CH617412A5 - - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un procédé de traitement des eaux usées contenant des phosphates ainsi que des matières suscitant une demande biologique d'oxygène pour obtenir un effluent pratiquement exempt de phosphates.

Dans les installations classiques à boues activées utilisées aujourd'hui, les eaux usées sont soumises aux étapes habituelles de tamisage et de traitement préalable, par exemple une première sédimentation, puis elles sont mélangées avec des boues activées recyclées pour former un mélange de liquide qu'on soumet à l'aération avec un gaz contenant de l'oxygène dans une zone d'aération. Pendant l'aération du mélange de liquide, les microorganismes présents dans les boues activées causent la décomposition aérobie des substances solides et on atteint un degré élevé de réduction de la demande biologique d'oxygène, dite DBO.

Les phosphates qui sont présents dans des déchets organiques et des détergents échappent au procédé de traitement classique des

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

617 412

eaux usées et sont libérés avec l'effluent dans les lacs, les rivières et les ruisseaux. Il résulte de ces phosphates une surfertilisation ou eutrophisation des eaux, ce qui cause une croissance d'algues peu esthétique et de graves difficultés de pollution.

Il est connu que l'aération du mélange de liquide dans un procédé de traitement des eaux usées à boues activées cause initialement la fixation du phosphate par les micro-organismes présents. Le brevet US N° 3236766 divulgue un procédé qui utilise ce phénomène pour enlever des phosphates des eaux usées. Selon le procédé décrit dans ce brevet, le pH des eaux usées brutes est ajusté entre 6,2 et 8,5, les eaux usées sont mélangées avec des boues activées pour former un mélange de liquide, on aère le mélange de liquide pour maintenir une teneur en oxygène dissous d'au moins 0,3 mg/1 dans le mélange de liquide et on sépare des boues enrichies en phosphate du mélange de liquide pour obtenir un effluent pratiquement exempt de phosphate. Les boues enrichies en phosphate sont traitées pour réduire leur teneur en phosphate avant le recyclage pour le mélange avec les eaux usées qui arrivent. On le fait en maintenant les boues enrichies en phosphate à l'état anaérobie pendant plusieurs heures dans un récipient combiné pour la séparation des phosphates et l'épais-sissement des boues. Dans ce récipient, les boues enrichies en phosphate sont déposées et épaissies et les conditions anaérobies font que les micro-organismes qui ont fixé du phosphate dans la zone d'aération libèrent des phosphates à la phase liquide pour former un liquide surnageant enrichi en phosphate. Le liquide surnageant enrichi en phosphate est amené dans un appareil pour précipiter les phosphates où un corps réagissant qui précipite les phosphates, par exemple la chaux, est ajouté pour précipiter les phosphates solubles.

Pour la mise en œuvre du procédé décrit plus haut, on a trouvé qu'il faut un temps important pour que les phosphates solubles libérés dans les boues anaérobies et notamment dans les boues déposées dans la partie la plus basse de la zone de séparation migrent hors de la couche de boue déposée et dans le liquide surnageant dans la zone de séparation. Une telle migration lente est la conséquence d'une obstruction physique à l'écoulement par diffusion des phosphates libérés, par les substances solides des boues compactées et denses ainsi que des limitations d'équilibre inhérentes au procédé de transfert de masse. Dans ces conditions, si on soutire les boues de la zone de séparation et qu'on les recycle dans la zone d'aération avant de transférer une quantité suffisante de phosphate soluble dans le liquide surnageant, une quantité excessive de phosphate soluble est recyclée dans la zone d'aération et l'efficacité de séparation des phosphates du procédé global est diminuée de façon désavantageuse. Ainsi, dans la pratique, une quantité importante de phosphate soluble dont la concentration augmente depuis le haut vers le bas de l'appareil de séparation est retenue dans les boues recyclées et emportée avec elles. En outre, l'appareil de séparation des phosphates doit aussi fonctionner comme épaississeur des boues et donc doit être conçu pour des temps de rétention prolongés pour remplir cette fonction d'épais-sissement.

On a proposé d'augmenter l'efficacité de la séparation des phosphates par divers moyens, y compris la remise en circulation d'une partie du liquide surnageant soutiré depuis la zone de séparation, dans le bas du récipient de séparation, l'introduction des boues enrichies en phosphate au fond du récipient de séparation ou la remise en circulation d'une partie des boues soutirées depuis le bas du récipient de séparation vers le liquide surnageant qui s'y trouve afin d'augmenter le niveau de transfert de phosphate soluble vers le liquide surnageant. Ces modifications, bien qu'elles améliorent dans une certaine mesure la quantité de phosphate soluble enlevée des boues de recyclage, ont une efficacité limitée par le fait que la zone de séparation doit fonctionner pour épaissir les boues de recyclage malgré la circulation et les écoulements à l'intérieur du récipient de séparation dans ces schémas proposés, ce qui a tendance à favoriser un comportement de diffusion à contre-courant et gêner cette fonction d'épaississe-ment.

Divers autres procédés ont été proposés pour réduire la teneur en phosphate des boues enrichies en phosphate après l'étape d'aération dans un procédé de traitement des eaux usées à boues activées. Ainsi, par exemple, le brevet USA N° 3385785 divulgue l'ajustage du pH des boues enrichies en phosphate jusqu'à une valeur comprise entre 3,5 et 6, puis l'agitation des boues en contact avec un milieu aqueux à faible teneur en phosphate dans une cuve pendant un temps suffisant pour effectuer le transfert des phosphates solubles dans l'eau depuis les boues vers la phase aqueuse. Lorsque le phosphate soluble a été extrait par lessivage depuis les boues vers le milieu aqueux, on fait passer le mélange dans une cuve de décantation, dans laquelle le milieu aqueux enrichi en phosphate est séparé des boues appauvries en phosphate. On traite alors le milieu aqueux enrichi en phosphate avec un corps réagissant, tel que la chaux, pour précipiter le phosphate soluble. Du moment que ce procédé nécessite l'addition de quantités importantes de milieux aqueux à faible teneur en phosphate et qu'il exige deux cuves distinctes, c'est-à-dire une cuve de lessivage des phosphates et une cuve de décantation, pour séparer les phosphates solubles des boues, il faut un investissement important pour un tel procédé. En outre, des grandes quantités de corps réagissants peuvent être nécessaires pour maintenir le pH du milieu aqueux élutriant dans les limites prescrites et pour précipiter le phosphate soluble du milieu aqueux enrichi en phosphate.

On a proposé diverses autres installations antérieurement qui utilisent le mélange des boues enrichies en phosphate avec un milieu aqueux à teneur plus faible en phosphate, suivi d'une séparation en des boues à teneur plus faible en phosphate, c'est-à-dire les boues traitées de recyclage, et un milieu aqueux enrichi en phosphate. De telles installations sont limitées de manière inhérente par des effets d'équilibre du moment que la concentration en phosphate soluble dans la phase liquide des boues traitées de recyclage ne peut pas être inférieure à la concentration en phosphate soluble du milieu aqueux duquel on les sépare. Ainsi, l'amélioration du pouvoir de séparation des phosphates de cette installation exige ou bien une augmentation du volume total du milieu de transfert aqueux, ou une augmentation du nombre des étapes de mélange/séparation, ces deux solutions étant coûteuses pour la difficulté d'obtenir une efficacité de séparation des phosphates élevés.

Ainsi, le but de la présente invention est de fournir un procédé de traitement des eaux usées avec des boues activées, se distinguant par une meilleure efficacité de la séparation des phosphates des eaux usées.

Le procédé selon l'invention est défini dans la revendication 1.

Le terme «milieu de séparation à basse teneur en solides, à basse teneur en phosphate» se rapporte à un milieu aqueux ou contenant de l'eau qui contient une concentration plus basse de phosphate soluble que les boues anaérobies contenant des phosphates libérés avec lesquelles on le met en contact; de préférence, le milieu de séparation a une concentration en phosphate soluble inférieure à environ 30 mg/1. Comme indiqué plus haut, la concentration en matières solides du milieu de séparation ne dépasse pas 200 mg/1. Le terme «portion majeure des boues» utilisé comme décrivant la portion des boues maintenues dans des conditions anaérobies dans la zone de séparation se rapporte à au moins 50% en poids des substances solides des boues dans celle-ci.

Le dessin annexé illustre à titre d'exemple des formes d'exécution de l'installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

La fig. 1 est un schéma de fonctionnement d'une forme d'exécution du présent procédé où des boues anaérobies contenant du phosphate libéré sont mises en contact avec un milieu de séparation à basse teneur en matières solides et à basse teneur en phosphate produits par la séparation des phosphates du liquide enrichi

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

617 412

4

en phosphate soutiré depuis la section supérieure de la zone de séparation.

La fig. 2 est un schéma de fonctionnement d'une autre forme d'exécution du présent procédé où l'on utilise comme milieu de séparation une portion de l'effluent primaire provenant de la première zone de sédimentation.

La fig. 3 est un schéma de fonctionnement d'encore une autre forme d'exécution du présent procédé, qui utilise comme milieu de séparation une portion de l'effluent pratiquement exempt de phosphate.

La fig. 1 représente un schéma d'installation illustrant le présent procédé. Les eaux usées brutes contenant des phosphates, par exemple les eaux d'égouts urbains, sont introduites dans l'installation de traitement des eaux usées par le conduit 15 et mélangées avec le liquide appauvri en phosphate provenant du conduit 35 qu'on décrit plus en détail ci-après. On fait passer les eaux d'égouts d'entrée et les boues de recyclage dans le conduit 24 vers la zone d'aération 16 où le mélange de liquide formé à partir des eaux d'égouts et des boues activées recyclées est aéré pour réduire la DBO des eaux d'égouts et pour que les micro-organismes en présence fixent le phosphate. Dans la cuve d'aération, le mélange de liquide est aéré à une vitesse suffisante pour le maintenir aérobie, c'est-à-dire de telle sorte qu'il existe une quantité mesurable d'oxygène dissous présent dans le mélange de liquide dans au moins une partie de la cuve d'aération pendant la période d'aération requise, par exemple pendant 0,5 à 8 h. Plus particulièrement, l'aération est conduite en mélangeant les eaux usées d'arrivée contenant des phosphates avec les boues activées et le gaz contenant de l'oxygène dans la zone d'aération et, simultanément, on fait circuler un des fluides, c'est-à-dire le liquide et le gaz d'aération, à contre-courant contre l'autre fluide pendant un temps suffisant pour réduire la DBO des eaux d'égouts et pour que les micro-organismes présents dans les boues activées fixent le phosphate pour former un mélange de liquide aéré contenant des boues enrichies en phosphate.

