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"APPAREIL ET PROCEDE PERFECTIONNE POUR LE TRAITEMENT DES EAUX POLLUEES"
La présente invention est relative à ion appareil et un procédé pour le traitement des liquides pollués tels que les eaux d'égout et autres liqui- des résiduaires, ainsi que les eaux superficielles polluées.L'invention est relative plus particulièrement à un appareil et à un procédé nouveaux pour la purification biologique de tels liquides par ce que l'on a appelé d'une manière générale une boue activée et pour la clarification du liquide purifié.
La présente invention a pour objet un appareil pour la purification biologique et la clarification d'un liquide pollué, appareil comprenants des dispositifs destinés à introduire le liquide pollué à aérer à une partie in- férieure d'une chambre d'aération; des dispositifs pour envoyer de l'oxygène à la partie inférieure de cette chambre d'aération; une sortie pour la solu- tion aérée qui s'écoule à partir de la partie supérieure de la chambre d'aé- ration en question, et au moins un rotor destiné à disperser instantanément l'oxygène et le liquide nouvellement introduit à travers la totalité des ma- tières contenues dans la chambre d'aération;
ce rotor est placé à la partie inférieure de la chambre d'aération et il est construit et organisé de telle sorte que, lorsqu'il tourne, il s'établisse dans la chambre d'aération un courant cyclique présentant des composantes radiales dirigées vers l'inté- rieur et vers l'extérieur et intéressant tout le contenu de la chambre d'aé- ration, tandis que les dispositifs qui servent à introduire le liquide pol- lué et l'oxygène débitent dans le trajet du courant radial orienté vers l'intérieur.
La présente invention a encore pour objet un appareil pour la pu- rification biologique et la clarification d'un liquide polluée cet appareil comprenant*. une chambre d'aération située à une certaine distance au-dessus du fond d'un réservoir; un conduit partant de la partie supérieure de la chambre d'aération et s'élevant pour devenir adjacent au sommet du réservoir, puis descendant de là jusqu'à la partie inférieure du réservoir; des dispo- sitifs de sortie pour le liquide purifié et clarifié de la partie supérieure
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du réservoir; des dispositifs -''sortie pour les matières solides résiduai- res qui quittent la partie .inférieure du réservoir;
un rotor monté dans la chambre d'aérations, en alignement avec l'axe du réservoir., ce rotor étant construite dimensionné st placé de manière à établir, lors de sa rotation, des courants radiaux orientés vers l'extérieur et vers l'intérieur du rotor et dont la forme leur permet d'intéresser toutes les matières contenues dans la chambre d'aération ainsi qu'à la partie inférieure du réservoir; enfine un dispositif pour introduire l'eau d'égout à traiter ainsi que l'air sous pression dans le courant radial orienté vers l'intérieur du rotor.
La présente invention a également pour objet un procédé de puri- fication biologique d'un liquide pollué tel qu'une eau d'égout, procédé dans lequel l'eau d'égout à traiter est mélangée et brassée pendant un cer- tain temps avec l'air et une boue activée en provenance d'une eau d'égout précédemment traitée; puis le mélange est séparé en un effluent purifié et une boue activée, une partie de cette boue étant utilisée à nouveau pour le traitement d'un volume supplémentaire d'eau d'égout; un tel procédé est ca- ractérisé par le mélange de l'eau d'égout à traiter entrante et de l'air sous pression avec un volume de boue activée égal à plusieurs fois le volume de la boue activée retenue dans le procédé par volume d'eau d'égout entrante;
puis l'on retient, dans le mélange brassé, l'eau d'égout pendant une période de temps suffisante pour sa purification; ensuite on sépare l'eau d'égout du mélange, tout en retenant la boue activée dans le mélange, pendant une durée supérieure à celle nécessaire pour l'eau d'égout; et enfin on extrait la boue activée pour l'envoyer au rebut après une plus grande période de ré- tention.
Dans un but de simplification et d'illustration, on se référera ici,* parfois, au terme "eau d'égout". On doit cependant comprendre que ce .terme "eau d'égout" est utilisé dans les présentes dans son sens le plus gé- néral, pour désigner des liquides pollués ou usés, indépendamment de la ques- tion de savoir si on les traite pour les envoyer au rebut ou pour rendre leur usage possible. Dans ces conditions, le terme "eau d'égout" tel qu'il est utilisé dans les présentes, signifie;, en plus de l'eau d'égout ménagère, toutes sortes de liquides usés ou de rebut, des mélanges de tels liquides résiduaires ou d'une eau d'égout avec un semblable liquide ou avec de sem- blables liqueides résiduaires aussi bien que des eaux superficielles polluées.
Lorsqu'on.utilise dans les présentes des termes tels que "temps de rétention" ou "temps de traitement", il faut comprendre que'ces termes dé- signent une- rétention fondée uniquement sur le débit.
Un autre objet de la présente invention réside dans un appareil et un procédé perfectionnés à boue activéeo
Un objet particulier de la présente invention consiste à réduire la durée du traitement du procédé par boue activée et, par là, à diminuer les dimensions et le prix de revient de l'appareil et des terrains nécessai- res à son installation, ainsi que les frais de.fonctionnement de l'usine.
L'invention a encore pour objet la réalisation d'une meileure uti- lisation de l'air comprimé dans une usine à boue activée, grâce à quoi la quantité d'air comprimé utilisée peut être beaucoup plus faible que la quan- tité utilisée jusqu'à présent dans les installations habituelles à air dif- fusé.
L'invention a encore pour objet une installation à boue activée., dans laquelle on disperse instantanément, à travers la totalité des matières contenues dans la chambre d'aération le liquide résiduaire brut ou clarifié, ainsi que l'air ou l'oxygène sous pressiono
L'invention a aussi pour objet un procédé et un appareil à boue activée dans lequel on obtient la clarification du liquide brassé par sépara- tion du liquide clarifié d'avec la masse en circulation de la solution bras- sée.
L'invention a encore pour objet un procédé et un appareil à boue
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activée dans lesquels on maintient la boue activée en suspension aussi long- temps qu'elle est utilisée dans le procédé, et dans lesquels on laisse se déposer uniquement la boue résiduaire qui abandonne le procédé.
L'invention a également pour objet un appareil et un procédé dans lesquels on introduit dans la chambre d'aération, ensemble ou en des points voisins; le liquide résiduaire brut ou clarifié à traiter, ainsi que l'oxy- gène utilisé au cours de son traitement et dans lesquels on les disperse rapidement dans un volume de solution brassée en cours de traitement, volu- me égal à plusieurs fois le volume du liquide résiduaire nouvellement ajou- té
Dans son sens le plus général, le procédé par boue activée peut comprendre le traitement du liquide résiduaire brut ou préclarifié, qui peut contenir des impuretés à l'état de suspension, sous forme colloïdale ou en dissolution, par une boue contenant des bactéries aérobies,
en pré- sence d'une quantité d'oxygène suffisante pour maintenir les bactéries dans un état actif, et par un brassage suffisant pour maintenir la boue ac- tivée et le liquide résiduaire complètement mélangés.On a conçu de nom- breuses théories diverses en ce qui touche au fonctionnement exact du pro- cédé par boue activée, cependant, on reconnaît maintenant d'une façon gé- nérale que le procédé implique à la fois une oxydation bactérienne de la matière organique en suspension et en solution, ainsi qu'une agglomération des matières solides sous forme de suspension ou sous forme colloïdale.
Dans la pratique actuelle du procédé habituel par boue activée, on fait déposer le liquide pollué dans un clarificateur primaire pour per- mettre le dépôt et l'enlèvement des solides qui se précipitent le plus fa- cilement. Le trop-plein qui sort du clarificateur primaire s'écoule vers un ou plusieurs bassins d'aération où on le mélange avec la boue activée qui est séparée du liquide pollué précédemment aéré, et on aère le mélange ha- bituellement pendant des périodes voisines de huit à dix heures.On fait ensuite déposer habituellement dans un second clarificateur pendant environ deux heures le mélange aéré de boue activée et de liquide pollué,
et l'ef- fluent qui sort du clarificateur secondaire convient habituellement pour une évacuation dans un cours d'eau. On retourne au bassin d'aération une partie de la boue activée qui se dépose dans le clarificateur secondaire et qui constitue la boue activée utilisée dans le traitement du liquide pol- lué, tandis que l'autre partie, qui constitue un excès par rapport à la boue nécessaire dans le bassin d'aération, est envoyée au rebut.
