WO2017202681A1 - Procede et installation de traitement des eaux - Google Patents

Procede et installation de traitement des eaux Download PDF

Info

Publication number
WO2017202681A1
WO2017202681A1 PCT/EP2017/061962 EP2017061962W WO2017202681A1 WO 2017202681 A1 WO2017202681 A1 WO 2017202681A1 EP 2017061962 W EP2017061962 W EP 2017061962W WO 2017202681 A1 WO2017202681 A1 WO 2017202681A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
line
vortex
sludge
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/061962
Other languages
English (en)
Inventor
Sylvain DONNAZ
Maurice MARTAUD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vigie Groupe SAS
Original Assignee
Suez Groupe SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suez Groupe SAS filed Critical Suez Groupe SAS
Publication of WO2017202681A1 publication Critical patent/WO2017202681A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38—Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/45—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using flow mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5209—Regulation methods for flocculation or precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C02F1/5245—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents using basic salts, e.g. of aluminium and iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
    • C02F1/56—Macromolecular compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to the field of water treatment and more particularly to water treatment installations and processes, in particular wastewater treatment systems, comprising at least a first biological treatment unit, the feeding of said unit being ensured by a water treatment line. primary water upstream, the discharge of said unit being provided downstream by a secondary water line and a sludge line.
  • coagulation-flocculation is a physicochemical treatment process of water purification, used for the treatment of potabilization or treatment of waste water. Its principle is based on the difficulty of certain particles to decant naturally: colloids.
  • the colloidal particles are characterized by two essential points: on the one hand, they have a very small diameter (from 1 nm to 1 ⁇ m), on the other hand, they have the particularity to be electronegatively charged, generating repulsion forces intercollo ⁇ dales. These two points give the colloids an extremely low sedimentation rate.
  • Coagulation-flocculation is a process that allows, in two stages, to overcome this absence of sedimentation.
  • flocculant is generally a polymer, whether organic or natural, which will act as a glue between the colloids.
  • the volumes used must be sized according to the following parameters in order to ensure a good dispersion of the coagulant and the flocculant in the queue to be treated as well as the good formation of the flocs:
  • the factor Gt is a power code per unit volume of the flow of a fluid. It also makes it possible to determine the performance of the dynamic mixers used in the stirring tanks.
  • the factor Gt G x contact time; with G in s "1 , t in seconds).
  • the average rate gradient to be applied for the coagulation and flocculation steps is from 300 s -1 to values less than 200 s -1 .
  • the average speed gradient to be applied for the coagulation and flocculation steps is between 400/500 s-1 and 250 / 300 s-1.
  • the coagulation and flocculation processes implement speed gradients G which consume a lot of energy.
  • dynamic mixers it is generally used a cylindrical vessel provided with a mechanical stirring, (electrical energy consumed as a function of the rotation of an axis on which are fixed variable geometry blades).
  • dynamic mixers involve mechanical equipment with rotating machines and blades requiring significant energy input (electric motors) and the maintenance of such equipment (OPEX).
  • static mixers there is a major disadvantage consisting in the loss of hydraulic loads (and therefore energy losses). They are also very sensitive to clogging (mineral powders, fibers, micro-fibers, tows, lumps, etc.). These static mixers are intended to promote exchanges between the reactive products and the fluids via baffles, profiles or a packing which cause the increase of the losses of charges within the transported fluid as well as risks of nuisance plugging (as a function of the fluid passing through) which are at the origin of production stoppages and maintenance interventions. These mixers are not compatible and reliable with all types of fluid.
  • Online dilution systems use a water line perpendicular to the polymer dosing line to dilute the solution before injection. These systems are less sensitive to clogging because the fluid remains filtered water but they consume pumping energy and / or drinking water.
  • the object of the invention is therefore to eliminate all or some of the disadvantages mentioned above by means of units comprising a device generating a vortex.
  • the object of the invention is to reduce the consumption of reagents (chemical or bio-sourced) by promoting the dispersion of the reagent at the injection point in the reaction volume of the process in question, this volume being able to be coagulation and flocculation tanks ( primary physicochemical settling in urban wastewater with reagents such as iron or aluminum salts and polymer), biological reactors by injection of methanol, sludge thickening and dewatering units (injection of polymers), chlorination chambers drinking water with bleach.
  • reagents chemical or bio-sourced
  • the invention also aims to reduce energy consumption by eliminating in particular rotating blade installations, and also aims to reduce the volume of the reactors.
  • the subject of the invention is a water treatment plant, in particular a wastewater treatment plant, comprising at least a first biological treatment unit, the supply of said unit being provided by an upstream primary water line, evacuation of said unit being provided by a secondary water line and a sludge line downstream, characterized in that the installation further comprises a second unit comprising a vortex generator mixing device, said device being in fluid communication at least one of the primary, secondary or muddy water lines, said installation comprising also an additional fluid supply circuit in communication with said line and / or with the vortex generating device, the vortex generator mixing device being provided with a common outlet for evacuating the intimate mixture between the additional fluid and the water or mud in the line, formed in the mixing device.
  • a water treatment plant in particular a wastewater treatment plant, comprising at least a first biological treatment unit, the supply of said unit being provided by an upstream primary water line, evacuation of said unit being provided by a secondary water line and a sludge line downstream
  • the installation further comprises a second unit comprising a
  • the average velocity gradient at the outlet of the first vortex-generating mixing device may be greater than 400 sec -1 , while the factor Gt is greater than 6000, for a duration t ranging between 10 s and 30 s.
  • the vortex generator mixing device may be a substantially cylindrical drop pit with a feed line forming an alpha angle with the horizontal section of the well.
  • the drop shaft may be a cylinder with a diameter of between 0.5 m and 6 m, a height of between 0.5 m and 3 m, and a discharge diameter of between 65 mm and 2.6 m, and alpha angle between 0 and 45 degrees, the angle alpha being the angle formed by the arrival of fluid from primary water lines, secondary water or sludge with the tangent to the section of the cylinder.
  • the angle alpha may advantageously be zero so as to form a tangential admission of the fluid into the drop well.
  • the vortex generator mixing device may be a drop pit, the evacuation of the intimate mixture formed between the additional fluid and the water or the sludge of the line during the crossing of the drop well, is effected through an outlet as close as possible to the bottom of the well, or even the bottom of the well, to maximize the vortex course.
  • the additional fluid supply circuit may be in communication with said queue and / or with the inlet of the vortex generating device.
  • the installation may further comprise a dissipator device energy downstream of the vortex generator device, capable of transforming the turbulent regime of the fluid from the vortex generating device, in a laminar regime.
  • the energy dissipation device can be included in the list defined by the filtration grids and the baffles.
  • the second unit can form a unit included in the list defined by sludge thickening units, sludge dewatering units, primary and secondary physico-chemical settlers, pre-anoxic reactors, contact tanks, storage tanks, decanters.
  • the installation may comprise a first mixing device generating a coagulation vortex, a second mixing device generating a vortex flocculation, and a third device included in the list defined by the tranquilizers, decanters, filtration chambers