Dans la pratique, la zone d'aération peut être de type connu, où on utilise l'air atmosphérique comme agent oxydant dans des chambres d'aération ouvertes. En variante, on peut conduire l'aération comme l'enseignent les brevets USA Nos 3547813-3547815, selon lesquels on utilise au moins une chambre d'aération couverte et enfermée où le liquide qu'on traite est mis en contact intime en présence de boues activées avec un gaz enrichi en oxygène provenant d'un espace gazeux au-dessus de celles-ci, pour dissoudre l'oxygène nécessaire pour l'activité biologique aérobie. De tels dispositifs d'oxygénation sont capables de fonctionner avec des niveaux de substances solides biologiques en suspension plusieurs fois plus importantes et des temps de retenue pour l'aération plusieurs fois inférieurs à ceux des procédés d'aération à l'air connus, tout en maintenant des niveaux globaux de traitements comparables ou supérieurs, et on a trouvé qu'ils étaient très efficaces pour la mise en œuvre du présent procédé.

On conduit le mélange du liquide aéré depuis la zone d'aération dans le conduit 17, et on le fait passer vers la deuxième zone 18 de décantation. Dans la zone de décantation, des boues enrichies en phosphate sont séparées du mélange de liquide aéré pour fournir un effluent pratiquement exempt de phosphate, qui est évacué de l'installation par le conduit 19. Il est entendu que, bien que la séparation des boues enrichies en phosphate provenant de mélange de liquide aéré soit décrite à titre d'exemple en relation avec une zone de décantation, par exemple une chambre de clarification connue, il serait aussi possible de conduire la séparation du mélange de liquide par d'autres moyens tels que la flottation d'air. On fait passer les boues enrichies en phosphate et séparées depuis la deuxième zone de décantation 18 par le conduit 20 vers la zone de séparation des phosphates 21. Dans certains cas, il peut être avantageux de recycler une partie des boues enrichies en phosphate et séparées directement vers la zone d'aération sans un traitement de séparation, par exemple par le conduit 12, et/ou d'évacuer une portion des boues enrichies en phosphate en amont de la zone de séparation, par exemple par le conduit 13. Dans la zone de séparation, les boues enrichies en phosphate se déposent. Au moins une portion majeure des boues s en train de se déposer dans la zone de séparation 21 est maintenue dans des conditions anaérobies pour libérer du phosphate vers la phase liquide des boues anaérobies. Cette libération est effectuée en maintenant un temps de séjour des boues dans la zone de séparation de 2 à 10 h, pour que les phosphates solubles io s'échappent des substances solides des boues enrichies en phosphate.

On conduit l'étape de mise en contact et de séparation des boues anaérobies dans cette installation en introduisant le milieu de séparation à basse teneur en matières solides et à basse teneur 15 en phosphate dans le conduit 26, ce qui sera décrit plus en détail ci-après, vers la zone de séparation 21 dans la section inférieure 36 de cette zone au moyen du diffuseur 28 qui peut, par exemple, comprendre de nombreuses buses stationnaires pour l'écoulement vers le haut à travers au moins une partie des substances solides 20 en train de se déposer vers la section supérieure 22 de la zone de séparation 21. Ainsi, on établit une élutriation à contre-courant des phosphates solubles dans les boues anaérobies, tandis que les phosphates solubles libérés des substances solides des boues en train de se déposer sont transférés vers le liquide qui s'écoule vers 25 le haut, pour fournir un liquide enrichi en phosphate dans la section supérieure de la zone de séparation, et des boues à teneur plus basse en phosphate qui se déposent dans la section inférieure 36 de la zone de séparation. On soutire le liquide enrichi en phosphate depuis la section supérieure de la zone de séparation 30 par le conduit 25 et les boues à teneur plus basse en phosphate sont soutirées depuis la section inférieure de la zone par le conduit 23. Dans la zone de séparation, il est clair que les sites respectifs du ou des points à partir desquels sont soutirées les boues à teneur plus basse en phosphate depuis la zone de sépara-35 tion et le ou les points auxquels on introduit le milieu de séparation à basse teneur en substances solides et à basse teneur en phosphate vers la zone de séparation sont avantageusement espacés les uns des autres dans la pratique, afin de minimiser la possibilité du court-circuitage des écoulements ou de causer « d'autres phénomènes aberrants d'écoulement qui nuiraient à l'opération de séparation et qui diminueraient l'efficacité globale de séparation des phosphates pour l'installation.

Dans la disposition de mise en contact décrite plus haut, il est clair que toute teneur en oxygène dissous dans le milieu de sépara-45 tion, par exemple comme cela peut se produire dans le mélange et le recyclage qu'on décrira plus loin, sera transportée dans la section inférieure de la zone de séparation dans le courant de mise en contact dans le conduit 26. Cette introduction d'oxygène dissous a pour effet que les micro-organismes présents dans la so couche de substances solides déposées, où l'on introduit le courant liquide de mise en contact, lesquels micro-organismes ont libéré du phosphate vers la phase liquide associée, fixent de nouveau du phosphate, si du phosphate soluble est présent dans la phase liquide environnante. Cet effet doit être localisé dans le 55 voisinage immédiat des moyens d'introduction afin de ne pas nuire aux conditions anaérobies dans le volume global des boues anaérobies qui se déposent dans la zone de séparation. En d'autres termes, la teneur en oxygène dissous du milieu de séparation doit être réglée à un niveau suffisamment bas pour maintenir 60 les taux désirés de séparation des phosphates des boues.

Le liquide enrichi en phosphate soutiré de la section supérieure 22 de la zone de séparation 21 par le conduit 25 est envoyé dans la cuve de mélange rapide 29. Dans cette cuve, le liquide enrichi en phosphate est rapidement mélangé (par des moyens 65 non représentés) avec un agent précipitant le phosphate, par exemple de la chaux, introduit dans la cuve par le conduit 30. Le mélange liquide surnageant/agent précipitant les phosphates est alors envoyé par le conduit 31 vers la cuve de floculation 32, dans

5

617 412

laquelle le phosphate précipité se dépose, et il est enlevé de l'installation comme boues chimiques de déchets par le conduit 33. Le trop-plein de liquide surnageant appauvri en phosphate provenant de la cuve de floculation 32 dans le conduit 34 peut alors être partagé en deux, une première partie recyclée par le conduit 35 pour rejoindre les eaux usées d'arrivée, qui arrivent dans l'installation par le conduit 15, et une deuxième partie recyclée par le conduit 26 comportant une pompe 27 jusqu'au diffuseur 28, en tant que milieu de séparation à basse teneur en substances solides et à basse teneur en phosphate pour le procédé. On comprendra que, dans certains cas, il peut être avantageux d'utiliser un seul récipient pour le mélange, la floculation et la décantation, au lieu des deux récipients représentés dans l'installation de la fig. 1.

Au moins une portion majeure des boues en train de se déposer est maintenue dans des conditions anaérobies, c'est-à-dire telles qu'il n'y a pratiquement pas de quantité mesurable d'oxygène dissous présent dans la phase liquide des boues, pendant un temps compris entre 2 et 10 h, suffisant pour libérer le phosphate vers la phase liquide des boues anaérobies qui se déposent. Le temps de séjour des boues dans la zone de séparation nécessaire pour la libération des phosphates dépend en partie de la nature aérobie ou anaérobie des boues enrichies en phosphate qu'on fait passer vers la zone de séparation. Par exemple, on a trouvé que la vitesse de fixation de l'oxygène dissous (par les micro-organismes présents) dans les deuxièmes zones de décantation des installations classiques à boues activées peut être tout à fait élevée, par exemple de l'ordre de 20 à 30 ppm/h. Avec des taux de fixation aussi élevés, l'oxygène dissous dans le mélange liquide évacué de l'étape d'aération précédente peut être appauvri dans la zone de décantation, de sorte que le sous-courant des boues enlevées de la zone de décantation est anaérobie. Dans le présent procédé, cette nature anaérobie des boues enrichies en phosphate et séparées du mélange liquide, et qu'on fait passer vers la zone de séparation, permet à la totalité du volume de boue en train de se déposer dans la zone de séparation d'être maintenue dans des conditions anaérobies, ce qui, à son tour, permet d'utiliser un temps de séjour plus court des boues dans la zone de séparation pour la libération des phosphates. Lorsque les boues enlevées de la deuxième zone de décantation et qu'on fait passer vers la zone de séparation sont de nature anaérobie, le temps de séjour et l'état tranquille des boues dans la deuxième zone de décantation doivent être maintenus pour éviter la libération et le mélange des phosphates dans cette zone, ce qui nuirait à la qualité de l'effluent évacué de l'installation du procédé. D'autre part, lorsque les boues enrichies en phosphate qu'on fait passer vers la zone de séparation sont de nature aérobie, un temps de séjour des boues relativement plus grand dans la zone de séparation est nécessaire pour obtenir la libération désirée des phosphates.

Comme on l'indique plus haut, le temps de séjour des boues dans la zone de séparation pour la mise en œuvre grosso modo du présent procédé doit être compris entre 2 et 10 h. Si on utilise un temps de séjour de moins de 2 h, on obtient un degré de libération des phosphates des substances solides des boues en train de se déposer insuffisant, et les boues ne sont pas complètement renouvelées de manière à fixer de nouveau du phosphate dans la zone d'aération. Dans ces conditions, le phosphate dans les eaux usées d'arrivée introduites vers la zone d'aération n'est pas complètement enlevé dans celles-ci et sort de l'installation vers l'effluent de la deuxième zone de décantation. Si, d'autre part, le temps de séjour des boues dans la zone de séparation dépasse 10 h, alors la dimension du récipient de séparation nécessaire devient trop grande et coûteuse sans qu'il y ait d'amélioration, en contrepartie, du taux de séparation des phosphates obtenus dans celui-ci. Cela étant, on préfère maintenir le temps de séjour des boues dans la zone de séparation entre 4 et 8 h.