On a réalisé l'aération des liquides pollués principalement par deux procédés différents. Dans un procédé, on diffuse l'air comprimé à l'in- térieur du nélange de l'eau d'égout et de la boue activée, sur son chemin à travers le bassin d'aération depuis l'entrée jusqu'à la sortie, habituel- lement à travers des plaques poreuses ou des ajutages disposés sur la lon- gueur du bassin d'aération; dans un autre procédé, on utilise un équipement mécanique pour introduire à l'intérieur du mélange, de l'oxygène pris dans l'atmosphère et, en même temps, pour produire le brassage nécessaire de l'eau d'égout et de la boue activée, et pour maintenir ou retenir la matiè- re boueuse à l'état de suspension.
On le réalise de différentes manières, par exemple par brassage de 'la surface liquide, dans le bassin d'aération, à l'aide de batteurs, de palettes et agitateurs analogues, de manière à pro- voquer une circulation-des matières contenues dans le réservoir, ou encore en projetant sur la surface du liquide un jet d'une partie du mélange ou, enfin, en faisant descendre le liquide superficiel dans le bassin d9aération à l'intérieur du mélange. On a encore proposé de combiner la diffusion de l'air comprimé avec l'agitation de la surface liquide à l'aide de palettes.
Dans le procédé d'aération avec diffusion d'air, l'oxygène est généralement délivré d'une manière progressive, c'est-à-dire que l'eau d'é- gout, sur son trajet à travers le bassin d'aération allongé, se trouve rece- voir des doses successives d'air, et inversement chaque fraction d'oxygène envoyé se diffuse seulement dans une faible portion du contenu du bassin d'aération. Il se produit la même chose pour l'aération par palettes, où
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l'eau d'égout s'écoule habituellement à travers des longs canaux, et où elle est battue par des agitateurs successifs.Dans les aérateurs dits mécaniques, l'air qui vient de l'atmosphère est introduit à l'intérieur du mélange de l'eau d'égout et de la boue activée, et il se trouve mélangé avec tout le contenu du bassin d'aération.
Cependant, la quantité d'oxygène mise en jeu dans cette manière de procéder est relativement faible et, en conséquence, un temps très long de rétention est nécessaire. De plus, tandis que les aé- rateurs mécaniques ne réalisent, ni en eux-mêmes ni d'eux-mêmes, une aération progressive comme le font les aérateurs à air diffusé, on les utilise en sé- rie, sauf dans les très petites installations, et ils ont alors les mêmes ca- ractéristiques d'aération progressive avec introduction successive de faibles quantités d'air dans l'eau d'égout, chaque fraction d'air étant introduite uniquement dans une partie de la totalité de la masse de liquide en traite- mento
Dans l'appareil et le procédé nouveaux,- objets de l'invention, l'aération est exécutée avec de l'air ou de l'oxygène sous pression.
Cepen- dant, au lieu d'introduire l'air ou l'oxygène progressivement, comme dans les procédés habituels à air diffusé, on introduit l'air ou l'oxygène dans un emplacement de la chambre d'aération, où il se trouve immédiatement sai- si par et dispersé à travers les matières en circulation dans la chambre.
L'eau d'égout à traiter est introduite d'une manière analogue, de telle sor- te que l'on obtienne un mélange et une dispersion presque instantanés, l'un avec l'autre, et avec la totalité des matières contenues dans le bassin d'aération, de l'eau d'égout et de l'oxygène entrant. En raison de ce mode de fonctionnement, chaque volume d'eau d'égout nouvellement introduit se trouve en contact avec et est soumis à de beaucoup plus grandes quantités d'air et de boue activée que celles introduites ou retenues dans le procédé par volume d'eau d'égout à traiter.
Les installations de traitement antérieures, par boue activée, ont en commun le fait que la séparation finale du mélange d'eau d'égout et de boue activée dans l'effluent purifié et la boue activée (dont une partie doit faire retour au bassin d'aération) est effectuée par dépôt de la boue dans des conditions de repos, que ce soit dans un décanteur ou sur un filtre.
L'utilisation, comme source de boue activée pour le traitement de l'eau d'égout, d'une boue totalement déposée, est repréhensible à divers points de vue. En premier lieu, il faut mettre à nouveau la boue en suspen- sion, et ceci implique une perte d'énergie comparativement au maintien de la boue en suspension. De plus, la sédimentation altère l'aptitude de la boue à faciliter l'agglomération des fines particules en flocons plus impor- tants. Il est bien connu que, dès que des matières solides se sont complè- tement déposées sous forme de boues, qu'elles soient ou non mises à nouveau en suspension ultérieurement, elles n'ont plus une aptitude à favoriser la coagulation et l'agglomération aussi grande que celle des matières solides en suspension, non sédimentées.
De plus, et c'est le plus important, une telle séparation des matières boueuses par dépôt nécessite le maintien de la boue pendant une période de temps prolongée dans un état anaérobie; il en résulte que la matière boueuse devient quelque peu stagnante et que les bactéries ne sont plus dans l'état le plus vigoureux pour réaliser l'o- xydation biologique activée de l'eau d'égout polluée. Il faut, soit aérer avant un nouvel usage dans le bassin d'aération, la boue activée déposée pour activer à nouveau les bactéries, soit consommer l'oxygène envoyé à l'entrée du bassin d'aération pour la plus grande partie dans l'activation des bactéries, et conséquemment la purification biologique de l'eau d'égout se poursuit relativement lentement.
On évite cet inconvénient dans l'appareil et le procédé objets de l'invention. On ne laisse pas dépcser ni même reposer, pas plus qu'on ne laisse exposée à tout moment dans un état anaérobie, la boue activée for- mée au cours du traitement dans une chambre d'aération du liquide pollué, boue utilisée dans cette chambre à plusieurs reprises ;
aucontraire, on main- tient cette boue activée en suspension et en circulation dans la zone' de traitement et dans un état aérobie, jusqu'à ce qu'elle ait été envoyée à
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:.\l'égout. Conformément à la présente invention, on laisse se déposer unique- ment la boue en excès, sans agitation, dans une chambre de concentration, d'où on l'envoie au. rebut.Etant donné qu'on laisse se déposer seulement une faible quantité de boue, on peut disposer le concentrateur à l'intérieur de l'appareil de traitement et on économise des frais et du terrain pour les ,divers clarificateurs finaux et pour la pompe chargée de retourner la matiè- re boueuse.
En résumé, lorsque l'on considère l'invention en tant que se rap- portant à un procédé, on voit qu'elle comporte :la rapide dispersion de l'oxygène et de l'eau d'égout dans une zone d'aération, dans une masse im- portante d'un mélange d'eau d'égout et de boue activée, la circulation con- tinue du mélange depuis la sortie de la zone d'aération à son entrée, circu- lation qui est effectuée au moins en partie par une montée d'air; la sépara- tion du gaz non dissous d'avec le mélange en circulation ; séparation de l'eau d'égout clarifiée d'avec le mélange en circulation ; ledéplacement d'une partie sortante de l'eau d'égout clarifiée par l'eau d'égout qui entre . à nouveau, et l'évacuation de la boue résiduaire en dehors du procédé.
Le procédé, objet de l'invention, met en oeuvre de l'air comprimé ou de l'oxygène'pur sous pression. En conséquence, on doit comprendre que, lorsqu'on se réfère dans les présentes au terme "air", ce terme est destiné également à désigner de l'oxygène pur, et inversement, lorsque l'on se réfè- re à l'oxygène, ce terme désigne à la fois l'oxygène contenu dans l'air com- primé et l'oxygène introduit "per se".
