Procédé de Purification des eaux d'égouts et autres liquides résiduels. La présente invention a pour objet un procédé de purification des eaux d'égouts et autres liquides résiduels, contenant des ma tières putrescibles en suspension, en enlevant ces matières de ces liquides. Le procédé de l'invention peut être employé d'une manière particulièrement avantageuse dans la pre mière phase du procédé de purification des eaux d'égouts et autres liquides résiduels, dé crit au -brevet suisse no 171383 du 28 avril 1933.
Dans les eaux d'égouts brutes ordinaires et dans les liquides résiduels analogues, les matières putrescibles consistent en diverses combinaisons contenant du carbone, de Plhy- drogène, de l'azote, du soufre, ëtc., et elles sont présentes sous deux formes, notamment: la forme insoluble (matières en suspension) et1a forme soluble. On a l'habitude, dans n'importe quelle opération de traitement des eaux d'égouts, d'enlever les matières inso lubles les plus grossières et les phis lourdes, par tamisage (filtration grossière).
Après ce tamisage, la concentration des matières pu- trçsçib!ps insolubles restant dans l'eau<B>d'é-</B> gouts est extrêmement faible, par exemple pour une eau de ville, moyenne, cette concen tration est- pour 1 million de parties d'eau, d'environ 150 à 200 parties de matières so lides finement divisées ou dispersées, en ma jeure partie en suspension colloïdale. Ces ma tières putrescibles finement divisées compren nent des composés simples et complexes ré sultant de la décomposition des protéines.
Le procédé, objet dé la présente invention, est caractérisé en ce que l'on soumet le li quide à traiter à une aération, laquelle est effectuée au moins èn partie après adjonction, à ce liquide, de boue formée préalablement selon le procédé et d'au moins un composé mé tallique soluble propre à former un précipité basique dans les conditions de traitement, pour coaguler les matières en suspension en une boue précipitable, et en ce que l'on sépare la boue résultante du liquide l'accompagnant,
la boue séparée étant en partie ajoutée à une nouvelle portion de liquide à traiter.
On préfère employer, comme composé mé tallique, un ou plusieurs composés solubles du fer ôu de l'aluminium, en adionotiQn à l'eau d'égouts devant être aérée. On peut employer, par exemple, du sulfate ferreux, du sulfate ferrique ou du sulfate d'alumi nium, ou n'importe quel mélange désiré de ces composés.
Dans la forme d'exécution préférée du procédé de l'invention.,. la boue ramenée dans le procédé est ajoutée à l'eau d'égouts au com mencement du traitement d'aération ou très peu de temps après que l'eau brute a pénétré dans le récipient d'aération. Le composé mé tallique peut être ajouté à l'eau d'égouts à n'importe quelle phase désirée du traitement d'aération. Lorsque l'on emploie du sulfate ferrique, il est préférable de l'ajouter à l'eau d'égouts au cours de l'aération entre deux et quinze minutes avant la fin du traitement d'aération.
Le sulfate d'aluminium est égale ment ajouté de préférence entre environ deux et quinze minutes avant la fin du traitement d'aération. Le sulfate ferreux est de préfé rence- ajouté à l'eau d'égouts, entre dix et trente minutes avant la fin du traitement d'aération.
De bons résultats peuvent être obtenus si la durée de l'aération suivant l'adjonction du ou des composés métalliques solubles (sulfate ferrique, sulfate d'aluminium, etc.) est juste suffisante pour permettre une dissémination complète du composé.
La durée de l'aération peut varier considérablement. De bons résul tats peuvent être obtenus si l'aération est exécutée pendant une durée d'environ une demi-heure ou moins et on ne retire que peu d'avantages supplémentaires, si ce n'est au cun, en poursuivant l'aération pour une du rée de temps plus longue qu'une heure en viron.
Si le pH de l'eau d'égouts est 7 ou moins, vers la fin de la période d'aération et si l'on désire augmenter le pH à une valeur supé rieure à 7, on peut ajouter une quantité d'un agent alcalin, tel que de la chaux, suffisante pour augmenter le pH. à la valeur désirée, avant la fin du traitement d'aération.
Habi tuellement, il ne sera pas nécessaire ou dési rable ,d'ajuster le pH de l'eau d'égouts par l'adjonçtion d'un agent a1Galixi, vu. due l'on a trouvé qu'une précipitation, une sédimenta tion et une clarification très satisfaisantes, peuvent être obtenues même lorsque le pH est considérablement au-dessous de 7. Si l'adjonc tion d'un agent alcalin. est désirée ou requise pour n'importe quel but, il est préférable d'ajouter cet agent après que le composé mé tallique soluble a été additionné et entière ment disséminé dans toute l'eau d'égouts.
Après l'aération et pour séparer la boue du liquide l'accompagnant; l'eau peut être intro duite de préférence dans un clarificateur au- jessous d'une couche ou d'une couverture de boue de sédimentation, de telle sorte que le liquide s'écoule vers le haut à travers la cou verture de sédimentation et déborde du cla- rificateur en entraînant une quantité prati quement négligeable de matières suspendues.
Voici, à titre d'exemple, comment le pro cédé de l'invention peut être exécuté en pra tique L'eau d'égouts brute, après avoir été gros sièrement filtrée d'une manière appropriée, est mélangée avec de la boue ramenée dans le procédé, dans un récipient d'aération et on commence l'aération du mélange.
