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Procédé pour l'épuration biologique des eaux résiduaires.
Parmi les différents procédés pour l'épuration des eaux résiduaires,les procédés biologiques (bactériologiques) sont les plus répandus. Abstraction faite de l'emploi de terrains d'épandage et de la filtration intermittente par le sol -- méthodes qui n'entrent pas en considération en ce qui concer- ne les eaux résiduaires industrielles -- on peut constater que l'épuration biologique des eaux résiduaires est en géné- ral effectuée par la méthode de putréfaction consistant en ce que, dans des bassins de putréfaction (fosses septiques), une décomposition des impuretés est provoquée par des micro- organismes anaérohies, ou à l'aide de corps ou lits bactériens, iltres artificiels constitués par du sable,
du coke ou autre
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matière filtrante poreuse entassée de manière à former un filtre d'arrossage, sur lequel on fait ruisseler les eaux ré- siduaires afin d'effectuer l'épuration partiellement par ad- sorption et partiellement par des micro-organismes et des or- ganismes inférieurs (animalcules). Pour la décomposition des substances organiques qui doit s'accomplir dans ces corps ou lits, les microbes aérobies sont de la plus grande importance.
En outre il faut mentionner le procédé d'épuration par les vases activées (uactivated sludge"), consistant à faire passer de la vase résultant d'une putréfaction à travers des eaux résiduaires, à l'aide d'air ou d'agitateurs. L'effet purifiant est dû à l'action des micro-organismes se trouvant dans la vase.
L'épuration des eaux résiduaires par le procédé de putré- faction présente le grave inconvénient que la décomposition anaerobie produit des gaz et des substances malodorantes pour la suppression desquelles, pour autant que cela soit même possible, il faut des installations d'aération coûteuses. Le procédé de filtration, il est vrai, ne provoque pas de mau- vaises odeurs, mais pour l'exécuter 11 faut des installations très étendues et coûteuses sans que dans tous les cas, surtout quand il s'agit d'eaux très impures, on parvienne à obtenir une épuration suffisante par la filtration.
Du procédé em- ployant de la vase activée, résultent de très grandes quanti- tés d'une vase très diluée qui par la suite doivent aussi être soumises à la putréfaction, de sorte que dans ce cas aussi, il faut subit tous les désavantages du procédé de putréfaction.
En outre ce procédé n'a fait ses preuves que pour l'épuration des eaux d'égout de villes et son exécution est également très goûteuse.
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Un défaut commun à tous les procédés biologiques con- siste en ce que, conformément à la composition généralement très hétérogène des eaux résiduaires, ils se servent de mé- langes de bactéries de groupes et espèces les plus différents, laissant leur formation livrée au hazard. Un tel procédé est irrationel, parce qu'il n'utilise pas méthodiquement la pro- priété spécifique qu'ont certains microbes d'attaquer parti- culièrement des substances bien déterminées. Au lieu de cela, la décomposition se fait bien ou mal par un grand nombre de microbes plus ou moins appropriés, procédé qui -- du point de vue technologique -- n'est pas beaucoup supérieur à ce qui se passe dans la putréfaction et la décomposition naturelle.
Tandisque dans d'autres domaines de la mycologie technique, par exemple dans les industries de fermentation, on se sert déjà sur une grande échelle des microbes spécifiques, dont les propriétés ont en outre été influencées par propagation systématique, tel n'est pas le cas en ce qui concerne l'épu- ration des eaux résiduaires. Remédier à cette omission est le but envisagé par la présente invention..
Conformément à cette invention, une épuration des eaux résiduaires rapide et efficace est effectuée en divisant l'action des micro-organismes, suivant la nature et les pro- priétés des eaux résiduaires à purifier, en plusieurs procé- dés partiels consécutifs, déterminés d'abord suivant les principaux groupes bio-chimiques des impuretés et, le cas échéant, subdivisés en procédés subdivisionnaires corres- pondant aux phases de décomposition biologique des principaux groupes bic-chimiques, et en ayant soin d'assurer dans chacun de ces procédés partiels ou opérations subdivisionnaires l'action exclusive ou prédominante d'un microbe aérobie ou anaérobie sélectionné méthodiquement, c'est-à-dire spéciale- ment pour le procédé partiel considéré, et de préférence -(propagé d'une culture pure.
