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BREVET D'INVENTION " PROCEDE DE TRAITEMENT DES EAUX D'EGOUT "
La présente invention est relative au traitement des eaux d'égout et elle vise un procédé perfectionné pour le traitement des eaux d'égout et autres liquides résiduels analogues. Plus particulièrement, l'invention est relative à un procédé perfectionné d'enlèvement des matières putres- cibles des eaux d'égout et liquides résiduels analogues.
L'invention vise encore un procédé de traitement des eaux d'égout impliquant l'utilisation de la boue obtenue au cours de l'opération,'en combinaison avec un composé du fer ou un composé d'un métal trivalent, pour coaguler la matière en suspension contenue dans l'eau d'égout. Le procédé selon l'invention peut également comporter l'utilisation d'un agent' alcalin tel que la chaux, lorsque cela est nécessaire, pour régler la valeur du pH de l'eau d'égout , de façon à amélio- rer la décantation et ou la filtration. L'invention peut- être appliquée de façon particulièrement avantageuse dans le premier stade du procédé de traitement des eaux d'égout décrit dans le brevet belge N 395.977 du 29 Avril 1933.
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Dans les eaux d'égout- brutes ordinaires et liquides résiduels analogues, il se trouve des matières putrescibles consistant en carbone, hydrogène, soufre, etc... en différentes combinaisons, sous deux formes, à savoir : (1) insoluble, (matières en suspension), (2) soluble. Dans toute opération de traitement des eaux d'égout, on a l'habi- tude d'enlever la matière insoluble, la plus grossière et la plus lourde, par tamisage. Après tamisage, la con- centration de la matière putrescible insoluble, restant dans l'eau d'égout, est extrêmement faible. Par exemple une eau d'égout urbaine moyenne contient environ 150 à 200 parties par million de parties de matières solides dispersées ou finement divisées, la plus grande partie en suspension colloïdale.
Ces matières putresciblesfinement divisées renferment des composés simples et complexes, résultant de la décomposition de protéines.
La présente invention est relative à certains -perfectionnements dans l'enlèvement de ces matières putres- cibles en suspension dans les eaux d'égout, par coagulation floculation ou entrainement dans une boue pouvant se déposer, On a découvert que l'enlèvement de cette matière putresci- ble en suspension dans l'eau d'égout est favorisé par aéra- tion de l'eau d'égout en présence d'un composé métallique ajouté, tel, par exemple, qu'un composé du fer ou de l'alu- minium, et d'une certaine quantité de boue produite au cours de l'opération. Il est préférable d'utiliser un ou plusieurs composés solubles de fer ou d'aluminium comme agents d'addition à l'eau d'égout à aérer.
On peut utiliser, par exemple, du sulfate ferreux, du surfate ferrique ou du sulfate d'aluminium, ou tout mélange voulu de ces composés.
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Dans une forme préférée de réalisation de l'invention la boue. ramenée est ajoutée à l'eau d'égout au commencement du traitement d'@ération, ou peu après que l'eau d'égout brute est entrée dans le bac d'aération. Le composé métallique peut être ajouté à l'eau d'égout à un stade quelconque du traitement d'aération. Lorsque l'on utilisé du sulfate ferrique il est préférable de l'ajouter à l'eau d'égout au cours de son traitement d'aération, environ 2 à 15 minutes avant l'achè- vement du dit traitement. On ajoute également de préférence le sulfate d'aluminium environ 2 à 15 minutes avant l'achève- ment du traitement d'aération. on ajoute de préférence le sulfate ferreux (L'eau d'égout environ 10 à 30 minutes avant la fin du traitement d'aération.
On peut obtenir de bons résultats si la période d'aé- ration qui succède à l'addition du sulfate ferrique ou du sulfate d'aluminium est juste suffisante pour permettre une dissémination parfaite du composé. La période d'aération peut varier consédérablement. On peut obtenir de bons résultats si l'aération est faite pendant une période d'environ 1/2 heure, ou moins, et on ne gagne que peu de chose, ou rien en continuant à aérer au-delà d'une heure environ.
Si le pH de l'eau d'égout est 7, ou moins, vers la fin de la période d'aération ,et si l'on désire augmenter le pH pour le porter à une valeur supérieure à 7, on peut ajouter avant¯la fin du traitement d'aération une quantité d'un agent alcalin, tel que la chaux, suffisante pour augmenter le pH jusqu'à la valeur désirée. En général, il n'est pas nécessaire, ni désirable, de régler le pH de l'eau d'égout par addition d'un agent alcalin, car on a constaté que l'on pouvait obtenir une précipitation , une décantation et une
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clarification très satisfaisantes même si le pH est sensiblement inféreur à 7.
Si l'addition dtun agent alcalin est désirée ou nécessaire pour une raison quelconque, on l'ajoute ,de préférence, après que le composé métallique soluble a été ajouté et s'est disséminé complètement dans toute l'eau d'égout.