Le récipient d'aération employé est de préférence du type qui permet un écoulement continu du mé lange subissant le traitement, à partir d'une extrémité d'entrée à une extrémité de sortie, et la vitesse d'écoulement est de préférence contrôlée pour qu'une durée d'environ une heure s'étende entre le moment d'entrée et Ie moment de sortie de l'eau d'égouts. L'aération de l'eau d'égouts est de préférence poursuivie pendant toute sa période de détention dans le récipient d'aération.
Pendant que le mélange subissant le trai tement s'écoule à travers le récipient d'aéra tion, un composé soluble du fer, de préfé rence sous forme d'une solution de sulfate ferrique contenant cinquante grammes par litres, est ajouté au mélange en un point cor respondant à un intervalle de temps d'envi ron deux à quinze minutes avant le moment de sortie du mélange hors du récipient. Une diffusion rapide de la solution dans tout le mélange, est produite par l'agitation résultant de l'aération. L'oxygène de l'air maintient le fer à l'état. ferrique.
Lorsqu'un sel ferreux, tel que le sulfate ferreux, est employé, l'oxy gène de l'air transforme le fer à l'état fer rique.
L'eau d'égouts brute introduite, présente habituellement un pH d'environ 7 à 7,5. Lors du traitement de coagulation, le fer est pré cipité, probablement sous forme d'hydroxyde ferrique, aussi bien que sous forme de com posés ferriques organiques simples et com plexes. Les ions sulfate du sulfate ferrique ajouté, tendent à abaisser le pH de l'eau d'é gouts à une valeur inférieure à 7, mais cette tendance est grandement compensée par les effets de l'aération et par la boue ramenée dans le procédé, et l'eau d'égouts, à la fin du traitement avec le sulfate ferrique, peut avoir un pH équivalent à celui de l'eau d'égouts brute d'entrée.
Pratiquement, tout le fer ajouté comme sulfate ferrique est précipité, et on remarque que ce fer précipité, ainsi que le fer ramené avec la boue, forment une masse floconneuse d'hydroxyde ferrique qui agit comme un collecteur pour les matières en suspension. La boue ramenée dans le pro cédé et le traitement d'aération aident éga lement la précipitation des matières en sus pension. L'aération de l'eau d'égout provoque également l'oxydation d'une quantité considé rable de matières putrescibles dissoutes.
La quantité de fer ajoutée à l'eau d'é gouts, dépend, dans une certaine mesure au moins, de la quantité de matières putrescibles en suspension dans cette eau. Lors du traite ment d'eaux d'égouts de ville, cinq à vingt- cinq parties de fer par million, produisent une coagulation et une précipitation satisfaisantes des solides en suspension et, en général, moins de vingt parties de fer par million de parties d'eau, produisent des résultats satisfaisants.
Lors du traitement de liquides résiduels in dustriels, tels que ceux provenant, par exem ple, des laiteries ou des fabriques de con serves, vingt à cinquante parties de fer par million de parties de liquide, peuvent être né cessitées pour produire une coagulation et une précipitation satisfaisantes des solides en suspension. Une aération satisfaisante est "ob tenue avec 0,25 à 2,9 litres d'air pour 4,5 lî- tres d'eau d'égouts traitée.
Il apparaît que l'oxygène de l'air employé pour l'aération, est principalement utilisé pour oxyder les ma tières putrescibles et n'est pas absorbé par la boue. Ceci est indiqué par l'élimination ra pide des matières putrescibles dissoutes et par la présence d'oxygène dissous dans le trop plein du clarificateur.
Si l'ajustement du pH est désirable après le traitement avec le sulfate ferrique, on peut ajouter, pendant l'aération, un agent alcalin, tel que de la chaux, en quantité suffisante pour donner un pH de la valeur désirée. L'a justement du pH à une valeur supérieure à 7 peut quelquefois améliorer la sédimentation et la filtration. La chaux est préférable aux autres agents alcalins, pour cette opération, parce qu'elle donne des flocons plus denses et qui précipitent très rapidemént, et parce qu'elle est peu coûteuse. La chaux est de pré férence ajoutée à l'eau d'égouts sous forme de lait de chaux, à raison de 50 grammes de chaux par litre de lait.
Lorsque des matières putrescibles dissoutes doivent être ensuite re tirées de l'eau d'égouts par un traitement d'é change de base (zéolite), il est préférable de régler soigneusement la quantité de chaux ad ditionnée à l'eau d'égouts, pour obtenir un pH compris entre 7,2 et 7,6 environ.
Après le traitement à la chaux, l'eau d'é gouts peut passer dans un clarificateur, dans lequel elle est introduite près du -fond, en montant à travers une couche de boue de sé dimentation. Le liquide clarifié s'écoule au haut du clarificateur et la boue sédimentée est retirée au bas du clarificateur, de préfé rence en étant râtelée ou travaillée d'une au tre manière mécanique le long du fond du cla- rificateur dans la direction de l'orifice de dé charge de la boue.
Le liquide surnageant est pratiquement exempt de matières en suspen sion et peut avantageusement être soumis à un traitement d'échange de base comme celui décrit au brevet no 171383.
La boue provenant du fond du clarifica- teur peût $tre conduite en partie dans un épaississeur et en partie dans le récipient d'aération. Le liquide clarifié s'écoule au haut et la; boue déposée est retirée au bas de l'épais sisseur. Les produits quittant le clarificateur et l'épaississeur peuvent être combinés pour être mis de côté d'une manière appropriée ou pour être traités subséquemment.
