WO1994018142A1 - Filtre, procede et installation de filtration pour l'epuration des effluents aqueux - Google Patents

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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a filter, a method and a filtration installation for the purification of aqueous effluents.
  • the invention is more particularly intended for the treatment of effluents loaded with nitrogen, whatever its form (ammonia, nitrates, nitrites); its application is all the more useful as the nitrogen load is high, for example for the treatment of slurry.
  • the object of the invention is to provide a filter for the purification of aqueous effluents which ensures good mechanical filtering and is easy to maintain.
  • Another object of the invention is to propose a mechanical filter which also performs at least partial chemical purification of the effluents which pass through it.
  • the invention relates to a process for filtering aqueous effluents ensuring mechanical filtration and, simultaneously, chemical filtration of the effluents by a filter element heavily loaded with cellulose. It is activated by supplying oxygen, preferably carried out by electrolysis of the effluent.
  • the filter element is preferably straw or made of wood chips.
  • the invention also relates to a filter for the purification of aqueous effluents
  • a filter for the purification of aqueous effluents comprising a filtration tank, provided with an inlet pipe and an outlet pipe, a filter basket comprising an inlet opening and a perforated surface.
  • said filtration basket being placed inside the filtration tank and, being intended to receive a filter element, the inlet opening being connected to the inlet pipe of the filtration tank and the perforated surface constituting the outlet of the filter basket
  • this filter also comprises means for supplying oxygen to the filtration tank.
  • the oxygen supply means comprises electrodes connected to an electrical source by an electrical control means.
  • the filter basket has a perforated inlet pipe, connected to the inlet opening distributing the incoming effluents.
  • a pressure pump fitted with a non-return valve is placed on the inlet pipe before entering the treatment tank and a shut-off valve is placed on the outlet pipe downstream from the treatment tank .
  • the treatment tank includes a pressure control valve.
  • control unit receiving the measurements and actuating the controls to ensure its proper functioning
  • the treatment tank comprises an approximately cylindrical body with a vertical axis, closed at its upper part by a removable cover fixed to the body of the tank by screw-nut assemblies, a seal being interposed between the body and the removable cover.
  • the invention also relates to an installation for purifying aqueous effluents comprising a main filter as defined above.
  • This installation for the purification of aqueous effluents advantageously comprises a textile filter placed downstream of the main filter and, preferably purification means by lagooning
  • the invention will be described in more detail with reference to the drawing which is a schematic sectional view of 'a filter according to the invention associated with a textile filter.
  • the method of the invention makes it possible simultaneously to carry out mechanical filtering which ensures the extraction of the effluents from the largest solid particles and simultaneously chemical filtering which ensures the attachment in the filter of part of the nitrogen compounds initially contained in the effluents.
  • the retention of solid particles simultaneously produces the trapping of part of the other polluting substances, for example heavy metals. This is achieved by filtering the effluents through a substance heavily loaded with cellulose such as straw or wood chips.
  • the filtering element releases carbon dioxide which reacts with the ammonia contained in the effluents and transforms it into nitric acid.
  • This nitrification reduces the pollution that can be generated by the effluents and alleviates the constraints based on the subsequent stages of the remediation treatment.
  • This release of carbon dioxide by the cellulose is greatly increased by the supply of oxygen.
  • a particularly simple and effective means consists in carrying out a partial electrolysis of the aqueous medium. This process for treating aqueous effluents is advantageously implemented by the device of the invention illustrated in the figure.
  • the filtration tank (4) is supplied with aqueous effluents to be treated by an intake pipe (2). which is fitted with a pressure pump (1) fitted with a non-return valve.
  • This filtration tank is approximately cylindrical, with a vertical axis. Inside this tank is placed a filter basket (5) having an inlet opening (501).
  • the inlet pipe (2) communicates directly through the lower wall of the tank (4) with a perforated inlet pipe (6) placed in the filtration basket (5) and distributing the incoming effluents over its entire height .
  • This intake pipe is advantageously screwed with a connection joint (3) on the intake pipe (2).