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Suivant la nature des impuretés contenues dans les eaux résiduaires, des cultures pures des microbes suivants -- indi- qués à titre dtexemples - se prêtent au but envisagé:
1) Des bactéries et mélanges de bactéries proteolytiques, celles produisant de l'ammoniac, des ammonificatrices, nitri- ficatrices et denitrificatrices,
2) des bactéries ou fungi décomposant des graisses (levu- re et hy;phomycetes),
3) des bactéries ou fungi dissolvant l'amidon décompo- sant la dextrine et le sucre.
4) des bactéries décomposant la cellulose et la pecttne.
Les groupes différentes doivent, au point de vue de leurs propriétés et de leurs quantités, être dosés suivant la natu- re des eaux résiduaires, des espèces différentes de la même classe ou du même groupe pouvant être employées dans le mélan- ge.
Les cultures des microbes se font de la manière usuelle.
Des ce but, de l'eau résiduaire stérilisée et d'une concen- tration pas trop élevée est ensemencée de microbes appropriés dans un appareil propagateur à culture pure, et est mainte- nue à la température la plus favorable pour la croissance de ces microbes. Pour effectuer l'épuration biologique, les eaux résiduaires sont mélangées dans des bacs, récipients ou bassins de décomposition, ouverts ou clos, avec les quantités appropriées des cultures pures ainsi propagées. Pour assurer une bonne distribution des microbes dans l'eau, le mélange peut être remué constamment ou temporairement, soit à l'aide d'un agitateur soit par Insufflation d'air.
Dans quelques cas, il est avantageux d'amener les bac- téries destinées à l'épuration à un état zoogléen, ou d'em-
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ployer aussi, en dehors d'autres espèces, des espèces de bac- téries inclinant à une formation zoogléenne, état dans le- quel la membrane extérieure des bactéries est tuméflée à un volume multiple de celui du microbe,. Les bactéries forment des grumeaux ou masses pelotonnées ressemblant au frai muqueux des grenouilles. Ce sont justement ces masses gélatiniformes qui, par leur force absorbante améliorent considérablement 11 action purifiante.
Ces masses constituent pour les bacté- ries une sorte de dépôt, dans lequel les substances assimila- bles par les micro-organismes sont accumulées pour être uti- lisées soit immédiatement, soit plus tard à l'occasion de la régénération des bactéries. En tout cas, ces substances impor- tantes pour les bactéries sont éliminées de l'eau résiduaire.
Le procédé peut être effectué de façon continue en fai- sant passer les eaux résiduaires à travers plusieurs réci- pients ou bassins de décomposition consécutifs. En aval de eriaque récipient ou bassin de décomposition, un récipient ou bassin de décantation est intercalé, où les bactéries épui- sées se déposent, pour séparer ainsi les eaux sortant du bas- sin des microbes qui se sont précipités.
Dans criacun des récipients ou bassins de décomposition, les conditions les plus favorables au développement des mi- crobes sont crées; surtout, il faut régler la température ainsi que la concentration des ions d'hydrogène au point le plus favorable.
Lorsque l'eau résiduaire ne contient pas une quantité suffisante de l'une ou de l'autre des substances alimentai- res nécessaires aux bactéries il faut, pour assurer l'optimum de l'activité biologique, amener l'équilibre des substances alimentaires par l'addition des substances appropriées.
Les bactéries épuisées et retirées du liquide peuvent être régé=
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nérées en les faisant tournoyer (tourbilloner) pendant quel- que temps dans un récipient contenant de l'eau fraîche et froide, en présence de sels fournissant de l'oxygène, tels que par exemple du permanganate de potassium, et en introdui- sant de l'air ou de l'oxygène pure ou des gaz contenant de l'oxygène. Si les bactéries employées sont épuisées à ua tel degré que la régénération n'est plus possible, elles peuvent être comprimées pour former des gateaux utilisable cornue en- grais.
L'invention est illustrée ci-dessous par un exemple de réalisation dans lequel on suppossera que les eaux résiduai- res à purifier contiennent comme impuretés de l'albume, de l'amidon, du sucre de canne et de l'urée, cela à une concen- tration de 10 grammes par litre, suivant la nature des micro- organismes à employer, l'eau sera traitée avec une réaction alcaline, neûtre ou acide, la concentration des ions d'hydro- gène pouvant varier entre les valeurs de PH de 8. 6 à 6.2.
