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"Procédé et appareil pour la purification de déchets instables putrescibles"
La présente invention concerne un procédé et un appareil perfeotionnés pour la purification de déchets instables putres- cibles en vue de rendre ces déchets inodores avec une consomma'-' tion très réduite d'oxygène biologique. Un deuxième objet de l'invention est de transformer la matière sous une forme flocu- lante que l'on peut aisément séparer de la masse d'eau présente, par sédimentation ou filtration.
Parmi les déchets auxquels la présente invention est applicable, il y a les boues provenant des installations de traitement des eaux d'égout comprenant les boues primaires, les boues secondaires, l'humus de filtre biologique, la boue acti- vée et analogues, les boues d'autoolaves anaérobique, les
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écumes et les liqueurs surnageantes, les produits de pompage des fosses d'aisance ou des fosses septiques, de même que diffé- rents sous-produits résiduaires organiques et inorganiques- ren- contrés dans diverses industries, par exemple les papeteries, les abattoirs, les installations de traitement des produite alimentaires, les conserveries, les filatures de textiles, les installations pharmaceutiques, etc.
Lorsqu'ils sont appliqués à ces matières, les procédés habituels de traitement des détri- tus sont inappropriés pour effectuer la purification requise ou ils nécessitent un capital élevé et d'importants frais opéra- toires par unité de matière traitée.
Les agents chimiques actifs utilisés sont le chlore moléou- laire et l'oxygène naissant formés par l'action du chlore sur ' l'eau. Le chlore peut être introduit sous forme gazeuse ou liquide.
Le traitement des eaux d'égout et des déchets industriels ' par le chlore est bien connu depuis longtemps. Toutefois, l'uti-, lisation du chlore à cet effet dans les procédés et les équipe-. mente de la technique antérieure a été inefficace. C'est pour- quoi, de nombreuses installations industrielles et installations municipales d'évacuation des eaux d'égout ont-évité d'employer du chlore à cet effet.
Suivant la présente invention, on introduit du chlore, de préférence sous forme gazeuse, par un dispositif de dosage habi- fuel, dans la boue et les détritus, dans une zone subissant une agitation rapide. Cette opération a pour objet d'assurer un accès aisé du chlore à toutes les particules de la boue ou des : détritus. Comme on le sait, en présence d'une matière aisément oxydable, le chlore réagit également directement avec l'eau en ! libérant de l'oxygène naissant et de l'aoide hypochloreux, qui sont tous deux de puissants oxydants.
L'introduction du chlore peut s'effectuer à l'entrée d'une
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pompe centrifuge appropriée. A titre de variante, on introduit le chlore près d'une hélice à grande vitesse prévue pour agiter la matière.
Suivant la présente Invention, immédiatement après l'intro- duction du chlore et après avoir mélangé convenablement, on fait subir, à la boue ou aux détritus, une circulation rapide dans un ou plusieurs récipients non obstrués, la vitesse de circulation étant suffisante pour maintenir, en suspension dans les détritus, les matières insolubles ou azotées, les matières carbonées, le sable ou des morceaux d'os broyés dans le cas des eaux d'égout, ainsi que du dioxyde de titane et de l'argile ou d'autres charges dans le cas de détritus industriels provenant .
d'une installation transformant les déchets de papier en carton.'
En outre, on a trouvé qu'en poursuivant l'action centri- fuge après l'oxydation, les fines bulles d'air fixées aux parti- cules solides se séparaient de ces dernières et s'aggloméraient.; En quittant les réacteurs et en progressant dans une zone dans laquelle la pression est inférieure, les bulles d'air ou de gaz se dilatent et se séparent de la masse de boue. Dès lors, la sédimentation des particules solides peut avoir lieu dans le clarificateur collecteur.
Il est également important de noter que, lorsqu'il est souhaitable de déshydrater les boues provo- nant des réacteurs dans un équipement mécanique de déshydrata- tion ou sur des lits de sable, ona trouvé que l'élimination des fines bulles d'air fixées aux particules solides augmentait de trois fois ou plus la vitesse de séparation entre les solides et les liquides.
Dans le cas des eaux d'égout des installations sanitaires, le procédé d'oxydation chimique amélioré de la présente inven- : tion peut être utilisé de diverses manières. Un système pourrait! consister à prévoir une combinaison avec une installation habi- tuelle de traitement des eaux d'égout dans des conditions aéro-
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biques/anaérobiques, de telle sorte que l'opération d'oxydation chimique soit effectuée sur la liqueur surnageante provenant de l'autoclave anaérobique.
Un autre système consisterait à traiter les boues résidu- aires provenant d'un procédé aérobique secondaire.