  • This basket (5) has a shape analogous to that of the tank (4), its walls (502) are at least partially perforated so that the effluents can flow from their entry, inside the basket to the outlet located at the upper part of the tank (4).
  • the treatment tank (4) comprises a body (401) approximately cylindrical with a vertical axis, closed at its upper part by a removable cover (7) fixed to the body (401) of the tank by screw-nut assemblies ( 9).
  • a seal (8) is interposed between the body (401) and the removable cover (7).
  • the filter basket (5) is intended to receive the filter element (22) which is heavily loaded with cellulose.
  • This filter element (22) is chosen according to its cost and its availability at the place of use of the filter. It can be, for example, shavings or sawdust, it is preferably straw.
  • the filter basket (5) can be easily removed from the tank (4) when loading or unloading the filter element (22). It is packed when it is loaded according to its nature and the fineness of the mechanical filtering sought.
  • the cellulose reacts chemically, in the presence of oxygen on the nitrogen-laden effluents by transforming the ammonia into nitric acid; there is a combustion of the cellulose, a release of C02 and a lowering of the pH.
  • the filter element decomposes and forms a compost which can be used easily and without disadvantage for the improvement of agricultural soils.
  • the filter includes oxygen supply means making it possible to develop and improve the action of cellulose on the effluents. These means are advantageously formed by two electrodes (20,21) connected to an electrical source (201) by an electrical control means. (201).
  • the filter preferably includes a control unit (23) receiving the measurements of the pH measurement means (24), of the pressure control valve (10).
  • This control unit actuates the control means (201) of the electrodes (20,21), the inlet pump (1), the outlet valve (1 2) to ensure its proper functioning.
  • the pressure control valve (10) also provides a safety function against overpressures.
  • the start-up of the filter follows an established process for the purification of pig manure as follows:
  • Slurry has a dry matter content (MES) of around 1%, its total nitrogen rate is around 1 g per liter.
  • MES dry matter content
  • the operating pressure drop (equal to the difference between the inlet pressure and the outlet pressure), for a clean filter element is fixed at 3 Pa.
  • the filter element is placed in the basket (5) which is itself placed in the tank (4).
  • the inlet pipe (2) is fixed to the perforated inlet pipe (6) and the tank (4) is closed.
  • the tank (4) is loaded with effluents, the outlet valve
  • This textile filter comprises a tank (13) closed by a cover (1 4). Its inlet pipe is connected to the outlet of the shut-off valve (1 2) of the main filter. Its filter element (30) is placed at the inlet of its outlet pipe (31) on which are placed an isolation valve (18) and a return pump (19).
  • a brush (1 7) actuated by a motor (1 6) ensures the cleaning of the filter element (30);
  • a low outlet (14) allows the evacuation of the sludge collected by the textile filter.
  • the loading of the textile filter with material produces an increase in the operating pressure drop of the assembly formed by the main filter and the textile filter.
  • the outlet valve (1 2) is closed and the filter is put into reverse operation so as to unclog the filter element. Normal operation can then resume, the drop in operating pressure having returned to its initial value. This reverse operation must be implemented approximately every 6 hours; it itself lasts approximately 1 minute.
  • the pump (1 9) makes it possible to momentarily send the filtered water back into the textile filter when its purging is necessary. Following the textile filter, various purification treatments can be used, the best results are obtained with lagoon treatments.

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Abstract

Le procédé de filtration des effluents aqueux de l'invention assure une filtration mécanique et, simultanément une filtration chimique par un élément filtrant fortement chargé en cellulose. Il est activé par apport d'oxygène. Le filtre comprend une cuve de filtration (4), un panier de filtration (5) placé à l'intérieur de la cuve et, destiné à recevoir un élément filtrant (6). Un apport d'oxygène dans la cuve de filtration est par exemple produit par électrolyse. L'installation comporte un filtre principal tel que décrit plus haut.

Description

Filtre, procédé et installation de filtration pour l'épuration des effluents aqueux.
L'invention concerne un filtre, un procédé et une installation de filtration pour l'épuration des effluents aqueux.