A la suite du traitement d'aération , l'eau d'égout est intro- duite dans un clarificateur en dessous d'une couche ou cou- verture de boue qui se dépose de sorte que le liquide monte à travers la couverture de boue et déborde du clarificateur avec une quantité pratiquement négligeable de matières en suspension.
Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sous sa forme préférée et complète, l'eau d'égout brute, après un tamisage approprié, est mélangée dans un bac d'aération avec de la boue ramenée, et on commence l'aération du mélange.
Le bac d'aération utilisé est de préférence du type qui permet un écoulement continu du mélange soumis au traitement, depuis une extrémité d'entrée jusqu'à une extrémité de sortie, et la vitesse d'écoulement est de préférence réglée de façon qu'il s'écoulé environ une heure entre le moment de l'entrée et le moment de la sortie de l'eau d'égout. L'aération de l'eau d'égout se continue de préférence pendant tout le temps où elle reste dans le bac d'aération. pendant que le mélange soumis au traitement coule dans le bac d'aération on ajoute à ce mélange un composé soluble du fer, de préférence sous forme d'une solution de sulfate ferrique à 50 gr. par litre, en un point correspondant à un intervalle d'environ 2 à 15 minutes avant le moment ou le mélange sort du bac.
La solution se diffuse rapidement
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dans le mélange grâce à l'agitation résultant de l'aération.
L'oxygène de l'air maintient le fer à l'état ferrique.
Lorsque l'on utilise un sel ferreux, tel que du sulfate ferreux, l'oxygène de l'air amène le fer à l'état ferrique.
L'eau d'égout brute qui arrive a ordinairement un pH d'environ 7 à 7,5. Dans le traitement de coagulation, les ions des métaux trivalents se précipitent, probablement sous forme d'hydroxyde ferrique ainsi que sous forme de composésferriques organiques, simples et complexes. Les ions sulfate du sulfate ferrique ajouté tendent à réduire le pH de l'eau d'égout à une valeur inférieure à 7, mais cette tendance est fortement contrecarrée par les effets de l'aération et de la boue ramenée et, à la fin du traitement par le sulfate ferrique l'eau d'égout peut avoir un pH équiva- lent à celui de l'eau d'égout brute qui arrive.
Sensiblement tout le fer ajouté à l'état de sulfate ferrique est préci- pité et il semble que, avec le fer ramené avec la boue, ce fer précipité forme une couverture d'hydroxyde ferrique qui agit comme collecteur des matières en suspension. La boue ramenée et le traitement d'aération contribuent égale- ment à effecteur la précipitation des matières en suspension.
L'aération de l'eau d'égout provoque également l'oxydation d'une quantité considérable des matières putrescibles dis- soutes.
La quantité de fer ajoutée à l'eau d'égout dépend, dans une certaine mesure au moins , de la quantité de matières putrescibles en suspension dans l'eau d'égout. Dans le traitement des..eaux d'égout urbaines moyennes ,5 à 25 par- ties par million de, parties de fer donnent une coagulation et une précipitation' satisfaisantes des matières solides en suspension, et en général, moins de 20 parties par million de parties de fer donnent des résultats, satisfaisants.
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Dans le traitement des liquides..résiduels indus- triels, tels par exemple que les liquide's résiduels de laiterie et d'installations d'empaquetage, il peut falloir
20 à 50 parties par million de parties de fer pour assurer une coagulation et une précipitation satisfaisante des ma- tières solides en suspensio n. On obtient une aération satis- faisante avec 0,07 à 0,7 litre d'air par litre d'eau d'égout traitée. Il semble que l'oxygène de l'air utilisé pour l'aéra- tion agisse surtout de façon à oxyder les matières putrescibles et ne soit pas absorbé par la bpue. Ceci se manifeste par l'élimination rapide des matières putrescibles dissoutes et par la présence d'oxygène dissous dans le trop-plein du clarificateur.
S'il est bon de régler le pH après le traitement par le sulfate ferrique, l'eau d'égout peut-être aérée en présence d'un agent alcalin, tel que la chaux , en quantité suffisante pour donner un pH ayant la valeur voulue. Le réglage du pH à une valeur supérieure à 7 peut parfois amélio- rer le dépôt et la filtration. La chaux est préférable aux autres agents alcalins pour cette opération parcequ'elle donne des flocons plus denses et qui se déposent plus rapidement et qu'elle est peu coûteuse. On ajoute de préférence la chaux à l'eau dtégout sous forme d'un lait de chaux contenant 50gr. par litre.
Lorsque les matières putrescibles dissoutes doivent être enlevées ultérieurement de l'eau d'égout par un traitement à échange de bases (zéolite), il est préférable de régler soigneusement la quantité de chaux ajoutée à l'eau d'égout, de faon à donner un pH d'environ 7,2 à 7,6.