Un autre système également consisterait à traiter simulta- nément à la fois la liqueur surnageante et la boue secondaire résiduaire provenant d'une installation habituelle de traitement des eaux d' égout.
La nature de l'invention sera mieux comprise en se réfé- rant à la description ci-après et aux dessins annexés donnant, à titre d'illustration, une forme de réalisation spécifique de l'invention.
Dans les dessins la figure 1 est une vue schématique illustrant l'invention appliquée à un système de traitement des eaux d'égout; la figure 2 est une vue en plan par le sommet d'un appareil' de traitement pouvant être utilisé dans l'étape de chloruration . et la figure 3 est une ooupe verticale prise sur la ligne 3-3, de la figure 2, avec certaines parties en élévation.
En se référant aux dessins d'une manière plus détaillée, on introduit) par la conduite 1, dans la chambre de mélange 2, les eaux d'égout brutes que l'on a fait passer par un filtre afin d'éliminer les gros objets, ainsi qu'à travers une chambre de décantation afin de séparer la majeure partie du grès et du sable.
Le trop-plein de la chambre de mélange 2 s'écoule, par la conduite 3, dans le clarifioateur primaire 4. L'effluent du clarificateur primaire 4 passe, par la conduite 5, dans un procédé aérobique habituel 6.
.Après avoir subi le traiten n @ns le procédé aérobique,
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la matière passe, par la conduite 7, dans un clarificateur secondaire 8 d'où l'effluent est déchargé vers les détritus par la conduite 9 et d'où la boue secondaire est amenée, par la pompe 10 et la conduite 11 comportant une soupape de contrôle 12, à un réservoir de mélange 13. La boue primaire, décantée du clarificateur primaire 4 est pompée, par une pompe 16 et une conduite 17, dans la zone supérieure d'un autoclave anaérobique ; 18. Cet autoclave 18 comporte, à son sommet, une sortie de gaz 20 pour l'élimination des gaz toxiques tels que le méthane et l'acide sulfhydrique qui sont brûlés.
La boue sortant de l'autoclave anaérobique 18 est déchargée vers les détritus par la conduite 19. La liqueur surnageante impure de l'autoclave anaérobique 18 est retirée par la conduite[ 21 comportant une soupape de contrôle 22 et elle est déchargée dans le réservoir de mélange 13, dans lequel elle est mélangée avec la boue résiduaire provenant du procédé aérobique. La matière prévue pour le traitement d'oxydation est amenée du réservoir 13, par la conduite 25, à l'entrée de la pompe 26 construite de façon à résister aux produits chimiques.
En fermant alternativement les soupapes 12 et 22, on peut effectuer le procédé d'oxydation chimique sur l'effluent de l'autoclave anaérobique ou la boue provenant du procédé de trai- tement aérobique.
Après son passage par un dispositif habituel de dosage (non représenté), on fait passer le chlore, de préférence sous forme gazeuse, par une conduite 27 comportant une soupape 27a dans le courant de matière de la conduite 25, ainsi que dans la pompe 26 dans laquelle la matière est soumise à une agitation rapide, en étant forcée par une tuyère d'admission tangentielle 28, dans un réacteur 29 dans lequel une circulation rapide (avec réduction de pression) est maintenue par la force centrifuge du courant entrant. Le réacteur 29 est exempt de chicanes qui
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gêneraient la circulation de la matière et qui pourraient avoir tendance à provoquer une séparation des particules qui y sont contenues.
Le réacteur constitue une zone de libre circulation, dans laquelle la circulation rapide du liquide maintient toutes les particules en suspension, ainsi qu'un contact intime entre l'agent oxydant et la matière à traiter.
Du réacteur 29, on fait passer les résidus oxydés chimique- ment par une conduite 30 et une tuyère tangentielle 31 dans le réacteur 32, puis dans les réacteurs 33 et 34. Dans tous ces réacteurs, les résidus oxydés chimiquement sont amenés à subir une circulation rapide aveo des réductions successives de pres- sion dues à la force centrifuge imprimée par la vitesse de la matière quittant la pompe 26. On peut éventuellement introduire une pompe auxiliaire (non représentée) dans la conduite 30 entre les réacteurs 29 et 32 en raison des concentrations exception- nellement importantes de matières solides dans les résidus. Les réacteurs 29, 32, 33 et 34 sont construits avec des revêtements intérieurs de caoutchouc résistant aux acides et ils ne sont pas obstrués.
Du réacteur 34, les résidus oxydés chimiquement passent, par une conduite 35, dans un réservoir de séparation de gaz 36 débouchant dans l'atmosphère et dans lequel les gaz occlus sont séparés des matières résiduaires et d'où ces dernières sont amenées, parla conduite 37, dans le réservoir de mélange 2.
