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"Dispositif pour le traitement des eaux résiduaires"
La présent.; invention est relative au traitement bio- ohimique des eaux résiduaires ou d'égou et concerne la réalisation d'un dispositif de traitement pratique de celles- ci, de construction simple, de fonctionnement efficace et d'un coût relativement bas.
Dans certaines communautés, il n'est pas économiquement possible de prendre les dispositions nécessaires pour la construction et le fonctionnement d'une installation centra- le de traitement des eaux d'égout de grande capacité. La nature du terrain, l'état du sol, la densité d'habitation et les facteurs s'y rapportant sont tels que les fosses sep- tiques ne peuvent pas clarifier efficacement les effluente résiduaires conformément aux exigences légales.
On mesure en général l'efficacité du traitement des eaux résiduaires par le pourcentage d'oxygène requis par l'eau d'égout brute qui a été satisfait. Dans la suite de l'exposé, cette efficacité sera désignée par les initiales BOD qui proviennent de l'expression en langue anglaise "Biological Oxygen Demand".
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Le résultat des facteurs économiques énumérée ci-dessus est que les résidents de certaines communautés sont enfermés dans un dilemme ils doivent en effet choisir entre une in- stallation dispendieuse de traitement des eaux résiduaires de communauté, que cette dernière ne peut pas supporter, ou continuer à enfreindre les réglemente légaux de santé établis par l'Etat, ou la municipalité, où ils vivent.
La présente invention concerne des moyens pour le trai- tement des eaux résiduaires ou d'égout et un dispositif qui sont plus efficaces qu'une fosse septique de capacité équi- valente, plus efficaces qualitativement que certaines instal- lations de communautés de grande capacité, tout en étant conformes aux e@gences des autorités de santé et en évitant, lorsqu'une participation limitée à une installation de trai- tement des eaux d'égout est exigée, d'émettre un emprunt pour la construction d'un réseau d'égouts, avec les taxes élevées qui en résultent et pour la participation commerciale au traitement desdites eaux d'égout.
La BOD moyenne d'ue fosse septique est d'environ 40 % et la quantité de solides en suspension est élevée. Avec le dispositif de la présente invention, on obtient une BOD de 90 %, et même davantage, et les solides en suspension sont réduits de 85 % à un chiffre de l'ordre de 3,5 parties par million de l'oxygène dissous dans l'effluent traité. On évite ainsi les défauts antérieurs des plaques poreuses, des lits de filtrage et des puits et on obvie 4 la nécessité de fon- taines sablées. Il est aussi possible d'utiliser des tuile- ries ou éléments poreux, des lits de filtrage et des puits moins importante que pour des installations de fosses septi- ques. De plus, quand la verdunisation ou chloration est requise par la loi, son importance est réduite par la présente intven- tion.
L'efficacité du dispositif et du procédé que celui-ci,
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met en oeuvre varie, évidemment, avec les facteurs tels que la charge organique, l'usure et la température de l'eau.
L'invention a également pour objet de réaliser un dis- positif pour le traitement des eaux résiduaires qui puisse être fabriqué en usine, fourni emballé à l'usager pour un faible prix et installé sans avoir recours à une main d'oeu- vre technique spéciale,
Le dispositif pour le traitement des eaux résiduaires prévu par l'invention peut également être utilisé, à rela- tivement peu de frais, pour des maisons individuelles ou pour de petits groupes de constructions inhabitées non desservies par un système d'égouts publics.
En outre, le dispositif et les moyens mis en oeuvre selon l'invention permettent un traitement simple et efficace des eaux d'égout, suivant les normes légales, avant leur dé- versement dans les canaux.
De plus, le dispositif selon l'invention est efficace dans des régions où les conditions de sol, la densité de la population ou d'autres facteurs sont tels que les fosses sep- tiques ne sont pas efficaces.
Le dispositif de l'invention peut, par ailleurs, traiter efficacement les eaux d'égout avec la quantité minimale de fourniture d'énergie extérieure, le maximum de séparation et de décomposition des solides, le minimum de dépôt de boues, tout en permettant un oontrôle du moussage et en réduisant au minimum la production d'odeurs désagréables.
L'invention a également pour objet des moyens de traite- ment des eaux d'égout utilisant le principe d'un écoulement continu qui opère efficacement aussi bien sur des charges partielles que sur la charge maximale qu'il est destiné à traiter.
Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description sui@ante d'une réali-
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sa%ion particulière en référence aux dessina annexée, pour lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil décrit à titre illustratif;
La figure 1A est une coupe partielle suivant la ligne A - A de la figure 1; La figure 2 est une coupe agrandie du dispositif d'aspi- ration et de circulation montré par la figure 1;
La figure 3 est une perspective des éléments de fonc- tionnement du dispositif d'aspiration et de circulation;
La figure 4 est une vue en coupe, d'un aspirateur utilisa durant une étape finale du procédé.