Pour enlever l'amidon des eaux résiduaires, on se sert de préférence des micro-organismes réduisant rapidement et radicalement l'amidon en glucose et maltose.L'aspergillus orizae, le bacillus subtills ou le bacillus mesentericus conviennent particulièrement à cet effet. On laisse agir ces micro-organismes sur l'eau résiduaire à une température de 37 à 40 c en remuant bien l'eau périodiquement. Si l'un des deux bacilles nommés ci-dessus est employé, il est à recomman- der d'aérer l'eau de temps en temps. Pour l'espèce sspergil- lus une réaction acide, pour les bacilles subtilis et mesen- tericus une réaction neûtre est favorable.
Après que la saccharification d'est accomplie, les mi- cro-organismes employés dans ce but sont enlevés de l'eau ou mortifiés. Après cela, la glucose ou maltose engendrée par
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la saccharification de l'amidon et le sucre de canne se trou- vant originairement dans l'eau sont décomposés en acide car- bonique et alcool de fagon connue par une culture pure appro- priée de levure. L'acide carbonique engendré s'échappe ou bien reste dans le liquide, lié à des ions quelconques comme car- bonate. A cause de son degré de dilution dans le présent cas, l'alcool engendré n'offre pas de danger dans le)bassin d'é- coulement. Du reste, la quantité de l'alcool peut être di- minuée en insufflant de l'air dans l'eau pendant la fermen- tation.
A la fin de ces deux procédés partiels débarrassant l'eau résiduaire de l'amidon et, le cas échéant, du sucre de canne s'y trouvant originairement, le liquide est séparé de la levure aussi complètement que possible. On peut alors procéder à la minéralisation des impuretés restantes, c'est- à-dire de 1'albumen et de l'urée.
Dans ce but, après neutralisation préalable, une culture pure de bacillus putrificus ou bacillus vulgaris est ajoutée à l'eau résiduaire et on laisse ces micro-organismes agir sur l'eau à une température de 35 C les substances albumineuses étant ainsi décomposées en acides aminés ou en acides gras.
Par cette décomposition, à cause de la formation de carbona- tes et de produits ammoniacaux qui a lieu incidemment en même temps, la réaction devient alcaline. On introduit alors dans l'eau résiduaire une quantité abondante d'une culture pure du bacillus mycoides effectuant la décomposition des acides aminés jusqu'à obtention de matières ammoniacales.
Pour l'action de ce dernier bacille la réaction alcaline pro- duite pendant l'opération précédente est favorable.
Le liquide ne contient plus alors comme essence d'impu- retés que des sels d'ammonium, en premier lieu du carbonate
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d'ammonium, ainsi que des quantités minimes d'acides gras, principalement de l'acide formique. Cet acide peut, par l'ac- tion du bacillus formicicus, être décomposé en acide carboni- que, Hydrogène et méthane. finalement ,les sels d'ammonium sont oxidés par des cultures pures de nitrosomonas et de nitrobac- ter.
Il va de soi que l'on peut aussi employer d'autres moyens pour décomposer chaque des impuretés, par exemple en trans- formant le sucre et l'amidon en acide lactique, acide acéti- que et acide butyrique au lieu de les décomposer en acide carbonique et en alcool. La direction à donner au processus de la décomposition est déterminée par des considérations différentes, telles que par exemple aussi la question de sa- voir lequel des produits intermédiaires peut être non seule- ment éliminé de l'eau résiduaire mais le cas échéant, aussi utilisé. Les microbes nécessaires pour le procédé biologique peuvent facilement être isolés de l'humus, du fumier, de la boue de fosses, de filtres biologiques etc.
Les règles fondamentales du procédé décrit ci-dessus peuvent aussi être employées en combinaison avec toutes les méthodes connues d'épuration des eaux résiduaires, biologi- ques aussi bien que chimiques et de chimie colloidale. On peut par exemple préparer à l'aide d'hudroxide d'aluminium ou d'une substance analogue, une vase articielle Jouissant de la capacité adsorptive, ensemencer cette vase des microbes de la culture pure considérée, méthodiquement selectionnée sui- vant les idées fondamentales de l'invention, et l'utiliser pour l'épuration des eaux résiduaires selon la méthode connue des .vases activées dans l'une ou ltautre des opérations partielles du procédé ci-dessus décrit.
Des filtres sablon-
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neux stérilisés, des lits de coke etc., dans lesquels les cultures pures ci-dessus indiquées ont été placées peuvent aussi rendre de bons services.
Comme oela ressort de ce qui a été dit ci-dessus, il est avantageux, dans le but de simplifier le procédé, de conduire le processus de décomposition de telle manière qu'un nombre aussi grand que possible des substances originairement conte- nues dans les eaux résiduaires soit d'abord transformé en un seul produit intermédiaire (lequel est décomposé en-suite), par exemple les deux substances amidon et sucre transformées en un produit intermédiaire acide lactique.
