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procédé et appareil pour l'épuration des eaux résiduaires.
La présente invention concerne des procédés et des appareils pour l'épuration des eaux résiduaires, On sait qu'on peut épurer les eaux résiduaires de nature diverse, par exemple les eaux ré- siduaires des habitations, les eaux résiduaires de l'industrie chimique, etc.., par voie biologique ou par filtration. A cet ef- fet, on conduit déjà les eaux résiduaires sur des percolateurs ou des installations de filtres à travers lesquels l'eau passe ou filtre goutte à goutte, en s'épurant. Les percolateurs ou ins- tallations de filtration renferment généralement une charge de scories en gros fragments ou d'autres matières analogues. A la surface des fragments individuels de scories se forment de micror- u ganismes qui effectent l'épuration biologique .
La présente invention a pour objet une amélioration de cette épuration et, grâce à elle, on parvient à augmenter extraordinai-
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rement le rendement d'une installation de percolateurs ou de filtres d'une grandeur donnée.
Conformément à l'invention, on retourne ou brasse de temps en temps la charge constituant l'installation de percolateurs ou de filtres, Ceci permet d'employer comme charge une matière de calibre sensiblement plus petit que celui qu'on pouvait employer jusqu'à présent pour de semblables installations d'épuration, et on réalise ainsi des installations d'un rendement extraordinaire avec un encombrement très réduit, De plus, on parvient à faire fonctionner les installations d'une manière complètement inodore et automatique et à réaliser un rendement et un effet d'épuration constante.
Il convient de débourber, avant de la réintroduire dans l'installation d'épuration, la matière constituant la charge qu'il s'agit de retourner ou de brasser, On peut le faire, par exemple, en lavant d'abord, dans un réservoir intermédiaire la matière, consituant la charge, soutirée de l'installation d'épuration. On peut aussi, pendant le retournement de cette matière, effectuer un soutirage de la boue, ou bien débourber, à l'aide d'eau de rin- çage supplémentaire, la matière soutirée de l'appareil de percolation ou de filtration, cette eau supplémentaire étant amenée, par exemple, à la partie inférieure ou puisard de la pompe de retournement ou de brassage.
L'aération nécessaire pour l'épuration biologique peut avoir lieu de force, dans le même sens que le ruissellement de l'eau résiduaire ou bien à contre courant, à travers la charge, et l'air comprimé de la pompe de retournement ou de brassage ainsi que celui de l'installation auxiliaire d'air comprimé pour l'eau résiduaire peut être employé pour l'aération principale ou pour l'aération auxiliaire, On peut aussi, pour diminuer l'odeur qui pourrait résulter de l'épuration préliminaire, conduire à travers l'ap-
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pareil de percolation ou de filtration l'air de l'installation préliminaire mécanique montée avant ces appareils.
On met en oeuvre le procédé objet de l'invention en conduisant, à la façon connue, l'eau résiduaire à un appareil de percolation ou de filtration ; l'eau passe alors goutte à goutte ou filtre alors graduellement à travers l'appareil et s'en écoule, à la partie inférieure, à l'état d'eau résiduaire épurée. De temps en temps, on retourne ou brasse la charge. De préférence, on soutire au bas de l'installation d'épuration la matière constituant la charge et on l'ajoute ensuite, à l'eau résiduaire amenée, pour être distribuée de nouveau, en même temps qu'elle, au sommet de l'appareil de percolation ou de filtration. Dans ce cas, on peut retourner ou brasser chaque fois toute la charge.
Mais, dans de nombreux cas, il suffit de ne soutirer à chaque fois, à la partie inférieure, qu'une partie seulement de la charge et de la ramener, éventuellement après débourbage, sur la partie supérieure de l'appareil de percolation ou de filtration.
La présente invention concerne aussi des installations pour la mise en oeuvre du nouveau procédé d'épuration, Ces installations sont constituées principalement par un appareil de percolation ou de filtration, par un dispositif pour l'amenée et l'éva- cuation de l'eau résiduaire et par des appareils pour retourner ou brasser la charge. De préférence, on prévoit encore des appareils permettant une épuration additionnelle de la charge. Pour retourner la charge, les pompes "Mammouth" ont été trouvées parti- culièrement efficaces. La répartition de l'eau résiduaire et de la charge sur la surface de l'installation d'épuration a lieu, avec avantage, à l'aide d'un distributeur semblable à une turbine mise en action automatiquement par la pression de l'eau résiduaire.