A la suite du traitement par la chaux, l'eau d'égout
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passe dans un clarificateur, dans lequel elle est introduite près du fond et monte à travers une couverture de boue en cours de dépôt. Le liquide clarifié déborde et la boue ayant déposé est retirée-du fond du clarificateur, de préférence en la râclant ou en la faisant mouvoir de quelque autre manière le long du fond du clarificateur pour l'amener vers l'orifice de sortie de la boue. Le liquide qui se trouve au-dessus ne contient sensiblement pas de matières en suspension et peut-être avantageusement soumis à un traitement d'échange de bases de la façon décrite dans le brevet sus-mentionné.
La boue provenant du fond du clarifioateur peut-être conduite en partie dans un épaississeur et en partie dans un bac d'aération. Le liquide clarifié déborde, et la boue qui a déposé est retirée du fond de l'épaississeur. On peut réunir les matières sortant du olarifioateur et de l'épaissi- seur pour en disposer de façon appropriée ou pour les sou-' mettre à un traitement ultérieur. La boue provenant de l'épaississeur,contenant environ 3 à 10 % de matières soli- des, peut être amenée en partie au bac d'aération et en partie à un filtre à aspiration dans lequel sa teneur en humidité est réduite.
Toute la boue ramenée peut provenir du clarifica- teur ou de l'épaississeur ou une partie peut venir de l'un et de l'autre. Environ 20 à 75 % de la boue sont ramenés au bac d'a'ération. La quantité de boue ramenée peut varier considérablement. En général, la quantité de boue ramenée peut-être réglée avantageusement de façon qu'on obtienne dans le mélange boue -eau d'égout, soumis au traitement dans le bac d'aération, une quantité de matières en suspension égale à environ 2 à 8 fois la, quantité de matières en suspension qui'se trouve dans l'eau d'égout brute qui arrive.
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Il est préférable de détruire complètement la ma- tière organique continue dans la masse arrêtée sur le filtre par incinération. Un four tournant en deux parties, à savoir une partie de séchage et une partie de combustion, convient admirablement dans ce but. Dans chacune des deux parties de séchage et de combustion de l'ensemble, l'air se déplace dans le même sens que les solides et les gaz. La partie séchage fonctionne à une température qui ne provoque pas de décomposition ou de carbonisation de la boue, et la partie combustion fonctionne à une température d'environ 650 à 700 Cette température de combustion est suffisamment élevée pour détruire les matières putrescibles. La température de com- bustion est maintenue de préférence en dessous de 700 de façon à éviter une concrétion du résidu.
Une proportion sensible de la chaleur nécessaire pour la combustion est obtenue par la combustion de la boue. En fait, la valeur calorifique de la boue est telle qu'en travaillant sur une grande échelle on n'a pas besoin de combustible sup- plémentaire pour l'incénération.
Le résidu incinéré est traité par l'acide sul- furique pour régénérer le sulfate ferrique qui est utilisé de nouveau dans l'opération.
La figure unique du dessin annexé est un schéma de circulation d'une installation convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
L'eau d'égout brute passe d'abord à travers un tamis grossier, puis à travers un tamis fin (non représenté sur le dessin) de façon à enlever les matières solides gros- sières et lourde. L'eau d'égout tamisée est traitée con- formémént au procédé selon l'invention.
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Dans l'appareil représenté sur le dessin, on ef- fectue l'aération de l'eau d'égout dans un bac ou bassin long dont une partie d'extrémité reçoit l'eau dégout qui arrive l'eau aérée passant de l'autre extrémité dans un clarificateur. La boue ramenée est ajoutée à l'eau d'égout brute pénétrant dans le bassin d'aération, et l'agitation au moyen de l'air provoque un mélange intime des deux matiè- res. Dans cet appareil, la vitesse d'écoulement de l'eau d'égout dans le bassin d'aération est telle que cette!eau y reste pendant environ une heure.
On ajoute de préférence une solution de sulfate ferrique à l'eau d'égout dans le bassin d'aération en un point correspondant à un inter- valle de 2 à 15 minutes avant le moment où l'eau d'égout sort de ce bassin pour passer dans le clarificateur, mais des dispositions sont prévues pour permettre l'addition de sulfate ferrique en un certain nombre de points, entre l'extrémité d'entrée et l'extrémité de sortie du bassin. On peut ajouter le sulfate ferrique à l'eau d'égout en un ou plusieurs points du trajet de cette eau dans le bac d'aé- ration.
S'il est nécessaire ou souhaitable d'ajouter un agent alcalin pour régler le pH de l'eau d'égout, on ajoute un lait de chaux entre le point d'addition du sulfate-ferrique et l'extrémité de sortie du bac d'aération, à une distance suffisante du point d'addition du sulfate ferrique pour per- mettre une dissémination complète du sulfate ferrique dans l'eau d'égout avant l'addition de chaux. Un diffuseur d'air ordinaire s'étend tout le long du bac d'aération et fournit l'air nécessaire-pour l'aération et l'agitation, Le diffuseur d'air peut-être de. n'importe quel mode de construction approprié.