Le nouvel appareil objet de l'invention comprend une chambre d'aération ; un conduit de circulation pour le mélange d'eau d'égout et de boue activée dans un état où il y a des aérobies ; zone calme pour le li- quide clarifié et une zone calme pour le dépôt de la boue résiduaire, tous ces éléments étant convenablement disposés dans un réservoir relativement petite La durée totale de rétention de l'appareil pour les phases combinés de purification biologique et de clarification en vue du traitement d'une eau d'égout ménagère normale, peut être de l'ordre d'environ deux heures et demie, avec un résultat qui soutient la comparaison favorable avec ceux ob- tenus avec des temps de rétention de huit à dix heures, pour la clarifica- tion biologique,
et d'environ deux heures pour la purification finale dans le procédé habituel par boue activée et avec des temps de rétention d'envi- ron trois heures ou davantage pour la purification biologique et d'environ deux heures pour la clarification dans le procédé par boue activée accéléré.
On comprendra plus complètement la présente invention en se réfé- rant au dessin ci-annexé, sur lequel:
La figure 1 est une coupe transversale d'un mode préféré de réali- sation de l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale à plus grande échelle d'une variante du manchon réglable de la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan schématique de l'invention appli- quée à un réservoir allongé.
L'appareil préféré comporte un réservoir qui peut présenter toutes dimensions et formes appropriées mais qui, sur la figure 1, affecte, à titre d'exemple, la forme d'un réservoir 10, cylindrique, pourvu d'une paroi laté- rale Il et d'un fond 12 sensiblement plat. La partie inférieure de la paroi du réservoir peut être inclinée vers l'intérieur, comme on le voit en 13, pour faciliter l'écoulement vers l'axe du réservoir et éviter les dépôts sur le fond,le long de la paroi 11.
Un drain 14 muni d'un robinet peut partir du réservoir pour permet- tre le drainage ou la vidange de l'appareil, en vue de l'inspection ou de la réparation ou pour un but analogue. Un auget périphérique 15 communique avec un tuyau 16 pour 1-'effluent et établit le niveau liquide L dans le ré- servoir 10.
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Une structure formant cloison 20, s'étendant verticalement et co- axiale au réservoir 1C, comporte une cloche 21 tronconique, située à une certaine distance au-dessus du fond 12, et une paroi cylindrique ou un tube interne 22 qui s'élève depuis la partie supérieure de la cloche-21, comme représenté, Un tube externe 23, constituant cloison annulaire, entoure le tube intérieur 22 et s'étend depuis une hauteur située au-dessus du niveau liquide pour descendre jusqu'à une hauteur voisine de l'extrémité inférieure de la paroi interne cylindrique 22.
La cloison 20 peut être supportée avec un certain écartement par rapport au fond du réservoir à l'aide de tout dis- positif convenable, tel, par exemple, des jambes de soutien ou des consoles comme représenté; le tube extérieur 23 peut prendre son soutien sur le tube intérieur, par exemple à l'aide d'appuis ou entretoises 25 qui servent aussi de chicanes; ce tube extérieur peut aussi être supporté par une pou- tre ou par un élément constituant un pont 26 enjambant le réservoir 10.
La structure 20 en forme de paroi et le tube extérieur 23 con- stituent, dans le réservoir 10, une chambre d'aération 30 disposée au-des- sous de la cloche 21, qui présente un fond ouvert à la partie inférieure du réservoir, et un conduit 31 qui part de la partie supérieure de la chambre d'aération 30 jusqu'au niveau du liquide, puis de là revient à la partie inférieure du réservoir. Le conduit 31 comporte une section 32 pour le cou- rant ascendant à l'intérieur du tube interne 22 et une section 33 pour le courant descendant à l'intérieur du tube extérieur 23.
La section 33 pour le courant descendant doit être suffisamment large pour que le courant des- cendant du liquide retournant à la partie inférieure du réservoir, soit relativement lent pour permettre au gaz non dissous, entraîné dans le liqui- de, de s'échapper vers la surface en contre-courant par rapport à l'écoulement du liquide descendant.
Il est désirable de contrôler la vitesse d'écoulement à travers le conduit 31. On peut réaliser ce contrôle en réglant la hauteur à laquelle se produit l'écoulement depuis le tube interne 22 jusqu'au tube externe 23.
Comme représenté sur la figure 1, on a prévu un manchon 35 qui s'engage à ajustement serré dans le tube intérieur 22, On peut soutenir le manchon de- puis le pont 26 par des tendeurs ou par des organes analogues, de sorte qu'on puisse l'élever ou l'abaisser à la demande. Le manchon 35 constitue en fait un déversoir réglable verticalement.
Au lieu d'utiliser le bord supérieur 36 du manchon 35 comme déver- soir, on peut pratiquer des fenêtres dans le manchon, comme représenté sur la figure 2, afin de réaliser une zone de déversement immergée représentée sous la forme de plusieurs orifices immergés 37, mais cette zone peut se présenter sous la forme d'une fente continue. En abaissant le manchon 35a. on peut obturer toute portion désirée des fenêtres 37 à l'aide du tube in- térieur 22, tandis qu'on peut découvrir entièrement les fenêtres lorsque le manchon occupe la position la plus haute.Dans les grandes installations, on peut fixer rigidement le manchon 35a au pont 26, et on peut prévoir, pour les diverses fenêtres, des portes ou des vannes individuelles mobiles ver- ticalement.
Il est clair que les fenêtres 37 pourraient être pratiquées dans le tube intérieur, tandis que le manchon pourrait être plein, avec le même résultat.
Des chicanes ou déflecteurs radiaux 38 sont prévus sous la cloche 21 et ils s'étendent à partir de celle-ci vers l'intérieur, de manière à réduire la rotation du liquide le long de la cloche.
Un arbre 40, qui peut tourner dans un palier 41 tel qu'il a été représenté, est monté coaxialement à la cloison 20. L'arbre 40 peut être entraîné par tout dispositif convenable tel qu'un groupe moteur-réducteur 42 qui peut être soutenu, au-dessus du réservoir, par exemple par la poutre ou par le pont 26. Un rotor 43 est fixé d'une manière rigide à l'arbre 40, d'une manière convenable et peut tourner avec lui. Le rotor 43 peut compor- ter un plateau horizontal 44 et plusieurs palettes 45, orientées verticale- ment et montées sur la face inférieure du plateau 44.
Les pales 45 sont ré- parties avec un certain écartement sur la périphérie du plateau 44 et s'é-
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tendent de là sensiblement radialement vers l'intérieur de ce plateau jusqu'à une certaine distance de l'arbre 40 De préférence, la largeur des pales est voisine du 1/7 du diamètre du plateau, et leur longueur est voisine du 1/4 .ou environ du 1/3 du diamètre du plateau. On a représenté sur le dessin, dans un but d'illustration,, huit pales, mais le nombre des pales utilisées est fonction de la taille du rotor,taille fonction à nouveau des dimensions de la chambre d'aération et de la capacité de l'appareil.
La distance.périphé- rique entre les pales ne doit, de préférence, pas dépasser 38 cm. à 51 cm., de telle sorte qu'avec de grands rotors il est avantageux de prévoir un beaucoup plus grand nombre de pales.
Un tel rotor constitue un dispositif très efficace pour briser l'air en très fines petites bulles et pour disperser rapidement l'air et l'eau d'égout entrants à travers et en même temps pour les mélanger intime- ment avec toute la masse de liquide qui se trouve dans la chambre d'aération.
Le rotor 43 est placé dans la chambre d'aération 30 et proportionné, par rapport aux dimensions de la chambre d'aération, de telle sorte que le cou- rant établi par sa rotation intéresse tous les liquides qui se trouvent dans la chambre d'aération. La forme du courant cyclique créé par le rotor comprend un courant d'évacuation radial, dirigé vers l'extérieur et au ni- veau des pales, et un courant d'aspiration radial, dirigé vers l'intérieur et orienté le long du fond du réservoir 10.
On a représenté, fixée sur l'arbre 40, une hélice 46 située à l'intérieur du tube intérieur 22 Habituellement, il n'est pas nécessaire d'utiliser une telle hélice, car on peut maintenir, par la montée de l'air, la circulation à travers les tubes 22 et 23 Cependant, dans certains cas, et spécialement lorsque l'on utilise de l'oxygène pur pour l'aération, il peut ne pas rester une quantité suffisante, sous forme de bulles de gaz non dissous, pour établir un courant ascendant en vue de faire la circulation à travers le conduit 31 Dans ce cas, on peut utiliser une hélice 46 pour augmenter la poussée ascendante due à la montée des bulles de gaz.
