l'eau circulera de bas en haut, des moyens pour faire circuler l'eau dans les deux chambres et des moyens pour injecter un gaz contenant de l'oxygène dans la chambre descendante. Ces moyens pour faire circuler l'eau et y injecter un gaz contenant de l'oxygène peuvent être, comme représentés sur cette fig. 1, une buse d'injection 12 munie d'une vanne de réglage débouchant dans la chambre descendante 10, une buse d'injection 13 munie d'une vanne de réglage débouchant dans la chambre ascendante, reliées par des tubes 14 et 15 à un compresseur unique 16, et un activateur 17 qui commande l'ouverture ou la fermeture des vannes de chacune des buses 12 ou 13. L'activateur 17 agit sur la base des informations relatives à la vitesse de circulation du liquide données par une sonde 18 placée vers l'extrémité supérieure de la chambre descendante 10. Un canal 19 relie le puits profond 8 à une cellule de flottation naturelle 20 surmontée d'un racleur 21 des boues flottées. Une boucle 22 de retour des boues récupérées vers le bassin 7 de l'installation à puits profond est prévue. Un canal 23 issu de la cellule de flottation aboutit à un réservoir 24 dans lequel plonge un élévateur 25. L'élévateur 25 conduit à un distributeur d'arrosage 26 disposé au-dessus d'un lit à garnissage 27 constitué par un empilement de modules formés chacun d'un assemblage de plaques parallèles, verticales alternativement planes et porteuses de doubles ondulations. La surface de mouillage des assemblages est importante, de l'ordre de 90 m2/m3, le taux de vide est également important, de l'ordre de 96%. Ainsi pourront être utilisés des modules Flocor de I.C.I, des types E, ET ou ES, ces différents types de modules étant identiques en forme, mais ayant seulement des densités différentes, par exemple 40,7 kg/m3 pour ES, 33,3 kg/m3 pour ET. Ces modules de dimensions unitaires

60 x 120 x 60 cm3 sont associés de façon à réaliser un empilement d'au moins 2,4 m de hauteur, et préférentiellement d'une hauteur comprise entre 2,4 et 8,4 m. L'empilement est disposé à l'intérieur d'une enveloppe rigide en forme de tour. Une lèchefrite 28 est disposée sous l'empilement 27 et, de là, un canal 29 part alimenter un décanteur 30. Avantageusement, une boucle de recyclage 31 est prévue, reliant la lèchefrite 28 au distributeur d'arrosage 26.

Avantageusement, le lit à garnissage 27 est ensemencé en microorganismes épurateurs.

Il a été décrit précédemment une installation type d'épuration des eaux résiduaires, mais tous les moyens qu'elle comprend ne sont pas strictement nécessaires, ou ils peuvent être remplacés par des moyens équivalents.

Ainsi, comme montré sur la fig. 2A, lorsqu'on emploie comme système de dégazage des boues un empilement du type Flocor à fort taux de vide, le dégrilleur 1 et le décanteur primaire 4 ne sont pas strictement nécessaires.

La cellule de flottation 20 intermédiaire entre le puits profond et le lit à garnissage 27 n'est pas obligatoire, même si elle participe de manière efficace et économique à la séparation des boues. En l'absence de cellule de flottation, les produits issus du puits profond 8 sont introduits directement dans le système de dégazage des boues que constitue le lit à garnissage 27, comme montré fig. 2B.

Par ailleurs, l'empilement de Flocor E, ET ou ES pourra être remplacé par un garnissage de Flocor R constitué par des anneaux nervurés en matière plastique, comme montré fig. 2C, ou par tout garnissage plastique en vrac équivalent, ou par un garnissage en matériau naturel tel que pierraille, pouzzolane ou mâchefer. Ces garnissages auront une hauteur telle que le temps de passage des suspensions de boues y sera au moins de 4 min et préférentiellement de l'ordre de 20 min; ainsi, pour des anneaux de Flocor R, l'empilement aura au moins 2 m de hauteur et préférentiellement de 2 à 4 m de hauteur.

Comme précédemment, ces garnissages pourront ou non contenir des micro-organismes actifs.

Dans le cas de garnissages en Flocor R ou en matériaux équivalents, les moyens A devront de préférence comporter au moins un dégrilleur 1.

Le système d'épuration par puits profond 8 qui constitue le premier ou le seul étage d'épuration biologique, suivant que le lit à garnissage 27 est ou n'est pas ensemencé de micro-organismes, peut être remplacé par un bassin d'aération de forte profondeur, comme schématisé fig. 2D, par un dispositif de traitement aérobie, par un dispositif de traitement anaérobie, par un dispositif de floculation ou de précipitation.