Le clarificateur représenté sur le dessin comporte un bac avec/canal vertical de changement 5 (s'étendant sen- siblement sur un tiers de la périphérie du bac) débouchant dans le fond du bac. Le liquide clarifié déborde dans une
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rigole 6 située à l'opposé du canal de chargement et s'éten- dant sur environ un tiers de la circonférence supérieure du bac. Un mécanisme râcleur 7 pousse le dépôt de boue qui se trouve sur le fond du bac vers l'orifice de sortie de boue placé au centre. Il est évident que l'on peut utiliser d' au- tres formes et types de clarificateur dans le procédé selon l'invention.
On a constaté que l'introduction de l'eau d'égout vers le fond de la chambre de décantation, en dessous d'une masse de boue qui dépose dans ce récipient, facilité sensible- ment la formation d'une couche supérieure de liquide ne con- tenant sensiblement pas de matières en suspension.
La boue provenant du clarificateur est pompée au moyen d'une pompe 10 pour être envoyée à un épaississeur comportant un mécanisme de râclage de la boue 8 et une rigole de trop-plein , ou bien. , en partie à l'épaississeur et en partie à l'extrémité d'entrée du bac dt aération. La pompe à boue 10 communique avec un conduit 11 qui va à un conduit du retour de boue 12 . Il est prévu un raccord ou by- pass 13 faisant passer la boue de la pompe 10 et du con- duit 11 dans l'épaississeur .
Des robinets appropriés, pla- cés dans les conduits 11 et 13 règlent et répartissent l'écou- lement de la boue dans ceux-ci .On peut réunir les matières sortant du clarificateur et de l'épaississeur pour en disposer de façon appropriée ou pour les traiter ultérieurement, par exemple dans des filtres à zéolite, comme indiqué dans le brevet sus-mentionné.
Une partie de la boue provenant de l'épaississeur peut-être amenée, au moyen d'une pompe 14 et d'un conduit 15 au conduit 12 de retour de la boue allant à l'extrémité d'entrée du bac d'aération. Des robinets appropriés placés
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dans les conduits 15 et 1.6 . règlent et répartissent l'écoule- ment de la boue dans ces conduits. Le restant de la boue pro- venant de l'épaississeur est amené par le conduit 16 à un filtre à aspiration. Le gâteau restant sur le filtre est amené au sécheur et à l'incinérateur.
La boue ramenée au bac d'aération ( environ 20 à 75%) peut provenir entièrement, soit du clarificateur, soit de l'épaississeur, soit partiellement de chacun des deux.
Le sécheur et l'incinérateur sont tous les deux des- cylindres tournants dans lesquels les matières solides et les gaz ( pour le séchage et l'incinération) se déplacent dans le même sens. Ainsi, le gaz d'échappement de l'incinérateur passe dans le sécheur dans le même sens que la boue, et la boue sèche pénètre dans l'incinérateur avec les gaz chauds provenant d'un brûleur à huile ou autre dispositif de chauffage. Une quantité convenable d'oxygène ou autre gaz entretenant la combustion pénètre dans l'incinérateur ( avec les gaz chauds de la oombus- tion du combustible étranger) pour brûler la matière organique et autres matières combustibles se trouvant dans la boue sèche.
Le résidu de l'incinération, ou cendre, passe de l'incinérateur dans un récipient collecteur d'où il est conduit de façon appropriée dans une c'haudière de lessivage entourée d'une chemise de circulation. Dans cette chaudière, le résidu de l'incinéra- tion est traité par l'acide sulfurique avec agitation appropriée et chauffage, si nécessaire, pour régénérer le sulfate ferrique.
Le contenu de la chaudière passe dans un oentrifugateur pour enlever l'excès d'acide. Le gâteau de centrifugation est lessivé avec de l'eau pour dissoudre le sulfate ferrique présent et le résidu insoluble est séparé par filtration et rejeté. La solu- tion régénérée de sulfate ferrique est pompée et réutilisée pour la coagulation de nouvelles quantités d'eau d'égout qui arrivent.
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Il est évident, que 11-appareil représenté sur le dessin est uniquement donné à titre d'exemple et qu'on ne doit le considérer comme limitant l'invention à aucun point de vue.