En bref, l'invention comprend un réservoir ayant une chambre inférieure et une chambre supérieure, des moyens pour diriger l'effluent d'eau d'égout dans et autour de ladite chambre inférieure et brasser celui-ci pour sa digestion ana- érobique dans cette chambre, des moyens pour diriger l'eau d'égout digérée anaérobiquement vers le haut, au sommet de la chambre supérieure pour la digestion aérobique dans cette oham-', bre, des moyens interposés entre les deux chambres pour dé- charger de petites quantités de liquide à partir de la cham- bre supérieure à la chambre inférieure pour une digestion éven-- tuelle de l'eau d'égout dans le voisinage immédiat de ladite décharge.
L'invention comprend aussi la construction et la disposi- tion des moyens qui viennent d'être mentionnés pour le déchar- gement d'oxygène sous la forme de petites bulles d'air dans la chambre supérieure, afin de provoquer la digestion aérobi- que dans celle-ci et la décharge d'une quantité moindre d'oxy- gène sous la forme de petites bulles d'air dans la chambre inférieure.
Une important caractéristique de l'invention est que l'écoulement du fluide et le brassage de la matière traitée
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à travers le système sont relativement lents et que l'éoou- lement peut être considéré comme laminaire, non-accéléré et non-turbulent,
Suivant la figure 1, l'appareil représenté à titre illus- tratif comprend un réservoir 10 divisé en une chambre aéro bique supérieure 11 et une ohambre anaérobique inférieure 12 formée par un cloisonnement horizontal 13, L'effluent d'eaux d'égout passe facultativement à travers un filtre 14 et s'é- coule dans le réservoir 10 à travers la conduite 15 où il est dévié vers le bas par la paroi 16a de la conduite 16.
L'écoulement à travers la chambre anaérobique 12 est un écou- lement naturel non-accéléré produit par l'alimentation au sommet de la chambre, par la construction et le dispositif de chicanes montrés, et grâce à une légère charge d'amorçage dans la chambre 16, Il suit généralement la direction des flèches portées sur la figure 1 et, pendant le passage de l'eau d'égout à travers la chambre 12, les particules solides sont complètement digérées par les bactéries anaérobiques, en laissant un minimum de boue sur le fond de la chambre, L'eau d'égout monte dans la partie 17 puis s'écoule vers le bas avant d'entrer dans les fentes 18 du compartiment 19, les- quelles ont une section transversale relativement faible et tendent à limiter l'écoulement à travers le système.
L'eau d'égout partiellement digérée - avec une sépara- tion presque oomplète des solides - monte dans le comparti- ment 19 et déborde à travers le déversoir 20 dans la chambre aérobique 11 où s'effectue la digestion aérobique, facilitée par le dispositif d'aspiration et de circulation qui sera plus particulièrement décrit ci-après, lequel décharge de l'oxy- gène, avantageusement issu de l'air ambiant, dans le liquide de digestion, en particules très finement divisées ou bulles, mais en volume réduit.
Une séparation sensiblement complète
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des solides est accomplie antérieurement à l'arrivée de l'eau d'égout dans la chambre 1, comme le montre l'absenoe complète de solides en suspension et de déchets flottants dans cette chambre. '
Le dispositif d'aspiration et de circulation, généralement désigné en 30, est représenté en détail par les figures 2 et 3. Il comprend des cylindres 32 et 32a fixés à un arbre creux 33 qui est articulé en 33a dans un palier 33b. Le cy- lindre 32 tourne dans un fourreau S fixé sur une ouverture 29 pratiquée dans la partie 13. Une traverse en forme de U ou support 31 s'étend transversalement au fond du fourreau et supporte le palier 33b.
On note que les cylindres 32 et
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32a travaillezW esaentiellement dans les compartiments sépa- rés 11 et 12 et sont reliés à travers l'arbre 33 avec l'at- mosphère 38 qui règne dans le carter 40. Ce carter n'est pas étanche à l'air mais est prévu pour protéger de l'eau le moteur d'entraînement 35. Le moteur 35 est connecté à une source d'énergie électrique (non-montrée) par une botte de raccordement 36 et un câble 37. L'arbre 33 s'étend vers' le haut des cylindres 32 et 32a et est relié par un joint ou collier oonvenable avec l'arbre 34 du moteur électrique 35, Des tiges-supports 39 contribuent à assurer la rigidité du support 31.