Le fonctionnement d'un dispositif de dégazage de suspensions de boues et des installations d'épuration des eaux dans lesquelles il est intégré sera maintenant décrit. Nous avons déjà invoqué les problèmes que pose la décantation de suspensions de boues lorsque lesdites boues contient des microbulles de gaz, qu'il s'agisse de boues biologiques constituées par des agrégats de micro-organismes résultant d'un traitement biologique préalable, qu'il s'agisse de boues légères d'hydroxydes métalliques, de boues colloïdales rassemblées par des hydroxydes métalliques, ou de boues quelconques. De telles suspensions de boues sont délivrées par un distributeur d'arrosage 26 sur le sommet d'un lit à garnissage 27, soit lit constitué par un empilement de modules Flocor E, ET, ES ou R, enfermé dans une tour, soit simple lit de pierraille, de mâchefer ou de pouzzolane. Compte tenu des caractéristiques de ces garnissages, on détermine la hauteur de leur empilement et le débit d'arrosage pour que le temps de ruissellement des suspensions de boues, du haut de l'empilement jusqu'à sa base, soit au moins de 4 min et préférentiellement de 4 à 10 min pour du Flocor E, ET ou ES, et de l'ordre de 20 min pour du Flocor R et du lit traditionnel en pierraille. Cela conduit à des hauteurs de Flocor E, ET ou ES d'au moins 2,4 m, préférentiellement de 2,4 à 8,4 m, et à des hauteurs de 2 à 4 m pour du Flocor R ou des lits à garnissage plastique en vrac. En pénétrant dans les garnissages, la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

641745

4

suspension s'étale en une mince couche qui ruisselle doucement jusqu'en bas.

La grande surface de film favorise l'échappement des gaz occlus dans les boues ou qui y sont attachés. Les empilements Flocor sont en principe conçus pour être arrosés par de l'eau, mais, du fait de leur fort taux de vide, ils peuvent supporter d'être arrosés par de la boue sans se boucher, même en l'absence de moyens A préalables pour ce qui concerne le Flocor E, ET ou ES et simplement avec un dégrillage à 10 mm pour le Flocor R. De la même façon, les lits traditionnels accepteront les suspensions de boues sans se boucher,

mais préférentiellement on les fera précéder au moins par un dégrilleur. Comme déjà mentionné, les lits à garnissage pourront être ensemencés de micro-organismes capables d'exercer simultanément sur les suspensions de boues une action épuratrice biologique. La consommation d'oxygène du traitement biologique contribue au dégazage des boues.

Des essais de décantation comparatifs dont les résultats sont donnés fig. 3 témoignent de l'efficacité d'un dégazage par ruissellement sur un lit bactérien conforme à l'invention. Des boues biologiques ont été prélevées dans une station d'épuration, et des mesures de la hauteur de l'interface boue/eau en fonction du temps, lorsqu'on décante en éprouvette, ont été effectuées. La courbe I montre que la boue prélevée décante très lentement et imparfaitement.

Pour les autres essais, la boue prélevée a été artificiellement aérée, c'est-à-dire soumise à un cycle de pressurisation sous 5 bar avec passage d'air comprimé, suivi de dépressurisation. La courbe II rend compte d'une séparation de la boue par flottation; elle montre que la boue aérée présente une bonne tendance à la flottation. La courbe III rend compte d'une décantation après dégazage mécanique (agitation par hélice tournant à 1000 tr/min); elle montre que la boue aérée ne décante que très peu. La courbe IV montre la décantation de la boue aérée dégazée sous vide (0,2 bar) pendant 10 min. La courbe V montre la décantation plus rapide de la boue aérée dégazée par ruissellement sur un lit bactérien de quatre demi-modules Flocor E présentant une section de 0,60 x 0,60 m et une hauteur de 2,4 m avec un arrosage à 841/h auquel se superpose un recyclage, par pompe à écrasement de tube, de 95 1/h prélevés dans une lèchefrite à la base de l'empilement. Il apparaît donc que le dégazage selon l'invention est le plus efficace, et ce sans aucune contrainte supplémentaire.

Il apparaît également dans ces mesures comparatives qu'une phase de flottation, qui ne nécessite que peu d'énergie et qui apporte peu de contraintes d'exploitation, peut avantageusement être couplée avec le système de dégazage par ruissellement en couche mince sur lit à garnissage.