  • the subject of the invention is also a process for the treatment of water, in particular waste water, comprising at least a first biological oxidation stage in a biological treatment unit, the supply of said unit being provided by a primary water line. , the evacuation of said unit being provided by a secondary water line and a sludge line, characterized in that the method comprises a second step during which the passage of the primary or secondary water line or the sludge line, additivated with an additional fluid in a vortex generating device, so as to generate an intimate mixture, the additivation with the additional fluid being practiced in the primary or secondary water line or in the sludge line , and / or in the first vortex generating device.
  • the average speed gradient G and the factor Gt may be respectively greater than 400 s-1 and 6000 for a time t between 10 s and 30 s, at the output of the vortex generating device.
  • the second step can also be a step of coagulation or flocculation of the sludge line.
  • the second step of coagulation or flocculation of the sludge line may be completed by a thickening or dehydration step.
  • the second step may be a step of coagulation or flocculation of the secondary water line.
  • the second step of coagulation or flocculation of the secondary water line may be completed by a decantation step or capture on filter.
  • the second step may be a pre-anoxic step of the primary water line, said line being additivated with methanol.
  • the second step may be a disinfection step of the secondary water line supplying a contact and storage tank, said line being additive with an oxidant.
  • FIGURES 1 and 2 each correspond to a schematic representation of the invention according to distinct embodiments
  • FIGURES 3, 4, 5 each correspond to implementations of the invention according to particular applications.
  • FIGURES 6 and 7 each correspond to test results.
  • the references in the figures correspond to the same elements.
  • variants of the invention comprising only a selection of features described, isolated from the other features described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other characteristics), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
  • the principle of the invention as shown in Figures 1 and 2 is based on units equipped with vortex generating devices 10, 10a, 10b, respectively fed with secondary or sludge lines 14, 14a, 14b.
  • a reagent 13, 13a, 13b is generally injected either directly into the queue or directly into the vortex generating device.
  • These vortex generating devices promote the intimate mixing of at least two fluids and maximize the mixing energy required for coagulation and / or flocculation through the recovery of hydraulic energy.
  • the invention uses the vortex hydraulic energy that is generated by the geometry of the device and the fluid transported for the dispersion of a reagent and for the efficient mixing between the fluid and the reagent.
  • the vortex generator mixing device homogenizes the fluid and the reagent by reusing the hydraulic energy coming from upstream.
  • the additional fluid supply circuit to be mixed with the main fluid is necessarily in communication with the means for supplying the main fluid to the vortex-generating mixing device and / or with the inlet of the vortex generator mixing device.
  • the vortex generator mixing device 10a recovers the energy sent by the pump 15.
  • the vortex generator mixing device 10b recovers the gravitational energy of the file 14b.
  • the average velocity gradient at the outlet of the first vortex-generating mixing device is greater than 400 s -1 , whereas the factor Gt is greater than 6000, for a duration t ranging between 10 s and 30 s.
  • velocity gradient reflects the evolution of the velocity within the fluid.
  • the velocity gradient describes the spatial variation of the flow velocity. This magnitude depends on the applied shear stress and the nature of the fluid.
  • the Gt factor is a power figure per unit volume of fluid flow. It also makes it possible to determine the performance of the dynamic mixers used in the stirring tanks.
  • the factor Gt G x contact time; with G in s "1 , t in seconds).
  • the speed gradients created are important since for a contact time of 10.6 seconds (or 40 m3 / h), the speed gradients G are 650 to 800.
  • the speed gradient G is a function of the flow rate involved and the dynamic viscosity (dependent on the temperature of the water or the sludge). For the same volume of reactor-mixer, the speed gradient G involved will evolve as a function of the fluid temperature and the flow rate admitted (see Figure 7).
  • FIG. 6 shows the evolution of the velocity gradient of a vortex generator as a function of the residence time for different given temperatures.
  • the area defined by the rectangle constitutes the operating domain.
  • FIG. 7 shows the evolution of the speed gradient of a 118 L vortex generator mixing device as a function of the admitted flow rate for various given temperatures.
  • the area defined by the circle brings together the target operating points.
  • the rate gradients used for the conventional coagulation and flocculation mixing tanks are less than or equal to 200 s -1 for a coagulation vessel at the contact time of 3 min (Gt factor of about 36,000). and for a flocculation tank with a contact time of 15 min (Gt factor of about 180,000). contact time of 10 to 30 seconds and a range of factor Gt from 6,000 to 14,000, the vortex-generating mixing device creates a velocity gradient G allowing to renew the reaction volume ferry from 3 to 7 times more than the zones of traditional mixing used for coagulation-flocculation.
  • the vortex-generating mixing device is a reactor of substantially cylindrical or frustoconical shape with a supply line 12 forming an angle alpha with the tangent to the horizontal section of the well.
  • the reactor is a cylinder with a diameter of between 0.5 m and 6 m, a height of between 0.5 m and 3 m, a discharge diameter of between 65 mm and 2.6 m, and an angle of alpha between 0 and 45 degrees, the angle alpha being the angle formed by the arrival of the fluid from the primary water lines, secondary water or sludge with the tangent to the section of the cylinder.
  • a residence time of between 10 and 30 seconds can be achieved, as well as a velocity gradient greater than 400 s -1 .
  • the arrivals of the line and the reagent are positioned tangentially to the horizontal section of the vortex generating device. In this way, it promotes the formation of the vortex in the device of the type "sink" on the one hand and above all, it also ensures a dispersion and a distribution of two fluids effective and homogeneous within the device.
  • the reagent can be injected perpendicularly to the line or directly into the vortex generating device, opposite the arrival of the line.
  • the vortex generator mixing device may be is a hydraulic device consisting of a geometric profile allowing the tangential admission of the line and the reagent and the generation of a hydraulic vortex according to the equation of the P. Ackers drop well. and E. Crump.
  • the evacuation of the intimate mixture formed between the additional fluid and the water or mud of the line during the crossing of the drop well is effected through an outlet arranged as close as possible to the bottom of the well, even at the bottom of the well, to maximize the path of the hydraulic vortex.
  • the lengthening of the path of the hydraulic vortex makes it possible to make the mixture between the additional fluid and the water or mud in the line, even more intimate.
  • the speed gradient G is equal to 699 s -1 for a contact time of 9.0 seconds
  • the factor Gt of this embodiment according to the invention is equal to 6,300.
  • the average speed gradient to be applied for the coagulation and flocculation steps is between 400/500 s "1 and 250/300 s "1 .
  • the velocity gradient generated by the vortex devices is maximal, which significantly favors the homogenization of a reactive agent (mineral or organic) in the transferred fluid (secondary water line or sludge line).
  • the unit further comprises a power dissipating device 11, 11a, 11b downstream of the vortex generator device, capable of transforming the turbulent regime of the fluid from the vortex generating device, laminar regime.
  • the energy dissipating device enables the recovery and dissipation of the hydraulic energy induced by the vortex generating device.
  • the energy dissipation device may be embodied by filtration grids, baffles, and also tranquilizers.
  • the term "tranquilizer” means a device capable of breaking the turbulent regime acquired during the passage of fluid in the vortex generating device, such as a cylinder for a decanter operating ideally for mirror speeds of less than 90 m / h and which receives the mixture of fluids in its enclosure to dissipate the residual hydraulic energy before entering a downstream filter collection unit or decantation.
  • Figures 3, 4 and 5 show schematically possible implementations of units comprising a vortex generator mixing device and an energy dissipating device.
  • FIG. 3, 4, 5 there is shown a biological treatment unit 6, fed by a primary water line in upstream.
  • the evacuation of said unit is ensured by a secondary water line FE and a downstream sludge line FB.
  • Figure 3 relates to the treatment of the secondary water line while Figures 4 and 5 relate to the treatment of the sludge line.