La boue ve nant de l'épaississeur contient environ 3 à 10 de solides, elle peut être conduite en partie au récipient d'aération et en partie à un fil tre par aspiration, dans lequel sa teneur en humidité est abaissée.
Toute la boue utilisée pour traiter de nouvelles portions de liquide peut -être obtenue du clarificateur, ou bien toute cette boue peut être obtenue de l'épais sisseur, ou encore une partie peut. être obte nue, de l'épaississeur et une partie du elarifi- cateur. Environ 20 à 75 % de la boue est ra mené au récipient d'aération. La quantité de boue renvoyée peut varier considérablement. Habituellement, le renvoi de 1:
a' boue peut être commandé avantageusement de manière à établir dans le mélange de boue et d'eau d'égouts soumis au traitement dans le réci pient d'aération, une quantité de matière en suspension égale à environ de 2 à 8 fois la quantité de matières suspendues dans l'eau d'égouts brute reçue.
Lors de la réalisation pratique du pro cédé, on préfère détruire complètement les matières organiques se trouvant dans le gâ teau de filtrage, par incinération. Un four à incinérer, rotatif, consistant en deux par ties, à savoir une partie de séchage et une partie de combustion, est admirablement bien adapté à ce but. Dans les deux parties de sé chage et de combustion de ce four, l'air se dé place concurremment avec les solides et les gaz.
La partie de séchage fonctionne à une température qui ne doit pas provoquer la dé composition ou la carbonisation de la boue, et la partie d'incinération .fonctionne à une tem pérature d'environ <B>650</B> à 700 'C. Cette tem pérature d'incinération est suffisamment éle vée pour détruire les matières putrescibles.
La température d'incinération est de préférence maintenue au-dessous de 700 C, de manière à éviter un frittage du résidu. ZTnç bpune par- tie de la chaleur nécessaire à l'incinération est obtenue par la combustion de la boue. En fait, la valeur calorifique de la boue est telle que pour une opération sur une grande échelle, au cun combustible supplémentaire n'est néces saire pour l'incinération.
Le résidu de l'incinération peut être traité avec de l'acide sulfurique pour en régénérer du sulfate ferrique qui est de nouveau uti lisé dans 1e_ procédé.
La figure unique du dessin annexé mon tre schématiquement une disposition pouvant être adoptée pour exécuter le procédé de l'in vention.
L'eau d'égouts .brute passe en premier lieu à travers un tamis grossier et ensuite à travers un fin tamis (non représentés au dessin) pour enlever les matières solides gros sières et lourdes. L'eau d'égouts ainsi tamisée est traitée selon le procédé de l'invention.
Dans l'appareil représenté au dessin, l'aé ration de l'eau d'égouts. est exécutée dans un long réservoir ou bassin, dont une des parties extrêmes reçoit l'eau à traiter et dont l'autre partie extrême décharge l'eau traitée dans un clarificateur. La boue ramenée dans le pro cédé est ajoutée- à l'eau d'égouts brute au mo ment où cette dernière entre dans le bassin d'aération et le mélange complet de la boue et de l'eau d'égouts est accompli par l'agita tion avec de l'air.
Dans cet appareil, la vitesse d'écoulement de l'eau d'égouts à travers le bassin d'aération est telle que l'eau reste en viron une heure dans ce bassin. La solution de sulfate ferrique est ajoutée à l'eau d'égouts dans le bassin d'aération de préférence en un point correspondant à un intervalle d'environ 2 à 1.5 minutes avant le moment de refoulement de l'eau d'égouts dans le clarificateür,
mais on peut prévoir que l'addition du sulfate fer rique puisse se faire en plusieurs points entre l'extrémité d'entrée et l'extrémité de sortie du bassin. S'il est nécessaire d'ajouter un agent alcalin ou si cette adjonction est dési rable pour l'ajustement du pH de l'eau d'é gouts,
on ajoute du lait de chaux entre le point d'ajonction du sulfate ferrique et l'ex trémité de sortie du récipient d'aération? suf- fisamment loin du point d'adjonction du sul fate ferrique pour permettre une dissémina tion complète du sulfate ferrique dans l'eau d'égouts avant l'adjonction de la chaux. Un diffuseur d'air ordinaire s'étend sur toute la longueur du .récipient d'aération et constitue une source d'air pour l'aération et l'agitation. Le diffuseur d'air peut être de n'importe quelle construction appropriée.
Le clarificateur représenté au dessin. com porte un réservoir présentant un orifice d'en trée périphérique (s'étendant approximative ment sur un tiers de la circonférence du ré servoir) et déchargeant au fond du réservoir. Le liquide clarifié déborde dans une auge 6, du côté opposé du puits de chargement et s'étendant approximativement sur un tiers de la circonférence supérieure du réservoir. Un râteau 7 déplace la boue se déposant sur le fond du réservoir, vers l'orifice de décharge de la boue, placé au centre de ce fond.
On comprendra que d'autres formes et d'autres types de clarificateurs peuvent être employés pour exécuter pratiquement l'invention. On a trouvé que l'introduction de l'eau d'égouts près du fond de la chambre de sédimentation, au-dessous d'une masse de boue se déposant dans cette chambre, favorise matériellement l'obtention d'un liquide surnageant, pratique ment exempt de matières en suspension.