Il est essentiel dans l'appareil, que le liquide à traiter et l'air ou l'oxygène, utilisés dans le traitement, soient introduits dans le courant aspirant vers le rotor 43 de telle sorte qu'à la fois le liquide et l'oxygène soient immédiatement saisis et dispersés par le rotor à tra- vers tout le contenu de la chambre d'aération. Les orifices d'entrée pour l'air et le liquide peuvent déboucher séparément en des points écartés l'un de l'autre, mais l'oxygène doit toujours être envoyé au-dessous du plateau 44 pour empêcher qu'il ne s'échappe avant d'avoir été dispersé dans le li- quide. Un procédé pour obtenir ce résultat consiste à constituer l'arbre 40 de façon qu'il soit creux, et à introduire à travers cet arbre l'oxygène ou l'air comprimé, directement dans l'axe du rotor d'une manière connue.
De préférence, cependant, on introduit l'oxygène et l'eau d'égout à des points adjacents ou, comme on l'a représenté sur la figure 1, en un point d'évacuation 50 commun et situé juste au-dessous du rotor. Il est clair, mais non nécessaire, que la canalisation d'arrivée d'air 51 puisse débou- cher dans le conduit 2 d'introduction de l'eau d'égout, à toute distance convenable du réservoir, ce qui permet de réaliser un pré-mélange de l'eau d'égout et de l'air et une pré-aération de cette deau d'égout.
Bien que, jusqu'à présent, on ait décrit, dans un but d'illustra- tion et d'exemple, l'utilisation d'un seul rotor, ce qui est préférable dans les réservoirs qui nea sont pas allongés, on peut utiliser deux ou plus de deux rotors dans des réservoirs allongés. Une telle organisation est repré- sentée schématiquement sur la figure 3. Les rotors 43a et 46b sont disposés sur l'axe longitudinal du réservoir 10a, sous la cloche allongée 21a, L'eau d'égout et l'air sont introduits en parallèle dans le courant aspirant des deux rotors, tels qu'on l'a représenté, chaque rotor recevant la moitié de l'eau d'égout et de l'air nouvellement introduits.
Dans ce mode de réali- sation de l'appareil, on disperse immédiatement l'air et l'eau d'égout, à travers tout le contenu de la chambre d'aération et on les mélange intime- ment avec ce contenu, de la même façon qu'on l'a décrit pour un réservoir cylindrique.
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On prévoit un concentrateur de boue 53 à la partie inférieure du réservoir 10. Un tuyau 54 pour la boue résiduaire, tuyau pourvu d'un robinet par du concentrateur 53 pour se diriger à l'extérieur du réservoir 10.
Le concentrateur 53 peut être très petit lorsqu'il sert uniquement à épais- sir la boue résiduaire ou en excès que l'on extrait du procédé, cette boue étant la seule que l'on laisse se déposer dans l'appareil. Le reste de la boue activée retourne, depuis le tube extérieur 23 jusqu'à la chambre d'aé- ration, sans se déposer ; réglant la quantité de boue activée évacuée à travers la canalisation des boues résiduaires, on peut maintenir la' srfaceduméange d'eau d'égout et de boue activée à tout niveau désiré. De préférence, on maintient le niveau de cette surface, sensiblement au niveau de l'extrémi- té inférieure du tube extérieur, de telle sorte que l'eau d'égout traitée et clarifiée se sépare du courant du mélange qui s'écoule latéralement.
Cette séparation est bien nette avec une ligne de démarcation franche en- tre l'eau d'égout clarifiée, qui se trouve au-dessus, et le mélange trouble, qui se trouve au-dessous.
Le fonctionnement de l'appareil sera aisément compris. L'eau d'é- gout à traiter dans l'appareil peut être de l'eau d'égout brute, mais de préférence est de l'eau d'égout brute décantée, c'est-à-dire de l'eau d'é- gout dont les matières solides qui se déposent facilement ont été précédem- ment éliminées de la manière habituelle, par exemple dans un clarificateur primaire, ou dans une chambre à sable non représentée. La partie inférieure du réservoir ainsi que la section 32 pour le courant ascendant et la section 33 pour le courant descendant du conduit 31 sont normalement complètement remplies par le mélange d'eau d'égout en traitement et de boues activées, tandis que la partie supérieure externe du réservoir est normalement remplie d'eau d'égout purifiée et clarifiée.
La rotation du rotor 43 sous l'action du groupe moteur-réducteur 12:. établit à travers la chambre d'aération 30 et la partie inférieure du réservoir un courant cyclique de ce mélange. L'eau d'égout qui arrive par la canalisation 52 et l'air et l'oxygène sous pres- sion arrivant par la canalisation 51 sont évacués dans le courant aspirant du rotor 43 et dispersés rapidement par ce rotor à travers toute la masse de liquide qui se trouve dans la chambre d'aération 30 L'air est brisé en fines bulles, dont l'oxygène est facilement absorbé par le liquide.
Les bulles de gaz, qui montent à travers la section 32 réservée au courant ascendant, produisent une montée d'air qui réalise une circula- tion du mélange, à travers le tube intérieur 22 et le tube extérieur 23 avec retour à la partie inférieure du réservoir. En raison de la montée de l'air, le niveau L1 du liquide du tube intérieur est un peu plus haut que le veau liquide L provoqué par le déversement de l'auge 15. Si la pous- sée ascendante due à la montée du gaz n'est pas suffisante pour maintenir la circulation, on peut utiliser l'hélice 46 pour l'augmenter ou la rempla- cer.
Le mélange s'écoule depuis le tube intérieur 22 jusque dans le tube extérieur 23 par-dessus du déversoir 36 constitué par le manchon réglable 35. ou à travers la ou les fenêtres 37 immergées et pratiquées dans le man- chog 35a. Depuis la surface du mélange qui s'écoule latéralement depuis le fond du tube extérieur 23. une partie effluente de l'eau d'égout, traitée et clarifiée, se sépare; elle monte dans la zone de liquide clarifié, d'où elle est soutirée par l'auge 15 et le conduite d'effluent 16. Le reste du mélange retourne en descendant vers la partie inférieure du réservoir et elle est entraînée par le courant aspirant du rotor 43, puis elle revient dans la chambre d'aération 30,. pour être à nouveau.dispersée dans cette chambre.
Au cours de l'écoulement à travers les tubes interne et externe, de l'air non dissous se sépare sous forme de bulles, à partir du mélange et s'échappe par le sommet ouvert des tubes, en entraînant avec lui du gaz carbonique qui se dégage, en raison de l'activité des bactéries dans la boue.
La plupart de l'air s'échappe pendant la montée du courant. Cependant, le courant descendant doit être suffisamment lent pour permettre l'évacuation à contre-courant du mélange des bulles d'air encore entraînées, afin d'évi- ter leur libération à la surface du mélange où elles pourraient gêner une clarification convenable.
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Cet écoulement à contre-courant du mélange et de l'air fournit un temps sup- plémentaire pour l'adsorption de l'oxygène par le mélange.
On peut maintenir au niveau désiré le niveau de la surface du mé- lange d'où sort l'eau d'égout clarifiée, en réglant la quantité de boue en- voyée au rebut à travers le concentrateur 53
La vitesse de circulation par le conduit 31 est contrôlée par le réglage de la hauteur du déversoir 36 ou de la dimension des fenêtres 37, par montée ou descente des manchons 35 ou 35a respectivement.Le contrôle convenable de la vitesse de circulation est tout à fait essentiel dans l'ap- pareil objet de l'invention. Si la vitesse de circulation est excessive, il s'ensuit une trop grande perturbation de la surface du mélange, ce qui en- traîne une mauvaise clarification.
Si, d'autre part, la vitesse de circula- tion t insuffisante,l'agitation intense sous la cloche a tendance'à s'é- tendre dans la partie extérieure du réservoir, ce qui gène l'obtention d'une clarification convenable.,
On a conduit pendant plusieurs mois, en continu, des essais dans une installation-pilote à l'aide du nouvel appareil et du'nouveau procédé, en traitant des eaux ménagères filtrées, en provenance d'une usine habituel- le d'eaux usées.