  • two units 2 and 3 are arranged successively downstream of the unit 6 and receive the stream FE for treatment.
  • Each of the units comprises a vortex generating device respectively la, lb in fluid communication by means of a pipe 12 with the secondary water line for the first device itself in fluid communication with the second.
  • Each of the vortex generating devices is fed with a secondary fluid that can flow either directly into the supply lines of the secondary water line, or into the vortex generating devices.
  • the secondary fluid supply preferably takes place perpendicular to the stream or directly in the vortex generating device, opposite the arrival of the queue.
  • the first vortex generator mixing device is supplied with secondary fluid of the "coagulation agent” type while the second vortex generator mixing device is supplied with secondary fluid of the "flocculation agent” type.
  • the units 2 and 3 form for the first a coagulation reactor and for the second a flocculation reactor.
  • the treatment of water comprises at least a first biological oxidation step in the biological treatment unit 6 fed by a primary water line.
  • the additivation with the additional fluid being practiced in the secondary water line or directly in the first vortex generating device.
  • the vortex generating devices are designed and dimensioned so that the average speed gradient G and the factor Gt are respectively greater than 400 s -1 and 6000 for t between 10 s and 30 s, at the output of the generating device. vortex.
  • the water thus treated is conveyed to a decanter or a filtering unit 4.
  • a unit 3 is disposed downstream of the unit 6 and receives the sludge line FB for treatment.
  • the unit comprises a vortex generator mixing device 1 in fluid communication by means of a pipe 12 'with the sludge line.
  • the vortex generator mixing device is fed with a secondary fluid of the "flocculation agent" type which can lead directly into the sludge feed lines or into the vortex generating device.
  • the unit 3 forms a flocculation reactor.
  • the treatment of water comprises at least a first biological oxidation step in the biological treatment unit 6 fed by a primary water line. This follows a second step during which the passage of the sludge, additivated with a flocculating agent in a vortex generating device, so as to generate an intimate mixture.
  • the additivation with the additional fluid being practiced in the sludge line or in the first vortex generating device.
  • the vortex generator mixing device is designed and sized so that the average speed gradient G and the Gt factor are respectively greater than 400 s "1 and 6000 for t between 10 s and 30 s, output of the vortex generating device.
  • the sludge thus treated is conveyed to a dewatering unit 5, provided for example with grid filters or band filters.
  • two units 2 and 3 are arranged successively downstream of the unit 6 and receive the sludge line FB for treatment.
  • Each of the units comprises a vortex generating device respectively 1a, 1b in fluid communication by means of a pipe 12 'with the sludge line for the first device itself in fluid communication with the second.
  • Each of the vortex generating devices is fed with a secondary fluid that can flow either directly into the feed lines of the sludge line or into the vortex generating devices.
  • the first vortex generator mixing device is supplied with secondary fluid of the "coagulation agent” type while the second vortex generator mixing device is supplied with secondary fluid of the "flocculation agent" type.
  • the units 2 and 3 form for the first a coagulation reactor and for the second a flocculation reactor.
  • the treatment of water comprises at least a first biological oxidation step in the biological treatment unit 6 fed by a primary water line.
  • a second step follows during which the sludge line, additive with a coagulation agent, is passed through a first vortex generating device so as to generate an intimate mixture.
  • the additivation with the additional fluid being practiced in the sludge line or in the first vortex generating device.
  • This follows a third step during which the passage of the sludge line, additivated with a flocculation agent, is carried out in a second vortex generating device, so as to also generate an intimate mixture.
  • the vortex generating devices are designed and sized so that the average velocity gradient G and the factor Gt are respectively greater than 400 s -1 and 6000 for t between 10 s and 30 s, at the output of the vortex generating device.
  • the sludge thus treated is conveyed to a dewatering unit 5, which may be provided with grid filters or band filters.
  • the vortex generating devices are not limited to the aforementioned applications. It is envisaged that they will also find application for:
  • the installation and the method according to the invention implement a vortex using the transport energy of the fluid to be treated (no additional energy consumption dedicated to the mixture). It comprises a device acting as a robust mixer that is not very sensitive to clogging and acts as a fluid homogenizer / regulator.
  • the invention can be applied both to the treatment of wastewater channels, just as it can be applied to treatment of potabilization.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet une installation de traitement des eaux, en particulier usées, comprenant au moins une première unité (6) de traitement biologique, l'alimentation de ladite unité étant assurée par une file d'eau primaire en amont, l'évacuation de ladite unité étant assurée par une file d'eau secondaire et une file de boue en aval, caractérisée en ce que l'installation comprend en outre une deuxième unité (1, 1a, 1b) comprenant un dispositif de mélange générateur de vortex (10, 10a, 10b), ledit dispositif étant en communication de fluide au moins avec l'une des files d'eau primaire, d'eau secondaire ou de boue (14, 14a, 14b), ladite installation comprenant également un circuit d'apport de fluide additionnel (13, 13a, 13b) en communication avec ladite file et/ou avec le premier dispositif générateur de vortex. L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre de l'installation.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT DES EAUX
L'invention se rapporte au domaine du traitement des eaux et plus particulièrement aux installations et aux procédés de traitement des eaux, en particulier usées, comprenant au moins une première unité de traitement biologique, l'alimentation de ladite unité étant assurée par une file d'eau primaire en amont, l'évacuation de ladite unité étant assurée en aval par une file d'eau secondaire et une file de boue.
Les filières traditionnelles utilisées dans le traitement des files d'eau primaire, d'eau secondaire ainsi que des files de boue mettent en jeu des étapes de coagulation et/ou de floculation et/ou de décantation.
Rappelons que la coagulation-floculation est un procédé de traitement physico-chimique d'épuration de l'eau, utilisé pour le traitement de potabilisation ou le traitement d'eau usée. Son principe repose sur la difficulté qu'ont certaines particules à se décanter naturellement : les colloïdes. Les particules colloïdales sont caractérisées par deux points essentiels : d'une part, elles ont un diamètre très faible (de 1 nm à 1 pm), d'autre part, elles ont la particularité d'être chargées électronégativement, engendrant des forces de répulsions intercolloïdales. Ces deux points confèrent aux colloïdes une vitesse de sédimentation extrêmement faible. La coagulation-floculation est un procédé permettant, en deux temps, de s'affranchir de cette absence de sédimentation. Cette technique permet de s'attaquer aux deux caractéristiques - mentionnées précédemment - rendant impossible une élimination naturelle des particules colloïdales. Dans un premier temps, la coagulation, par un ajout de sels métalliques (généralement de fer ou d'aluminium), permet de supprimer les répulsions intercolloïdales : les cations métalliques (Al3+ et Fe3+) se lient aux colloïdes et les neutralisent. Les particules colloïdales peuvent désormais se regrouper. Dans un second temps, la floculation permet de s'attaquer au problème du faible diamètre des colloïdes. Le point critique est en fait la masse, qui ne permet pas une sédimentation naturelle et exploitable dans le cadre d'un traitement. La solution exploitée par la floculation est de provoquer, grâce à l'ajout de floculant, une agglomération des particules colloïdales. Par la suite, cet agglomérat de colloïdes appelé « floc » dispose d'une masse suffisante pour pouvoir se décanter. Le floculant ajouté est généralement un polymère, qu'il soit organique ou naturel, qui va jouer le rôle de colle entre les colloïdes.
Ces étapes sont réalisées généralement dans des réacteurs de coagulation ou de floculation traditionnels, des mélangeurs dynamiques ou statiques, ou bien par dilution en ligne.
Dans tous les cas les volumes utilisés doivent être dimensionnés en fonction des paramètres suivants afin d'assurer une bonne dispersion du coagulant et du floculant dans la file à traiter ainsi que la bonne formation des flocs :
- débit à traiter (m3/h)
- température de l'eau à traiter (°C)
- μ : viscosité dynamique de l'eau fonction de la température
- temps de contact ou temps de séjour hydraulique (secondes ou minutes)