Sur les dessins annexés, on a représenté, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention.
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Sur ce dessin :
Fig. 1 est une coupe longitudinale à travers un appareil de percolation ou de filtration, coupe exécutée suivant la ligne A-B-C- de la Fig. 2.
Fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne E-F-G de la Fig. 1,
Fig. 3 est une élévation latérale avec coupe particulière suivant la ligne I-K de la Fig. 2.
Fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne L-M de la Fig. 3.
Fig. 5 est une coupe longitudinale à travers une forme d'exécution modifiée d'un appareil de percolation à deux étages,
Fig. 6 montre une construction particulière de la partie inférieure d'une installation d'un appareil de percolation ou de filtration.
Fig. 7 représente schématiquement, sous la forme d'un croquis d'ensemble, une installation du type décrit plus haut, avec l'installation élévatoire d'eau résiduaire.
Fig. 8 représente schématiquement, sous la forme d'un croquis d'ensemble, une installation analogue à celle de la Fig. 7, mais dans laquelle est intercalée une épuration mécanique, et
Fig. 9 représente l'adaptation de plusieurs appareils de percolation ou de filtration à un bassin de clarification finale.
L'installation d'épuration selon les Figs. 1 à 4 est constituée par l'appareil de percolation ou de filtration proprement dit 1 et la fosse de rinçage 2, La paroi 4-, servant d'enveloppe à l'appareil de percolation, présente à sa partie inférieure des surfaces de glissement 5 le long desquelles la matière constituant la charge de l'appareil de percolation, appelée dans ce qui suit plus brièvement "la matière de charge Il , glisse pendant l'opération de brassage ou de retournement. Le glissement uniforme des
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scories vers le bas est favorisé par le corps de guidage 24. Ce- lui-ci regoit de préférence la forme d'un double cône, et il est disposé de manière que son arête médiane 39 se trouve à peu près à la même hauteur que les points où commencent les surfaces de glissement 5.
La surface du cône inférieur s'étend, de préféren- ce, parallèlement aux surfaces de glissement. La partie inférieu- re de l'appareil de percolation ou de filtration forme un enton- noir 10. Entre cet entonnoir et l'appareil proprement dit de fil- tration se trouve une grille 9 entourée d'une gouttière d'évacua- tion.
Le tuyau d'amenée 25 d'eau résiduaire conduit l'eau à épurer à la partie supérieure de l'appareil où elle est répartie par un distributeur rotatif 8 sur la surface de la charge. Ce distribu- teur rotatif est constitué, de préférence, par un arrosoir rotatif à plusieurs bras, de longueurs différentes. L'eau résiduaire tombe, alors, goutte à goutte, à travers la matière de charge et est éva- cuée par un tuyau d'évacuation 36.
A la partie inférieure de l'entonnoir 10 se raccorde un tuyau
17 de vidange de la charge, pourvu de la vanne 18. Par le tuyau
17, la matière de charge arrive aux appareils destinés à la retour-, ner ou à la brasser. Dans la forme de réalisation représentée sur les dessins, ces appareils sont des pompes "Mammouth". La matière de charge arrive par le tuyau 17 dans le puisard 16 de la pompe "Mammouth" d'Où celle-ci la refoule également au distributeur ro- tatif 8 par le tuyau de refoulement 19 de cette pompe, tuyau qui présente un embranchement pourvu de vannes 23.
La fosse de rinçage est divisée en une fosse de reflux 14 et une cuvette 15 destinée à recueillir le sable, d'où les tuyaux 30 et 31 conduisent à un bassin de clarification finale ou à un ap- pareil d'irrigation.
Pour l'aération par le haut de l'appareil d'épuration, on a
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prévu un appareil de refoulement 34 venant d'une soufflerie et, pour l'aération par le bas, une amenée 35. Pour maintenir l'air sous une pression faible, on peut aussi introduire l'air comprimé dans le cône, au-dessus de la grille 9 en forme de corbeille.