L'invention est plus particulièrement destinée au traitement des effluents chargés en azote, quelqu'en soit la forme ( ammoniaque, nitrates, nitrites ); son application est d'autant plus utile que la charge en azote est élevée, par exemple pur le traitement des lisiers.
Le traitement des lisiers produits par les élevages intensifs est un problèmes qui n'a pas à ce jour reçu de solution complètement satisfaisante. Les lisiers sont fortement chargés en azote sous des formes polluantes ( nitrates, ammoniaques nitrites... ) mais différents procédés sont connus qui permettent la transformation de ces formes polluantes en des formes non polluantes ( azote gazeux ) et même utile et commerciaiisable pour l'amendement des sols ou pour l'aquaculture.
C'est ainsi que l'on a proposé de filtrer les lisiers par filtrage au travers d'un lit de matière organique, par exemple de la paille, éventuellement par un circuit en boucle assurant plusieurs passages du lisier au travers d'un même filtre ( DE-A-3 91 1 024, DATABASE DERWENT Week 831 5 AN 83-36254K ).
D'autres procédés de traitement des lisiers proposent leur transformation par l'action, dans une enceinte fermée, d'une substance cellulosique ( EP-A-0 364 678 ). il est alors connu qu'un apport contrôlé d'air, associé à une agitation permet d'obtenir une dispersion de viscosité élevée. En plus de l'azote les effluents contiennent généralement d'autres polluants, souvent sous forme ioniques ( phosphates, métaux...) qui doivent être éliminés ou, au moins, dont la concentration doit être réduite au cours de leur épuration.
Toutefois ces procédés de transformation des lisiers, quelqu'ils soient ne peuvent être directement mis en oeuvre sur les effluents bruts. Ceux ci sont en général trop chargés en matières solides et doivent tout d'abord être filtrés. De plus les procédés connus de transformation de l'azote fonctionnent avantageusement sur des effluents ayant une concentration relativement faible en azote. Ces procédés comporte d'ailleurs souvent plusieurs étapes successives au cours desquelles le taux de d'azote est progressivement réduits. Tout traitement préliminaire diminuant la concentration en azote présente un intérêt particulier.
L'importance de ces procédés d'épuration résulte du volume de plus en plus important d'effluent à traiter. Ce volume croit rapidement et, en même temps les conséquences possibles de la pollution sont de plus en plus évidentes. Des procédés de plus en plus efficaces et simples dans leurs mise en oeuvre sont donc recherchés.
Actuellement, les seuls élevages de porcs, en France, produisent plus de 100. 000 m3 de lisiers
En raison de ce volume et aussi parce que les produits résultants ont une valeur économique relativement faible, les procédés d' épuration doivent être peu onéreux. Cette contrainte pèse sur toutes leurs composantes et en particulier sur la filtration. Le but de l'invention est de proposer un filtre pour l'épuration des effluents aqueux qui assure un bon filtrage mécanique et soit facile à entretenir.
C'est un autre objectif de l'invention de proposer un tel filtre qui produise un amendement de qualité pour les sols agricoles.
C'est encore un objectif de l'invention de fournir un filtre pour l'épuration des effluents aqueux qui soit particulièrement économique tant par l'investissement faible qu'il implique que par son faible coût de fonctionnement.
Un autre but de l'invention est de proposer un filtre mécanique qui réalise également une épuration chimique au moins partielle des effluents qui le traversent.
A cet effet l'invention concerne un procédé de filtration des effluents aqueux assurant une filtration mécanique et, simultanément une filtration chimique des effluents par un élément filtrant fortement chargé en cellulose. Elle est activée par apport d'oxygène de préférence réalisé par électrolyse de l'effluent. L'élément filtrant est de préférence de la paille ou constitué de copeaux de bois.