- gradient de vitesse moyen (G en s"1 ; G = Racine [P/(V. μ)] )
- puissance réellement dissipée (P en kW ; P = G2.V.p)
- facteur Gt (Gt = G x temps de contact ; avec G en s"1, t en secondes) Pour rappel, la notion de gradient de vitesse traduit l'évolution de la vitesse au sein du fluide. Le gradient de vitesse décrit la variation spatiale de la vitesse d'écoulement. Cette grandeur dépend de la contrainte de cisaillement appliquée et de la nature du fluide.
Pour rappel, le facteur Gt est un indicatif de puissance par unité de volume de l'écoulement d'un fluide. Il permet de déterminer aussi les performances des mélangeurs dynamiques utilisés dans les cuves d'agitation. Le facteur Gt = G x temps de contact ; avec G en s"1, t en secondes).
Toutefois, les réacteurs utilisés bien que volumineux, nécessitent des temps de contact importants. Les temps de contact généralement admis sont les suivants : Unité Coagulation Floculation
Température °C 0-3 3-7 7-15 > 15 < 5 > 20
Temps de min 1-3 1-2 0,5-1 0,08-0,5 30 15 contact
(valeurs
minimales)
Temps de s 60- 60-120 30-60 5-30 1800 900 contact 180
(valeurs
minimales)
Pour des temps de contact compris entre 30 secondes à 30 minutes, le gradient de vitesse moyen à appliquer pour les étapes de coagulation et de floculation est compris de 300 s"1 à des valeurs inférieures à 200 s"1. Pour des temps de contact compris entre 5 et 30 secondes (cas d'eau à température > 15°C), le gradient de vitesse moyen à appliquer pour les étapes de coagulation et de floculation est compris entre 400/500 s-1 et 250/300 s-1.
Par ailleurs, les procédés de coagulation et de floculation mettent en œuvre des gradients de vitesse G qui consomment beaucoup d'énergie.
Ainsi, dans le cas des mélangeurs dynamiques, on utilise généralement une cuve cylindrique munie d'un brassage mécanique, (énergie électrique consommée en fonction de la rotation d'un axe sur lequel sont fixées des pâles à géométrie variable). Ainsi, les mélangeurs dynamiques impliquent des équipements mécaniques dotés de machines tournantes et de pales nécessitant un apport énergétique non négligeable (moteurs électriques) ainsi que la maintenance desdits équipements (OPEX).
Dans le cas des mélangeurs statiques, il est observé un inconvénient majeur consistant en la perte de charges hydrauliques (et donc des pertes d'énergie). Ils sont de plus très sensibles aux bouchages (poudres minérales, fibres, micro-fibres, filasses, grumeaux etc.). Ces mélangeurs statiques ont pour but de favoriser les échanges entre les produits réactifs et les fluides par l'intermédiaire de chicanes, de profilés ou d'un packing qui engendrent l'augmentation des pertes de charges au sein du fluide transporté ainsi que des risques de bouchages intempestifs (en fonction du fluide traversant) qui sont à l'origine des arrêts de production et des interventions de maintenance. Ces mélangeurs ne sont pas compatibles et fiable avec tous les types de fluide.
Les systèmes de dilutions en ligne utilisent quant à eux une canalisation d'eau perpendiculaire à la canalisation de dosage du polymère pour diluer la solution avant injection. Ces systèmes sont moins sensibles au bouchage car le fluide traversier reste de l'eau filtrée mais ils consomment de l'énergie de pompage et / ou de l'eau potable.
L'invention a donc pour but d'éliminer tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-avant au moyen d'unités comprenant un dispositif générateur de vortex. L'objet l'invention vise à réduire les consommations de réactifs (chimiques ou bio-sourcés) en favorisant la dispersion du réactif au point d'injection dans le volume réactionnel du procédé concerné, ce volume pouvant être des cuves de coagulation et floculation (décantation primaire physicochimique en eaux résiduaires urbaines avec réactifs tels que sels de fer ou d'aluminium et polymère), des réacteurs biologiques par injection de méthanol, des unités d'épaississement et de déshydratation des boues (injection de polymères), des enceintes de chloration d'eau potable à l'eau de Javel.
L'invention a également pour but de réduire la consommation d'énergie en supprimant notamment les installations à pales rotatives, et a pour objectif aussi de réduire le volume des réacteurs.
Plus particulièrement, l'invention a pour objet une installation de traitement des eaux, en particulier usées, comprenant au moins une première unité de traitement biologique, l'alimentation de ladite unité étant assurée par une file d'eau primaire en amont, l'évacuation de ladite unité étant assurée par une file d'eau secondaire et une file de boue en aval, caractérisée en ce que l'installation comprend en outre une deuxième unité comprenant un dispositif de mélange générateur de vortex, ledit dispositif étant en communication de fluide au moins avec l'une des files d'eau primaire, d'eau secondaire ou de boue, ladite installation comprenant également un circuit d'apport de fluide additionnel en communication avec ladite file et/ou avec le dispositif générateur de vortex, le dispositif de mélange générateur de vortex étant doté d'une sortie commune pour évacuer le mélange intime entre le fluide additionnel et l'eau ou la boue de la file, formé dans le dispositif de mélange.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.
Selon certaines caractéristiques, le gradient de vitesse moyen en sortie du premier dispositif de mélange générateur de vortex peut être supérieur à 400 s"1, tandis que le facteur Gt est supérieur à 6000, pour une durée t comprise entre 10 s et 30 s.
Selon d'autres caractéristiques, le dispositif de mélange générateur de vortex peut être un puits de chute de forme sensiblement cylindrique doté d'une conduite d'alimentation formant un angle alpha avec la section horizontale du puits.
Le puits de chute peut être un cylindre de diamètre compris entre 0,5 m et 6 m, de hauteur comprise entre 0,5 m et 3 m, de diamètre d'évacuation compris entre 65 mm et 2,6 m, et d'angle alpha compris entre 0 et 45 degrés, l'angle alpha étant l'angle que forme l'arrivée du fluide issu des files d'eau primaire, d'eau secondaire ou de boue avec la tangente à la section du cylindre.
L'angle alpha peut être avantageusement nul de manière à former une admission tangentielle du fluide dans le puits de chute.
Le dispositif de mélange générateur de vortex peut être un puits de chute dont l'évacuation du mélange intime formé entre le fluide additionnel et l'eau ou la boue de la file au cours de la traversée du puits de chute, s'effectue au travers d'une sortie ménagée le plus près possible du fond du puits, voire au fond du puits, afin de maximiser le parcours du vortex. Le circuit d'apport de fluide additionnel peut être en communication avec ladite file et/ou avec l'entrée du dispositif de mélange générateur de vortex.
L'installation peut comprendre en outre un dispositif dissipateur d'énergie en aval du dispositif générateur de vortex, apte à transformer le régime turbulent du fluide issu du dispositif générateur de vortex, en régime laminaire.
Le dispositif de dissipation d'énergie peut être compris dans la liste définie par les grilles de filtration et les chicanes.
La deuxième unité peut former une unité comprise dans la liste définie par les unités d'épaississement de boues, les unités de déshydratation de boues, les décanteurs primaires et secondaires physico-chimiques, les réacteurs de pré-anoxie, les réservoirs de contact, les réservoirs de stockage, les décanteurs.
L'installation peut comprendre un premier dispositif de mélange générateur de vortex de coagulation, un deuxième dispositif de mélange générateur de vortex de floculation, et un troisième dispositif compris dans la liste définie par les tranquilisateurs, les décanteurs, les enceintes de filtration
L'invention a également pour objet un procédé de traitement des eaux, en particulier usées, comprenant au moins une première étape d'oxydation biologique dans une unité de traitement biologique, l'alimentation de ladite unité étant assurée par une file d'eau primaire, l'évacuation de ladite unité étant assurée par une file d'eau secondaire et une file de boue, caractérisé en ce que le procédé comprend une deuxième étape au cours de laquelle on procède au passage de la file d'eau primaire ou secondaire ou de la file de boue, additivée avec un fluide additionnel dans un dispositif générateur de vortex, de manière à générer un mélange intime, l'additivation avec le fluide additionnel étant pratiquée dans la file d'eau primaire ou secondaire ou dans la file de boue, et/ou dans le premier dispositif générateur de vortex.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.
Selon certaines caractéristiques, le gradient de vitesse moyen G et le facteur Gt peuvent être respectivement supérieurs à 400 s-1 et 6000 pour un temps t compris entre 10 s et 30 s, en sortie du dispositif générateur de vortex. Selon d'autres caractéristiques, à l'issue du passage dans le dispositif de mélange générateur de vortex de la file d'eau primaire ou secondaire ou de la file de boue, additivée avec le fluide additionnel, on peut procéder à une troisième étape de passage du mélange intime ainsi obtenu dans un deuxième dispositif dissipateur d'énergie, de manière à transformer le régime turbulent du fluide issu du premier dispositif générateur de vortex, en régime laminaire.
La deuxième étape peut être aussi une étape de coagulation ou de floculation de la file de boue.