Le tableau suivant donne les résultats journaliers obtenus sur une période de 11 jours, au cours d'essais effectués en vue de comparer les résultats obtenus par le procédé selon la présente invention avec ceux obtenus dans un procédés analogue ne comportant pas le retour de la boue, ni une période d'aération, avant l'addition du sulfate ferrique. Dans les essais réalisés conformément au procédé.se- lon l'invention, environ 75% de la boue obtenue dans le clarificateur ( contenant environ 4% de matières solides) ont été renvoyés directement du clarificateur dans le bac d'aé- ration, l'aération s'est poursuivie pendant des durées d'une heure; et on a ajouté du sulfate ferrique dans le bac d'aéra- tion environ 5 minutes avant la fin de la période d'aération.
La quantité nécessaire dtoxygène biochimique (OB); les matiè- res en suspension, le fer et la chaux, sont indiquées en parties par million. Le liquide sortant purifié était le liquide débordant du clarificateur. Au cours des essais, on a traité de l'eau d'égout provenant de deux sources différentes, les eaux d'égout de différentes sources étant traitées un jour sur deux. Dans le tableau, le procédé selon l'invention est appelé A et celui utilisé pour effec- tuer la comparaison est appelé B. L'essai type de,cinq jours ,utilisant de l'eau de dilution ensemencée, a été utilisée pour déterminer la quantité dtoxygène biochimique nécessaire.
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Bien que l'on ait décrit la façon de procéder préférée, comportant l'utilisation du sulfate ferrique,
il est entendu que l'on peut utiliser avantageusement d'autres composés métalliques conformément à la présente invention.
Ainsi, par exemple, du sulfate ferreux, lorsqu'on 1! ajoute au moment voulu, peut provoquer une meilleure réduction du O.B nécessaire que l'on peut le faire en utilisant du sulfate ferrique. pour cette raison, et du fait que le sul- fate ferreux est moins coûteux que le sulfate ferrique, il est préférable d'utiliser le sulfate ferreux. On peut aussi obtenir des résultats analogues à ceux obtenus en utilisant du sulfate ferrique, en se servant de sulfate d'aliminium. On peut utiliser avantageusement des mélanges de différents composés et l'on peut obtenir des résultats intéressants en ajoutant deux,ou plusieurs composés sépa- rément, par exemple, on peut obtenir des résultats extré - moment bons en ajoutant de petites quantités de sulfate d'aluminium une minute ou deux après la fin de l'addition de sulfate ferrique.
Les quantités de sulfate d'aluminium
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utilisées étaient égales à environ 10% des quantités de sulfate ferrique utilisées. Qn a'obtenu également des résultats très intéressants en ajoutant une solution obtenue en dissolvant à la fois du sulfate d'aluminium et du sulfate ferrique dans la proportion approximative d'une partie du premier pour dix parties du second.
Le procédé selon l'invention convient admirable- ment pour le traitement des liquides résiduels industriels aussi bien que des eaux d'égout urbaines ou domestiques ordinaires. La caractéristique du procédé selon l'invention est que l'on obtient un dépôt extrêmement rapide de la boue et que l'on élimine dans une grande mesure les matières putrescibles. La boue obtenue par le procédé selon l'inven- tion, dépose plusieurs fois plus vite que la boue obtenue dans les procédés couramment appliqués. Il n'est pas rare d'ob tenir après un repos de cinq minutes un liquide clair qui surnage et que l'on peut décanter et on a obtenu dans de nombreux cas des réduotions d'environ 99% de la quantité de O.B nécessaire dans le fonctionnement normal du procédé.
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PATENT OF INVENTION "PROCESS FOR TREATING SEWER WATER"
The present invention relates to the treatment of sewage and it relates to an improved process for the treatment of sewage and other similar residual liquids. More particularly, the invention relates to an improved process for removing putrid materials from sewage and the like residual liquids.
The invention also relates to a process for treating sewage involving the use of the sludge obtained during the operation, in combination with an iron compound or a compound of a trivalent metal, to coagulate the material. suspended in sewer water. The process according to the invention may also include the use of an alkaline agent such as lime, when necessary, to adjust the pH value of the sewage water, so as to improve the settling. and or filtration. The invention can be applied in a particularly advantageous manner in the first stage of the sewage treatment process described in Belgian patent No. 395,977 of April 29, 1933.
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In ordinary raw sewage and similar residual liquids, there are putrescible materials consisting of carbon, hydrogen, sulfur, etc. in different combinations, in two forms, namely: (1) insoluble, ( in suspension), (2) soluble. In any sewage treatment operation it is customary to remove the coarser and heaviest insoluble matter by sieving. After sieving, the concentration of insoluble putrescible material remaining in the sewage is extremely low. For example, an average urban sewage contains about 150 to 200 parts per million parts of dispersed or finely divided solids, most of it in colloidal suspension.
These finely divided putrescible materials contain simple and complex compounds, resulting from the breakdown of proteins.