La boue venant du clarificateur est pom pée par une pompe 10 jusqu'à l'épaississeur, lequel présente un râteau 8 et une auge de trop-plein 9, ou bien cette boue est pompée en partie jusqu'à l'épaississeur et en partie jusqu'à l'extrémité d'entrée du récipient d'aé ration. La pompe 10 communique avec un conduit 11, qui mène à un conduit 12 de re tour de la boue. Un conduit de dérivation 13 est prévu pour amener la boue de la pompe 10 et du conduit 11 à l'épaississeur. Des ro binets appropriés sont prévus sur les con duites 11 et 13 pour commander et distribuer l'écoulement de la boue dans ces conduits.
L'eau sortant du clarificateur et de l'épais sisseur peut être combinée pour être mise de côté d'une manière appropriée ou pour être traitée subséquemment, comme, par exem- ple, par des filtres âséolite, èommee décrit att brevet ne 171383:
Une partie de la boue venant de l'épais sisseur peut être conduite au moyen d'une pompe 14 et d'une conduite 15; à. la conduite 12 de retour de la boue, menant à l'extrémité d'entrée du récipient d'aération. Des robi nets appropriés sont prévus sur les conduites 15 et 16 pour commander et répartir le flux de boue dans ces conduites.
Le reste de la boue provenant de l'épaississeur, est conduit par la conduite 16 à un filtre à aspiration. Le gâteau de filtre est transporté au séchoir et à l'incinérateur.
La boue ramenée au récipient d'aération (20 à 75 %, plus ou moins) peut être prise en tièrement du clarificateur - ou entièrement de l'épaississeur, ou encore une partie de cette boue peut être- prise du clarificateur et une partie de l'épaississeur.
Le séchoir et l'incinérateur sont tous deux des cylindres montés de manière à pou voir tourner, dans lesquels la matière solide et les gaz (pour le séchage et l'incinération) se déplacent concurremment. Ainsi, les gaz s'échappant de l'incinérateur se déplacent à travers le séchoir, concurremment avec la boue, et la boue sèche pénètre dans l'incinéra teur, de même que des gaz chauds venant d'un brûleur à huile ou d'un autre dispositif de chauffage.
Une: quantité adéquate d'oxy gène ou d'un autre gaz comburant, pénètre dans l'incinérateur ( en même temps que les gaz chauds de combustion d'un combustible spécial) pour brûler- les matières organiques et autres matières combustibles se trouvant dans la boue sèche. Les résidus ou les cendres de l'incinération sont déchargés dans un réci pient d'emmagasinage duquel ils sont amenés d'une manière appropriée à une cuve de les sivage à double fond.
Dans cette cuve, le ré sidu incinéré est traité avec de- l'acide sulfu rique, tout en étant brassé d'une manière ap propriée et également chauffé, si nécessaire, pour en régénérer du sulfate ferrique. Le contenu de la cuve est fourni à une centri fuge pour l'enlèvement de l'excès d'acide. Le gâteau centrifugé est lessivé avec de l'eau, pour clissouàre le sulfate ferrique présent et le résidu insoluble est filtré, puis mis de côté.
La solution de sulfate ferrique régé néré est ramenée par pompage pour être uti lisée à - nouveau pour le traitement de ' nou velles portions d'eau d'égouts fraîche.
On comprendra évidemment que l'appareil représenté au dessin est simplement donné à titre illustratif et -ne doit pas restreindre l'in vention d'une manière quelconque.
On a donné dans la table suivante les ré sultats journaliers obtenus pendant une pé riode de onze jours, lors d'essais effectués en vue de comparer les résultats obtenables par le procédé de la présente invention, avec les résultats obtenables d'un procédé analogue, mais ne comportant pas le renvoi de la boue et l'aération avant l'adjonction du sulfate fer rique.
En exécutant les essais du procédé de l'invention, les 75 % environ de la boue obte nue dans le clarificateur (contenant environ 4 % de solides) ont été ramenés directement du clarificateur au récipient d'aération, l'aé ration a été poursuivie pendant une heure et le sulfate ferrique a été ajouté au récipient d'aération environ 5 minutes avant la fin de la période d'aération. La consommation biolo gique d'oxygène (C.
B. 0.), la quantité de matières. en suspension, le fer et la chaux sont indiqués en parties par million. La consommation biologique d'oxygène est déterminée en faisant incuber un échan tillon de liqueur, avec des bactéries, à une température donnée, habituellement 20' C; et pendant un temps donné, -généralement 5., 10 ou 20 jours.
On détermine la quantit'6 d'oxygène dissoute dans la liqueur avant et après l'incubation et la différence entre les deux valeurs trouvées, exprimée en parties d'oxygène par million de parties de liqueur, donne la consommation biologique d'oxygène. Pour de plus amples renseignements voir "Solving Sewage Problems" de Fuller et McClintock, publié par NeGraw-glll (New York et Londres) en 1926, - pages 62, 63 et 125 à 127.
L'eau sortant purifiée était le liquide sur nageant du clarificateur. Lors de l'exécution des essais, de l'eau d'égouts provenant de deux sources différentes a été traitée, l'eau venant des sources différentes étant traitée alternativement, un jour l'une, un jour l'au tre. Dans le tableau ci-dessous le procédé de l'invention est désigné comme "Procédé.<B>-A</B>" et la procédé utilisé pour la comparaison est indiqué comme "Procédé B". On a employé pour déterminer la consommation biologique d'oxygène, l'essai courant de cinq jours; en employant de l'eau de dilution contenant des germes.