La deuxième étape de coagulation ou de floculation de la file de boue peut être complétée par une étape d'épaississement ou de déshydratation.
La deuxième étape peut être une étape de coagulation ou de floculation de la file d'eau secondaire.
La deuxième étape de coagulation ou de floculation de la file d'eau secondaire peut être complétée par une étape de décantation ou de captation sur filtre.
La deuxième étape peut être une étape de pré-anoxie de la file d'eau primaire, ladite file étant additivée avec du méthanol.
La deuxième étape peut être une étape de désinfection de la file d'eau secondaire alimentant un réservoir de contact et de stockage, ladite file étant additivée avec un oxydant.
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- les FIGURES 1 et 2 correspondent chacune à une représentation schématique de l'invention selon des modes de réalisation distincts,
les FIGURES 3, 4, 5 correspondent chacune à des mises en oeuvre de l'invention selon des applications particulière,
les FIGURES 6 et 7 correspondent chacune à des résultats d'essais. A des fins de clarté et de concision, les références sur les figures correspondent aux mêmes éléments.
Les modes de réalisation décrits ci-avant étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Le principe de l'invention tel que représenté en figures 1 et 2, repose sur des unités dotées de dispositifs générateurs de vortex 10, 10a, 10b, alimentés respectivement avec les files d'eau secondaire ou de boue 14, 14a, 14b. Un réactif 13, 13a, 13b est généralement injecté soit directement dans la file soit directement dans le dispositif générateur de vortex.
Ces dispositifs générateurs de vortex favorisent le mélange intime d'au moins deux fluides et maximise l'énergie de mélange nécessaire à la coagulation et/ou floculation grâce à la récupération d'énergie hydraulique.
L'invention utilise l'énergie hydraulique du vortex qui est généré par la géométrie du dispositif et le fluide transporté pour la dispersion d'un réactif et pour le mélange efficace entre le fluide et le réactif. Le dispositif de mélange générateur de vortex homogénéise le fluide et le réactif en réutilisant l'énergie hydraulique venue de l'amont.
Dans ces dispositifs de mélange générateurs de vortex selon l'invention, il n'y a plus de pales rotatives pour assurer le mélange, puisque c'est le vortex, c'est-à-dire le tourbillon qui prend naissance dans le fluide en écoulement dans ledit dispositif, qui assure cette fonction de mélange.
Dans ces dispositifs de mélange générateurs de vortex selon l'invention, le circuit d'apport de fluide additionnel à mélanger avec le fluide principal est en communication nécessairement avec les moyens d'adduction du fluide principal vers le dispositif de mélange générateur de vortex et/ou avec l'entrée du dispositif de mélange générateur de vortex.
Ainsi, sur la figure 2, le dispositif de mélange générateur de vortex 10a récupère l'énergie envoyée par la pompe 15. De même, le dispositif de mélange générateur de vortex 10b récupère l'énergie gravitaire de la file 14b.
De manière préférentielle, le gradient de vitesse moyen en sortie du premier dispositif de mélange générateur de vortex est supérieur à 400 s"1, tandis que le facteur Gt est supérieur à 6000, pour une durée t comprise entre 10 s et 30 s.
La notion de gradient de vitesse traduit l'évolution de la vitesse au sein du fluide. Le gradient de vitesse décrit la variation spatiale de la vitesse d'écoulement. Cette grandeur dépend de la contrainte de cisaillement appliquée et de la nature du fluide.
Le facteur Gt est un indicatif de puissance par unité de volume de l'écoulement d'un fluide. Il permet de déterminer aussi les performances des mélangeurs dynamiques utilisés dans les cuves d'agitation . Le facteur Gt = G x temps de contact ; avec G en s"1, t en secondes).
Ainsi et tels que représentés sur les figures 6 et 7, les gradients de vitesse créés sont importants puisque pour un temps de contact de 10,6 secondes (ou 40 m3/h), les gradients de vitesse G sont de 650 à 800.
Le gradient de vitesse G est fonction du débit mis en jeu et de la viscosité dynamique (dépendante de la température de l'eau ou de la boue). Pour un même volume de réacteur-mélangeur, le gradient de vitesse G mis en jeu évoluera en fonction de la température du fluide et du débit admis (voir Figure 7).
Sur la figure 6, est représentée l'évolution du gradient de vitesse d'un dispositif de mélange générateur de vortex en fonction du temps de séjour pour différentes températures données. La zone définie par le rectangle constitue le domaine de fonctionnement.
Sur la figure 7, est représentée l'évolution du gradient de vitesse d'un dispositif de mélange générateur de vortex de 118 L en fonction du débit admis pour différentes températures données. La zone définie par le cercle rassemble les points de fonctionnement cible.
A titre de comparaison, les gradients de vitesse utilisés pour les cuves de mélanges conventionnelles de coagulation et floculation sont inférieurs ou égales à 200 s"1 pour une cuve de coagulation au temps de contact de 3 min (facteur Gt d'environ 36 000) et pour une cuve de floculation au temps de contact de 15 min (facteur Gt d'environ 180 000) . Pour une gamme de temps de contact de 10 à 30 secondes et une gamme de facteur Gt de 6 000 à 14 000, le dispositif de mélange générateur de vortex crée un gradient de vitesse G permettant de renouveler le volume réactionnel traversier de 3 à 7 fois plus que les zones de mélange traditionnelles utilisées pour la coagulation-floculation.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de mélange générateur de vortex est un réacteur de forme sensiblement cylindrique ou tronconique doté d'une conduite d'alimentation 12 formant un angle alpha avec la tangente à la section horizontale du puits.
Avantageusement, le réacteur est un cylindre de diamètre compris entre 0,5 m et 6 m, de hauteur comprise entre 0,5 m et 3 m, de diamètre d'évacuation compris entre 65 mm et 2,6 m, et d'angle alpha compris entre 0 et 45 degrés, l'angle alpha étant l'angle que forme l'arrivée du fluide issu des files d'eau primaire, d'eau secondaire ou de boue avec la tangente à la section du cylindre. De cette façon, on peut atteindre un temps de séjour compris entre 10 et 30 secondes, ainsi qu'un gradient de vitesse supérieur à 400 s"1.
A titre d'exemple, pour un débit minimum de 40 m3/h, on atteint un gradient de vitesse G = 685 s"1 et un temps de contact T = 9,2 s, pour obtenir un GT = 6296.
Pour un débit maximum de 15 000 m3/h, avec une hauteur de 2,5 m et un diamètre de 4,6 m on atteint un gradient de vitesse G = 1470 s"1 et un temps de contact T = 10,0 s, pour obtenir un GT = 14663.
Pour un débit maximum de 15 000 m3/h, avec une hauteur de 3 m et un diamètre de 6 m on atteint un gradient de vitesse G = 1127 s"1 et un temps de contact T = 20,4 s, pour obtenir un GT = 22950.
Selon un mode préférentiel, les arrivées de la file et du réactif sont positionnées de façon tangentielle à la section horizontale du dispositif générateur à vortex. De cette façon, on favorise la formation du vortex dans le dispositif du type « puits de chute » d'une part et surtout, on assure d'autre part une dispersion et une répartition des deux fluides efficaces et homogènes au sein du dispositif.
Selon deux variantes, le réactif peut être injecté perpendiculairement à file ou bien directement dans le dispositif générateur de vortex, à l'opposé de l'arrivée de la file. Le dispositif de mélange générateur de vortex peut être est un dispositif hydraulique constitué d'un profilé géométrique permettant l'admission tangentielle de la file et du réactif et la génération d'un vortex hydraulique selon l'équation du puits de chute de P. Ackers et de E. Crump. L'évacuation du mélange intime formé entre le fluide additionnel et l'eau ou la boue de la file au cours de la traversée du puits de chute, s'effectue au travers d'une sortie ménagée le plus près possible du fond du puits, voire au fond du puits, afin de maximiser le parcours du vortex hydraulique. En d'autres termes, l'allongement de la trajectoire du vortex hydraulique permet de rendre le mélange entre le fluide additionnel et l'eau ou la boue de la file, encore plus intime.
Pour la définition du puits de chute, on pourra se référer au puits de chute de P. Ackers et de E. Crump tel que défini dans l'article de Markus H. Kellenberg « Wirbelfallschachte in der Kanalisationstechnik » du numéro 98 « Mitteilungen der Versuchsanstalt fur Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie » (Zurich, 1988).
A titre d'exemple, pour un débit de 40 m3/h et un réacteur de 100 L permettant la génération d'un vortex selon le puits de chute de P. Ackers et de E. Crump, et pour une température de 15°C, le gradient de vitesse G est égal à 699 s"1 pour un temps de contact de 9,0 secondes. Le facteur Gt de cette réalisation conforme à l'invention est égal à 6 300.
Les calculs ci-après expriment les résultats des paramètres de dimensionnement des réacteurs de coagulation et de floculation pour le domaine d'application traditionnel :
Exemple : Unité Coagulation Floculation résultats pour 40
m3/h
Température °C 3 7 15 > 15 < 5 > 20
Temps de contact min 3 2 1 0,5 30 15
Volume L 2000 1333 667 333 20000 10000
P absorbée en eau kW 0,15 0,14 0,06 0,03 1,5 0,5
Gradient de vitesse s-1 216 272 251 251 223 224