L'air peut alors s'écouler vers le haut et vers le bas. Pour l'aération, on peut employer l'air de l'appareil élévatoire ou de la pompe de brassage de la charge. On peut employer également l'air de l'épuration mécanique préalable pour aérer l'installation d'appareils de percolation et de filtration biologique. Il convient de surveiller l'amenée d'air à cet appareil, au moyen d'un indicateur de pression 32 qui, dans le mode d'exécution représenté, pénètre en 33 (Fig. 3) dans l'intérieur de l'appareil.
Lorsque l'effet d'épuration de l'appareil de percolation ou de filtration baisse ou lorsque la pression observée à l'indicateur 32 monte, il convient de retourner la charge. A cet effet on ouvre la vanne 18 du tuyau 17 pour la matière de charge, on met en marche la pompe "Mammouth"3 et on ouvre les vannes 23 du tuyau de refoulement 19, La pompe "Mammouth" soutire alors la charge à la partie inférieure de l'appareil d'épuration et la refoule de nouveau, par le tuyau de refoulement 19, à la partie supérieure de l'installation. Une partie de la boue qui adhère à la matière de charge est essuyée à la hauteur de la grille 9, tandis que la ma- tiére de charge descend par l'intérieur de cette grille.
Cette boue est entrainée par l'eau résiduaire qui s'écoule par la grille 9 vers l'extérieur dans la gouttière d'évacuation 27 et par le tuyau d'évacuation 36.
La majeure partie de la matière de charge qu'il s'agit de brasser est soutirée par le tuyau 27. Mais pendant cette opération, quelques particules de cette matière passent, avec l'eau résiduaire qui s'écoule, par la grille 9. Pendant ce temps, il convient de conduire l'eau résiduaire passant par le tuyau
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d'évacuation 36, non pas directement dans la cuvette 15 destinée recueillir le sable, mais par une manoeuvre appropriée des vannes, dans la fosse à reflux 14. Les particules de matière de charge se déposent là et rejoignent, dans la pompe "Mammouth", la partie principale de cette-matière, tandis que l'eau résiduaire et la boue débordent, en même temps que le gravier plus fin, dans la fosse 15 précitée.
Dans le tube extérieur de la pompe "Mammouth" 3, tube dans lequel se trouvent le tuyau de refoulement 19 et le tuyau d'amenée d'air 20 de cette pompe, on prévoit en outre, de préférence, un tuyau de rinçage 21 qui peut être fermé par une vanne 22, munie d'une crépine. A l'aide de ce tuyau de rinçage, on peut ajouter à la partie inférieure de la pompe "Mammouth" de l'eau de ringage additionnelle pour assurer toujours la présence de la quantité nécessaire d'eau pour le transport de la matière de charge.
Le tuyau de rinçage prélevé cette eau de rinçage additionnelle (lorsque la vanne 22 est ouverte) à la fosse à reflux 14 ou bien il est relié directement à l'amenée d'eau résiduaire 25, comme on l'indique en 40 sur la Fig. 3. Lorsque le tuyau de refoulement 40 est ouvert, une partie de l'eau s'écoule vers le haut, par suite de la grande surpression, dans le tuyau extérieur, à travers la matière de charge, et provoque un débourbage supplémentaire.
Fig. 5 représente un appareil de percolation ou de filtration fonctionnant suivant le même principe, c'est-à-dire, avec brassage de la matière de charge, mais qui est organisé de manière à fonctionner en deux phases. L'appareil de percolation ou de filtration est divisé, par un fond intermédiaire 81, pourvu de vannes 86 pour le passage de l'eau résiduaire, de l'air et de la matière de charge, en un compartiment supérieur 80 et un compartiment in- férieur 87. Au fond 83 de la partie inférieure 87 se trouvent également des vannes de déchargement de la charge, En 85 on a
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représenté un organe qui racle la matière de charge. Lorsqu'on désire effectuer un brassage ou un retournement de la charge avec cette construction, on rince d'abord le compartiment supérieur 80, qui est le plus embourbé.
A cet effet, on ferme les vannes supérieures 86 du fond 81, et on rince la charge du compartiment 80 à l'aide d'air comprimé et d'eau sous pression. On sort ensuite la boue par le tuyau de rinçage 82. Ce n'est qu'ensuite qu'a lieu le brassage de la charge à la façon qui a. été décrite à propos des Figs. 1 à 4. A cet effet, on doit ouvrir a.ussi bien les vannes du fond intermédiaire 81 que celles du fond 83. La manoeuvre des vannes peut avoir lieu, par exemple par de l'air comprimé, mais elle peut être effectée de toute autre façon convenable.