L'invention concerne également un filtre pour l'épuration des effluents aqueux comprenant une cuve de filtration, munie d'une canalisation d'admission et d'une canalisation de sortie, un panier de filtration comportant une ouverture d'entrée et une surface perforée, ledit panier de filtration étant placé à l'intérieur de la cuve de filtration et, étant destiné à recevoir un élément filtrant, l'ouverture d'entrée étant relié à la canalisation d'admission de la cuve de filtration et la surface perforée constituant la sortie du panier de filtration
Selon l'invention ce filtre comprend également des moyens d'apport d'oxygène dans la cuve de filtration.
Dans des modes de réalisations optionnels donnant chacun des avantages particuliers : -les moyens d'apport en oxygène comporte des électrodes reliées à une source électrique par un moyen de commande électrique.
-le panier de filtration comporte une canalisation d'entrée perforée, reliée à l'ouverture d'entrée répartissant les effluents entrants.
-.une pompe sous pression munie d'une vanne anti-retour est placée sur la canalisation d'admission avant l'entrée dans la cuve de traitement et une vanne de fermeture est placée sur la canalisation de sortie en aval de la cuve de traitement.
-la cuve de traitement comporte une valve de contrôle de pression.
-des moyens de mesure du pH des effluents aqueux présents dans la cuve de traitement. -une unité de contrôle recevant les mesures et actionnant les commandes pour assurer son bon fonctionnement
-la cuve de traitement comporte un corps approximativement cylindrique d'axe vertical, fermé, à sa partie supérieure par un capot amovible fixé sur le corps de la cuve par des ensembles vis-écrou, un joint d'étanchéité étant interposé entre le corps et le capot amovible.
L'invention concerne encore une installation d'épuration des effluents aqueux comportant un filtre principal tel que défini plus haut.
Cette installation d'épuration des effluents aqueux comporte avantageusement un filtre textile placé en aval du filtre principal et, de préférence des moyens d'épuration par lagunage L'invention sera décrite plus en détail en référence au dessin qui est une vue en coupe schématique d'un filtre selon l'invention associé à un filtre textile. Le procédé de l'invention permet de réalisé simultanément un filtrage mécanique qui assure l'extraction des effluents des plus grosses particules solides et simultanément un filtrage chimique qui assure la fixation dans le filtre d'une partie des composés azotés initialement contenus dans les effluents. De plus comme cela est déjà connu, la rétention des particules solides produit simultanément le piégeage d'une partie des autres substances polluantes, par exemple des métaux lourds. Cela est obtenu en filtrant les effluents par une substance fortement chargée en cellulose telle que de la paille ou des copeaux de bois.
En même temps qu'il rempli son rôle de filtration mécanique l'élément filtrant dégage du gaz carbonique qui réagit avec l'ammoniac contenu par les effluents et le transforme en acide nitrique. Cette nitrification diminue la pollution pouvant être engendrée par les effluents et allège les contraintes reposant sur les étapes ultérieures du traitement d'assainissement. Ce dégagement de gaz carbonique par la cellulose est fortement accru par l'apport d'oxygène. Différents moyens sont envisageables pour réaliser cet apport; un moyen particulièrement simple et efficace consiste à faire une électrolyse partielle du milieux aqueux. Ce procédé de traitement des effluents aqueux est avantageusement mis en oeuvre par le dispositif de l'invention illustré par la figure.
La cuve de filtration (4), est alimentée en effluents aqueux à traiter par une canalisation d'admission (2). qui est équipée d'une pompe ( 1 ) sous pression munie d'une vanne anti¬ retour. Cette cuve de filtration est approximativement cylindrique, d'axe vertical. A l'intérieur de cette cuve est placé un panier de filtration (5) comportant une ouverture d'entrée (501 ). La canalisation d'admission (2) communique directement au travers de la paroi inférieur de la cuve (4) avec une canalisation d'entrée perforée (6) placée dans le panier de filtration (5 ) et répartissant les effluents entrants sur toute sa hauteur. Cette canalisation d'admission est avantageusement vissée avec un joint de raccordement (3) sur la canalisation d'admission (2).
Ce panier (5) a une forme analogue à celle de la cuve (4), ses parois (502) sont au moins partiellement perforées de telle sorte que les effluents puissent circuler depuis leur entrée, à l'intérieur du panier jusqu'à la sortie située à la partie supérieur de la cuve (4).