Gt - 38880 32640 15060 7530 401400 201600
Le dimensionnement traditionnel des réacteurs ou cuves de mélange de coagulation et de floculation implique donc, lorsque les temps de contact sont compris entre 30 secondes à 30 minutes, un gradient de vitesse moyen à appliquer pour les étapes de coagulation et de floculation compris entre 300 s"1 et des valeurs inférieures à 200 s"1.
Pour des temps de contact compris entre 5 et 30 secondes (cas d'une eau à température > 15°C), le gradient de vitesse moyen à appliquer pour les étapes de coagulation et de floculation est compris entre 400/500 s"1 et 250/300 s"1.
Les calculs ci-après expriment les résultats des paramètres de dimensionnement pour un dispositif de mélange générateur de vortex :
Exemple : résultats Unité dispositif générateur de
pour 40 m3/h vortex
Température °C 3 7 15 20
Temps de contact s 10,6 10,6 10,6 10,6
Volume L 118 118 118 118
P absorbée en eau kW 0,065 0,065 0,065 0,065
Gradient de vitesse s-1 587 626 699 740
Gt - 6224 6641 7407 7850
Ainsi, le gradient de vitesse généré par les dispositifs de vortex est maximal, ce qui favorise significativement l'homogénéisation d'un agent réactif (minéral ou organique) dans le fluide transféré (file d'eau secondaire ou file de boues).
Selon un perfectionnement de l'invention et tel que représenté en figures 1 et 2, l'unité comprend en outre un dispositif dissipateur d'énergie 11, l ia, 11b en aval du dispositif générateur de vortex, apte à transformer le régime turbulent du fluide issu du dispositif générateur de vortex, en régime laminaire.
Le dispositif dissipateur d'énergie permet la récupération et la dissipation de l'énergie hydraulique induite par le dispositif générateur de vortex. Le dispositif de dissipation d'énergie peut être matérialisé par des grilles de filtration, des chicanes, et également des tranquillisateurs. On entend par « tranquillisateur » un dispositif apte à casser le régime turbulent acquis lors du passage du fluide dans le dispositif générateur de vortex, tel qu'un cylindre pour un décanteur fonctionnant idéalement pour des vitesses au miroir inférieures à 90 m/h et qui reçoit le mélange de fluides dans son enceinte pour dissiper l'énergie hydraulique résiduelle avant l'entrée dans une unité avale de captation sur filtre ou de décantation.
Les figures 3, 4 et 5 schématisent des mises en œuvre possibles d'unités comportant un dispositif de mélange générateur de vortex ainsi qu'un dispositif dissipateur d'énergie.
Plus particulièrement sur chaque figure 3, 4, 5, est représentée une unité 6 de traitement biologique, alimentée par une file d'eau primaire en amont. L'évacuation de ladite unité est assurée par une file d'eau secondaire FE et une file de boue FB en aval. La figure 3 concerne le traitement de la file d'eau secondaire tandis que les figures 4 et 5 concernent le traitement de la file de boue.
En figure 3, deux unités 2 et 3 sont disposées successivement en aval de l'unité 6 et reçoivent la file d'eau FE pour traitement. Chacune des unités comprend un dispositif de mélange générateur de vortex respectivement la, lb en communication de fluide au moyen d'une conduite 12 avec la file d'eau secondaire pour le premier dispositif lui-même en communication de fluide avec le second .
Chacun des dispositifs générateurs de vortex est alimenté avec un fluide secondaire qui peut déboucher soit directement dans les conduites d'amenée de la file d'eau secondaire, soit dans les dispositifs générateurs de vortex.
L'alimentation en fluide secondaire s'effectue préférentiellement perpendiculairement à la file d'eau ou bien directement dans le dispositif générateur de vortex, à l'opposé de l'arrivée de la file.
Le premier dispositif de mélange générateur de vortex est alimenté en fluide secondaire du type « agent de coagulation » alors que le second dispositif de mélange générateur de vortex est alimenté en fluide secondaire du type « agent de floculation ». Ainsi, les unités 2 et 3 forment pour la première un réacteur de coagulation et pour la seconde un réacteur de floculation.
En termes de procédé, le traitement des eaux, en particulier usées, comprend au moins une première étape d'oxydation biologique dans l'unité 6 de traitement biologique alimentée par une file d'eau primaire. S'ensuit une deuxième étape au cours de laquelle on procède au passage de la file d'eau secondaire, additivée avec un agent de coagulation dans un premier dispositif générateur de vortex, de manière à générer un mélange intime. L'additivation avec le fluide additionnel étant pratiquée dans la file d'eau secondaire ou directement dans le premier dispositif générateur de vortex. S'ensuit une troisième étape au cours de laquelle on procède au passage de la file d'eau secondaire, additivée avec un agent de floculation dans un deuxième dispositif générateur de vortex, de manière à générer également un mélange intime. Avantageusement, les dispositifs générateurs de vortex sont conçus et dimensionnés de sorte que le gradient de vitesse moyen G et le facteur Gt soient respectivement supérieurs à 400 s"1 et 6000 pour t compris entre 10 s et 30 s, en sortie du dispositif générateur de vortex.
A l'issue du passage de la file d'eau secondaire dans les dispositifs générateurs de vortex, l'eau ainsi traitée est acheminée vers un décanteur ou bien une unité de captation sur filtre 4.
Dans le cas où l'eau ainsi traitée est acheminée vers un décanteur, il est avantageux d'ajouter avant le passage dans le décanteur, un passage dans un dispositif de dissipation d'énergie.
Dans le cas où l'eau ainsi traitée est acheminée vers une unité de captation sur filtre, le passage dans un dispositif de dissipation d'énergie n'est pas nécessaire.
Bien entendu, à l'issue de chacun des passages de la file dans les dispositifs générateurs de vortex, il est avantageux d'implémenter un passage dans un dispositif de dissipation d'énergie afin de retrouver un écoulement quasi-laminaire.
En figure 4, une unité 3 est disposée en aval de l'unité 6 et reçoit la file de boue FB pour traitement. L'unité comprend un dispositif de mélange générateur de vortex 1 en communication de fluide au moyen d'une conduite 12' avec la file de boue. Le dispositif de mélange générateur de vortex est alimenté avec un fluide secondaire du type « agent de floculation » qui peut déboucher soit directement dans les conduites d'amenée la boue, soit dans le dispositif générateur de vortex. Ainsi, l'unité 3 forme un réacteur de floculation.
En termes de procédé, le traitement des eaux, en particulier usées, comprend au moins une première étape d'oxydation biologique dans l'unité 6 de traitement biologique alimentée par une file d'eau primaire. S'ensuit une deuxième étape au cours de laquelle on procède au passage de la boue, additivée avec un agent de floculation dans un dispositif générateur de vortex, de manière à générer un mélange intime. L'additivation avec le fluide additionnel étant pratiquée dans la file de boue ou dans le premier dispositif générateur de vortex.
Avantageusement, le dispositif de mélange générateur de vortex est conçu et dimensionné de sorte que le gradient de vitesse moyen G et le facteur Gt soient respectivement supérieurs à 400 s"1 et 6000 pour t compris entre 10 s et 30 s, en sortie du dispositif générateur de vortex.
A l'issue du passage de la file de boue dans le dispositif générateur de vortex, la boue ainsi traitée est acheminée vers une unité de déshydratation 5, dotée par exemple de filtres à grilles ou de filtres à bandes.
Bien entendu, à l'issue du passage de la file dans le dispositif générateur de vortex, il est avantageux d'implémenter un passage dans un dispositif de dissipation d'énergie afin de retrouver un écoulement quasi- laminaire.
En figure 5, deux unités 2 et 3 sont disposées successivement en aval de l'unité 6 et reçoivent la file de boue FB pour traitement. Chacune des unités comprend un dispositif de mélange générateur de vortex respectivement la, lb en communication de fluide au moyen d'une conduite 12' avec la file de boue pour le premier dispositif lui-même en communication de fluide avec le second . Chacun des dispositifs générateurs de vortex est alimenté avec un fluide secondaire qui peut déboucher soit directement dans les conduites d'amenée de la file de boue, soit dans les dispositifs générateurs de vortex. Le premier dispositif de mélange générateur de vortex est alimenté en fluide secondaire du type « agent de coagulation » alors que le second dispositif de mélange générateur de vortex est alimenté en fluide secondaire du type « agent de floculation ». Ainsi, les unités 2 et 3 forment pour la première un réacteur de coagulation et pour la seconde un réacteur de floculation.
En termes de procédé, le traitement des eaux, en particulier usées, comprend au moins une première étape d'oxydation biologique dans l'unité 6 de traitement biologique alimentée par une file d'eau primaire. S'ensuit une deuxième étape au cours de laquelle on procède au passage de la file de boue, additivée avec un agent de coagulation dans un premier dispositif générateur de vortex, de manière à générer un mélange intime. L'additivation avec le fluide additionnel étant pratiquée dans la file de boue ou dans le premier dispositif générateur de vortex. S'ensuit une troisième étape au cours de laquelle on procède au passage de la file de boue, additivée avec un agent de floculation dans un deuxième dispositif générateur de vortex, de manière à générer également un mélange intime.