EMI0006.0054
Liquide <SEP> brut <SEP> Réactifs <SEP> ajoutés <SEP> Liquide <SEP> résultant <SEP> purifié
<tb> reçu
<tb> Date <SEP> <U>_</U>
<tb> Juillet <SEP> Matières <SEP> Fer <SEP> Chaux <SEP> 0. <SEP> B. <SEP> 0. <SEP> Matières <SEP> en
<tb> suspension
<tb> <B>C.B.O.</B> <SEP> en <SEP> sus- <SEP> proc. <SEP> P <SEP> roc. <SEP> Proc. <SEP> Proc. <SEP> Proc. <SEP> Proc. <SEP> Proc.
<SEP> Proc.
<tb> pension <SEP> A <SEP> I <SEP> B <SEP> a <SEP> I <SEP> B <SEP> A <SEP> I <SEP> B <SEP> A <SEP> I <SEP> B
<tb> 4 <SEP> 385 <SEP> 280 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 58 <SEP> 18 <SEP> 17 5 <SEP> 290 <SEP> 312 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 20 <SEP> 40 <SEP> 12 <SEP> 16
<tb> 6 <SEP> 260 <SEP> 140 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 45 <SEP> 8 <SEP> 10
<tb> 8 <SEP> 290 <SEP> 372 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> 28 <SEP> 20 <SEP> 26
<tb> 9 <SEP> 425 <SEP> 484 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 4 <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 8
<tb> 10 <SEP> 240 <SEP> 276 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 6 <SEP> 21 <SEP> 8 <SEP> 7
<tb> 11 <SEP> 340 <SEP> 280 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 19 <SEP> 56 <SEP> 18 <SEP> 20
<tb> 12 <SEP> 415 <SEP> 495 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 9 <SEP> 36 <SEP> 10
<SEP> 12
<tb> 13 <SEP> 335 <SEP> 352 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 16 <SEP> 26 <SEP> 12 <SEP> 14
<tb> 15 <SEP> 220 <SEP> 232 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 16 <SEP> . <SEP> 32 <SEP> 10 <SEP> 8
<tb> @, <SEP> 16 <SEP> 80 <SEP> 260 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 18 <SEP> 36 <SEP> 14 <SEP> 10 Bien que l'on ait décrit le procédé préféré comprenant l'emploi de sulfate 'ferrique, on comprendra que d'autres composés métal liques peuvent être employés avantageuse ment selon la présente invention. Ainsi, par exemple, le sulfate ferreux, lorsqu'il est ajouté à un moment approprié, peut provo quer une meilleure réduction de la consom mation en oxygène biologique que celle ob tenue par l'emploi de sulfate ferrique.
Pour cette raison, et du fait que le sulfate ferreux est moins coûteux que le sulfate ferrique, l'emploi de sulfate ferreux peut être préféra ble. Egalement, des résultats semblables à ceux obtenus en employant du sulfate fer rique, peuvent être obtenus en employant du sulfate d'aluminium. On peut avantageuse ment employer des mélanges de divers com posés et des résultats désirables peuvent être obtenus en ajoutant séparément deux ou plu sieurs composés. Par exemple, on a obtenu des résultats extrêmement bons en ajoutant de petites quantités de sulfate d'aluminium en une ou deux minutes après l'adjonction finale du sulfate ferrique.
Les quantités em ployées de sulfate d'aluminium étaient égales à environ 10 % des quantités employées de sulfate ferrique. On a également obtenu des résultats très désirables en ajoutant une solu tion obtenue en dissolvant à la fois du sulfate d'aluminium et du sulfate ferrique à raison d'environ une partie de sulfate d'aluminium pour dix parties de sulfate ferrique.
Le procédé de l'invention est bien adapté au traitement de liquides résiduels indus triels, aussi bien qu'au traitement des eaux d'égouts ordinaires de ville ou de ménage. Il permet d'obtenir qu'une boue se précipitant extrêmement rapidement soit produite avec une très grande élimination des matières pu trescibles.
Il est courant d'obtenir, après un repos de cinq minutes, un liquide clair surnageant,. qui peut être décanté, et on a obtenu des ré ductions de la consommation en oxygène bio logique de près de 99 %, à de nombreuses re prises, lors de la mise en oeuvre normale du procédé de l'invention.
Purification process of sewage and other residual liquids. The present invention relates to a process for purifying sewage and other residual liquids, containing putrescible materials in suspension, by removing these materials from these liquids. The process of the invention can be employed in a particularly advantageous manner in the first phase of the process for the purification of sewage and other residual liquids, described in Swiss Patent No. 171383 of April 28, 1933.
In ordinary raw sewage and similar waste liquids, putrescible materials consist of various combinations containing carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, etc., and they are present in two forms, in particular: the insoluble form (suspended solids) and the soluble form. It is customary in any sewage treatment operation to remove coarse insoluble matter and heavy phis by sieving (coarse filtration).
After this sieving, the concentration of insoluble pu- trçsçib! Ps matters remaining in the <B> sewage </B> water is extremely low, for example for a city water, average, this concentration is- per 1 million parts of water, from about 150 to 200 parts of finely divided or dispersed solid matter, mostly in colloidal suspension. These finely divided putrescible materials include simple and complex compounds resulting from the breakdown of proteins.