The present invention relates to certain improvements in the removal of these putrid target materials in suspension in sewage, by coagulation flocculation or entrainment in a sludge capable of settling. It has been discovered that the removal of this material Putresci- ble suspended in sewage water is promoted by aerating the sewage in the presence of an added metallic compound, such as, for example, an iron or aluminum compound. - minimum, and a certain quantity of sludge produced during the operation. It is preferable to use one or more soluble compounds of iron or aluminum as additives to the sewage water to be aerated.
For example, ferrous sulfate, ferric surfate or aluminum sulfate, or any desired mixture of these compounds can be used.
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In a preferred embodiment of the invention the mud. The returned sewage is added to the sewage at the start of the aeration treatment, or shortly after the raw sewage has entered the aeration tank. The metal compound can be added to the sewage water at any stage of the aeration treatment. When ferric sulphate is used it is preferable to add it to the sewage during its aeration treatment, about 2 to 15 minutes before the completion of said treatment. The aluminum sulfate is also preferably added about 2 to 15 minutes before the completion of the aeration treatment. The ferrous sulfate is preferably added (Sewage water about 10 to 30 minutes before the end of the aeration treatment.
Good results can be obtained if the period of aeration following the addition of the ferric sulfate or the aluminum sulfate is just sufficient to allow perfect dissemination of the compound. The aeration period can vary considerably. Good results can be obtained if aeration is done for a period of about 1/2 hour, or less, and little or nothing is gained by continuing to ventilate beyond about an hour.
If the pH of the sewage is 7, or less, towards the end of the aeration period, and if you want to increase the pH to a value greater than 7, you can add before at the end of the aeration treatment an amount of an alkaline agent, such as lime, sufficient to increase the pH to the desired value. In general, it is neither necessary nor desirable to control the pH of sewage water by the addition of an alkaline agent, as it has been found that precipitation, settling and settling can be achieved.
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very satisfactory clarification even if the pH is significantly lower than 7.
If the addition of an alkaline agent is desired or necessary for any reason, it is preferably added after the soluble metal compound has been added and has disseminated completely throughout the sewage water.
Following the aeration treatment, the sewage water is introduced into a clarifier below a layer or blanket of sludge which settles so that the liquid rises through the sludge blanket and overflows the clarifier with a practically negligible amount of suspended solids.
In carrying out the process according to the invention in its preferred and complete form, the raw sewage water, after suitable sieving, is mixed in an aeration tank with the returned sludge, and the operation is started. aeration of the mixture.
The aeration tank used is preferably of the type which allows a continuous flow of the mixture undergoing treatment from an inlet end to an outlet end, and the flow rate is preferably controlled so that about an hour elapsed between the time of entry and the time of discharge of the sewage. The aeration of the sewage is preferably continued throughout the time it remains in the aeration tank. While the mixture subjected to the treatment is flowing into the aeration tank, a soluble iron compound is added to this mixture, preferably in the form of a 50 g ferric sulfate solution. per liter, at a point corresponding to an interval of about 2 to 15 minutes before the moment when the mixture leaves the tank.
The solution spreads quickly
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in the mixture through agitation resulting from aeration.
Oxygen in the air keeps iron in a ferric state.
When using a ferrous salt, such as ferrous sulfate, the oxygen in the air causes the iron to become ferric.
The incoming raw sewage water usually has a pH of about 7 to 7.5. In the coagulation treatment, the ions of the trivalent metals precipitate, probably as ferric hydroxide as well as as organic ferric compounds, simple and complex. The sulphate ions of the added ferric sulphate tend to reduce the pH of the sewage to a value below 7, but this tendency is strongly counteracted by the effects of aeration and the sludge brought back and, at the end of the Ferric sulphate treatment sewage water may have a pH equivalent to that of incoming raw sewage.
Substantially all the iron added in the state of ferric sulphate is precipitated and it seems that, with the iron brought back with the sludge, this precipitated iron forms a cover of ferric hydroxide which acts as a collector of suspended matter. The returned sludge and the aeration treatment also contribute to precipitating suspended solids.
Aeration of the sewage also causes the oxidation of a considerable amount of the dissolved putrescible material.
The amount of iron added to sewage depends, to some extent at least, on the amount of putrescible matter suspended in the sewage. In the treatment of average urban sewage, 5 to 25 parts per million parts of iron give satisfactory coagulation and precipitation of suspended solids, and in general less than 20 parts per million. parts of iron give satisfactory results.
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In the treatment of industrial residual liquids, such as, for example, residual liquids from dairy and packaging plants, it may be necessary to
20 to 50 parts per million parts of iron to ensure satisfactory coagulation and precipitation of suspended solids. Satisfactory aeration is obtained with 0.07 to 0.7 liters of air per liter of treated sewage water. It seems that the oxygen in the air used for aeration works mainly to oxidize putrescible material and is not absorbed by the bpue. This is manifested by the rapid removal of dissolved putrescible material and the presence of dissolved oxygen in the clarifier overflow.