Avantageusement, les dispositifs générateurs de vortex sont conçus et dimensionnés de sorte que le gradient de vitesse moyen G et le facteur Gt soient respectivement supérieurs à 400 s"1 et 6000 pour t compris entre 10 s et 30 s, en sortie du dispositif générateur de vortex.
A l'issue du passage de la file de boue dans le deuxième dispositif générateur de vortex, la boue ainsi traitée est acheminée vers une unité de déshydratation 5, qui peut être munie de filtres à grille ou de filtres à bandes.
Bien entendu, à l'issue de chacun des passages de la file dans les dispositifs générateurs de vortex, il est avantageux d'implémenter un passage dans un dispositif de dissipation d'énergie afin de retrouver un écoulement quasi-laminaire.
Tel que décrit précédemment, les dispositifs générateurs de vortex trouvent leur application pour :
L'injection de floculant dans une unité d'épaississement des boues, - L'injection de floculant dans une unité de déshydratation des boues, L'injection de coagulant et de floculant dans un décanteur primaire ou secondaire physico-chimique,
L'injection de floculant dans un décanteur ou bien dans un décanteur- épaississeur,
Toutefois, les dispositifs générateurs de vortex ne sont pas limités aux applications mentionnées précédemment. Il est en effet envisagé qu'ils trouvent également leur application pour :
L'injection de méthanol dans une enceinte de pré-anoxie d'un réacteur biologique,
- L'injection d'un oxydant tel que de l'eau de Javel dans un réservoir de contact ou de stockage.
En résumé, l'installation et le procédé selon l'invention mettent en œuvre un vortex en utilisant l'énergie de transport du fluide à traiter (pas de consommation d'énergie supplémentaire dédiée au mélange). Elle comprend un dispositif faisant office de mélangeur robuste peu sensible aux bouchages qui agit comme un homogénéisateur/régulateur de fluides.
On constate une amélioration de la dispersion du réactif dans la file, qui permet une diminution de la consommation de réactifs. Le dosage de réactif s'en trouve optimisé ce qui réduit le volume réactionnel des étapes de traitement telles que la coagulation et/ou la floculation. En résumé, l'invention peut s'appliquer aussi bien aux traitements des filières d'eaux usées, tout comme il peut s'appliquer aux traitements de potabilisation .
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, comprenant au moins une première unité (6) de traitement biologique, l'alimentation de ladite unité étant assurée par une file d'eau primaire en amont, l'évacuation de ladite unité étant assurée par une file d'eau secondaire et une file de boue en aval, caractérisée en ce que l'installation comprend en outre une deuxième unité (1, la, lb) comprenant un dispositif de mélange générateur de vortex (10, 10a, 10b), ledit dispositif étant en communication de fluide au moins avec l'une des files d'eau primaire, d'eau secondaire ou de boue (14, 14a, 14b), ladite installation comprenant également un circuit d'apport de fluide additionnel ( 13, 13a, 13b) en communication avec ladite file et/ou avec le dispositif de mélange générateur de vortex, le dispositif de mélange générateur de vortex étant doté d'une sortie commune pour évacuer le mélange intime entre le fluide additionnel et l'eau ou la boue de la file, formé dans le dispositif de mélange.
2. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gradient de vitesse moyen en sortie du premier dispositif de mélange générateur de vortex est supérieur à 400 s"1, tandis que le facteur Gt est supérieur à 6000, pour une durée t comprise entre 10 s et 30 s.
3. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mélange générateur de vortex est un puits de chute de forme sensiblement cylindrique doté d'une conduite d'alimentation ( 12) formant un angle alpha avec la section horizontale du puits.
4. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le puits de chute est un cylindre de diamètre compris entre 0,5 m et 6 m, de hauteur comprise entre 0,5 m et 3 m, de diamètre d'évacuation compris entre 65 mm et 2,6 m, et d'angle alpha compris entre 0 et 45 degrés, l'angle alpha étant l'angle que forme l'arrivée du fluide issu des files d'eau primaire, d'eau secondaire ou de boue avec la tangente à la section du cylindre.
5. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle alpha est nul de manière à former une admission tangentielle du fluide dans le puits de chute.
6. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mélange générateur de vortex est un puits de chute dont l'évacuation du mélange intime formé entre le fluide additionnel et l'eau ou la boue de la file au cours de la traversée du puits de chute, s'effectue au travers d'une sortie ménagée le plus près possible du fond du puits, voire au fond du puits, afin de maximiser le parcours du vortex.
7. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'apport de fluide additionnel est en communication avec ladite file et/ou avec l'entrée du dispositif de mélange générateur de vortex.
8. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation comprend en outre un dispositif dissipateur d'énergie (11, l ia, 11b) en aval du premier dispositif générateur de vortex, apte à transformer le régime turbulent du fluide issu du premier dispositif générateur de vortex, en régime laminaire.
9. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de dissipation d'énergie est compris dans la liste définie par les grilles de filtration et les chicanes.
10. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième unité (1, la, lb) forme une unité comprise dans la liste définie par les unités d'épaississement de boues, les unités de déshydratation de boues, les décanteurs primaires et secondaires physico-chimiques, les réacteurs de pré-anoxie, les réservoirs de contact, les réservoirs de stockage, les décanteurs.
11. Installation de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation comprend un premier dispositif de mélange générateur de vortex de coagulation, un deuxième dispositif de mélange générateur de vortex de floculation, et un troisième dispositif (40) compris dans la liste définie par les tranquilisateurs, les décanteurs, les enceintes de filtration.
12. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, comprenant au moins une première étape d'oxydation biologique dans une unité (6) de traitement biologique, l'alimentation de ladite unité étant assurée par une file d'eau primaire, l'évacuation de ladite unité étant assurée par une file d'eau secondaire et une file de boue, caractérisé en ce que le procédé comprend une deuxième étape au cours de laquelle on procède au passage de la file d'eau primaire ou secondaire ou de la file de boue, additivée avec un fluide additionnel dans un premier dispositif de mélange générateur de vortex (10, 10a, 10b), de manière à générer un mélange intime, l'additivation avec le fluide additionnel étant pratiquée dans la file d'eau primaire ou secondaire ou dans la file de boue, et/ou dans le dispositif générateur de vortex.
13. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le gradient de vitesse moyen G et le facteur Gt sont respectivement supérieurs à 400 s"1 et 6000 pour t compris entre 10 s et 30 s, en sortie du dispositif générateur de vortex.
14. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'à l'issue du passage dans le dispositif de mélange générateur de vortex de la file d'eau primaire ou secondaire ou de la file de boue, additivée avec le fluide additionnel, on procède à une troisième étape de passage du mélange intime ainsi obtenu dans un dispositif (11, l ia, 11b) dissipateur d'énergie, de manière à transformer le régime turbulent du fluide issu du dispositif générateur de vortex, en régime laminaire.
15. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la deuxième étape est une étape de coagulation (2) ou de floculation (3) de la file de boue.
16. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 15, caractérisé en ce que la deuxième étape de coagulation (2) ou de floculation (3) de la file de boue est complétée par une étape d'épaississement ou de déshydratation.
17. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la deuxième étape est une étape de coagulation (2) ou de floculation (3) de la file d'eau secondaire.
18. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon la revendication 17, caractérisé en ce que la deuxième étape de coagulation (2) ou de floculation (3) de la file d'eau secondaire est complétée par une étape de décantation ou de captation sur filtre.
19. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la deuxième étape est une étape de pré-anoxie de la file d'eau primaire, ladite file étant additivée avec du méthanol.
20. Procédé de traitement des eaux, en particulier usées, selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la deuxième étape est une étape de désinfection de la file d'eau secondaire alimentant un réservoir de contact et de stockage, ladite file étant additivée avec un oxydant du type eau de Javel.
PCT/EP2017/061962 2016-05-23 2017-05-18 Procede et installation de traitement des eaux Ceased WO2017202681A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1654598 2016-05-23
FR1654598A FR3051460B1 (fr) 2016-05-23 2016-05-23 Procede et installation de traitement des eaux