The method, object of the present invention, is characterized in that the liquid to be treated is subjected to aeration, which is carried out at least partly after adding to this liquid, sludge previously formed according to the method and 'at least one soluble metallic compound capable of forming a basic precipitate under the treatment conditions, in order to coagulate the suspended matter into a precipitable slurry, and in that the resulting slurry is separated from the accompanying liquid,
the separated sludge being partly added to a new portion of liquid to be treated.
As the metal compound, it is preferred to employ one or more soluble compounds of iron or aluminum, in addition to the sewage water to be aerated. Ferrous sulfate, ferric sulfate or aluminum sulfate, for example, or any desired mixture of these compounds can be employed.
In the preferred embodiment of the process of the invention.,. the sludge returned to the process is added to the sewage water at the start of the aeration treatment or very shortly after the raw water has entered the aeration vessel. The metallic compound can be added to sewage water at any desired stage of the aeration treatment. When using ferric sulfate, it is best to add it to the sewage water during aeration between two and fifteen minutes before the aeration treatment is finished.
The aluminum sulphate is also preferably added between about two and fifteen minutes before the end of the aeration treatment. Ferrous sulphate is preferably added to the sewage water between ten and thirty minutes before the end of the aeration treatment.
Good results can be obtained if the duration of the aeration following the addition of the soluble metal compound (s) (ferric sulphate, aluminum sulphate, etc.) is just sufficient to allow complete dissemination of the compound.
The duration of aeration can vary considerably. Good results can be obtained if aeration is carried out for a period of about half an hour or less, and little additional benefit, if any, is obtained from continuing aeration for one of the times longer than an hour or so.
If the pH of the sewage is 7 or less, towards the end of the aeration period and if it is desired to increase the pH to a value greater than 7, an amount of an agent can be added. alkaline, such as lime, sufficient to raise the pH. to the desired value, before the end of the aeration treatment.
Usually, it will not be necessary or desirable to adjust the pH of the sewage water by the addition of an a1Galixi agent, seen. Due to this it has been found that very satisfactory precipitation, sedimentation and clarification can be obtained even when the pH is considerably below 7. If the addition of an alkaline agent. is desired or required for any purpose, it is preferable to add this agent after the soluble metal compound has been added and fully disseminated throughout the sewage water.
After aeration and to separate the sludge from the accompanying liquid; the water can preferably be introduced into a clarifier below a layer or blanket of settling sludge, so that the liquid flows upward through the settling blanket and overflows of the clarifier by entraining a practically negligible amount of suspended matter.
Here is, by way of example, how the process of the invention can be carried out in practice. Raw sewage water, after having been roughly filtered in a suitable manner, is mixed with sludge returned to the process, in an aeration vessel and the aeration of the mixture begins.
The aeration vessel employed is preferably of the type which permits continuous flow of the mixture undergoing treatment, from an inlet end to an outlet end, and the flow rate is preferably controlled so that A period of about an hour lasts between the time of entry and the time of exit of the sewage water. The aeration of the sewage water is preferably continued throughout its period of detention in the aeration vessel.
While the mixture undergoing treatment is flowing through the aeration vessel, a soluble iron compound, preferably in the form of a ferric sulfate solution containing fifty grams per liter, is added to the mixture in one. point corresponding to a time interval of approximately two to fifteen minutes before the moment of release of the mixture from the container. Rapid diffusion of the solution throughout the mixture is produced by the agitation resulting from aeration. The oxygen in the air maintains the iron. ferric.
When a ferrous salt, such as ferrous sulfate, is used, the oxygen in the air converts the iron to the iron state.
The raw sewage water introduced, usually has a pH of about 7 to 7.5. In the coagulation treatment iron is precipitated, probably as ferric hydroxide, as well as as simple and complex organic ferric compounds. The sulphate ions of the added ferric sulphate tend to lower the pH of the sewage water to a value below 7, but this tendency is greatly compensated for by the effects of aeration and by the sludge brought back into the process, and the sewage water, upon completion of the ferric sulfate treatment, may have a pH equivalent to that of the raw sewage entering.
Virtually all the iron added as ferric sulphate is precipitated, and it is noticed that this precipitated iron, together with the iron brought back with the sludge, forms a flaky mass of ferric hydroxide which acts as a collector for the suspended matter. The sludge brought back into the process and the aeration treatment also help the precipitation of suspended matter. The aeration of the sewage also causes the oxidation of a considerable amount of dissolved putrescible material.
The quantity of iron added to the sewage water depends, to some extent at least, on the quantity of putrescible matter suspended in this water. When treating municipal sewage, five to twenty-five parts of iron per million produce satisfactory coagulation and precipitation of suspended solids, and generally less than twenty parts of iron per million parts. of water, produce satisfactory results.
When treating industrial waste liquids, such as those from, for example, dairies or canning factories, twenty to fifty parts of iron per million parts of liquid may be required to produce coagulation and satisfactory precipitation of suspended solids. Satisfactory aeration is obtained with 0.25 to 2.9 liters of air per 4.5 liters of treated sewage water.
It appears that the oxygen in the air used for aeration is mainly used to oxidize putrescible material and is not absorbed by the sludge. This is indicated by the rapid removal of dissolved putrescible material and the presence of dissolved oxygen in the clarifier overflow.