Egalement comme on l'a indiqué plus haut, cette mise en œuvre grosso modo du présent procédé nécessite que la concentration des substances solides en suspension du milieu de séparation à basse teneur en substances solides et à basse teneur en phosphate ne dépasse pas 200 mg/1 et que le débit volumétrique du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation soit compris entre 0,7 et 2,0 fois le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate qu'on soutire de cette zone. Si le milieu de séparation a une concentration en substances solides en suspension supérieure à 200 mg/1, alors l'écoulement dans la zone de séparation devient tellement bas qu'un épaississement des substances solides dans la zone de séparation devient nécessaire, avec les conséquences désavantageuses précitées, c'est-à-dire que le phosphate a tendance à être retenu dans la masse de substances solides denses et que la zone de séparation doit être dimensionnée pour réaliser l'épaississement. Lorsque cette opération d'épais-sissement a lieu, cela exige une zone de séparation sensiblement plus grande qu'il ne serait nécessaire en l'absence de cette opération. Si l'épaississement est nécessaire, et que le récipient de séparation ne soit pas dimensionné en conséquence, le récipient devient surchargé hydrauliquement et il peut en résulter une perte grossière des substances solides en suspension dans le liquide soutiré de la section supérieure de la zone de séparation. De préférence, la concentration en substances solides en suspension du milieu de séparation est inférieure à 100 mg/1. Le milieu de séparation doit aussi avoir une concentration en phosphate soluble assez basse pour maintenir un gradient de concentration suffisamment élevé pour fournir une vitesse élevée de transfert de masse entre le milieu de séparation et les boues en train de se déposer dans la zone de séparation pour un transfert efficace des phosphates solubles qui s'y trouvent et une séparation globale élevée des phosphates dans l'installation. Dans la pratique, la concentration en phosphate soluble du milieu de séparation est de préférence inférieure à environ 30 mg/1, afin d'assurer un gradient de concentration de transfert de masse suffisamment élevé dans ces installations dans lesquelles la concentration en phosphate soluble des eaux usées d'arrivée est importante, par exemple 50 mg/1. En outre, le débit volumétrique du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation doit être maintenu entre 0,7 et 2,0 fois le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate soutiré de cette zone, afin de faire fonctionner plus efficacement la zone de séparation du point de vue hydraulique. Si ce débit volumétrique (du milieu de séparation par rapport au liquide enrichi en phosphate) est en dessous de 0,7, le volume du milieu de séparation fourni pour la séparation a tendance à devenir insuffisant en quantité, et il en résulte que des quantités excessives de phosphate sont recyclées vers la zone d'aération dans les boues de recyclage et que l'efficacité de séparation des phosphates de l'installation globale a tendance à être basse. En outre, en dessous d'un débit volumétrique de 0,7, le degré d'épaississement devient désavantageusement excessif. D'autre part, si ce débit volumétrique dépasse 2,0, le volume du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation devient tellement grand par rapport à la quantité de liquide enrichi en phosphate soutiré de celle-ci que cela favorise un court-circuitage du milieu de séparation depuis son point d'introduction jusqu'au point de séparation des boues par le sous-courant depuis la zone de séparation. Dans ces conditions, le débit volumétrique du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation des phosphates et le sous-courant de boue soutiré de celle-ci deviennent excessivement grands par rapport aux exigences de l'installation de séparation sans qu'il y ait d'amélioration correspondante de l'efficacité de séparation des phosphates ; en outre, il résulte de cette situation une utilisation qui gaspille l'énergie pour le pompage de recyclage et le pompage des boues depuis la zone de séparation. Par conséquent, le débit volumétrique compris entre 0,7 et 2,0, ainsi que les limites restrictives décrites plus haut pour ce qui est du temps de séjour des boues dans la zone de séparation et de la concentration en substances solides en suspension dans le milieu de séparation, définissent un ensemble de conditions de procédé qui permettent d'utiliser très efficacement la zone de séparation des phosphates

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

617 412

6

en tant que zone de séparation par extraction à contre-courant et, de manière correspondante, assurent que peu ou pas d'épaississe-ment est obtenu dans la zone de séparation pendant son fonctionnement.

Il est intéressant, à ce stade, de considérer l'effet de l'épaississement des propriétés hydrauliques sur la dimension et la configuration de la zone de séparation des phosphates. Dans le présent procédé, la zone de séparation des phosphates doit conduire deux fonctions majeures en relation l'une avec l'autre ; elle doit produire un liquide enrichi en phosphate à basse teneur en substances solides qu'on soutire depuis la partie supérieure de la zone de séparation et qui contient une concentration élevée en phosphate'soluble provenant des boues enrichies en phosphate qu'on fait passer vers la zone de séparation et qui proviennent de la deuxième zone de décantation, et elle doit produire des boues de recyclage à teneur plus basse en phosphate ayant une concentration en phosphate soluble suffisamment basse et une concentration en substances solides suffisamment élevée pour fournir de fortes réductions de la DBO et des phosphates des eaux usées brutes dans la zone d'aération. Associée à ces fonctions se trouve l'exigence que la zone de séparation des phosphates permette de maintenir une séparation efficace des substances solides/liquides comme contre les courants à contre-courant respectifs, c'est-à-dire le liquide d'extraction s'écoulant vers le haut et les substances solides descendantes en train de se déposer. Ce pouvoir de séparation ou de clarification des substances solides/liquides est essentiel pour le fonctionnement efficace de l'installation de traitement des eaux usées dans la mesure où toutes les substances solides qui échappent à la séparation et qui sortent de la zone de séparation avec le liquide du trop-plein nuisent au pouvoir de séparation des phosphates de l'installation globale ainsi que le fait tout entraînement du milieu de séparation dans les boues de sous-courant soutirées depuis la section inférieure de la zone de séparation des phosphates. Le pouvoir de clarification de la zone de séparation des phosphates, à son tour, dépend des vitesses relatives des phases solides et liquides. Pour maintenir une nette séparation, la vitesse de montée verticale du liquide dans la zone de séparation doit être inférieure à la vitesse de dépôt des substances solides. La vitesse de montée verticale des liquides est une variable déterminée géométriquement en relation avec la grandeur (précisément la coupe transversale) de la zone de séparation. L'exigence de séparation nette permet ainsi de définir un domaine pour la clarification.

Contrairement à ce qu'on vient de dire, le pouvoir d'épais-sissement de la zone de séparation des phosphates est en relation avec le débit des substances solides ou la charge de masse (masse/surface/temps) que la zone de séparation peut traiter par gravité. Ce flux de substances solides est déterminé par la vitesse de soutirage du sous-courant de boue depuis la section inférieure de la zone de séparation et la vitesse de dépôt des boues en fonction de la concentration. Dans une installation particulière de séparation des phosphates, il peut aussi y avoir une exigence de surface pour l'épaississement. Lorsqu'on dimensionne la zone de séparation des phosphates, il faut choisir une surface globale telle que les deux fonctions de clarification et d'épaississement soient assurées lorsque l'épaississement est nécessaire, comme dans les procédés connus de séparation des phosphates. Conformément au présent procédé, on a trouvé que, en évitant l'épaississement nécessaire antérieurement dans de telles installations connues, on peut réduire sensiblement la dimension de la zone de séparation, en conséquence, par exemple d'un facteur supérieur à 4 par rapport au récipient de séparation utilisé antérieurement.

Dans la fig. 2, on représente une autre forme d'exécution, dans laquelle les eaux usées brutes contenant du phosphate dans le conduit 37 sont réunies à un mélange de liquide appauvri en phosphate et de particules de phosphate précipitées, qu'on décrira plus en détail ci-après, provenant du conduit 62, et on introduit le courant combiné dans la première zone de décantation 38. Dans la première zone de décantation, une séparation substances solides/liquides fournit d'une part un premier effluent appauvri en substances solides, qu'on soutire de la zone de décantation par le conduit 40 et, d'autre part, des substances solides déposées qu'on soutire par le conduit 37 comme boues primaires qu'on soumet à d'autres étapes de traitement et/ou qu'on évacue aux déchets. Les boues primaires soutirées par le conduit 39 contiennent le phosphate précipité qu'on avait ajouté aux eaux usées brutes dans le conduit 37 et qui se dépose en même temps que les autres substances solides dans la zone de décantation. Une telle disposition est particulièrement avantageuse en ce qui concerne l'efficacité de décantation de la première zone de décantation dans la mesure où la présence du phosphate précipité améliore les propriétés de décantation des boues dans cette zone.

Une partie mineure du premier effluent soutiré de la première zone de décantation 38 dans le conduit 40 est soutirée de celle-ci par le conduit 42 muni d'une pompe 57 et on la fait passer vers la zone de séparation des phosphates 50 en tant que milieu de séparation à basse teneur en substances solides et en phosphate qu'on introduit dans la section inférieure de la zone de séparation au moyen du diffuseur 53. La partie majeure de l'effluent primaire soutiré de la première zone de décantation est introduite dans la zone d'aération 43 par le conduit 41 en tant qu'eaux usées d'arrivée pour cette zone. Dans la zone d'aération, les eaux usées d'arrivée contenant du phosphate introduites dans le conduit 41 sont mélangées avec des boues activées à teneur plus basse en phosphate; elles sont introduites dans la zone d'aération par le conduit 56 et on fait circuler un gaz contenant de l'oxygène et un des fluides — liquide et gaz — contenant de l'oxygène contre l'autre fluide pendant une durée de temps suffisante pour réduire la DBO des eaux usées et pour que les micro-organismes dans les boues activées fixent du phosphate pour former un mélange liquide aéré contenant des boues enrichies en phosphate. Le mélange liquide dans la zone d'aération peut être par exemple aéré avec 151 d'air par litre d'eau usée pendant 6 h.