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017202681A1 true WO2017202681A1 (fr) 2017-11-30

Family

ID=56611396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/061962 Ceased WO2017202681A1 (fr) 2016-05-23 2017-05-18 Procede et installation de traitement des eaux

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3051460B1 (fr)
WO (1) WO2017202681A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020120536A2 (fr) 2018-12-12 2020-06-18 Suez Groupe Dispositif d'injection de fluide dans un liquide

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4031006A (en) * 1976-03-12 1977-06-21 Swift And Company Limited Vortex coagulation means and method for wastewater clarification
US20040178152A1 (en) * 2002-06-25 2004-09-16 Morse Dwain E. System and method of gas energy management for particle flotation and separation
WO2007098298A2 (fr) * 2006-01-13 2007-08-30 Otv Sa Système d'adduction d'eau ou d'assainissement permettant d'éliminer la d.b.o. et les solides en suspension au moyen d'un procédé de traitement par les boues activées
WO2008024735A2 (fr) * 2006-08-21 2008-02-28 Morse Dwain E Réservoir de bioréacteur/système de réapprovisionnement en oxygène
WO2014189773A1 (fr) * 2013-05-20 2014-11-27 Veolia Water Solutions & Technologies Support Système et procédé d'élimination de l'ammonium, de la dbo soluble et des solides en suspension à partir d'un flux d'eaux usées

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4577911B2 (ja) * 2008-04-24 2010-11-10 東電環境エンジニアリング株式会社 動植物油廃液の再利用システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4031006A (en) * 1976-03-12 1977-06-21 Swift And Company Limited Vortex coagulation means and method for wastewater clarification
US20040178152A1 (en) * 2002-06-25 2004-09-16 Morse Dwain E. System and method of gas energy management for particle flotation and separation
WO2007098298A2 (fr) * 2006-01-13 2007-08-30 Otv Sa Système d'adduction d'eau ou d'assainissement permettant d'éliminer la d.b.o. et les solides en suspension au moyen d'un procédé de traitement par les boues activées
WO2008024735A2 (fr) * 2006-08-21 2008-02-28 Morse Dwain E Réservoir de bioréacteur/système de réapprovisionnement en oxygène
WO2014189773A1 (fr) * 2013-05-20 2014-11-27 Veolia Water Solutions & Technologies Support Système et procédé d'élimination de l'ammonium, de la dbo soluble et des solides en suspension à partir d'un flux d'eaux usées

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020120536A2 (fr) 2018-12-12 2020-06-18 Suez Groupe Dispositif d'injection de fluide dans un liquide
FR3089822A1 (fr) 2018-12-12 2020-06-19 Suez Groupe Dispositif d’injection de fluide dans un liquide
US12521685B2 (en) 2018-12-12 2026-01-13 Vigie Groupe Device for injecting fluid into a liquid, method for cleaning said device, and effluent treatment installation

Also Published As

Publication number Publication date
FR3051460A1 (fr) 2017-11-24
FR3051460B1 (fr) 2021-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5383157B2 (ja) 浄水のための動的処理システムおよび浄水における動的処理のための方法
US20100314325A1 (en) Spiral mixer for floc conditioning
CA2148039C (fr) Procede et installation de traitement d&#39;un ecoulement brut par decantation simple apres lestage au sable fin
RU2523819C2 (ru) Система обработки воды с балластной флоккуляцией и седиментацией, с упрощенной рециркуляцией осадка и соответствующий ей способ
IL266571A (en) Water purification device and method
WO2017202681A1 (fr) Procede et installation de traitement des eaux
EP3233738A1 (fr) Procédé de déshydratation de boues assistée par réactif floculant et installation pour la mise en oeuvre d&#39;un tel procédé
JP5284242B2 (ja) フロック強度測定装置及び測定方法
EP2914370A2 (fr) Dispositif pour l&#39;injection puis le melange de polymere dans une canalisation transportant une suspension de particules solides et procede mettant en oeuvre le dispositif
KR100752346B1 (ko) 오폐수 처리장치
CN201538740U (zh) 一种清罐含油污泥干化处理装置
WO2017211542A1 (fr) Procede ameliore de deshydratation de boues assistee par reactif floculant et installation pour la mise en oeuvre d&#39;un tel procede
CN109293051B (zh) 一种高悬浮物含油污水的处理系统及方法
JP2013242319A (ja) フロック強度測定装置及び測定方法
WO2007121897A1 (fr) Dispositif d’epuration d’effluent
JPS6032669B2 (ja) 燃料油の洗浄脱塩法
CN121181192A (zh) 生活污水的处理方法以及装置
CN121778907A (zh) 含有有机固废的废水的处理方法
CN119774838A (zh) 一种基于水热技术的含油污泥资源化处理方法
Hamad et al. Multistage Flocculation Technique of Gradual Velocity Gradient to Improve Turbidity Removal from Water
OA16394A (fr) Procédé et dispositif de clarification des eaux.
CN108913183A (zh) 一种石油酸渣的再生处理工艺及其处理系统
FR2782317A1 (fr) Dispositif de deshydratation des boues
HK1189568B (en) Water clarification method and device

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17723427

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17723427

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1