Un élément de chauffage 41 s'étendant dans le liquide de digestion, dans le,compartiment inférieur, peut avantageusement être connecté par le conduit 42, en parallèle avec le moteur par l'intermédiaire de la botte de jonction 36 afin d'élever la température du liquide et d'accélérer la digestion anaérobique. Le procédé préféré ne requiert le chauffage dans la chambre 12 qu'après une accu- mulation importante de solides dans celle-ci. En pratique, l'expérience montre que cette nécessité ne se présente qu'a- près plusieurs années d'utilisation. Le dispositif de chauf-
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fage 41 peut être par exemple alimenté par une puissance de 300-400 watts et ce chauffage - quand il est nécessaire peut être poursuivi pendant 10 à 15 jours.
Bien que des tempéra- tures de l'ordre de 26 à 38 C environ puissent être mainte- nues, une température de l'ordre de 32 C est optimale,
La construction des cylindres 32 et 32a du dispositif d'aspiration et de circulation, formés d'une matière résis- tant à la corrosion, telle qu'un alliage d'aluminium, peut être mieux comprise en se référant aux figures 2 et 3.
Chacun desdits cylindres est pourvu d'un ou plusieurs pas- sages 45, 46 s'étendant radialement vers l'extérieur et re- liant l'intérieur de l'arbre creux 33 avec la surface exté- rieure des cylindres, lesquels sont ainsi pratiquement ou- verts à la masse d'eau d'égout dans les chambres respectives.
Les passages 45, 46 sont de diamètre relativement faible, 4,8 mm par exemple, et, par conséquent, ils ont une section transversale relativement faible qui limite la quantité d'air, forcée à travers lesdits passages sous l'effet d'une diffé- rence de pression qui peut être provoquée par des ergots L fixés à l'extérieur du bord d'entrée des passages 45, 46.
L'air apparaît sous la forme d'un nuage ou de fines bulles d'un diamètre de l'ordre de 0,63 mm, ou plus petites, s'éle- vant vers le sommet de la chambre 11. Ces bulles persistent dans la solution pendant un temps considérable et certaines d'entre-elles parviennent à la surface du liquide sans avoir éclaté. Ceci accroît l'effet d'aération sans troubler sensi- blement le travail des colonies aérobiques par une agitation violente.
En d'autres termes, ce courant limité d'air d'oxygénation réalisé par la formation de ces petites bulles, favorise l'accroissement de la digestion aérobique. On a trouvé qu'une bulle d'air de 0,63 mm de diamètre environ traversant le
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liquide aqueux a dix fois le pouvoir d'oxygénation d'une bulle de 2,5 mm de diamètre environ.
Sur le cylindre 32, sont aussi disposés des moyens pour assurer un écoulement très limité de liquide depuis le com- partiment supérieur 11 jusqu'au compartiment inférieur 12; lesdits moyens comprenant de préférence une rainure hélicoï- dale 47 de faible section transversale, par exmple une rai- nure semi-circulaire de 6,3 mm de diamètre. En fonctionnement, quand le cylindre 32 tourne, de petites quantités de liquide ayant subi la digestion aérobique descendent de la chambre 11 dans la chambre anaérobique 12: ce qui assure ainsi une digestion facultative par les bactéries dans la région 12a entourant immédiatement: le cylindre 32 et la traverse 31 dans la chambre inférieure, et s'étendant vers et dans la partie 17.
Le dispositif d'aspiration et de circulation ainsi dé- crit accomplit trois fonctions. La première consiste à aspi- rer l'air atmosphérique à travers le tube rotatif 33 et de décharger celui-ci par les passages radiaux 45 dans la cham- bre aérobique 11 du réservoir 10. Il est désirable de prati- quer un nombre plus grand de passages 45 dans le cylindre 32a que de passages 46 dans le cylindre 32 de façon qu'une quan- tité plus grande d'air soit déchargée par le cylindre 32a, mais dans l'une ou l'autre éventualité la vitesse d'écoule- ment d'air est lente et le volume total occupé faible, ce qui est totalement différent des procédés de la technique anté- rieure dans laquelle on faisait passer de grandes quantités' d'air dans les eaux d'égout en créant une violente turbulence.
La seconde fonction consiste à décharger une quantité limitée d'air dans la chambre anaérobique 12, bien que les bactéries anaérobiques ne prospérant pas en présence d'oxy- gène, comme il sera expliqué de façon plus complète ci-après.
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Ainsi, un petit nombre seulement de passages 46 est pratiqué de façon q,ue 5 à 15 % seulement de l'air total soient forces dans la chambre inférieure. La totalité de l'air s'écoulant dans le système est de l'ordre de 0,056 m3 par minute, la . plus grande partie de celui-ci étant délivrée dans la cham- bre supérieure sous forme de très petites bulles d'air fine- ment divisées se déplaçant vers l'extérieur en raison de la légère différence de pression causée par l'ergot L disposé en avant des faces tournantes extérieures des passages 5, 46.