On évacue alors le mélange liquide aéré depuis la zone d'aération par le conduit 44 et on le fait passer vers la deuxième zone de décantation 45 dans laquelle les boues enrichies en phosphate sont séparées du mélange de liquide en un effluent pratiquement exempt de phosphate qui est évacué de l'installation par le conduit 46 et des boues activées enrichies en phosphate qui sont soutirées de la section inférieure de la zone de décantation par le conduit 47. Une partie des boues provenant du courant de boues dans le conduit 47 peuvent être détournées par intermittence vers le conduit 48 comme boues d'évacuation secondaire et amenées vers des installations pour l'évacuation et/ou d'autres utilisations finales. On fait passer le reste des boues dans la zone de séparation des phosphates 50 par le conduit 49. Dans la zone de séparation, les boues introduites se déposent et au moins une partie majeure des boues est maintenue dans des conditions anaérobies pour libérer du phosphate à partir des boues enrichies en phosphate. La partie détournée précitée de l'effluent primaire est introduite dans la zone de séparation par le diffuseur 53 à la section inférieure de la zone de séparation 52 pour s'écouler vers le haut à travers au moins une partie des substances solides en train de se déposer et vers la section supérieure de la zone de séparation 51 et ainsi les phosphates libérés depuis les substances solides des boues en train de se déposer sont transférés vers le liquide s'écoulant vers le haut pour fournir un liquide enrichi en phosphate dans la section supérieure de séparation. La zone de séparation est mise en fonctionnement pour fournir un temps de séjour des boues de 2 à 10 h. Le milieu de séparation de l'effluent primaire détourné a une concentration en substances solides en suspension ne dépassant pas 200 mg/1. Le débit volumétrique du milieu de séparation de l'effluent primaire est maintenu entre 0,7 et 2,0 fois le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate soutiré de la zone de séparation par le conduit 58.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

617 412

Les boues à teneur plus basse en phosphate soutirées depuis la section inférieure 52 de la zone de séparation par le conduit 54 peuvent être partiellement évacuées à travers le condiiit 55. Avec cette installation, les boues usées peuvent être complètement évacuées par le conduit 55 et, dans ce cas, on peut supprimer le conduit 48 pour les boues usées décrit plus haut de l'installation ou, en variante, on peut utiliser les deux conduits 48 et 55 pour évacuer les boues. On fait passer le reste des boues à teneur plus basse en phosphate, c'est-à-dire la partie non évacuée à travers le conduit 56 vers la zone d'aération 43 en tant que boues activées pour celles-ci.

On fait couler le liquide enrichi en phosphate soutiré depuis la section supérieure 51 de la zone de séparation par le conduit 58 dans la cuve 59 de précipitation et de mélange des phosphates. Dans cette cuve le liquide est mélangé rapidement au moyen d'une hélice d'agitation 60 avec un agent qui précipite les phosphates, par exemple des sels d'aluminium ou de fer ou de la chaux, pour précipiter des phosphates dans le liquide surnageant enrichi en phosphate. Dans la pratique, on préfère la chaux parce que, contrairement aux réactifs tels des sels d'aluminium ou de fer, qui réagissent simplement stœchiométriquement, la chaux fournit, en plus, un effet d'augmentation du pH qui améliore la séparation des phosphates par précipitation. Le mélange obtenu de phosphate précipité et de liquide appauvri en phosphate est envoyé par le conduit 62 dans le conduit 37 pour être mélangé avec les eaux usées brutes qu'on fait entrer dans la première zone de sédimentation 38.

La fig. 3 représente un schéma d'opération d'une autre forme d'exécution dans laquelle on voit une installation d'oxygénation par étapes, qu'on peut utiliser pour la mise en œuvre du présent procédé comme il est enseigné dans les brevets USA N°s 3547812-3547815. Pour la mise en œuvre de l'oxygénation des eaux, on utilise au moins une chambre d'aération couverte et fermée dans laquelle le liquide qui subit un traitement est mis en contact intime, en présence de boues activées, avec un gaz enrichi en oxygène provenant d'un espace gazeux au-dessus du liquide, pour dissoudre l'oxygène nécessaire à l'activité biologique aérobie. De telles installations d'oxygénation présentent des avantages importants par rapport aux installations connues, où on utilise l'air atmosphérique comme agent oxydant dans des chambres d'aération ouvertes. Par exemple, l'installation d'oxygénation à chambre fermée est capable de fonctionner à des niveaux biologiques de substances solides en suspension plusieurs fois supérieurs et pendant des temps de retenue et d'aération plusieurs fois inférieurs à ceux des installations d'aération à l'air, tout en maintenant des niveaux de traitement globaux comparables ou meilleurs. De tels avantages sont la conséquence de la force de transfert de masse plus élevée pour un gaz enrichi en oxygène comparé à l'air, ce qui permet d'obtenir des niveaux en oxygène dissous plus élevés avec un débit volumétrique économique de transfert d'oxygène par unité d'énergie amenée.

Dans l'installation de la fig. 3, la zone d'aération comprend un récipient fermé pour liquide 149, qui contient trois sous-zones d'oxygénation 171, 172 et 173, avec des parois séparatrices 169 et 170 entre la première et la deuxième sous-zone et la deuxième et la troisième sous-zone respectivement, et un couvercle 150 au-dessus des extrémités supérieures des parois des sous-zones pour enfermer la zone d'aération et pour former les espaces gazeux 178, 179 et 180. Les eaux usées brutes contenant du phosphate et présentant une DBO arrivent dans la première sous-zone d'oxygénation par le conduit 151. Le conduit 138, comportant des moyens de réglage du débit et comprenant une soupape de réglage 153, est prévu pour l'écoulement d'au moins 50% en volume de gaz contenant de l'oxygène d'entrée dans la sous-zone 171. Des moyens d'aération de la surface comprenant des pales rotatives 166, 167 et 168 sont placés à la surface du liquide dans les sous-zones 171, 172 et 173 respectives, pour mélanger et recycler continuellement le liquide contre les atmosphères enrichies en oxygène dans les espaces gazeux respectifs 178, 179 et 180. Les pales 166, 167 et 168 sont entraînées par les moteurs 157, 158 et 159 correspondants au moyen des arbres 163, 164 et 165 qui passent à travers les joints 160, 161, 162 dans le couvercle 150.

Les parois de séparation 169, 170 dans la zone d'aération de la fig. 3 s'étendent depuis le fond du récipient 149 jusqu'au couvercle 140 qui recouvre les sous-zones d'oxygénation et elles sont munies d'ouvertures restreintes pour l'écoulement du gaz et du liquide d'une sous-zone à l'autre. L'ouverture restreinte 174 donne un courant de liquide partiellement oxygéné provenant de la première sous-zone 171 vers la deuxième sous-zone 172 et l'ouverture restreinte 175 donne un écoulement d'un liquide encore plus oxygéné depuis la deuxième sous-zone 172 vers la troisième sous-zone 173. Ainsi, la zone d'aération représentée s'approche d'un vrai écoulement en bloc du liquide, la vitesse du liquide à travers les ouvertures restreintes 174 et 175 étant suffisante pour empêcher la diffusion à contre-courant. Le liquide, dans chaque sous-zone, a une composition pratiquement uniforme et sa DBO diminue progressivement depuis la sous-zone d'arrivée du liquide 171 jusqu'à la sous-zone 173 d'évacuation du liquide. Le liquide oxygéné pour la dernière fois est déchargé, depuis la sous-zone d'oxygénation terminale, à travers l'ouverture submergée limitée par le fond du récipient 149 et l'extrémité inférieure de la paroi de sous-zone d'oxygénation finale 144, et s'écoule vers le haut au-dessus de l'ouverture de l'entrée contre une pression hydrodynamique du liquide dans le passage fermé d'écoulement du liquide formé par la paroi de sous-zone d'oxygénation 144 et la paroi d'extrémité de l'enceinte 149 de stockage du liquide espacée transversalement par rapport à la paroi 177 et pratiquement parallèle à celle-ci. Comme représenté à la fig. 3, un conduit d'évacuation du liquide 140 disposé avec son entrée dans le passage fermé d'écoulement du liquide au-dessus de l'ouverture d'entrée vers le passage d'écoulement relie la zone d'aération et le clarificateur secondaire 116.

Dans cette installation, la zone d'oxygénation est en outre caractérisée par la présence d'ouvertures limitant l'écoulement dans les parties supérieures des parois entre les sous-zones adjacentes au-dessus du niveau liquide dans la sous-zone. Le gaz appauvri en oxygène provenant de la première sous-zone 171 coule à travers l'ouverture 169a vers la deuxième sous-zone 172 en tant que gaz d'aération pour celle-ci et avec une différence de pression suffisante pour empêcher la diffusion à contre-courant. Dans la deuxième sous-zone 172, une quantité additionnelle de l'oxygène du gaz d'aération est consommée par la dissolution et la bio-oxydation dans le liquide partiellement oxygéné, et des gaz additionnels, par exemple l'anhydride carbonique, se dégagent dans le gaz d'aération depuis le liquide. Un gaz encore plus appauvri en oxygène s'écoule à travers l'ouverture restreinte 170a dans la troisième sous-zone 173 pour s'y mélanger avec du liquide encore plus oxygéné. La troisième sous-zone 173 fonctionne de la même manière que la deuxième sous-zone 172 et le gaz d'aération ayant la teneur en oxygène la plus basse et la teneur la plus élevée en gaz inerte est évacué de la troisième sous-zone par le conduit 139.

Les dispositifs d'aération de surface à pales rotatives disposées dans la sous-zone d'oxygénation de la forme d'exécution de la fig. 3 peuvent avantageusement comprendre des hélices à pales inclinées. Lors du fonctionnement de ces dispositifs, le liquide ayant une basse concentration en gaz dissous est tiré vers l'hélice et ensuite déchargé radialement sous la forme d'un parapluie liquide et d'une couche liquide de surface à vitesse relativement élevée. Le parapluie de liquide projeté fournit la partie majeure de la surface du contact gaz/liquide nécessaire pour le transfert de masse. On obtient un contact supplémentaire par la turbulence générale de la surface liquide et l'entraînement des bulles de gaz dans la région où le liquide projeté frappe la surface liquide aérée et pénètre de nouveau dans la masse du volume liquide. Le liquide aéré ayant une concentration en gaz dissous sensiblement plus

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

617 412

8

élevée est alors mélangé et mis en circulation à travers la zone de contact. A la fois la dissolution du gaz et le mélange du liquide sont maintenus par l'action hydraulique de l'hélice à la surface.