L'évacuation des effluents après filtration est faite par la canalisation de sortie (1 1 ) qui est équipée d'une vanne de fermeture (12).
La cuve de traitement (4) comporte un corps (401 ) approximativement cylindrique d'axe vertical, fermé, à sa partie supérieure par un capot amovible (7) fixé sur le corps (401 ) de la cuve par des ensembles vis-écrou (9). Un joint d'étanchéité (8) est interposé entre le corps (401 ) et le capot amovible (7).
Le panier de filtration (5) est destiné à recevoir l'élément filtrant (22) qui est fortement chargé en cellulose. Cet élément filtrant (22) est choisi en fonction de son coût et de sa disponibilité sur le lieu d'utilisation du filtre. Ce peut être par exemple des copeaux ou de la sciure de bois, c'est préférentiellement de la paille.
Le panier de filtration (5) peut être facilement extrait de la cuve (4) lors du chargement ou du déchargement de l'élément filtrant (22). Celui-ci est tassé lors de son chargement en fonction de sa nature et de la finesse du filtrage mécanique recherché.
On obtient de bon résultats pour l'épuration du lisier de porc avec une filtration à 50 microns. La cellulose réagit chimiquement, en présence d'oxygène sur les effluents chargés en azote en transformant l'ammoniaque en acide nitrique; on constate une combustion de la cellulose, un dégagement de C02 et un abaissement du pH.
Quand le pH descend autour de 3 on constate une fixation de l'azote, du phosphate et d'autres ions présent dans les effluents sur la cellulose ainsi compostée.
Simultanément, l'élément filtrant se décompose et forme un compost utilisable aisément et sans inconvénient pour l'amendement des sols agricoles.
Le filtre comporte des moyens d'apport d'oxygène permettant de développer et d'améliorer l'action de la cellulose sur les effluents. Ces moyens sont avantageusement formés par deux électrodes (20,21 ) reliées à une source électrique (201 ) par un moyen de commande électrique. (201 ).
Le filtre comporte de préférence une unité de contrôle (23) recevant les mesures des moyens de mesure (24) du pH, de la valve ( 1 0) de contrôle de pression. Cette unité de contrôle actionne le moyen de commande (201 ) des électrodes (20,21 ), la pompe d'entrée (1 ), la vanne de sortie (1 2) pour assurer son bon fonctionnement.
La valve (1 0) de contrôle de pression assure également une fonction de sécurité contre les surpressions. La mise en route du filtre suit un processus établi pour l'épuration d'un lisier de porc de la manière suivante:
Le lisier a un taux de matières sèches (M.E.S.) de l'ordre de 1 %, son taux d'azote total est de l'ordre de 1 g par litre. La chute de pression de fonctionnement (égale à la différence entre la pression d'entrée et la pression de sortie), pour un élément filtrant propre est fixé à 3 Pa. L'élément filtrant est mis en place dans le panier (5) qui est lui même placé dans la cuve (4). La canalisation d'admission (2) est fixée sur la canalisation d'entrée perforée (6) et la cuve (4) est fermée. La cuve (4) est chargée en effluents, la vanne de sortie
(1 2) restant fermée. Après remplissage, les électrodes (20,21 ) sont mises sous tension et on constate un abaissement du pH que l'on laisse descendre jusqu'à une valeur proche de trois correspondante aux condition normales de fonctionnement. Cet état est obtenu environ 24 heures après la charge de la cuve. La vanne de sortie (1 2) est alors ouverte et le fonctionnement en continu commence.
Avec un filtre de 4 m3 on peut traiter environ 10 m3 de lisier par jour. Le filtre principal produit un fort abaissement du taux de
M.E.S , du taux d'azote et aussi du taux de phosphate... il ne constitue toutefois que le premier élément d'une installation d'épuration.
On obtient de bon résultat d'épuration en le faisant suivre d'un filtre textile traditionnel tel que représenté sur la figure.