La troisième fonction provient du fait que la rainure spirale 47 agit comme une pompe pour déplacer le liquide de la chambre aérobique supérieure 11 à la chambre anaérobique inférieure 12, en très petites quantités par rapport au volume total de liquide dans le réservoir 10. Ce phénomène crée une région 12a, dans la zone anaérobique 12, dans laquelle des bactéries prospèrent éventuellement, où il y a une très faible teneur en C2, et où l'accumulation de méthane dans la partie supérieure de la chambre inférieure est diminuée.
Si une trop grande concentration de méthane se forme dans cette chambre, les bactéries anaérobiques.sont détruites.
Lorsque la matière résiduaire liquide a été digérée dans la chambre aérobique supérieure 11 du système, elle est dé- chargée à travers un passage rétréci 50, formé par une ohi- cane 51 qui s'étend entièrement dans la partie supérieure du réservoir entre les côtés de celui-ci, et s'écoule par un déservoir 52 dans un compartiment de re-aération 53, dans lequel de l'oxygène est encore introduit par le moyen d'un dispositif d'aspiration et de circulation 44 de construction similaire à celle de l'aspirateur 32 ; ce dispositif est supporté en partie par une plaque perforée 56 et par des tiges 59, L'arbre 57, le moteur 58 et les parties connexes
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peuvent avoir une construction similaire à celle décrite relativement au côté gauche de la figure 1.
Apres le passage lent à travers la chambre de re-aéra- tion 53, la matière résiduaire qui est alors traitée presque complètement, et se trouve entièrement liquide, passe en 60 dans la cuve de rétention 62 dans laquelle l'eau résidu- aire subit un traitement quelque peu statique durant lequel un peu d'oxygène restant dans celle-ci encourage les bacté- ries à travailler. Le liquide passe alors par le déversoir 64 dans le compartiment de décharge 66 pour être évacué par la conduite 68 et le tuyau d'extraction 70 qui conduit l'ef- fluent pratiquement pur à un cours d'eau, fossé de drainage ou similaire, ,Il.,
Les moteurs 35 et 58 sont de préférence des moteurs d'une puissance d'une fraction de cheval, prévus pour tour- ner à une faible vitesse de l'ordre de 1725 tpm.
Ainsi, avec des tubes d'admission d'air 33, 57 ayant des passages de 12,7 mm de diamètre, un courant d'air de l'ordre de 0,056 m3 par minute est obtenu. Il a été constaté- qu'une faible vitesse,d'écoulement d'air, de l'ordre de 0,028 à 0,113 m3 par minute environ était désirable pour créer l'é- coulement lent des bulles d'air finement divisées dans la région des cylindres 32, 32a et 55. Avec un nombre très li- mité de passages 46 on obtient une formation de bulles encore plus limitée de l'air dans la région 12a.
Le liquide s'écou- lant à travers la rainure spirale 47 aura une vitesse limitée,
La rainure 47 de l'appareil décrit à titre illustratif a été calculée pour produire, avec une rotation de 1725 tpm de l'arbre 33, un écoulement de 568 litres par heure mais, puisqu'une grande quantité d'air se trouve dans le fluide pompé de la chambre 11 à la chambre 12, l'écoulement réel du fluide n'est probablement que de 284 ou 189 litres par
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heure.
On observera, en outre, qu'avec un réservoir de 7570 litres, le taux de la circulation interne du fluide est de l'ordre de 1% par heure,
La digestion facultative correspond à l'action bioohi- mique de colonies de bactéries qui peut difficilement être décrite soit comme aérobique, soit comme anaérobique, mais dont lesdites colonies prospèrent dans un milieu largement anaérobique contenant de petites quantités d'oxygène, ainsi que l'ont noté Dirasian, Molof et Borchardt dans une commu- nication faite au 35ème Congres annuel de la "Water Pollution Control Federation" à Toronto, Ontario U.S.A., les 7 - 11 octobre 1962.
Un tel milieu est créé dans la région immédia- tement au-dessous du rotor du dispositif d'aspiration et de circulation 32 et désigné généralement en 12a sur la fi- gure 1. Grâce à l'écoulement lent du liquide au-delà de ce rotor et dans les régions 17 et 19, la faible oxygénation du fluide va de la région 12a aux régions 17 et 19, bien que la concentration en oxygène diminue quand le fluide approche du déversoir 20 et est déchargé dans la chambre supérieure 11.