Une conduite de recyclage 38 s'étend de la conduite 35 à l'ex- trémité de sortie du réacteur 34, jusqu'à la conduite 25 à l'en- trée de la pompe 26. Le débit à travers les conduites 35 et 38 est contrôlé par les soupapes 39 et 40 respectivement.
A la soupape de contrôle 39, est prévue une soupape d'éva- cuation (non représentée) pour permettre le prélèvement d'échan- tillons de résidus chlorés. On a trouvé que la quantité de chlore introduit par la conduite 27 devait être réglée et con-
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trôlée de façon que l'acidité des résidus oxydés chimiquement passant par la soupape de contrôle 39 ait un pH se situant entre 2,5 et 6,5.
La quantité de chlore introduite par la conduite 27 ren- trera généralement dans l'intervalle de 100 à 3000 ppm.
Le réacteur 34 peut faire office de chambre de dégazage, étant donné que l'agent oxydant chimique est normalement consom- mé au moment où la boue atteint l'extrémité du réacteur 33. La distribution de la boue par les tuyères dans les conduites tan- gentielles d'admission dans les réacteurs assure une agitation et fait voyager la boue rapidement dans un parcours en spirale le long du réacteur. En même temps, le brusque changement de pression d'un degré relativement élevé dans les tuyères à un degré sensiblement inférieur dans les réacteurs, en combinaison avec ladite agitation, provoque l'expansion des bulles de gaz ou d'air absorbé, ainsi que la séparation entre ces bulles et les particules solides.
L'élimination des bulles d'air ou de gaz, fixées aux parti- cules solides, est extrêmement avantageuse lorsque la boue trai- tée doit être amenée à un appareil de sédimentation, car la vitesse de décantation, la clarté du liquide séparé et la con- centration en solides pouvant être obtenue subissent toutes une influence néfaste par l'air fixé aux particules solides,
L'introduction de la matière résiduaire oxydée chimiquement dans le réservoir de mélange améliore la floculation dans le clarificateur primaire 4. On a également trouvé que la matière facilitait la rupture de la tension superficielle de la graisse et des autres matières des résidus, cette graisse ou ces autres matières décantant dans le clarificateur au lieu de former, à la surface, une écume qui devrait être éliminée.
En adoptant ce procédé, on constate que la désodorisation pratiquement complète des matières résiduaires passant à tra-
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vers le système d'oxydation chimique est effectuée en 10 minu- tes maximum,
Dans la forme de réalisation des figures 2 et 3, les récipients réactionnels sont raccordés en parallèle et ils sont disposés concentriquement autour d'un collecteur d'entrée et d'une chambre de dégazage de sortie.
Dans cette forme de réali- sation, la conduite 25 venant de la chambre de mélange 13, con- duit à une pompe centrifuge 26 dont la sortie est raccordée tangentiellement, par une conduite 42, à une chambre collectri-- ce cylindrique 43, de façon à faire tourbillonner rapidement le liquide dans ladite chambre.'Le chlore est introduit dans le liquide par la pompe 26 et la conduite 27, comme représenté à la figure 1.
Plusieurs conduites tangentielles de sortie 44 s'étendent à partir de la chambre collectrice 43 et se dirigent vers une série de réacteurs 45 disposés concentriquement autour du col- lecteur 43.
Les récipients 45 sont cylindriques et ils sont disposés verticalement, les conduites d'admission 44 communiquant, par les tuyères tangentielles 44a, avec les extrémités inférieures des récipients, de façon que le liquide circule d'une manière centrifuge périphériquement et vers le haut dans lesdits réoi- pients. Tout comme dans le cas du réacteur de la figure 1, les récipients 45 ne sont pas obstrués intérieurement, de façon que l'écoulement de liquide ne soit pas interrompu et qu'il main- tienne les solides en suspension au cours de la période réacti- onnelle.
Le liquide est déchargé des extrémités supérieures des récipients 45 par des conduites 46 et il est forcé par des tuyères tangentielles d'admission 46a vers une chambre de déga- zage 47 dans laquelle la matière est à nouveau soumise à une circulation rapide dans une zone non obstruée, une brusque ré- .
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duction de pression d'un niveau relativement élevé dans les tuyères à un degré sensiblement inférieur dans la chambre provo- quant l'expansion et l'agglomération des bulles d'air fixées et, étant donné que ces bulles d'air sont plus légères que la matiè- re en suspension, elles se rassemblent vers l'axe de la masse ,de matière tournant en spirale.
En quittant la chambre de déga zage, les bulles d'air ou de gaz séparées ne se remélangent pas intimement à la matière et elles ne se fixent pas à nouveau aux particules solides. Lorsque le liquide traité est déchargé par la conduite 35 dans le réservoir de séparation de gaz 36, comme représenté à la figure 1, les bulles flottent à la surface et éclatent. Une conduite de recyclage 48, contrôlée par une soupa- pe 49, s'étend à partir de la conduite 25 à l'entrée de la pom- pe 26 pour permettre un recyclage contrôlé lorsqu'il faut une durée réactionnelle complémentaire.