Le coefficient d'oxydation biochimique de l'eau d'égout brute fil- trée variait d'environ 50 à 200 parties par million. L'usine-pilote a pro- duit un effluent présentant un coefficient d'oxydation biochimique de 10 à 25 parties par million, avec un temps de rétention total de deux heures et demie. Le coefficient d'oxydation biochimique et la réduction des matières solides en suspension, tels qu'ils ont été obtenus, ont été sensiblement pratiquement identiques à ceux réalisés dans l'usine connue, traitant la même eau d'égout, avec des aérateurs mécaniques placés en série, mais pré- sentant un temps de rétention d'environ dix à douze heures. La boue obte- nue était plus dense que la boue provenant de l'usine d'aération mécanique et son indice de Mohlman était inférieur. La quantité d'air nécessaire à l'appareil et au procédé est très faible.
Les résultats de l'usine-pilote ont été obtenus en utilisant 0, 0037 m3 par litre d'eau d'égout traitée, tan- dis que dans une usine connue à air diffusé il était nécessaire, pour ob- tenir le même résultat, d'utiliser 0,0074 m3 par litre d'eau d'égput
Ces résultats mettent en évidence un énorme accroissement de la vitesse d'oxydation et de clarification de l'eau d'égout traitée par le procédé et l'appareil objets de l'invention, ainsi qu'une utilisation très favorable de l'oxygène.
La rapide oxydation obtenue est due, en.partie, à la rapide dispersion de l'air et de l'eau d'égout à traiter, à travers tou- te la masse de liquide qui se trouve dans la zone d'aération, et au mélange intime avec ladite masse, grâce à quoi chaque volume d'eau d'égout se trou- ve en contact avec une quantité d'air et de boue activée, égale à plusieurs fois celle qui a été introduite par volume d'eau d'égout.Dans les usines connues, travaillant avec des boues activées, chaque volume d'eau d'égout vient en contact uniquement avec les volumes d'air et de boue activée in- troduits pour le traitement d'un tel volume d'eau d'égout.
Un autre facteur important qui contribue à l' oxyda,tion rapide des matières boueuses est la complète élimination de toute période de rétention tranquille ou d'état stagnant entre les périodes d'aération de la boue dans la chambre d'aération. En raison de la circulation en continu décrite, les bactéries contenues dans la boue sont constamment maintenues dans des condi- tions aérobies, ce qui permet ainsi aux organismes microbiens de travailler avec le rendement maximum. @
La rapide clarification obtenue avec l'appareil objet de l'inven- tion est due au fait que la clarification est réalisée par la séparation d'une eau d'égout clarifiée, d'avec un courant de liquide qui s'écoule laté- ralement.
La densité et les caractéristiques de bonne sédimentation de la. boue obtenue augmentent encore la vitesse de clarification.
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En raison de ces vitesses élevées d'oxydation et de clarification, un-'appareillage relativement peu important est susceptible de traiter des volumes importants d'eau d'égout. Dans les installations importantes, on peut utiliser plusieurs appareils objets de l'invention, et on les fait tra- vailler habituellement en parallèle. Cependant, on peut les relier en série, si on le désire. Lorsqu'on traite, par exemple, des eaux usées ou résidu- aires qui sont difficiles à purifier, il peut être avantageux d'utiliser un traitement étagé.
De plus, le procédé et l'appareil objets de la présente invention peuvent être utilisés pour traiter des liquides pollués qui ont subi un traitement préliminaire par d'autres procédés, tels que les procédés chimiques, ou par filtration sur filtre à ruissellement.En conséquence, tandis qu'habituellement, on traite, dans l'appareillage objet de l'inven- tion, une eau.d'égout brute ou une eau d'égout brute précipitée, on doit comprendre que, lorsque l'on se réfère au terme "liquide à traiter", cette expression désigne également des liquides pollués qui ont été partielle- ment traités, que ce soit par le même procédé ou par des procédés différents.
On voit que la présente invention a pour objet un procédé et un appareillage nouveaux pour le traitement des liquides pollués ou usés, trai- tement réalisé à l'aide de boue activée, et dont les résultats sont compara- bles à ceux obtenus dans les installations connues ; ces résultats sont atteints dans une fraction du temps nécessité dans les usines connues, et avec une quantité plus faible d'air par litre d'eau d'égout traitée.
On pourrait apporter à l'invention de nombreux changements et mo- difications sans s'écarter pour cela de son esprit.
.REVENDICATIONS.
1. Appareil pour la purification biologique et la clarification de liquides pollués ou usés, caractérisé en ce qu'il comprend des disposi- tifs pour introduire le liquide pollué, à aérer,' à une partie inférieure d'une chambre d'aération, des dispositifs pour envoyer de l'oxygène dans une partie inférieure de la chambre d'aération précitée, une sortie pour le liquide aéré, qui sort de la partie supérieure de ladite chambre d'aération, et au moins un rotor destiné à disperser instantanément le liquide et l'oxy- gène nouvellement introduits, cette dispersion étant réalisée à travers la totalité des matières contenues dans la chambre d'aération, le rotor préci- té étant disposé à la partie inférieure de ladite chambre d'aération et étant construit et disposé de telle sorte que, lorsqu'il tourne, il établis- se,
dans la chambre d'aération, un courant cyclique présentant une compo- sante radiale dirigée vers l'extérieur et une composante radiale dirigée vers l'intérieur, courant intéressant la totalité des matières contenues dans la chambre d'aération,tandis que les dispositifs qui serventà intro- duire le liquide pollué et l'oxygène débouchent dans le trajet du courant radial susdit qui est orienté vers l'intérieur.
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"PERFECTED APPARATUS AND METHOD FOR THE TREATMENT OF POLLUTED WATER"
The present invention relates to an apparatus and a method for the treatment of polluted liquids such as sewage and other waste liquids, as well as polluted surface water. The invention relates more particularly to an apparatus and to a novel process for the biological purification of such liquids by what has generally been called activated sludge and for the clarification of the purified liquid.
The present invention relates to an apparatus for the biological purification and clarification of a polluted liquid, apparatus comprising devices intended to introduce the polluted liquid to be aerated into a lower part of an aeration chamber; devices for sending oxygen to the lower part of this aeration chamber; an outlet for the aerated solution which flows from the upper part of the aeration chamber in question, and at least one rotor for instantaneously dispersing the oxygen and the newly introduced liquid through the whole materials contained in the aeration chamber;
this rotor is placed in the lower part of the aeration chamber and it is constructed and organized in such a way that, when it rotates, there is established in the aeration chamber a cyclic current having radial components directed towards the 'in and out and affecting the entire contents of the aeration chamber, while the devices which serve to introduce the polluted liquid and oxygen flow in the path of the radial current directed towards the air. inside.
Another subject of the present invention is an apparatus for the biological purification and clarification of a polluted liquid, this apparatus comprising *. an aeration chamber located at a distance above the bottom of a tank; a duct starting from the upper part of the aeration chamber and rising to become adjacent to the top of the tank, then descending from there to the lower part of the tank; outlet devices for the purified and clarified liquid from the upper part
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of the tank; exit devices for the residual solids which leave the lower part of the tank;
a rotor mounted in the aeration chamber, in alignment with the axis of the tank., this rotor being constructed dimensioned st placed so as to establish, during its rotation, radial currents oriented outward and inward of the rotor and whose shape allows them to involve all the materials contained in the aeration chamber as well as in the lower part of the tank; Finally, a device for introducing the sewage water to be treated as well as the pressurized air into the radial flow directed towards the interior of the rotor.
The present invention also relates to a process for the biological purification of a polluted liquid such as sewage water, in which the sewage water to be treated is mixed and stirred for a certain time with air and activated sludge from previously treated sewage; then the mixture is separated into a purified effluent and an activated sludge, part of this sludge being used again for the treatment of an additional volume of sewage; such a process is characterized by the mixing of the incoming sewage to be treated and the pressurized air with a volume of activated sludge equal to several times the volume of the activated sludge retained in the process per volume d incoming sewage;
then the sewage water is retained in the stirred mixture for a period of time sufficient for its purification; then separating the sewage from the mixture, while retaining the activated sludge in the mixture, for a period longer than that required for the sewage; and finally the activated sludge is extracted and sent to waste after a longer retention period.