If adjustment of the pH is desirable after the treatment with ferric sulfate, an alkaline agent, such as lime, may be added during aeration in an amount sufficient to give a pH of the desired value. Having the pH above 7 can sometimes improve sedimentation and filtration. Lime is preferable to other alkaline agents for this operation, because it gives denser flakes which precipitate very quickly, and because it is inexpensive. Lime is preferably added to sewage water in the form of lime milk, at the rate of 50 grams of lime per liter of milk.
When dissolved putrescible materials must then be removed from the sewage water by a base exchange treatment (zeolite), it is preferable to carefully regulate the quantity of lime added to the sewage water, to obtain a pH between approximately 7.2 and 7.6.
After the lime treatment, the sewage water can pass through a clarifier, into which it is introduced near the bottom, rising through a layer of sedimentation sludge. The clarified liquid flows to the top of the clarifier and the sedimented sludge is removed from the bottom of the clarifier, preferably by being raked or otherwise mechanically worked along the bottom of the clarifier in the direction of the flow. sludge discharge port.
The supernatant liquid is practically free from suspended matter and can advantageously be subjected to a base exchange treatment such as that described in Patent No. 171383.
The sludge from the bottom of the clarifier can be conducted partly to a thickener and partly to the aeration vessel. The clarified liquid flows to the top and the; sludge deposited is removed at the bottom of the thick sisseur. The products leaving the clarifier and the thickener can be combined to be set aside in a suitable manner or for subsequent processing.
The sludge coming from the thickener contains about 3 to 10 solids, it can be conducted partly to the aeration vessel and partly to a suction filter, in which its moisture content is lowered.
All the sludge used to treat new portions of liquid can be obtained from the clarifier, or all this sludge can be obtained from the thickener, or even a part can. be obtained naked, from the thickener and part of the broadener. About 20 to 75% of the sludge is returned to the aeration vessel. The amount of sludge returned can vary considerably. Usually, returning 1:
The sludge can be advantageously controlled so as to establish in the mixture of sludge and sewage subjected to the treatment in the aeration vessel, an amount of suspended matter equal to approximately 2 to 8 times the amount of suspended matter in the raw sewage received.
When carrying out the process in practice, it is preferred to completely destroy the organic material in the filter cake by incineration. A rotary incineration furnace consisting of two parts, namely a drying part and a combustion part, is admirably well suited for this purpose. In the two drying and combustion parts of this furnace, air moves concurrently with solids and gases.
The drying part operates at a temperature which should not cause decomposition or carbonization of the sludge, and the incineration part operates at a temperature of about <B> 650 </B> to 700 ° C. . This incineration temperature is high enough to destroy putrescible material.
The incineration temperature is preferably kept below 700 ° C., so as to avoid sintering of the residue. ZTnç bpune part of the heat required for incineration is obtained by combustion of the sludge. In fact, the calorific value of the sludge is such that for large scale operation no additional fuel is needed for incineration.
The residue from the incineration can be treated with sulfuric acid to regenerate ferric sulphate which is again used in the process.
The single figure of the appended drawing shows schematically an arrangement which can be adopted to carry out the process of the invention.
The raw sewage water passes first through a coarse screen and then through a fine screen (not shown in the drawing) to remove coarse and heavy solids. The sewage water thus screened is treated according to the process of the invention.
In the device shown in the drawing, the aeration of sewage water. is carried out in a long tank or basin, one end of which receives the water to be treated and the other end of which discharges the treated water into a clarifier. The sludge returned to the process is added to the raw sewage water as the latter enters the aeration basin and the complete mixing of the sludge and sewage water is accomplished by the agitation with air.
In this apparatus, the rate of flow of sewage water through the aeration basin is such that the water remains in this basin for about an hour. The ferric sulphate solution is added to the sewage water in the aeration tank preferably at a point corresponding to an interval of approximately 2 to 1.5 minutes before the moment of discharge of the sewage water into the clarification,
however, provision can be made for the addition of the ferric sulphate to be able to take place at several points between the inlet end and the outlet end of the basin. If it is necessary to add an alkaline agent or if this addition is desirable for the adjustment of the pH of the sewage water,
milk of lime is added between the point of addition of ferric sulphate and the outlet end of the aeration vessel? far enough from the point of addition of ferric sulphate to allow complete dissemination of ferric sulphate into the sewage water before addition of lime. An ordinary air diffuser runs the full length of the aeration vessel and provides an air source for aeration and agitation. The air diffuser can be of any suitable construction.
The clarifier shown in the drawing. com carries a tank having a peripheral inlet opening (extending approximately over a third of the circumference of the tank) and discharging at the bottom of the tank. The clarified liquid overflows into a trough 6, on the opposite side of the charging well and extending approximately one third of the upper circumference of the tank. A rake 7 moves the sludge settling on the bottom of the tank, towards the sludge discharge orifice, placed in the center of this bottom.
It will be understood that other forms and types of clarifiers may be employed to substantially carry out the invention. It has been found that the introduction of sewage water near the bottom of the sedimentation chamber, below a mass of sludge settling in this chamber, materially promotes the production of a supernatant liquid, practical ment free from suspended matter.