If it is good to adjust the pH after treatment with ferric sulfate, the sewage water can be aerated in the presence of an alkaline agent, such as lime, in sufficient quantity to give a pH having the value wanted. Adjusting the pH above 7 can sometimes improve deposition and filtration. Lime is preferable to other alkaline agents for this operation because it gives denser flakes which settle more quickly and is inexpensive. Lime is preferably added to the sewage in the form of a lime milk containing 50gr. per liter.
When the dissolved putrescible material is to be removed from the sewage at a later date by a base exchange treatment (zeolite), it is preferable to carefully control the amount of lime added to the sewage, so as to give a pH of about 7.2 to 7.6.
Following lime treatment, sewage
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passes through a clarifier, in which it is introduced near the bottom and rises through a blanket of mud being deposited. The clarified liquid overflows and the deposited sludge is removed from the bottom of the clarifier, preferably by scraping it or otherwise moving it along the bottom of the clarifier to bring it to the sludge outlet. . The liquid which is above does not contain substantially any suspended matter and can advantageously be subjected to a base exchange treatment as described in the above-mentioned patent.
The sludge coming from the bottom of the clarifier can be led partly in a thickener and partly in an aeration tank. The clarified liquid overflows, and the sludge that has deposited is removed from the bottom of the thickener. The materials leaving the olarifier and the thickener can be combined for proper disposal or for further processing. The sludge from the thickener, containing about 3 to 10% solids, can be fed partly to the aeration tank and partly to a suction filter in which its moisture content is reduced.
All returned sludge may come from the clarifier or thickener, or some may come from both. About 20 to 75% of the sludge is returned to the aeration tank. The amount of mud brought back can vary considerably. In general, the amount of sludge brought back can be advantageously adjusted so that in the sludge-sewage mixture, subjected to the treatment in the aeration tank, a quantity of suspended matter is obtained equal to approximately 2 to 8 times the amount of suspended solids found in incoming raw sewage.
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It is preferable to completely destroy the continuous organic material in the mass stopped on the filter by incineration. A rotary kiln in two parts, namely a drying part and a combustion part, is admirably suited for this purpose. In each of the two drying and combustion parts of the assembly, air moves in the same direction as the solids and gases. The drying part operates at a temperature which does not cause decomposition or carbonization of the sludge, and the combustion part operates at a temperature of about 650 to 700 This combustion temperature is high enough to destroy putrescible material. The combustion temperature is preferably kept below 700 so as to avoid concretion of the residue.
A substantial proportion of the heat required for combustion is obtained by combustion of the sludge. In fact, the calorific value of the sludge is such that, working on a large scale, no additional fuel is needed for the inceneration.
The incinerated residue is treated with sulfuric acid to regenerate the ferric sulfate which is used again in the operation.
The single figure of the appended drawing is a flow diagram of an installation suitable for implementing the method according to the invention.
The raw sewage water is passed first through a coarse screen and then through a fine screen (not shown in the drawing) to remove coarse and heavy solids. The screened sewage water is treated according to the process according to the invention.
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In the apparatus shown in the drawing, the aeration of the sewage water is carried out in a long basin or basin, one end of which receives the sewage water which arrives with the aerated water passing from the outlet. other end in a clarifier. The returned sludge is added to the raw sewage entering the aeration tank, and the agitation with the air causes an intimate mixture of the two materials. In this apparatus, the flow rate of the sewage water in the aeration basin is such that this water remains there for about an hour.
A solution of ferric sulphate is preferably added to the sewage in the aeration basin at a point corresponding to an interval of 2 to 15 minutes before the moment when the sewage leaves this basin. to pass through the clarifier, but provisions are made to allow the addition of ferric sulfate at a number of points between the inlet end and the outlet end of the basin. Ferric sulphate can be added to the sewage at one or more points along the route of the water through the aeration tank.
If it is necessary or desirable to add an alkaline agent to regulate the pH of the sewage water, a lime milk is added between the point of addition of ferric sulfate and the outlet end of the tank. aeration, at a sufficient distance from the point of addition of ferric sulphate to allow complete dissemination of the ferric sulphate in the sewage water before the addition of lime. A regular air diffuser runs all the way through the aeration pan and provides the necessary air - for aeration and agitation, The air diffuser may be. any suitable construction method.
The clarifier shown in the drawing comprises a tank with / vertical change channel 5 (extending substantially over a third of the periphery of the tank) opening into the bottom of the tank. The clarified liquid overflows into a
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channel 6 located opposite the loading channel and extending over about a third of the upper circumference of the tank. A scraper mechanism 7 pushes the sludge deposit which is on the bottom of the tank towards the sludge outlet opening placed in the center. It is obvious that other forms and types of clarifier can be used in the process according to the invention.
It has been found that the introduction of the sewage to the bottom of the settling chamber, below a mass of sludge which deposits in this container, appreciably facilitates the formation of an upper layer of liquid. substantially free of suspended solids.