For the sake of simplicity and illustration, reference will sometimes be made to the term "sewage" herein. It is to be understood, however, that the term "sewage" is used herein in its most general sense, to denote polluted or waste liquids, regardless of whether they are treated for them. send to the scrap or to make their use possible. Under these conditions, the term "sewage" as used herein means ;, in addition to domestic sewage water, all kinds of used or waste liquids, mixtures of such liquids waste water or sewage with a similar liquid or with similar waste liquids as well as polluted surface water.
When terms such as "retention time" or "processing time" are used herein, it should be understood that these terms refer to retention based solely on throughput.
Another object of the present invention is an improved activated sludge apparatus and method.
A particular object of the present invention consists in reducing the duration of the treatment of the activated sludge process and, thereby, in reducing the dimensions and the cost price of the apparatus and of the land necessary for its installation, as well as the costs. plant running costs.
A further object of the invention is to achieve a better use of compressed air in an activated sludge plant, whereby the quantity of compressed air used can be much smaller than the quantity used until now. 'now in the usual diffused air installations.
The subject of the invention is also an activated sludge installation, in which the raw or clarified waste liquid, as well as the air or the oxygen under the aeration chamber, is instantaneously dispersed through all the materials contained in the aeration chamber. pressure
Another object of the invention is an activated sludge method and apparatus in which the clarification of the stirred liquid is obtained by separating the clarified liquid from the circulating mass of the brazed solution.
A further subject of the invention is a method and a mud apparatus.
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activated sludge in which the activated sludge is kept in suspension for as long as it is used in the process, and in which only the residual sludge which leaves the process is allowed to settle.
The invention also relates to an apparatus and a method in which the aeration chamber is introduced, together or at neighboring points; the raw or clarified waste liquid to be treated, as well as the oxygen used during its treatment and in which they are rapidly dispersed in a volume of solution stirred during treatment, volume equal to several times the volume of the newly added waste liquid
In its most general sense, the activated sludge process can comprise the treatment of the raw or preclarified waste liquid, which may contain impurities in the state of suspension, in colloidal form or in dissolution, with a sludge containing aerobic bacteria,
in the presence of sufficient oxygen to keep the bacteria in an active state, and by sufficient agitation to keep the activated sludge and waste liquid completely mixed. Many different theories have been devised in which affects the exact operation of the activated sludge process, however, it is now generally recognized that the process involves both bacterial oxidation of organic matter in suspension and in solution, as well as agglomeration of solids in the form of a suspension or in colloidal form.
In the current practice of the usual activated sludge process, the polluted liquid is deposited in a primary clarifier to allow the deposition and removal of the solids which precipitate most easily. The overflow from the primary clarifier flows to one or more aeration basins where it is mixed with the activated sludge which is separated from the polluted liquid previously aerated, and the mixture is usually aerated for periods close to eight to ten hours, then the aerated mixture of activated sludge and polluted liquid is usually placed in a second clarifier for about two hours,
and the effluent from the secondary clarifier is usually suitable for discharge into a stream. Part of the activated sludge which is deposited in the secondary clarifier and which constitutes the activated sludge used in the treatment of the polluted liquid is returned to the aeration basin, while the other part, which constitutes an excess compared to the sludge required in the aeration tank is sent to waste.
The aeration of the polluted liquids was carried out mainly by two different methods. In one method, compressed air is diffused inside the mixture of sewage and activated sludge, on its way through the aeration basin from the inlet to the outlet. , usually through porous plates or nozzles disposed along the length of the aeration basin; in another process, mechanical equipment is used to introduce into the mixture, oxygen taken from the atmosphere and, at the same time, to produce the necessary mixing of sewage and sludge activated, and to maintain or retain the slurry in a state of suspension.
This is done in different ways, for example by stirring the liquid surface, in the aeration basin, using beaters, paddles and the like, so as to cause a circulation of the materials contained in it. the reservoir, or by projecting on the surface of the liquid a jet of part of the mixture or, finally, by lowering the surface liquid into the aeration basin inside the mixture. It has also been proposed to combine the diffusion of compressed air with the agitation of the liquid surface using paddles.
In the aeration process with air diffusion, oxygen is generally delivered in a gradual manner, i.e. wastewater, on its path through the drainage basin. aeration elongated, receives successive doses of air, and conversely each fraction of oxygen sent diffuses only in a small portion of the contents of the aeration basin. The same thing happens for pallet aeration, where
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sewage water usually flows through long channels, and where it is beaten by successive agitators. In so-called mechanical aerators, the air which comes from the atmosphere is introduced inside the mixture of sewage water and activated sludge, and it is mixed with all the contents of the aeration basin.
However, the amount of oxygen involved in this procedure is relatively small and, therefore, a very long retention time is required. In addition, while mechanical ventilators do not achieve, in themselves or by themselves, a progressive aeration as do diffused air ventilators, they are used in series, except in very small installations, and they then have the same characteristics of progressive aeration with successive introduction of small quantities of air into the sewage water, each fraction of air being introduced only into a part of the total mass of liquid in treatment
In the new apparatus and method, objects of the invention, aeration is carried out with air or oxygen under pressure.
However, instead of introducing the air or oxygen gradually, as in the usual diffused air processes, the air or oxygen is introduced into a location in the aeration chamber where it is located. immediately seized by and dispersed through the materials circulating in the chamber.
The sewage water to be treated is introduced in a similar manner, so that an almost instantaneous mixing and dispersion is obtained, with each other, and with the totality of the materials contained in it. the aeration basin, sewage water and incoming oxygen. As a result of this mode of operation, each volume of newly introduced sewage water comes into contact with and is subjected to much larger amounts of air and activated sludge than those introduced or retained in the process per volume d. sewage to be treated.
Previous treatment plants, using activated sludge, have in common the fact that the final separation of the mixture of sewage water and activated sludge in the purified effluent and the activated sludge (part of which must return to the wastewater tank). aeration) is carried out by depositing the sludge under standing conditions, whether in a settling tank or on a filter.
The use, as a source of activated sludge for the treatment of sewage water, of a fully deposited sludge, is reprehensible from various points of view. First, the sludge must be suspended again, and this involves a loss of energy compared to keeping the sludge in suspension. In addition, sedimentation impairs the ability of the slurry to facilitate the agglomeration of fine particles into larger flakes. It is well known that, as soon as solids have completely settled down in the form of sludge, whether or not they are subsequently resuspended again, they no longer have an ability to promote coagulation and agglomeration. as large as that of suspended solids, not sedimented.
Further, and most importantly, such separation of sludge materials by deposition requires the sludge to be maintained for an extended period of time in an anaerobic state; as a result, the muddy material becomes somewhat stagnant and the bacteria are no longer in the most vigorous state to effect activated biological oxidation of the polluted sewage water. You must either aerate the activated sludge deposited to activate the bacteria again before further use in the aeration tank, or consume the oxygen sent to the inlet of the aeration tank for the most part in the activation of bacteria, and therefore biological purification of sewage proceeds relatively slowly.
This drawback is avoided in the apparatus and the method which are the subject of the invention. The activated sludge formed during the treatment in an aeration chamber of the polluted liquid, sludge used in this chamber, is not allowed to break up or even to stand, nor is it left exposed at all times in an anaerobic state. Many times ;
on the contrary, this activated sludge is kept in suspension and circulating in the treatment area and in an aerobic state, until it has been sent to.
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:.\taste. In accordance with the present invention, only the excess sludge is allowed to settle, without agitation, in a concentration chamber, from where it is sent to. Since only a small amount of sludge is allowed to settle, the concentrator can be placed inside the treatment apparatus and costs and land are saved for the various final clarifiers and for the pump responsible for turning over the muddy material.
In summary, when we consider the invention as relating to a process, we see that it comprises: the rapid dispersion of oxygen and sewage in an aeration zone , in a large mass of a mixture of sewage water and activated sludge, the mixture continues to circulate from the outlet of the aeration zone to its inlet, which circulation is carried out at least partly by rising air; separating the undissolved gas from the circulating mixture; separating the clarified sewage water from the circulating mixture; the displacement of an outgoing part of the sewage clarified by the entering sewage. again, and the discharge of the sludge outside the process.