The sludge coming from the clarifier is pumped by a pump 10 to the thickener, which has a rake 8 and an overflow trough 9, or else this sludge is pumped partly to the thickener and partly up to the inlet end of the aeration container. The pump 10 communicates with a duct 11, which leads to a duct 12 for returning the mud. A bypass duct 13 is provided to bring the sludge from the pump 10 and from the duct 11 to the thickener. Appropriate valves are provided on the conduits 11 and 13 to control and distribute the flow of the slurry in these conduits.
The water exiting the clarifier and the thickener can be combined for proper disposal or for subsequent treatment, such as, for example, by aseolite filters, as described in Patent No. 171383:
Part of the sludge coming from the thickener can be driven by means of a pump 14 and a pipe 15; at. the sludge return line 12, leading to the inlet end of the aeration vessel. Appropriate valves are provided on lines 15 and 16 to control and distribute the flow of sludge in these lines.
The remainder of the sludge from the thickener is led through line 16 to a suction filter. The filter cake is transported to the dryer and to the incinerator.
The sludge returned to the aeration vessel (20 to 75%, more or less) can be taken entirely from the clarifier - or entirely from the thickener, or a part of this sludge can be taken from the clarifier and part of the thickener.
Both the dryer and the incinerator are rotatable cylinders in which the solid matter and the gases (for drying and incineration) move concurrently. Thus, the gases escaping from the incinerator move through the dryer, concurrently with the sludge, and the dry sludge enters the incinerator, as do hot gases from an oil burner or oil burner. another heater.
One: Adequate amount of oxygen or other combustive gas, enters the incinerator (along with hot combustion gases from a special fuel) to burn off organic matter and other combustible materials in it. dry mud. The residues or ashes from the incineration are discharged into a storage vessel from which they are suitably brought to a double bottom sivage tank.
In this vat, the incinerated residue is treated with sulfuric acid, while being suitably stirred and also heated, if necessary, to regenerate ferric sulfate therefrom. The contents of the vessel are supplied to a centrifuge for the removal of excess acid. The centrifuged cake is leached with water to remove any ferric sulfate present and the insoluble residue is filtered and then set aside.
The regenerated ferric sulfate solution is pumped back to be used again for treating further portions of fresh sewage.
It will of course be understood that the apparatus shown in the drawing is given merely by way of illustration and should not restrict the invention in any way.
The following table gives the daily results obtained during a period of eleven days, during tests carried out with a view to comparing the results obtainable by the process of the present invention, with the results obtainable from a similar process, but not including the return of the sludge and aeration before the addition of ferric sulphate.
By carrying out the tests of the process of the invention, the approximately 75% of the sludge obtained in the clarifier (containing approximately 4% solids) was returned directly from the clarifier to the aeration vessel, the aeration was continued. for one hour and ferric sulfate was added to the aeration vessel about 5 minutes before the end of the aeration period. The biological consumption of oxygen (C.
B. 0.), the quantity of materials. in suspension, iron and lime are given in parts per million. Biological oxygen uptake is determined by incubating a sample of liquor, with bacteria, at a given temperature, usually 20 ° C; and for a given time, -generally 5., 10 or 20 days.
The quantity of oxygen dissolved in the liquor is determined before and after the incubation and the difference between the two values found, expressed in parts of oxygen per million parts of liquor, gives the biological consumption of oxygen. For more information see "Solving Sewage Problems" by Fuller and McClintock, published by NeGraw-glll (New York and London) in 1926, - pages 62, 63 and 125-127.
The leaving purified water was the liquid swimming out of the clarifier. In carrying out the tests, sewage water from two different sources was treated, the water from the different sources being treated alternately, one day and another. In the table below the method of the invention is designated as "Method. <B> -A </B>" and the method used for the comparison is indicated as "Method B". To determine the biological oxygen uptake, the five-day running test was used; by using dilution water containing germs.
EMI0006.0054
Crude <SEP> liquid <SEP> Reagents <SEP> added <SEP> Resulting <SEP> liquid <SEP> purified
<tb> received
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<tb> @, <SEP> 16 <SEP> 80 <SEP> 260 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 18 <SEP> 36 <SEP> 14 <SEP> 10 Good Although the preferred process comprising the use of ferric sulfate has been described, it will be understood that other metal compounds may be advantageously employed in accordance with the present invention. Thus, for example, ferrous sulfate, when added at an appropriate time, may result in a better reduction in biological oxygen consumption than that obtained by using ferric sulfate.
For this reason, and because ferrous sulfate is less expensive than ferric sulfate, the use of ferrous sulfate may be preferable. Also, results similar to those obtained by employing ferric sulfate can be obtained by employing aluminum sulfate. Mixtures of various compounds can advantageously be employed and desirable results can be obtained by separately adding two or more compounds. For example, extremely good results have been obtained by adding small amounts of aluminum sulfate within a minute or two after the final addition of ferric sulfate.
The amounts of aluminum sulfate used were about 10% of the amounts of ferric sulfate employed. Very desirable results have also been obtained by adding a solution obtained by dissolving both aluminum sulfate and ferric sulfate in an amount of about one part aluminum sulfate to ten parts ferric sulfate.
The process of the invention is well suited to the treatment of industrial residual liquids, as well as to the treatment of ordinary city or household sewage. It makes it possible to obtain that a sludge precipitating extremely quickly is produced with a very great elimination of the tracibles materials.
It is common to obtain, after standing for five minutes, a clear supernatant liquid. which can be decanted, and reductions in biological oxygen consumption of nearly 99% have been obtained, on numerous occasions, during the normal implementation of the process of the invention.