Au lieu d'un appareil à deux phases d'opérations on peut prévoir un appareil à trois phases ou à un plus grande nombre de phases, avec un nombre correspondant de fonds intermédiaires.
La Fig. 6 représente un mode d'exécution particulier de la pa,rtie inférieure de l'appareil de percolation ou de filtration.
Au lieu de la vanne 18 à commande mécanique représentée par les figures 1 à 4, on a prévu un dispositif de fermeture qui, en travail normal, maintient vide de matière de charge la partie inférieure 10 de l'appareil. Ce dispositif est constitué, par soupape à cloche 90 qui peut être soulevée et abaissée par exemple par de l'air comprimé; le dispositif laisse libre passage à la charge lorsqu'il se trouve dans la position élevée montrée par la Fig. 6 tandis que lorsqu'il est abaissé, le tuyau de soutirage et de brassage pour la charge est fermé. La partie 91 correspond au corps de guidage 24 de la forme d'exécution représentée par les Figs. 1 à 4.
La forme en entonnoir de la partie inférieure de l'appareil selon la Fig. 6, présente l'avantage que cette partie inférieure n'est pa.s remplie de matière de charge non aérée pendant le travail normal de l'appareil.
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Dans la plupart des cas, l'eau résiduaire arrive à un niveau plus bas que celui qui correspond à l'écoulement vers l'appareil de percolation ou de filtration. Il est par conséquent nécessaire d'élever l'eau résiduaire, On réalise une construction efficace et simple de l'installation en utilisant également, pour l'élévation de l'eau, l'installation de pompe "Mammouth" déjà existante et servant à brasser la charge. On supprime ainsi une pompe par- ticulière avec ses accessoires, pour l'élévation de l'eau. Cette solution est représentée schématiquement par la Fig, 7. L'eau résiduaire qu'il s'agit d'épurer s'écoule vers un puisard à eau résiduaire 50 et coule de là dans la pompe Mammouth 51 qui la refoule sur le percolateur 52.
Le même groupe pour la compression de l'air actionne la pompe 53 pour le brassage de la charge.
D'autre part, on peut prévoir plusieurs petits appareils, un compresseur mobile commun servant au brassage de la charge.
Lorsqu'il s'agit d'installations provisoires de clarification, on peut constituer les parois qui entourent l'appareil de percolation par des douves en bois qui sont assemblées au moyen de cercles en fer. On peut exécuter comme éléments transportables les fonds inférieur et supérieur, la pompe Mammouth et la chambre à moteur.
Dans presque tous les cas, on doit faire subir une épuration mécanique préalable à l'eau résiduaire qu'il s'agit d'épurer biologiquement, La Fig. 8 représente schématiquement une construction convenable d'une telle installation. L'eau, sans épuration préalable, coule dans un puisard 60 d'eau résiduaire d'oùelle arrive à la pompe Mammouth 61 qui l'élève à l'appareil d'épuration mécanique préalable 62. L'eau résiduaire épurée mécaniquement passe de là par le tuyau 63, dans l'appareil de percolation 64. La pompe Mammouth 61 pour l'eau non épurée possède un groupe de compression d'air commun avec la pompe Mammouth 65 servant à brasser la charge de l'appareil de percolation 64.
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Il est recommandable en général de choisir les dimensions de l'appareil de percolation par rapport à la quantité d'eau résiduaire journalière de façon que le brassage de la matière filtrante ne doive avoir lieu qu'à de longs intervalles, par exemple de 5 ou de 6 jours. Pendant le bra,ssage ou dans le cas de l'appareil représenté par la Fig. 5, pendant le brassage et le rinçage de la boue, l'eau résiduaire épurée qui s'écoule de l'appareil d'épuration entraîne avec elle une quantité assez considérable de boue, de sorte qu'il est recommandable de ne pas conduire, pendant ces périodes, l'eau résiduaire à l'appareil d'irrigation, mais de l'amener à un bassin de clarification. Mais pendant le reste du temps où fonctionne l'installation d'épuration, cela n'est pas nécessaire dans la plupart des cas.
Une installation telle que celle représentée par le schéma de la Fig. 9 est avantageuse dans ce but.