The method, object of the invention, uses compressed air or pure oxygen under pressure. Accordingly, it should be understood that, when referring herein to the term "air", this term is intended also to denote pure oxygen, and vice versa, when referring to oxygen. , this term designates both the oxygen contained in the compressed air and the oxygen introduced "per se".
The new apparatus which is the subject of the invention comprises an aeration chamber; a circulation duct for the mixture of sewage water and activated sludge in a state where there are aerobes; quiet zone for the clarified liquid and a quiet zone for the deposition of the residual sludge, all these elements being suitably arranged in a relatively small tank The total retention time of the apparatus for the combined phases of biological purification and clarification for the treatment of normal domestic sewage, can be of the order of about two and a half hours, with a result which compares favorably with those obtained with retention times of eight to ten hours, for biological clarification,
and about two hours for final purification in the usual activated sludge process and with retention times of about three hours or more for biological purification and about two hours for clarification in the slurry process. activated accelerated.
The present invention will be understood more fully by reference to the accompanying drawing, in which:
Figure 1 is a cross section of a preferred embodiment of the invention.
Figure 2 is an enlarged cross section of a variation of the adjustable sleeve of Figure 1.
Figure 3 is a schematic plan view of the invention applied to an elongated reservoir.
The preferred apparatus comprises a reservoir which may have any suitable size and shape but which, in FIG. 1, takes, by way of example, the shape of a reservoir 10, cylindrical, provided with a side wall II. and a substantially flat bottom 12. The lower part of the wall of the tank can be inclined inwards, as seen at 13, to facilitate flow towards the axis of the tank and to avoid deposits on the bottom, along the wall 11.
A drain 14 fitted with a valve may exit from the reservoir to allow drainage or emptying of the apparatus, for inspection or repair or for the like. A peripheral bucket 15 communicates with a pipe 16 for the effluent and establishes the liquid level L in the tank 10.
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A partition structure 20, extending vertically and coaxial with the tank 1C, comprises a frustoconical bell 21, located at a certain distance above the bottom 12, and a cylindrical wall or an internal tube 22 which rises from it. the upper part of the bell-21, as shown, An outer tube 23, constituting an annular partition, surrounds the inner tube 22 and extends from a height located above the liquid level to descend to a height close to l lower end of the cylindrical inner wall 22.
The partition 20 can be supported at a certain distance from the bottom of the tank by means of any suitable device, such as, for example, support legs or consoles as shown; the outer tube 23 can take its support on the inner tube, for example by means of supports or spacers 25 which also serve as baffles; this outer tube can also be supported by a beam or by an element constituting a bridge 26 spanning the reservoir 10.
The wall-shaped structure 20 and the outer tube 23 constitute, in the reservoir 10, an aeration chamber 30 disposed below the bell 21, which has an open bottom at the lower part of the reservoir, and a duct 31 which leaves from the upper part of the aeration chamber 30 up to the level of the liquid, then from there returns to the lower part of the reservoir. The conduit 31 has a section 32 for the upward flow inside the inner tube 22 and a section 33 for the downward flow inside the outer tube 23.
Section 33 for the downdraft should be large enough that the downdraft of liquid returning to the bottom of the tank is relatively slow to allow undissolved gas entrained in the liquid to escape to the bottom. the surface countercurrent to the downward flow of liquid.
It is desirable to control the rate of flow through conduit 31. This control can be accomplished by adjusting the height at which flow occurs from inner tube 22 to outer tube 23.
As shown in Figure 1, there is provided a sleeve 35 which snugly engages the inner tube 22. The sleeve may be supported from the bridge 26 by tensioners or the like, so that it can be raised or lowered on demand. The sleeve 35 in fact constitutes a vertically adjustable weir.
Instead of using the upper edge 36 of the sleeve 35 as an overflow, windows can be made in the sleeve, as shown in Figure 2, to provide a submerged spill area shown as a plurality of submerged orifices 37. , but this area may be in the form of a continuous slit. By lowering the sleeve 35a. any desired portion of the windows 37 can be closed off with the inner tube 22, while the windows can be fully exposed when the sleeve is in the uppermost position. In large installations, the sleeve can be rigidly secured 35a to deck 26, and vertically movable doors or individual valves may be provided for the various windows.
It is clear that the windows 37 could be made in the inner tube, while the sleeve could be full, with the same result.
Radial baffles or deflectors 38 are provided below the bell 21 and extend therefrom inwardly, so as to reduce the rotation of the liquid along the bell.
A shaft 40, which can rotate in a bearing 41 as has been shown, is mounted coaxially with the partition 20. The shaft 40 can be driven by any suitable device such as a motor-reduction unit 42 which can be driven. supported, above the tank, for example by the beam or by the bridge 26. A rotor 43 is rigidly attached to the shaft 40 in a suitable manner and can rotate with it. The rotor 43 may include a horizontal plate 44 and several vanes 45, oriented vertically and mounted on the underside of the plate 44.
The blades 45 are distributed with a certain spacing on the periphery of the plate 44 and
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from there tend substantially radially towards the inside of this plate up to a certain distance from the shaft 40 Preferably, the width of the blades is close to 1/7 of the diameter of the plate, and their length is close to 1/4 . or approximately 1/3 of the diameter of the plate. Eight blades have been shown in the drawing, for the purpose of illustration, but the number of blades used is a function of the size of the rotor, the size again a function of the dimensions of the aeration chamber and of the capacity of the rotor. 'apparatus.
The peripheral distance between the blades should preferably not exceed 38 cm. at 51 cm., so that with large rotors it is advantageous to provide a much larger number of blades.
Such a rotor constitutes a very efficient device for breaking up the air into very fine small bubbles and for rapidly dispersing the incoming air and sewage through and at the same time for intimately mixing them with the whole mass of. liquid in the aeration chamber.
The rotor 43 is placed in the aeration chamber 30 and proportioned, with respect to the dimensions of the aeration chamber, so that the current established by its rotation affects all the liquids which are in the chamber. aeration. The form of the cyclic current created by the rotor comprises a radial discharge current, directed outwards and at the level of the blades, and a radial suction current, directed inward and directed along the bottom of the blade. tank 10.
There is shown, fixed on the shaft 40, a propeller 46 located inside the inner tube 22 Usually, it is not necessary to use such a propeller, because it is possible to maintain, by the rise of air , circulation through tubes 22 and 23 However, in some cases, and especially when pure oxygen is used for aeration, not a sufficient quantity may remain, in the form of undissolved gas bubbles , to establish an updraft in order to circulate through the conduit 31 In this case, a propeller 46 can be used to increase the upward thrust due to the rise of the gas bubbles.
It is essential in the apparatus that the liquid to be treated and the air or oxygen, used in the treatment, are introduced into the suction stream to the rotor 43 so that both the liquid and the oxygen are immediately captured and dispersed by the rotor through the entire contents of the aeration chamber. The inlet ports for air and liquid may open separately at points spaced apart from each other, but oxygen should always be sent below the tray 44 to prevent it escaping. before having been dispersed in the liquid. One method of obtaining this result consists in constituting the shaft 40 so that it is hollow, and in introducing the oxygen or compressed air through this shaft directly into the axis of the rotor in a known manner.
Preferably, however, oxygen and sewage are introduced at adjacent points or, as shown in Figure 1, at a common discharge point 50 and located just below the rotor. . It is clear, but not necessary, that the air inlet pipe 51 can open into the pipe 2 for introducing the sewage water, at any suitable distance from the tank, which makes it possible to achieve a pre-mix of sewage and air and pre-aeration of this sewage.
Although hitherto the use of a single rotor has been described for purposes of illustration and example, which is preferable in tanks which are not elongated, it is possible to use two or more rotors in elongated tanks. Such an organization is shown schematically in FIG. 3. The rotors 43a and 46b are arranged on the longitudinal axis of the tank 10a, under the elongated bell 21a. Sewage water and air are introduced in parallel into the tank. the suction current of the two rotors, as shown, each rotor receiving half of the newly introduced sewage water and air.