Par des opérations mal choisies ou mai exécutées, l'amidon pourrait par exemple être transformé en acide lactique et le sucre de canne en aci- de butyrique, de sorte qu'on aurait ensuite deux substances différentes à décomposer , l'aide de microbes différents, ce qui évidemment compliquerait le procédé, En outre on aura soin d'obtenir au cours du procédé biologique des substances intermédiaires telles qu'on puisse facilement trouver les microbes capables de les décomposer. De cette manière on par- vient à réaliser le but envisagé par le chemin le plus court et avec une grande sûreté.
Les procédés biologiques connus, à cause de l'action non méthodiquement réglée des microbes dif- férents vivant en symbiose, n'arrivent à ce résultat qu'âpres un temps beaucoup plus long et seulement par l'emploi d'un appareillage ou de systèmes beaucoup plus considérables.
Conformément à un mode d'exécution spécial du procédé, les eaux résiduaires des établissements industriels ou les eaux d'égout de villes sont, conformément aux principaux groupes biochimiques des impuretés, séparées déjà préalable- ment au traitement biologique et soumises séparément à l'épu- ration biologique. Si par exemple, dans un établissement
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Industriel, des eaux résiduaires de composition différente s'écoulent à des phases différentes de la fabrication ou de sources différentes, il est avantageux de les laisser séparées suivant leurs groupes biologiques principaux et de traiter ensuite chaque partie seule. Quant aux autres opérations, le procédé reste en principe le même.
Dans certaines circonstances
Il pourrait aussi être possible de séparer subséquemment les eaux recueillies ensemble, cela également au point de vue de l'épuration biologique, ou bien de séparer au moins quelques groupes principaux ou un tel groupe, ce qui est par exemple réalisable avec des eaux résiduaires de fabriques de levure en interceptant l'albumen de la levure. On a déjà, il est vrai, divisé les eaux résiduaires préalablement à l'épuration biologique, mais dans ces cas il ne s'agissait que d'une sé- paration mécanique des composants solides et liquides, sépa- ration qui n'avait rien à faire avec le traitement subséquent par des microbes les plus différents vivant par hazard en symbiose.
Un mode d'exécution très simplifié du présent procédé pour la réalisation de certains buts est basé sur l'observa- tion faite par l'inventeur, que la capacité (efficacité) des bassins de putréfaction usuels peut être augmentée considéra.- blement par une mesure très simple. Il est connu que les bassins de putréfaction, même travaillant bien ne sont capa- ble de venir à bout què d'une charge d'eau limitée, un surplus de charge causant une décomposition défectueuse.
Or, on a trouvé que la capacité de ces bassins peut être augmentée de 50 à 100 lorsqu'on subdivise l'espace total du bassin en plusieurs chambres ou compartiments et que - sans emploi de culture pures de microbes spécialeµ -- on a seulement soin de faire passer l'eau résiduaire à travers chaque compartiment
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de telle manière que la boue de bactéries contenue dans une chambre, passe aussi peu que possible dans la chambre sui- vante. Conformément à la décomposition échelonnée, la compo- sition de l'eau résiduaire est changée après avoir passé par chacune de ces chambres, c'est-à-dire que les propriétés chi- miques de l'eau contenue dans chacun de ces compartiments sont différentes de celles de l'eau contenue dans d'autres compartiments.
Ce sont -- pour mentionner seulement des phé- nomènes les plus sensibles =- toujours des compartiments bien déterminés qui s'aigrissent ou sentent mauvais. Par conséquent, si les bactéries de la chambre précédente sont retenues d'une manière assez soigneuse, il se développe dans la chambre sui- vante, conformément à la composition différente de l'eau y contenue, des micro-organismes différents effectuant leur travail plus rapidement et plus radicalement, puisque dans de telles conditions ils peuvent plus facilement parvenir à une action prédominante ou exclusive. Cette division grossière de la décomposition effectuée simplement par la division du bas- sin de putréfaction, permet aussi d'étudier et de connaître dans leurs grands traits les processus partiels de la décom- position considérée.
En utilisant le résultat de ces observa- tions par des expériences pratiques on peut parvenir aussi à exécuter cette grossière division biologique et biochimique avec des bactéries obtenues par culture pure afin de diriger le procédé entier en remplaçant les cultures pures naturelles par les cultures pures absolues.
REVENDICATIONS.
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