The sludge from the clarifier is pumped by means of a pump 10 to be sent to a thickener having a sludge scraper mechanism 8 and an overflow channel, or else. , partly to the thickener and partly to the inlet end of the aeration tank. The slurry pump 10 communicates with a conduit 11 which goes to a conduit of the sludge return 12. A fitting or bypass 13 is provided for passing the sludge from the pump 10 and from the pipe 11 into the thickener.
Appropriate taps, placed in the conduits 11 and 13, regulate and distribute the flow of the sludge in them. The materials leaving the clarifier and the thickener can be brought together for proper disposal or for process them subsequently, for example in zeolite filters, as indicated in the aforementioned patent.
A part of the sludge coming from the thickener can be brought, by means of a pump 14 and a duct 15 to the duct 12 for returning the sludge going to the inlet end of the aeration tank. Appropriate taps placed
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in conduits 15 and 1.6. regulate and distribute the flow of mud in these conduits. The remainder of the sludge from the thickener is fed through line 16 to a suction filter. The cake remaining on the filter is fed to the dryer and the incinerator.
The sludge brought back to the aeration tank (approximately 20 to 75%) can come entirely either from the clarifier or from the thickener, or partially from both.
The dryer and the incinerator are both rotating cylinders in which the solids and gases (for drying and incineration) move in the same direction. Thus, the exhaust gas from the incinerator passes through the dryer in the same direction as the sludge, and the dry sludge enters the incinerator along with the hot gases from an oil burner or other heating device. A suitable amount of oxygen or other combustion-sustaining gas enters the incinerator (along with the hot gases from combustion of the foreign fuel) to burn organic matter and other combustible materials in the dry sludge.
The residue of the incineration, or ash, passes from the incinerator into a collecting vessel from where it is suitably led into a washing boiler surrounded by a circulation jacket. In this boiler, the residue from the incineration is treated with sulfuric acid with suitable agitation and heating, if necessary, to regenerate the ferric sulfate.
The contents of the boiler pass through an oentrifuge to remove excess acid. The centrifuge cake is leached with water to dissolve the ferric sulfate present and the insoluble residue is filtered off and discarded. The regenerated ferric sulphate solution is pumped and reused to coagulate new amounts of incoming sewage.
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Obviously, the apparatus shown in the drawing is given by way of example only and should not be considered as limiting the invention in any respect.
The following table gives the daily results obtained over a period of 11 days, during tests carried out with a view to comparing the results obtained by the process according to the present invention with those obtained in a similar process not comprising the return of the sludge. , nor an aeration period, before the addition of ferric sulphate. In the tests carried out in accordance with the process according to the invention, about 75% of the sludge obtained in the clarifier (containing about 4% solids) was returned directly from the clarifier to the aeration tank, l aeration continued for durations of one hour; and ferric sulfate was added to the aeration pan about 5 minutes before the end of the aeration period.
The required amount of biochemical oxygen (OB); suspended solids, iron and lime, are given in parts per million. The purified outgoing liquid was the overflowing liquid from the clarifier. In the tests, sewage from two different sources was treated, with sewage from different sources being treated every other day. In the table, the method according to the invention is called A and the one used to carry out the comparison is called B. The typical five-day test, using seeded dilution water, was used to determine the amount of biochemical oxygen required.
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Although the preferred procedure has been described, involving the use of ferric sulfate,
it is understood that other metal compounds can advantageously be used in accordance with the present invention.
Thus, for example, ferrous sulfate, when 1! added at the right time, may result in a better reduction of the O.B required than can be done using ferric sulfate. for this reason, and because ferrous sulfate is less expensive than ferric sulfate, it is preferable to use ferrous sulfate. It is also possible to obtain results analogous to those obtained using ferric sulphate, using aluminum sulphate. Mixtures of different compounds can advantageously be used and good results can be obtained by adding two or more compounds separately, for example extremely good results can be obtained by adding small amounts of sodium sulfate. aluminum a minute or two after the addition of ferric sulfate is complete.
Amounts of aluminum sulphate
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used were equal to about 10% of the amounts of ferric sulfate used. Very interesting results have also been obtained by adding a solution obtained by dissolving both aluminum sulphate and ferric sulphate in the approximate proportion of one part of the first to ten parts of the second.
The process according to the invention is admirably suitable for the treatment of industrial waste liquids as well as ordinary urban or domestic sewage. The characteristic of the process according to the invention is that an extremely rapid deposition of the sludge is obtained and that putrescible materials are removed to a large extent. The sludge obtained by the process according to the invention is deposited several times faster than the sludge obtained in the processes currently applied. It is not uncommon to obtain after five minutes' rest a clear liquid which floats and can be decanted, and in many cases reductions of about 99% of the amount of OB required in the body have been obtained. normal operation of the process.