In this embodiment of the apparatus, air and sewage are immediately dispersed throughout the entire contents of the aeration chamber and mixed thoroughly with this content, same way as described for a cylindrical tank.
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A sludge concentrator 53 is provided at the lower part of the tank 10. A pipe 54 for the residual sludge, a pipe provided with a tap by the concentrator 53 to go outside the tank 10.
Concentrator 53 can be very small when used only to thicken the residual or excess sludge which is removed from the process, this sludge being the only one which is allowed to settle in the apparatus. The remainder of the activated sludge returns from the outer tube 23 to the aeration chamber without settling; By controlling the amount of activated sludge discharged through the sewage sludge line, the sewage and activated sludge mixture can be maintained at any desired level. Preferably, the level of this surface is maintained, substantially at the level of the lower end of the outer tube, such that the treated and clarified sewage water separates from the mixture stream which flows laterally.
This separation is very clear with a clear line of demarcation between the clarified sewage water, which is above, and the cloudy mixture, which is below.
The operation of the apparatus will be easily understood. The sewage water to be treated in the apparatus may be raw sewage water, but preferably is decanted raw sewage water, i.e. water. from which the easily settling solids have been previously removed in the usual manner, for example in a primary clarifier, or in a sand chamber not shown. The lower part of the tank as well as the section 32 for the updraft and the section 33 for the downdraft of the conduit 31 are normally completely filled with the mixture of treated sewage water and activated sludge, while the upper part external tank is normally filled with purified and clarified sewage water.
The rotation of the rotor 43 under the action of the motor-reduction unit 12 :. establishes a cyclic flow of this mixture through the aeration chamber 30 and the lower part of the reservoir. The sewage which arrives by the line 52 and the air and the oxygen under pressure arriving by the line 51 are evacuated in the suction stream of the rotor 43 and rapidly dispersed by this rotor through the whole mass of liquid in the aeration chamber The air is broken up into fine bubbles, the oxygen of which is easily absorbed by the liquid.
The gas bubbles, which rise through the section 32 reserved for the updraft, produce an air rise which circulates the mixture, through the inner tube 22 and the outer tube 23 with return to the lower part of the gas. tank. Due to the rising air, the level L1 of the liquid in the inner tube is a little higher than the liquid calf L caused by the spillage from the trough 15. If the upward thrust due to the rising gas is not sufficient to maintain circulation, the propeller 46 can be used to increase or replace it.
The mixture flows from the inner tube 22 into the outer tube 23 over the weir 36 formed by the adjustable sleeve 35 or through the window (s) 37 submerged and made in the sleeve 35a. From the surface of the mixture which flows laterally from the bottom of the outer tube 23. an effluent part of the sewage water, treated and clarified, separates; it rises in the zone of clarified liquid, from where it is withdrawn by the trough 15 and the effluent pipe 16. The remainder of the mixture returns downward towards the lower part of the tank and is carried along by the suction current of the tank. rotor 43, then it returns to the aeration chamber 30 ,. to be dispersed in this room again.
During the flow through the inner and outer tubes, undissolved air separates as bubbles from the mixture and escapes through the open top of the tubes, carrying carbon dioxide with it which emerges, due to the activity of bacteria in the sludge.
Most of the air escapes as the current rises. However, the downdraft should be slow enough to allow the still entrained air bubbles to flow back from the mixture, so as to prevent their release to the surface of the mixture where they could interfere with proper clarification.
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This countercurrent flow of the mixture and the air provides additional time for oxygen adsorption by the mixture.
The level of the surface of the mixture from which the clarified sewage water exits at the desired level can be maintained by adjusting the quantity of sludge sent to the waste through the concentrator 53
The speed of circulation through the duct 31 is controlled by adjusting the height of the weir 36 or the size of the windows 37, by raising or lowering the sleeves 35 or 35a respectively. Proper control of the speed of circulation is quite suitable. essential in the apparatus which is the subject of the invention. If the circulation speed is excessive, too great a disturbance of the surface of the mixture results, which leads to poor clarification.
If, on the other hand, the circulation speed is insufficient, the intense agitation under the bell tends to extend into the outer part of the tank, which hinders the obtaining of a suitable clarification. .,
Continuous tests were carried out over several months in a pilot plant using the new apparatus and the new process, treating filtered domestic water from a usual wastewater plant. .
The biochemical oxidation coefficient of the filtered raw sewage varied from about 50 to 200 parts per million. The pilot plant produced an effluent with a biochemical oxidation coefficient of 10 to 25 parts per million, with a total retention time of two and a half hours. The biochemical oxidation coefficient and reduction of suspended solids, as obtained, were substantially practically identical to those achieved in the known plant, treating the same sewage, with mechanical aerators placed in series, but exhibiting a retention time of about ten to twelve hours. The resulting mud was denser than the mud from the mechanical aeration plant and its Mohlman index was lower. The quantity of air required for the apparatus and the process is very small.
The results of the pilot plant were obtained using 0, 0037 m3 per liter of treated sewage water, while in a known diffused air plant it was necessary, to obtain the same result, to use 0.0074 m3 per liter of sewage water
These results demonstrate an enormous increase in the rate of oxidation and clarification of the sewage water treated by the method and apparatus which are the subject of the invention, as well as a very favorable use of oxygen.
The rapid oxidation obtained is due, in part, to the rapid dispersion of the air and the sewage to be treated, through all the mass of liquid which is in the aeration zone, and to intimate mixing with said mass, whereby each volume of sewage water comes into contact with a quantity of air and activated sludge, equal to several times that which was introduced per volume of water d In known factories, working with activated sludge, each volume of sewage water comes into contact only with the volumes of air and activated sludge introduced for the treatment of such a volume of water. disgust.
Another important factor which contributes to the rapid oxidation of the muddy material is the complete elimination of any period of quiet retention or stagnant state between periods of aeration of the mud in the aeration chamber. Due to the continuous circulation described, the bacteria contained in the sludge are constantly maintained under aerobic conditions, thus allowing the microbial organisms to work at maximum efficiency. @
The rapid clarification obtained with the apparatus which is the subject of the invention is due to the fact that the clarification is carried out by the separation of a clarified sewage water from a liquid stream which flows laterally. .
The density and good sedimentation characteristics of the. sludge obtained further increase the speed of clarification.
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Because of these high rates of oxidation and clarification, relatively small equipment is likely to handle large volumes of sewage. In large installations, several apparatuses which are the subject of the invention can be used, and they are usually made to work in parallel. However, they can be connected in series, if desired. When treating, for example, waste or waste water which is difficult to purify, it may be advantageous to use a stage treatment.
In addition, the method and apparatus of the present invention can be used to treat polluted liquids which have undergone preliminary treatment by other methods, such as chemical methods, or by trickle filter filtration. , while usually, in the apparatus of the invention, raw sewage or precipitated raw sewage is treated, it should be understood that when referring to the term "liquid to be treated" this expression also designates polluted liquids which have been partially treated, whether by the same process or by different processes.
It can be seen that the subject of the present invention is a novel process and apparatus for the treatment of polluted or used liquids, treatment carried out using activated sludge, and the results of which are comparable to those obtained in installations. known; these results are achieved in a fraction of the time required in known plants, and with a lower amount of air per liter of treated sewage.
Many changes and modifications could be made to the invention without straying from its mind.
CLAIMS.
1. Apparatus for the biological purification and clarification of polluted or used liquids, characterized in that it comprises devices for introducing the polluted liquid, to be aerated, to a lower part of an aeration chamber, devices for sending oxygen to a lower part of the aforementioned aeration chamber, an outlet for the aerated liquid, which leaves the upper part of said aeration chamber, and at least one rotor intended to disperse the liquid instantaneously and the newly introduced oxygen, this dispersion being effected through the totality of the materials contained in the aeration chamber, the aforesaid rotor being disposed at the lower part of said aeration chamber and being constructed and disposed of. so that, when it turns, it establishes,
in the aeration chamber, a cyclic stream having a radial component directed outwardly and a radial component directed inwardly, a current affecting the totality of the materials contained in the aeration chamber, while the devices which serve to introduce the polluted liquid and the oxygen open into the path of the aforesaid radial stream which is directed inwards.