Ce filtre textile comporte une cuve (13) fermée par un capot (1 4). Sa canalisation d'entrée est reliée à la sortie de la vanne de fermeture (1 2) du filtre principal. Son élément de filtration (30) est placé à l'entrée de sa canalisation de sortie (31 ) sur la quelle sont placées une vanne d'isolement (18) et une pompe de retour (19).
Une brosse (1 7) actionnée par un moteur (1 6) assure le nettoyage de l'élément de filtration (30); Une sortie basse (14) permet l'évacuation des boues collectées par le filtre textile. Au cours de ce fonctionnement le chargement du filtre textile en matière produit une élévation de la chute de pression de fonctionnement de l'ensemble formé par le filtre principal et le filtre textile. Lorsqu'elle est égale à 6 Pa la vanne de sortie (1 2) est fermée est le filtre est mis en fonctionnement inverse de façon à décolmatter l'élément filtrant. Le fonctionnement normale peut alors reprendre, la chute de pression de fonctionnement ayant retrouvé sa valeur initiale. Ce fonctionnement inverse doit être mis en oeuvre environ tous les 6 heures il dure lui même environ 1 minute.
La pompe ( 1 9) permet d'envoyer, momentanément, les eaux filtrées en retour dans le filtre textile lorsque sa purge est nécessaire. A la suite du filtre textile différents traitements d'épuration peuvent être mis en oeuvre, les meilleurs résultats sont obtenus avec des traitements par lagunage.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 .Procédé de filtration des effluents aqueux assurant une filtration mécanique et, simultanément une filtration chimique des effluents par un élément filtrant fortement chargé en cellulose caractérisé en ce que la filtration est activée par apport d'oxygène.
2. Procédé de filtration des effluents aqueux selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'apport d'oxygène est réalisé par électrolyse de l'effluent.
3. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux comprenant une cuve de filtration (4), munie d'une canalisation d'admission (2) et d'une canalisation de sortie (1 1 ) un panier de filtration (5) comportant une ouverture d'entrée (501 ) et une surface perforée (502), ledit panier de filtration étant placé à l'intérieur de la cuve de filtration et, étant destiné à recevoir un élément filtrant (6), l'ouverture d'entrée étant relié à la canalisation d'admission de la cuve de filtration et la surface perforée constituant la sortie du panier de filtration caractérisé en ce que l'élément filtrant est fortement chargé en cellulos et qu'il comprend également des moyens d'apport d'oxygène dans la cuve de filtration.
4. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens d'apport en oxygène comporte des électrodes (20,21 ) reliées à une source électrique (201 ) par un moyen de commande électrique. (201 ).
5. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le panier de filtration (5) comporte une canalisation d'entrée perforée (6), reliée à l'ouverture d'entrée répartissant les effluents entrants.
6. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que une pompe (1 ) sous pression munie d'une vanne anti-retour est placée sur la canalisation d'admission (2) avant l'entrée dans la cuve de traitement (4) et qu'une vanne de fermeture (1 2) est placée sur la canalisation de sortie (1 1 ) en aval de la cuve de traitement (4).
7. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que la cuve de traitement (4) comporte une valve (1 0) de contrôle de pression.
8. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte une unité de contrôle recevant les mesures et actionnant les commandes pour assurer son bon fonctionnement
9. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé en ce que la cuve de traitement (4) comporte un corps (401 ) approximativement cylindrique d'axe vertical, fermé, à sa partie supérieure par un capot amovible (7) fixé sur le corps (401 ) de la cuve par des ensembles vis-écrou (9), un joint d'étanchéité (8) étant interposé entre le corps (401 ) et le capot amovible (7).
1 0 Installation d'épuration des effluents aqueux caractérisé en ce elle comporte un filtre principal selon quelconque des revendications 3 à 9. 1 1 . Installation d'épuration des effluents aqueux selon la revendication 1 0 caractérisé en ce elle comporte un filtre textile placé en aval du filtre principal
1 2. Installation d'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 1 0 et 1 1 caractérisé en ce elle comporte des moyens d'épuration par lagunage
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