Dans les installations connues de traitement des eaux usées par oxygénation du type décrit plus haut, on utilise une grande interface entre le gaz et le liquide pour favoriser une dissolution rapide du gaz contenant de l'oxygène. Cependant, cette surface doit être produite de manière à éviter de s'approcher trop de la saturation en oxygène dans le liquide qui est à la frontière de l'interface. On le fait en produisant l'interface dans un grand volume de liquide de sorte que pas plus d'un mince film de liquide à l'interface soit près de la saturation et de sorte que le gradient d'oxygène dissous (DO) depuis l'interface jusqu'à la masse de liquide soit élevé. Pour de telles applications, le dispositif d'aération de surface comprenant une hélice à pales inclinées qui projette des jets ou des nappes de liquide relativement massifs dans le gaz est très satisfaisant pour obtenir le contact gaz/liquide désiré. D'autres types de dispositifs d'aération de surface qui forment une pulvérisation liquide dans le gaz sont évités de préférence dans la présente installation d'oxygénation parce qu'une gouttelette possède une grande surface spécifique et un petit volume de liquide, bien qu'on puisse aussi utiliser de tels dispositifs de formation de gouttelettes.

On peut utiliser d'autres moyens mécaniques pour mélanger les fluides et pour la remise en circulation dans la zone d'oxygénation de la fig. 3, par exemple une installation comprenant une hélice sous la surface, un diffuseur à gaz et une pompe de remise en circulation du gaz reliée à l'espace gazeux au-dessus du liquide et en dessous du couvercle. Comme illustré dans le brevet USA N° 3547815, le diffuseur à gaz peut être placé à l'extrémité inférieure d'un arbre rotatif vertical creux, avec l'hélice montée aussi sur l'arbre au-dessus du diffuseur. La pompe de remise en circulation du gaz peut être montée sur le couvercle avec son côté d'entrée relié à l'espace gazeux par un conduit à travers le couvercle. Le côté évacuation de la pompe est relié à l'extrémité supérieure de l'arbre rotatif pour la remise en circulation du gaz contenant de l'oxygène vers le diffuseur et ainsi dans le liquide. Quel que soit le type de dispositifs utilisés, les dispositifs d'aération doivent cependant avoir une efficacité de transfert d'air standard (STE) d'au moins 0,92 kg et de préférence 1,5 kg d'oxy-gène/kWh. Des dispositifs d'aération sont couramment évalués par l'efficacité standard de transfert d'air qui identifie le pouvoir du dispositif de dissoudre l'oxygène de l'air dans de l'eau du robinet ne contenant pas d'oxygène dissous à une pression de 1 atmosphère et à 20° C. Les niveaux d'efficacité ci-dessus sont nécessaires pour utiliser de façon efficace l'énergie fournie à la zone d'aération pour former l'interface gaz/liquide requise pour le transfert de masse.

On décrit maintenant le fonctionnement de l'installation de la fig. 3. Les eaux usées d'arrivée contenant des phosphates arrivent dans l'installation par le conduit 151 et sont reliées au liquide appauvri en phosphate (qu'on décrira plus en détail ci-après) depuis le conduit 133, et le courant combiné est introduit dans la zone d'aération par l'oxygène décrite plus haut. Dans la zone d'aération par oxygène, les eaux usées d'arrivée contenant des phosphates et le liquide de recyclage appauvri en phosphate sont mélangées avec des boues activées de recyclage à teneur plus basse en phosphate qui arrivent dans la zone d'oxygénation par le conduit 137 et au moins 50% en volume d'oxygène gazeux, qui s'écoulent dans la zone d'oxygénation par le conduit 158 comportant une soupape de réglage du débit 153. Le gaz contenant de l'oxygène introduit est fourni à la zone d'oxygénation en quantité suffisante pour donner une concentration en oxygène dissous dans le mélange de liquide de 2 ppm au moins de préférence dans ce mélange. Dans la première sous-zone 171, les eaux usées brutes, les boues activées et le gaz oxygéné introduit sont mélangés et le mélange de liquide et de solide est remis en circulation à contre-courant de l'oxygène gazeux qui s'y trouve. On fait couler concurremment, mais séparément, le liquide oxygéné et le gaz partiellement appauvri en oxygène depuis la première sous-zone 171 vers la deuxième sous-zone 172 à travers les ouvertures d'écoulement respectives 174 et 169a dans la paroi 169 vers la deuxième sous-zone 172 pour un mélange additionnel et la recirculation dans celle-ci. Depuis la deuxième sous-zone, le liquide qui a été encore oxygéné et le courant gazeux encore plus appauvri en oxygène coulent séparément et concurremment vers les ouvertures d'écoulement respectives 175 et 170a dans la paroi 170 vers la troisième sous-zone 173, pour un mélange final des fluides et leur recirculation dans celle-ci. Le liquide oxygéné est évacué de la dernière sous-zone à travers le passage d'ouverture (décrit antérieurement) formé entre l'extrémité inférieure de la paroi 144 de sous-zone et le fond du récipient de liquide 149. Le gaz appauvri en oxygène est évacué séparément depuis la dernière sous-zone à travers le conduit d'évent pour les gaz 139.

Le temps de séjour du mélange de liquide dans la zone d'aération est choisi de manière à fournir une durée suffisante, par exemple environ 1 à 2 h, pour réduire la DBO des eaux usées à un niveau suffisamment bas et pour que les micro-organismes présents dans les boues activées fixent du phosphate et, ainsi, le liquide oxygéné évacué depuis la dernière sous-zone d'oxygénation 173 contient des boues enrichies en phosphate. Les boues sont recyclées vers la première sous-zone d'aération 171 à une vitesse telle qu'on maintient la concentration désirée en substances solides totales (MLSS), par exemple 6000 mg/1, et la concentration en matières solides volatiles en suspension (MLVSS), par exemple 4500 mg/I. De larges gammes appropriées pour ces paramètres sont 4000-8000 mg/1 de MLSS et 3000-6000 mg/1 de MLVSS. Le rapport aliment/biomasse peut être compris entre 0,5-1,55 g de DBOs/j x grammes de MLVSS, par exemple environ 0,68. La concentration en boues à teneur plus basse en phosphate recyclé (MLSS) est comprise entre 15000 et 50000 mg/1. L'oxygène gazeux est introduit en quantité suffisante pour maintenir une concentration en oxygène dissous (DO) dans le mélange de liquide de 4 à 8 mg/1, par exemple 6 mg/1. La soupape de réglage de l'oxygène 153 peut être réglée automatiquement en réponse à la pression de vapeur d'oxygène détectée dans l'espace gazeux en tête telle que mesurée par un détecteur approprié et des moyens de transmission (non représentés), disposés de manière bien connue.

On fait passer le mélange de liquide oxygéné évacué de la zone d'aération vers le clarificateur 116 par le conduit 140. Dans le clarificateur, la partie terminale du conduit 140 s'étend vers le haut au-dessus de l'entrée du conduit submergé jusqu'au niveau d'une sortie disposée dans la chicane concentrique 117. La chicane permet au liquide oxygéné introduit dans le clarificateur par le conduit de se calmer et, de préférence, s'étend depuis au-dessus du niveau du liquide jusqu'au fond conique du clarificateur. Dans le clarificateur, le liquide oxygéné est séparé par la décantation des substances solides des boues activées enrichies en phosphate. Le moteur 121 entraîne un râteau 122 qui tourne lentement sur le fond du clarificateur pour empêcher la formation d'un cône par les boues déposées denses. Dans le clarificateur, il se forme un liquide pratiquement exempt de phosphate purifié et appauvri en substances solides qui s'élève dans le clarificateur vers l'interface liquide/air et qui déborde du déversoir 118 dans une auge 119 pour l'évacuation à travers le conduit 120 en tant qu'effluent. Les boues enrichies en phosphate qu'on a séparées sont soutirées par le conduit 123, puis on les fait passer dans la zone 124 de séparation des phosphates et elles s'y déposent, et au moins une partie majeure des boues qui se déposent est maintenue dans des conditions anaérobies pour libérer du phosphate des boues enrichies en phosphate. Dans la zone de séparation 124, le temps de séjour des boues est maintenu à une valeur comprise entre 2 et 10 h. La séparation à contre-courant des phosphates libérés à partir des boues dans la zone de séparation est conduite en utilisant une partie mineure de l'effluent pratiquement exempt de phosphate

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

9

617 412

détourné dans le conduit 120 en tant que milieu de séparation à basse teneur en substances solides et à basse teneur en phosphate. La partie majeure non détournée de l'effluent est évacuée de l'installation par le conduit 141.

On fait couler le milieu de séparation détourné à travers le conduit 142 comportant une pompe 143 et on l'introduit dans la zone de séparation des phosphates 124 à sa section inférieure 126, à travers le diffuseur 134 pour l'écoulement vers le haut à travers au moins une partie des substances solides en train de se déposer vers la section supérieure 125 de la zone de séparation. Ainsi, le phosphate libéré des substances solides des boues en train de se déposer est transféré vers le liquide s'écoulant vers le haut pour fournir un liquide enrichi en phosphate dans la section supérieure de la zone de séparation. Le milieu de séparation a une concentration en substances solides en suspension ne dépassant pas 200 mg/1, et le débit volumétrique du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation est maintenu entre 0,7 et 2,0 fois le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate qu'on soutire de cette zone, et de préférence à une valeur, pratiquement, de 1,0.

On soutire les boues à teneur plus basse en phosphate depuis la section inférieure 126 de la zone de séparation 124 par le conduit 135. Une partie deces boues peut être évacuée, par exemple à travers le conduit 136, et le reste est recyclé, par le conduit 137 comportant une pompe 145, vers la zone d'aération à l'oxygène en tant que boues activées pour cette zone. Dans l'installation d'oxygénation représentée, le rapport en volume boues activées à teneur plus basse en phosphate de recyclage/eau usée d'arrivée contenant du phosphate et présentant une DBO est maintenu de préférence entre 0,02 et 0,5. On peut maintenir ce rapport en faisant varier la vitesse de la pompe 145.

On fait couler le liquide enrichi en phosphate soutiré depuis la section supérieure 125 de la zone de séparation 124 par le conduit 127 vers la cuve de mélange rapide 129. Dans cette cuve, le liquide enrichi en phosphate est mélangé rapidement (par des moyens non représentés) avec un agent de précipitation des phosphates, par exemple la chaux, introduit dans la cuve par le conduit 129. On fait alors passer le mélange liquide traité/agent de précipitation des phosphates par le conduit 130 vers la cuve de floculation 131, dans laquelle le phosphate précipité se dépose, et il est enlevé de l'installation en tant que boue chimique évacuée par le conduit 132. Le trop-plein de liquide appauvri en phosphate provenant de la cuve de floculation 131 est recyclé par le conduit 133 pour se joindre aux eaux usées d'arrivée contenant des phosphates qui arrivent dans l'installation par le conduit 151.