Un certain nombre d'appareils de percolation ou de filtration 71 (la Fig. 7 en représente quatre) fonctionnent avec un bassin de clarification finale commun 72. Avant chaque percolation, on a monté un appareil d'épuration préalable 73. La liquide s'écoulant de chaque appareil de percolation peut, à volonté, être conduit soit à travers le bassin de clarification finale soit à l'appareil d'irrigation. On met en circuit le tuyau de vidange toujours de façon que le liquide s'écoulant de celui des appareils de percolation, qui se trouve précisément dans la période de renversement ou de brassage arrive au bassin de clarification finale 72, tandis que le liquide s'écoula.nt des autres appareils de percolation qui fonctionnent normalement, est évacué immédiatement, sans passer par ce bassin.
On a indiqué schématiquement en 70 la salle des machines qui appartient à l'installation. Au lieu de conduire au ba.ssin de clarification finale la quantité, relativement faible en comparaison de la quantité totale, d'eau résiduaire épurée qu'on obtient pendant le brassage et qui, par conséquent, renferme
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encore des quantités considérables de boue, on peut aussi travailler sans ce bassin et reprendre cette partie des eaux résiduaires à l'épuration mécanique préalable.
Pour être complet, on mentionnera encore qu'il est possible également de faire fonctionner l'appareil de percolation avec un brassage continu.
On peut aussi organiser le travail de manière que toute la matière filtrante se trouve sous eau et faire fonctionner toute l'installation comme filtre immergé proprement dit.
Comme matière de charge le gravier de lave, des scories légè res des industries chimiques, de la pierraille, etc.., par exemple, donnent de bons résultats. Mais on peut employer également beaucoup d'autres substances connues en particulier de l'homme de l'art.
Le principe du brassage permet une augmentation tout à fait extraordinaire du débit de l'installation d'épuration. Tandis que jusqu'à présent, on pouvait épurer par jour une quantité d'eau résiduaire correspondant environ à la capacité ou au double de la capacité de l'appareil de percolation, on peut, par l'application des mesures objet de l'invention, épurer par exemple par jour une quantité correspondant au décuple de la capacité de l'appareil de percolation. Dans des circonstances particulièrement favorables on est même parvenu à épurer quotidiennement une quantité d'eau résiduaire atteignant jusqu'à trente fois la capacité de l'appareil de percolation.
L'invention rend possible l'emploi de matières en fragments beaucoup plus petits pour la charge. On a par exemple obtenu de bons résultats, dans des installations d'épuration d'eaux résiduaires d'une capacité de 11 à 12 m3, avec des charges dont les particules avait une dimension maxima comprise entre 5 et 10 mm. On a pu employer également des grains d'un calibre encore plus petit.
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Des gra.ins aussi fins étaient considérés jusqu'à présent comme inutilisables, parce qu'on avait constaté, avec les percolateurs ou filtres usuels, sans brassage, que lorsqu'on emploie des grains fins, il se produit un encrassement et des foyers de putréfaction qui mettaient graduellement toute l'installation hors d'état de fonctionner.
Pour relever l'effet d'épuration et pour faciliter le débourbage, on peut ajouter à la matière de charge, pendant le brassage, des matières qui effectuent la neutralisation, la floculation ou la combinaison de substance à éléminer de l'eau en particulier de substances en excès dans l'eau résiduaire. C'est ainsi que par exemple pour l'épuration d'eaux résiduaires produites par l'industrie chimique et renfermant de l'acide sulfurique, il y a avan- tage à ajouter à la charge, pendant le brassage, des éclats de pierre calca.ire qui se décompose ensuite dans l'appareil de percolation en se combinant à l'acide sulfurique et qui est remplacée ensuite lorsqu'on procède à un nouveau brassage.
Résumé.
1. Procédé pour l'épuration d'eaux résiduaires à l'aide d'installations de percolation ou de filtration, caractérisé en ce que la charge de calibre relativement petit constituant la masse de percolation ou de filtration est renversée ou brassée périodiquement ou continuellement.
2. Procédé selon 1, caractérisé en ce que la matière de charge qu'il s'agit de brasser et qui est soutirée de l'appareil de percola,tion ou de filtration est ajoutée à l'eau résiduaire et répartie avec celle-ci à la surface de l'appareil de percolation ou de filtration.
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