Ainsi, grâce à l'efficacité du dégazage que réalise le lit à garnissage, on pourra envisager de l'inclure dans une installation complète de traitement des eaux résiduaires telle que montrée fig. 1 et décrite précédemment. Dans une telle installation, l'eau résiduaire passe 5 d'abord dans les moyens A où elle est grossièrement débarrassée des huiles et des déchets solides les plus gros, et où un ajustement du pH est effectué pour éviter la destruction des micro-organismes situés en aval. Ensuite, la conduite 6 introduit cette eau prétraitée dans le bassin 7. Au démarrage du puits profond 8, comme indiqué dans le io brevet français déjà cité, publié sous le numéro 2229655, du gaz contenant de l'oxygène a été envoyé par la buse 13 dans la chambre ascendante à partir d'un compresseur 16, appelant du liquide dans la chambre descendante et amorçant ainsi une circulation dudit liquide dans les deux chambres. Lorsque cette circulation est suffisante et 15 atteint un seuil prédéterminé — information enregistrée par la sonde

18 —, l'activateur 17 commande le ralentissement puis l'arrêt de l'injection de gaz dans la chambre ascendante, et simultanément le début puis la totalité de l'injection dans la chambre descendante; la circulation de liquide continue à se faire dans le même sens. L'eau

20 résiduaire, intimement en contact avec de l'oxygène, du fait de la pressurisation au fond du puits, et avec des micro-organismes, transforme sa pollution en C02 et en un supplément de boues biologiques en suspension.

Par la suite de la pressurisation, la boue en suspension contient 25 beaucoup plus de bulles à la sortie de la chambre ascendante qu'à l'endroit de la chambre descendante où le gaz contenant l'oxygène est injecté. Cette suspension de boues est alors transférée par le canal

19 dans la cellule de flottation naturelle où une première séparation eau/boue s'effectue. Des boues remontent en surface et sont élimi-

30 nées par le racleur 21. La suspension passe alors par trop plein dans le réservoir tampon 24 et l'élévateur 25 la délivre avec un débit déterminé réglable au distributeur d'arrosage 26.

La cellule de dégazage fonctionne comme déjà décrit; la suspension dégazée est recueillie par la lèchefrite inférieure 28, éventuelle-35 ment recyclée par la boucle 31 pour parfaire le dégazage. La boucle 31 permet également d'assurer la continuité de l'arrosage des lits à garnissage 27, même en l'absence d'alimentation par les dispositifs placés en amont, ce qui est un élément important pour éviter la destruction des micro-organismes dont le lit à garnissage peut être 40 pourvu. La suspension recueillie après dégazage peut ensuite être efficacement décantée.

Il a été décrit des installations où la suspension de boues était produite par un seul dispositif, puits profond, bassin d'aération de forte profondeur, ou précipitation, etc., mais plusieurs de ces dispo-45 sitifs peuvent être couplés.

R

3 feuilles dessins

Claims

641745

1. Procédé d'épuration d'eaux résiduaires comportant une étape intermédiaire au cours de laquelle sont formées des boues, puis une phase de dégazage desdites boues en suspension, caractérisé en ce que, pour dégazer les boues en suspension, on les fait ruisseler en couche mince.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient le ruissellement en couche mince pendant un temps supérieur à 4 min.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait ruisseler la suspension de boues sur des matières biologiques actives.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension de boues est issue de l'un des traitements suivants: épuration par puits profond, épuration biologique en bassin d'aération de forte profondeur, épuration aérobie, épuration anaérobie, précipitation ou floculation.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une flot-tation est intercalée entre le traitement producteur de boues et le traitement de dégazage.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension de boue dégazée est ensuite traitée par décantation.

7. Installation pour l'épuration des eaux résiduaires selon le procédé de la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une cellule de dégazage des boues en suspension, constituée par un lit à garnissage alimenté en lesdites boues.

8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le lit à garnissage est l'un des lits du groupe suivant: empilement de modules constitués par un assemblage de plaques planes ou présentant une double ondulation ou d'anneaux nervurés, lit à garnissage plastique en vrac, lit à garnissage en matériaux naturels.

9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les empilements de modules constitués de plaques ont une hauteur supérieure à 2,4 m et préférentiellement comprise entre 2,4 et 8,4 m.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les empilements sont alimentés en boues par un distributeur dont le débit est réglé pour assurer des temps de ruissellement d'au moins 4 min et préférentiellement de 4 à 10 min.

11. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les empilements d'anneaux nervurés ou les lits à garnissage plastique en vrac ont une hauteur supérieure à 2 m et préférentiellement de 2 à 4 m.

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les empilements d'anneaux nervurés, les lits à garnissage en vrac et les lits à garnissage naturel sont alimentés en boues par un distributeur dont le débit est réglé pour assurer des temps de ruissellement d'au moins 4 min et préférentiellement de l'ordre de 20 min.

13. Installation selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisée en ce qu'au moins un dispositif de traitement des eaux producteur de boues appartenant au groupe suivant précède la cellule de dégazage: dispositif d'épuration par puits profond, dispositif d'aération de forte profondeur, dispositif de traitement aérobie, dispositif de traitement anaérobie, dispositif de floculation, dispositif de précipitation.

14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'une cellule de flottation est intercalée entre le dispositif de traitement des eaux producteur de boues et la cellule de dégazage.

15. Installation selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisée en ce que le lit à garnissage de la cellule de dégazage est ensemencé en micro-organismes épurateurs.