Grâce à l'installation de mise en contact de boues anaérobies décrite plus haut, une quantité importante des phosphates libérés dans des boues anaérobies est transférée vers le liquide de trop-plein dans la section supérieure de la zone de séparation et ainsi les boues anaérobies soutirées depuis le fond de la zone de séparation par le conduit 135 ont une teneur en phosphate suffisamment réduite pour permettre d'obtenir un taux de séparation élevé des phosphates des eaux usées dans la zone d'aération.

On comprendra qu'on peut utiliser d'autres moyens de traitement à boues activées que ceux décrits ici. Par exemple, il peut être avantageux, dans certains cas, d'utiliser une disposition à stabilisation par contact, dans laquelle les eaux brutes contenant des phosphates sont mélangées avec des boues activées recyclées et un gaz contenant de l'oxygène pendant un court moment, par exemple 15 à 30 mn, suffisant pour absorber les matières suscitant une DBO sur les particules floculées des boues; suit la séparation du mélange de liquide en des boues activées et un effluent appauvri en phosphate', avec une nouvelle aération des boues séparées afin de les stabiliser. Dans le présent procédé, les boues enrichies en phosphate formées lors de la première étape de contact peuvent être séparées concurremment aux phosphates dans une zone de séparation des phosphates selon le présent procédé avant ou après l'étape de stabilisation des boues suivant les besoins de l'installation en question. On comprendra aussi que le présent procédé peut être conduit avantageusement en continu, en discontinu ou en semi-continu.

Les exemples suivants illustrent l'invention pour obtenir des séparations globales élevées des phosphates des eaux usées contenant des phosphates, par comparaison avec les installations des procédés connus.

Exemple 1 :

Pour cet essai, on a conduit une évaluation comparative d'une installation pilote entre des procédés connus utilisant une zone de séparation des phosphates et le présent procédé. On a utilisé une installation pilote comprenant quatre sous-zones disposées pour un écoulement concurrent de gaz/liquide selon la fig. 4 du brevet USA N° 3547815 précité avec un clarificateur reliant la partie terminale du liquide. Chaque sous-zone a un volume d'environ 14001 et les dimensions: 178 cm de longueur x 122 cm de largeur x 124 cm de hauteur. Le volume total de la zone d'aération enfermée est de 5753 1 et la profondeur du liquide des essais environ 76 cm. Chaque sous-zone était équipée d'un dispositif mélangeur du gaz et du liquide à hélice d'aération à la surface entraîné par un moteur électrique. Le clarificateur avait un volume d'environ 6550 1 et une section transversale de 3,58 m2. La zone de séparation des phosphates utilisés dans cette installation pilote avait un volume d'approximativement 40001 et une section transversale de 2,63 m2 avec une cuve de mélange et un flocula-teur placés successivement en aval de la zone de séparation de manière analogue à ce qui est représenté dans la fig. 1 ci-jointe pour le traitement du liquide enrichi en phosphate soutiré à partir de la section supérieure de la zone de séparation. Dans l'installation pilote, la cuve de mélange avait un volume de 216 1 avec une section transversale d'environ 0,25 m2 et le récipient du flocula-teur avait un volume de 718 1 et une section transversale de 0,45 m2.

Dans toutes les phases de l'essai comparatif, on a mélangé les eaux usées d'arrivée contenant des phosphates avec des boues activées de recyclage pour former un mélange de liquides qu'on a alors oxygénés dans la zone d'aération pour que les micro-organismes présents dans les boues activées fixent le phosphate. On a alors séparé les boues enrichies en phosphate du mélange liquide oxygéné dans le clarificateur pour donner un effluent pratiquement exempt de phosphate. On a fait passer les boues séparées enrichies en phosphate vers la zone de séparation des phosphates et on les a laissé s'y déposer. On a maintenu les boues déposées dans des conditions anaérobies pendant un temps suffisant pour libérer du phosphate de la phase des substances solides enrichies en phosphate des boues. On a soutiré le liquide enrichi en phosphate de la zone de séparation des phosphates, on l'a mélangé avec un agent de précipitation des phosphates (chaux) dans la cuve à mélange rapide précitée; on a séparé les phosphates précipités obtenus en tant que boues chimiques à évacuer dans la cuve de floculation et on a recyclé le liquide appauvri en phosphate dans le conduit des eaux usées d'arrivée. On a soutiré les boues à teneur plus basse en phosphate déposé depuis la zone de séparation des phosphates et on les a remises en circulation dans le conduit d'eaux usées d'arrivée en tant que boues activées précitées.

Dans la première phase de l'essai comparatif, mise en œuvre selon les enseignements antérieurs, on a épaissi les boues en train de se déposer dans la zone de séparation des phosphates pour former un liquide surnageant au-dessus des substances solides en train de s'épaissir, et on n'a pas conduit d'étape de mise en contact entre les substances solides/liquides dans la zone de séparation.

Dans la deuxième phase de l'essai, aussi mise en œuvre selon les enseignements antérieurs, on a épaissi les boues en train de se déposer dans la zone de séparation des phosphates, comme avant, pour former un liquide surnageant. Une partie du liquide surnageant soutiré depuis la zone de séparation était détournée et

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

617 412

10

introduite dans la zone de séparation des phosphates sous la couche déposée de boues anaérobies en train de s'épaissir. Ainsi, le liquide surnageant s'écoulant vers le haut à travers la couche dense de substances solides qui s'épaississent est destinée à augmenter le transfert du phosphate depuis la couche de substances 5 solides vers le liquide surnageant. Cette variante est proposée et décrite dans la demande de brevet USA N° 581951. Comme on l'a indiqué plus haut, ces variantes permettent une certaine amélioration de la quantité de phosphate soluble enlevée des boues de recyclage, mais elles sont limitées de manière inhérente par la io fonction d'épaississement de la zone de séparation dans la mesure où la circulation et les écoulements à l'intérieur du récipient de séparation dans ce schéma proposé ont tendance à favoriser un comportement de diffusion à contre-courant et à s'opposer à la fonction d'épaississement. 15

Dans la troisième phase de l'essai, mise en œuvre conformément au présent procédé, on a utilisé le procédé comme il est décrit en général en rapport avec la flg. 1 ci-jointe, le liquide enrichi en phosphate et soutiré depuis la section supérieure de la zone de séparation étant traité chimiquement et déposé dans la 20 cuve à mélange rapide et le récipient de floculation respectivement, pour produire un liquide appauvri en phosphate, dont on utilise au moins une partie comme milieu de séparation à teneur basse en substances solides et à teneur basse en phosphate.

25

La quatrième phase de l'essai était aussi mise en œuvre selon le présent procédé comme il est décrit en rapport avec la fig. 3 ci-jointe, une partie mineure, c'est-à-dire moins de 50% en volume de l'effluent pratiquement exempt de phosphate, étant introduite dans la section inférieure de la zone de séparation en tant que V) milieu de séparation à basse teneur en substances solides et à basse teneur en phosphate.

La durée de l'essai de première phase, sans la mise en contact avec des boues anaérobies, était de 8 j d'opération continue, et l'essai de la deuxième phase, où on utilisait la mise en contact des 35 boues anaérobies avec le liquide surnageant recyclé, a été mis en œuvre continue pendant 21 j. Les essais de la troisième et de la quatrième phase, représentant une utilisation du présent procédé, étaient mis en œuvre continue pendant 11 et 22 j respectivement.

Les données obtenues pendant l'essai comparatif des installa- 40 tions décrites plus haut sont exposées dans le tableau I. Ces données montrent l'amélioration importante de l'efficacité de séparation des phosphates obtenue par le présent procédé (données indiquées dans les colonnes C et D) par rapport aux installations antérieures (données indiquées dans les colonnes A et B). Comme le montrent les données, les paramètres du procédé dans les installations respectives, y compris le débit des eaux usées d'entrée, le débit des boues enrichies en phosphate de recyclage, le débit inférieur de la zone de séparation, le débit supérieur de la zone de séparation, les substances solides en suspension dans le mélange liquide avec aération, les substances solides volatiles dans le mélange liquide avec aération, la demande en oxygène biochimique des eaux d'arrivée (DBO5) et la DBO5 de l'effluent, avaient tous des valeurs numériques mesurées à peu près correspondantes. Ainsi, les valeurs indiquées dans le tableau I se rapportant aux concentrations mesurées en phosphate dans des courants choisis du procédé dans les quatre installations, c'est-à-dire les phosphates dans les eaux usées d'arrivée, les phosphates dans l'effluent purifié, la séparation globale en pourcentage des phosphates, les phosphates dans le courant inférieur du séparateur et les phosphates dans le courant supérieur du séparateur, montrent clairement que le présent procédé selon lequel des boues anaérobies contenant du phosphate libéré sont séparées à contre-courant avec un milieu de séparation à basse teneur en substances solides et basse teneur en phosphate pour fournir un liquide enrichi en phosphate dans la section supérieure de la zone de séparation, donnent une séparation globale sensiblement améliorée des phosphates des eaux usées qu'on traite par rapport aux procédés connus qui n'utilisaient pas cette étape de séparateur à contre-courant. Ainsi, le procédé connu de décantation des boues enrichies en phosphate dans la zone de séparation sans mise en contact des boues épaississantes anaérobies (colonne A) ne permettait d'obtenir qu'une séparation globale de 16,7% des phosphates. L'autre procédé connu (colonne B), où les boues anaérobies en train de s'épaissir étaient mises en contact avec le liquide surnageant recyclé provenant du trop-plein de la zone de séparation, donnait une certaine amélioration du taux de séparation global des phosphates, jusqu'à 69,9%, mais ce taux était bien inférieur aux séparations obtenues avec l'installation pilote mise en œuvre selon le présent procédé. Comme l'indiquent les valeurs dans la colonne C, représentant la mise en œuvre de l'installation pilote comme décrit plus haut en ce qui concerne la fig. 1 ci-annexée, et les valeurs de la colonne D, qui représentent la mise en œuvre de l'installation comme décrit plus haut en relation avec la fig. 3 ci-annexée, les taux de séparation globaux des phosphates sont de 91,3% et 93,8% respectivement.

ml

A B C D

Paramètres du procédé

Procédé sans mise en contact avec des boues anaérobies

Procédé comprenant une mise en contact des boues anaérobies avec du liquide surnageant recyclé