Les exemples spécifiques suivants illustrent la présente invention.
En guise d'exemple spécifique complémentaire, la perte de charge dans chaque tuyère peut être de 5,75 p.e.i. (0,4 kg/cm2) lorsqu'on traite une boue ayant une consistance de 0,75% de solides. Dans le système représenté à la figure 1, dans lequel on prévoit quatre réacteurs en série, la pression d'entrée dans ' le premier réaoteur peut être de 27 p.s.i. (1,89 kg/cm2) et elle peut être de 21,25 p. s.i. (1,48 kg/cm2) dans le premier réac- teur, de 15,5 p.s.i. (1,08 kg/cm2) dans le deuxième réacteur, de 9',75 p.s.i. (0,68 kg/om2) dans le troisième réacteur et de 4 p.s.i. (0,28 kg/cm2) dans le quatrième réacteur.
La pression totale d'entrée dans une série de réacteurs variera suivant la consistance de la boue et le nombre de réac- teurs de la série. Lorsqu'on traite une boue contenant 5% de solides, la perte de charge dans chaque tuyère peut être de 28 p.s.i. (1,96 kg/cm2); dans ce cas, on utilise deux tuyères
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en série comme représenté dans les figures 2 et 3 des dessins- annexés.
Exemple 1.
Purification des eaux d'égout :
Cet exemple consiste à traiter une boue secondaire résidu- aire contenant environ 0,6% de solides en suspension dont 85% sont constitués de matières volatiles. Le potentiel de réduction! par oxydation (désigné ci-après par l'abréviation PRO) se situe dans l'intervalle de plus 200 millivolts à plus 300 millivolts, , Eh ( suivant l'électrode à l'hydrogène).
Ces matières résiduaires nécessitent 420 ppm de chlore.
L'intervalle de températures est de 50 à 70 F (10 à 21 C).
Le débit de boue dans l'installation d'oxydation chimique va jusqu'à 60 gallons (272,7 litres)/minute.
La quantité journalière a traiter est de 10.000 à 30.000 gallons (45.459 . 136.378 litres) suivant le contrôle du procé-' dé. La quantité de chlore requise pour traiter la charge moyenne de boue est de 70 livres (3lt7 kg). Cette boue peut être une liqueur surnageante impure d'un autoclave anaérobique contenant 0.9% de solides en suspension et constituée de matières organi- ques de décomposition dont environ 60% sont des matières vola- tiles. Le PRO se situe dans l'intervalle de moins 100 à moins 200 millivolts. L'intervalle de températures.est de 70 à 100 F (21 à 37,7 C). La vitesse de charge de cette liqueur va jusqu'à 40 gallons (181,8 litres)/minute.
La quantité journalière à frai* ter dans 1'.installation d'oxydation chimique est de 5.000 à 10. 000 gallons (22. 728 à 45.459 litres) suivant le contrôle du traitement. Cette liqueur surnageante nécessite 500 ppm de chlore et il faut 31 livres (14,06 kg) de chlore pour traiter une production journalière moyenne de 7. 500 gallons (34.094 litres).
Les boues brutes ont des potentiels de réduction négatifs
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à faibles, tandis que les résidus quittant l'installation
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d'oxydation chimique de l'invention rl,=F4 potentiels pu.=ß . de réduction par oxydation de l'ordre de 1000 millivolts Eh.
(Electrode à l'hydrogène).
Exemple 2.
Traitement des résidus de papeterie ou de cartonnage;
Cet exemple consiste à traiter de la boue secondaire en excès provenant d'un procédé aérobique alimenté en résidus provenant d'une installation de récupération primaire de pâte à papier, en combinaison avec l'écoulement de fond provenant d'une autre installation de récupération de pâte, conçue sous forme d'un extracteur d'eau. La boue combinée a une consistance d'environ 3,5% de solides,une température de 90 à 100 F (32 à 43 C) et un volume de production journalière de 72.000 gallons (327.308 litres). Le débit de l'installation d'oxydation chimi- que est de 50 gallons (227 litres)/minute. La quantité requise ! de chlore est de 400 ppm, ce qui nécessite 230 livres (104 kg) de chlore par jour.
Le PRO est de l'ordre de plus 200 milli- volts. Le pH de la matière non traitée est d'environ 7,0 et la quantité requise d'oxygène biochimique est de 2000 à 3000 ppm.
Le pH de la matière traitée est de 2,5 à 6,5.
REVENDICATIONS.
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