Procédé comprenant la séparation à contre-courant des boues avec un liquide de trop-plein provenant du séparateur appauvri en phosphate traité chimiquement

Procédé comprenant la séparation à contre-courant des boues avec un deuxième effluent clarificateur recyclé

Débit d'arrivée (1 /mn)

45,4

37,85

37,85

56,78

Débit des boues de recyclage enrichies

en phosphate (boues provenant de la

deuxième zone de dépôt qu'on fait

passer vers le séparateur) (1/mn)

11,4

11,4

12,5

11,4

Débit du courant inférieur de la zone

de séparation (1/mn)

5,3

4,5

11,4

10,6

Débit du courant de trop-plein de la

zone de séparation (1/mn)

6,1

6,8

5,7

6,4

11

Tableau I (suite)

617 412

B

D

Paramètres du procédé

Procédé sans mise en contact avec des boues anaérobies

Procédé comprenant une mise en contact des boues anaérobies avec du liquide surnageant recyclé

Procédé comprenant la séparation à contre-courant des boues avec un liquide de trop-plein provenant du séparateur appauvri en phosphate traité chimiquement

Procédé comprenant la séparation à contre-courant des boues avec un deuxième effluent clarificateur recyclé

Substances solides en suspension dans le mélange liquide dans la zone d'aération (mg/1) 3448

Substances solides en suspension volatile dans le mélange liquide dans la zone d'aération (mg/1) 2454

Temps de séjour des boues dans la zone de séparation (h) 4,8

Concentration en phosphate des boues pour la mise en contact ou du milieu de séparation* (mg/1) —

Concentration en substances solides en suspension dans les boues de contact ou le milieu de séparation* (mg/1) —

Rapport débit volumétrique du milieu de mise en contact ou de séparation/

débit volumétrique du trop-plein de la zone de séparation —

DBO5 d'arrivée (mg/1) 51

DBO5 de l'effluent (mg/1) 16 Phosphate dans les eaux d'arrivée* (mg/1) 4,2

Phosphate dans l'effluent* (mg/1) 3,5 Pourcentage de séparation globale des phosphates* 16,7 Phosphate dans le sous-courant du séparateur* (mg/1) 685 Phosphate dans le trop-plein du séparateur* (mg/1) 4,9

4060 4815 4400

3160 3597 3300

14 5,4 6,3

11,3 9,8 0,8

63 49 10

1.7 1,0 0,88 85 96 120 14 8 18

4.8 6,8 11,1 1,5 0,6 0,8

69,9 91,3 93,8

378 378 530

11,3 38,6 78,0

* Mesuré en teneur totale en phosphore.

Dans le tableau I indiquant les concentrations en phosphate, les valeurs notées étaient mesurées comme phosphate total et représentent des valeurs moyennes calculées par rapport à des mesures sur des échantillons prélevés statistiquement. La mesure comprenait d'abord la solubilisation du phosphate dans l'échantillon par digestion, puis la mesure du phosphate soluble par analyse colorimétrique par les méthodes exposées dans «Test Nos. 223C and 223F, Standard Method for the Examination of Water and Wastewater», American Public Health Association, et al., 13e édition, 1971, pp. 524-526 et 533-534. Les phases deux à quatre de l'évaluation d'essai comparatif étaient conduites en série et en même temps, pour assurer des conditions consistantes de mise en œuvre et pour montrer complètement les taux importants d'amélioration obtenus grâce au présent procédé. Bien que l'essai de la deuxième phase utilise un courant de mise en contact pour transférer le phosphate hors des boues déposées, comme enseigné antérieurement, les séparations globales de phosphate obtenues avec ce mode opératoire étaient plus de 20% inférieures aux taux de séparation obtenus avec l'une ou l'autre phase représentant so une mise en œuvre selon le présent procédé.

Les raisons de ces différences si marquées des taux de séparation des phosphates entre les procédés antérieurs et le présent procédé peuvent être expliquées en se référant aux conditions d'opéfation du procédé qui se sont montrées, dans le présent 55 procédé, essentielles pour obtenir des séparations globales élevées des phosphates. Les conditions requises par le présent procédé: un temps de séjour des boues dans la zone de séparation des phosphates de 2 à 10 h, une concentration en matières solides en suspension du milieu de séparation ne dépassant pas 200 mg/1 et 60 un débit volumétrique du milieu de séparation vers la zone de séparation compris entre 0,7 et 2,0 fois le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate soutiré de celle-ci, assurent que l'épaississement des substances solides des boues dans la zone de séparation, c'est-à-dire la compression et la déshydratation des 65 substances solides, n'a pas lieu dans une mesure importante. Ainsi, on peut utiliser la zone de séparation des phosphates pour une séparation à contre-courant pour obtenir des séparations sensiblement plus élevées des phosphates que les installations

617 412

12

connues. Comme indiqué dans la colonne A, l'installation connue sans première phase de mise en contact, lorsqu'on la met en œuvre avec un temps de séjour des boues dans une zone de séparation des phosphates (calculé dans tous les cas comme volume des boues dans la zone de séparation des phosphates divisé par le débit volumétrique des boues à teneur plus basse en phosphate soutirées à partir de la zone de séparation) de 4,8 h, dans la gamme envisagée par le présent procédé ne peut séparer que 16,7% des phosphates dans les eaux usées d'arrivée dans l'installation. La raison d'une séparation si faible est clairement apparente lorsqu'on compare les concentrations en phosphate dans le sous-courant et le liquide surnageant dans le séparateur des phosphates dans cette installation. Comme indiqué dans la colonne A, la concentration en phosphate du sous-courant du séparateur de phosphate était 685 mg/1 et la concentration dans le liquide surnageant du séparateur de phosphate n'était que 4,9 mg/1. Ces données indiquent que, dans le procédé connu, les phosphates libérés par les boues anaérobies étaient retenus dans la couche de boues déposée et n'étaient pas transférés de manière importante vers le liquide surnageant dans la zone de séparation.

La deuxième installation connue, avec mise en contact du liquide surnageant recyclé, est caractérisée par l'épaississement dans la zone de séparation des phosphates, en relation avec la formation d'une couche de liquide surnageant depuis les boues introduites dans la zone de séparation des phosphates provenant du deuxième clarificateur. Ainsi, il fallait un débit volumétrique très élevé du milieu de mise en contact et un temps de séjour des boues très élevé (14 h) pour faire couler une quantité suffisante de milieu de mise en contact à travers la couche de substances solides denses des boues pour une amélioration modérée (jusqu'à 69,9%) des phosphates obtenus dans la deuxième installation. Au contraire, les troisième et quatrième essais de l'installation montraient des séparations globales des phosphates de 91,3% et 93,8% respectivement avec des valeurs basses du rapport de débit volumétrique (milieu de séparation/trop-plein) et de courts temps de séjour des boues.

Exemple 2:

Pour cet autre essai, on a conduit une évaluation comparative d'installation pilote entre un autre procédé connu utilisant une zone de séparation des phosphates et une forme d'exécution du présent procédé. On a utilisé une installation pilote comportant une zone d'aération comprenant six sous-zones à travers lesquelles on faisait couler successivement le mélange liquide, qui y était aéré avec de l'air diffusé de manière connue et avec un clarificateur relié à la dernière sous-zone. Chaque sous-zone était de forme cylindrique et avait un volume d'environ 371 et des dimensions de 203 mm de diamètre x 1524 mm de hauteur; le volume total de la zone d'aération était 2271 et la profondeur de liquide pendant les essais était d'environ 1220 mm. Le clarificateur avait un volume d'environ 76 1 et une section transversale de 0,1375 m2. La zone de séparation des phosphates utilisée dans cette installation pilote avait un volume d'approximativement 76 1 s et une section transversale de 0,1375 m2.

Dans les deux phases de l'essai d'évaluation comparative, on a mélangé les eaux usées d'arrivée contenant des phosphates avec des boues activées de recyclage pour former un mélange de liquide qu'on aérait dans la zone d'aération pour que les micro-orga-îo nismes présents dans les boues activées fixent du phosphate. On séparait alors les boues enrichies en phosphate du mélange liquide aéré dans le clarificateur pour obtenir un effluent pratiquement exempt de phosphate. On a fait passer les boues enrichies en phosphate séparées vers la zone de séparation des phosphates et 15 on les a laissé s'y déposer. On a maintenu les boues en train de se déposer dans des conditions anaérobies pendant un temps suffisant pour libérer du phosphate de la phase de substances solides enrichies en phosphate des boues. On a évacué le liquide enrichi en phosphate de la section supérieure de la zone de séparation des 20 phosphates et on a soutiré des boues à teneur plus basse en phosphate depuis la zone de séparation des phosphates et on les a recyclées vers le conduit d'arrivée des eaux usées en tant que boues activées précitées.

Lors de la première phase d'essai comparatif mise en œuvre 25 selon l'enseignement connu, on a épaissi les boues en train de se déposer dans la zone de séparation des phosphates pour former un liquide surnageant au-dessus des substances solides en train de s'épaissir.

On a soutiré une partie des boues épaissies et déposées depuis 30 la zone de séparation et on l'a recyclée vers le conduit transportant les boues enrichies en phosphate provenant du clarificateur vers la zone de séparation et on les y a mélangées avec les boues enrichies en phosphate avant d'introduire le courant combiné vers la zone de séparation. Par ce mode opératoire, on entend amélio-35 rer le transfert des phosphates depuis les boues anaérobies qui s'épaississent vers le liquide surnageant au moyen de la mise en contact de recyclage. Une telle variante est proposée et décrite dans la demande de brevet US N° 581951 précitée.

Lors de la deuxième phase d'évaluation, mise en application to selon le présent procédé, on a mis en œuvre le procédé (généralement comme décrit en rapport avec la fig. 2 ci-jointe) une partie mineure, c'est-à-dire moins de 50% en volume des eaux usées d'arrivée, étant introduite dans la section inférieure de la zone de séparation en tant que milieu de séparation à teneur basse en 45 substances solides et à teneur basse en phosphate.

La durée de la première phase d'essai avec la mise en contact des boues anaérobies de recyclage était 36 j d'opération continue et la deuxième phase de l'essai représentant une mise en œuvre selon le présent procédé était mise en œuvre continue pendant 13 j.

Tableau II

D E

Paramètres du procédé Procédé comprenant la Procédé comprenant la mise en contact des boues séparation des boues à

anaérobies de recyclage contre-courant avec le premier effluent

Débit des eaux d'arrivée (1/mn)

69,64

63,21

Débit des boues enrichies en phosphate de recyclage (boues provenant

de la deuxième zone de décantation qu'on a fait passer vers le

séparateur) (1/mn)

17,41

15,90

Débit du sous-courant de la zone de séparation (1/mn)

6,81

12,11

Débit du trop-plein de la zone de séparation (1/mn)

10,22

14,38

Substances solides en suspension dans le mélange liquide dans la

zone d'aération (mg/1)

1290

3749

13

617 412

Tableau II (suite)

D

Paramètres du procédé

Procédé comprenant la mise en contact des boues anaérobies de recyclage

Procédé comprenant la séparation des boues à contre-courant avec le premier effluent

Substances solides en suspension volatile dans le mélange liquide dans la zone d'aération (mg/1) 1055 2790

Temps de séjour des boues dans la zone de séparation (h) 8,2 3,5 Concentration en phosphate des boues du milieu de mise en contact ou de séparation (mg/1) 175 10,3* Concentration en substances solides en suspension des boues du milieu de contact ou de séparation (mg/1) 7940 40 Rapport débit volumétrique du milieu de mise en contact ou de séparation/débit volumétrique du trop-plein de la zone de séparation 1,7 0,73 DBOs des eaux d'arrivée (mg/1) 176 129 DBO5 de l'effluent (mg/1) 22 9 Phosphate des eaux d'arrivée* (mg/1) 9,6 10,3 Phosphate de l'effluent* (mg/1) 6,2 1,9 Pourcentage global de séparation des phosphates* 35,4 81,5 Phosphate* dans le sous-courant du séparateur (mg/1) 279 603 Phosphate* dans le trop-plein du séparateur (mg/1) 15,0 29,8

* Mesuré comme teneur totale en phosphore.

Les données obtenues pendant l'essai comparatif d'évaluation des installations décrites plus haut sont exposées dans le tableau II. Ces données montrent de nouveau l'amélioration importante de l'efficacité de séparation des phosphates qu'on 35 obtient par le présent procédé (colonne E) par rapport à l'installation comme enseigné antérieurement (colonne D). Comme le montrent les données, l'installation connue utilisait un courant de mise en contact (courant d'introduction de boues enrichies en phosphate vers la zone de séparation des phosphates) qui avait 40 une concentration élevée en substances solides en suspension de 7940 mg/1. Ce courant, et le courant recyclé de boues anaérobies épaissies, imposaient une charge élevée en substances solides sur la zone de séparation, de sorte qu'un rapport élevé entre le débit volumétrique du courant de mise en contact et le débit volumé- 45 trique du courant de trop-plein (liquide surnageant) (1,7) et un temps de retenue relativement long des boues (8,2 h) — calculé en volume des boues dans la zone de séparation divisé par le débit volumétrique des boues à teneur plus basse en phosphate soutirées depuis la zone de séparation qui sont recyclées vers la zone so d'aération — dans la zone de séparation était nécessaire pour obtenir même une séparation globale des phosphates de 35,4%. Au contraire, la deuxième installation pour la mise en œuvre du présent procédé était capable d'atteindre plus de deux fois la séparation des phosphates comparée à la première installation, ss c'est-à-dire 81,5% avec un rapport bas de débit volumétrique (milieu de séparation/trop-plein) de 0,73 et un temps de séjour des boues dans la zone de séparation de 3,5 h seulement.

Exemple 3: 6o

On a fait des calculs comparatifs des exigences en sections transversales de la zone de séparation des phosphates pour une installation d'un procédé connu et pour une forme d'exécution d'une installation selon le présent procédé. L'installation connue était du type décrit plus haut dans la colonne B du tableau I, 65 comportant la mise en contact du liquide surnageant recyclé des boues anaérobies en train de s'épaissir. On a comparé cette installation à une installation mise en œuvre selon le présent procédé

selon la fig. 1 ci-jointe comportant la séparation des boues à contre-courant avec un liquide, de trop-plein de la zone de séparation, traité chimiquement et appauvri en phosphate. Ces calculs étaient fondés sur des caractéristiques de dépôt des boues mesurées expérimentalement et avec les conditions de procédé suivantes : un débit des eaux usées d'arrivée de 38 1 x 10e/j ; une concentration en phosphate des eaux usées d'arrivée de 8,5 mg/1 et une concentration finale en phosphate de l'effluent purifié de 1,0 mg/1; un rapport débit volumétrique du trop-plein du séparateur: débit volumétrique des eaux usées d'arrivée de 0,15; un rapport débit volumétrique du milieu de contact ou de séparation : débit volumétrique du trop-plein de la zone de séparation de 1,0; une profondeur globale de la zone de séparation de 3,6 m, formée par une profondeur de 2,4 m de la couverture de boue et une profondeur du liquide libre de 1,2 m.

Les résultats des calculs comparatifs sont présentés dans le tableau III pour des paramètres divers du procédé, y compris le rapport débit des boues de recyclage enrichies en phosphate: débit des eaux usées d'arrivée, la concentration des substances solides en suspension dans les boues enrichies en phosphate et le débit de recyclage des boues enrichies en phosphate.

( Tableau en tête de la page suivante )

Les résultats du tableau montrent que l'installation du présent procédé (résultats sous le chiffre 2) ont une exigence en sections transversales de la zone de séparation sensiblement inférieure à celle de l'installation connue (résultats sous le chiffre 1) à des conditions typiques d'opération. Par exemple, avec un rapport débit de recyclage des boues enrichies en phosphate : débit des eaux usées d'arrivée de 0,35, les exigences en sections transversales de la zone de séparation dans l'installation selon le présent procédé sont environ 49% des exigences de la section transversale de l'installation connue correspondante. La raison d'une telle différence est que l'exigence en surface de l'installation connue est fondée sur la fonction d'épaississement contrôlée dimensionnelle-ment de la zone de séparation. L'épaississement est nécessaire dans l'installation connue, car elle est associée à la séparation, au

617 412

14

Tableau III

Conditions du procédé

1

Procédé comportant la mise en contact des boues anaérobies avec un liquide surnageant recyclé

Procédé comportant la séparation à contre-courant des boues avec un liquide de trop-plein du séparateur traité chimiquement et appauvri en phosphate

CO Q.

Ä* &

? O p p

M O ^ »

cl

Q-*

0*>û p* s cl o"

8 3

o »

g SP

c

CO p CO

O CO

co O p q

-» p

>0 T3

o o c/2 >-»

p+

CT* CL

p cp-

o sr.

_ _ ^

a* CL

O «

Ci co

O CT*

w O

►d ö

M o

0 co nî Û-

g o

53

S o

CL o

CD pj*

p <8

n g

1 ^

O M.

r>

D* en cd

0,3

0,35

0,4

a"S. S n Jogg

Ï3>a n S w & » 2 » S. 2.

« g p

D- 5* g §

co

3

S fs S*

g |

o> c co 5

o

2

S co 2. co

™ !" s g

21,200 20,000 18,700

o cl x 8'

p o 5.

r? p o'

3 »û C

o"

ss p p

% Ö

o g:

CO f.

3^ cl p «

ÎI

/—s ^

cr o o cî

S O

573

CO Q-►ö o

•-1 Ht

§ £1

S & 3 era r+ ni û- o> CD 3

o h? 5!

11,356 13,248 15,142

o ©

x m* cf o 5-'

-Si ci»

o c co

ò

O

3

p

3

cl 3

co cd-

>0 p

5,678 7,571 9,463

s o

0Q_ 13

■-' ' s Q» p o

p o C.

co O

O 53

3 cd

CO g

2 co

2 e

5 cr p &

3 p 3

cl q

î- cd

P CO

52 60

6 O

2 « c 3

42,400 35,000 29,900

* W x

' 09*

O 3

p 3

cl 3

co

*8*

p cd 3

3746 3233 2832

o 3 cl p 3

*o p

38.4 25

17.5

o o x 2:

. .

a.

d en §

CO

Ó o c 3

a r+

eu e

•o p

11,356 13,248 15,142

sa. >a o

o b

O

s 2

en b O ^

3 £

O. o' S §

d cr o o C ro

■i t»

S »

g. O,

&- a!

S o « ^

45' S •o B p

21,200 20,000 18,700

> w x

o b

O

p B

p.

cT

Ü5

a. c m O»

■a p

1558 1592 1561

tassement et à la déshydratation des boues introduites dans le clarificateur pour former un liquide surnageant depuis celui-ci dans la section supérieure de la zone de séparation. En éliminant la fonction d'épaississement dans la zone de séparation des phosphates dans le présent procédé, comme on l'obtient avec les gammes restreintes indiquées du temps de rétention des boues, la teneur en substances solides suspendues dans le milieu de séparation et le rapport débits volumétriques du liquide enrichi en phosphate: milieu de séparation, exposé plus haut, permettent de réduire sensiblement la dimension globale de la zone de séparation des phosphates par comparaison avec une zone de séparation des phosphates conçue pour réaliser l'épaississement et permet ainsi une diminution importante des exigences en capital de l'installation du présent procédé, par comparaison avec les installations antérieures avec épaississement.

Exemple 4:

On fait passer des eaux usées, environ 45 x 1061/j contenant environ 270 ppm de substances solides et environ 9 ppm de phosphates totaux à travers des dispositifs classiques de tamisage et de séparation des sables et un clarificateur primaire pour la séparation par sédimentation pour donner un premier effluent. On mélange le premier effluent liquide en tant qu'eaux usées d'arrivée avec des boues activées à teneur plus basse en phosphate, environ 7 x 1061/j contenant environ 30 ppm de phosphate soluble et de l'air dans une zone d'aération où on les aère à raison de 3391 d'air/3 1 d'eaux usées pendant 6 h. Le mélange de liquide d'effluent provenant de la zone d'aération est introduit dans une deuxième cuve de décantation. On évacue un liquide usé clarifié

35 qui est pratiquement exempt de phosphate dans l'effluent de sortie après chloration à raison d'environ 45 x 1061/j. On soutire le mélange déposé de boues enrichies en phosphate de la deuxième cuve de décantation à un débit d'environ 7 x 1061/j. On fait passer une partie de ces boues, environ 1 x 1061/j dans les boues d'éva-40 cuation et on fait passer le reste dans un séparateur anaérobie des phosphates dans lequel elles sont maintenues dans des conditions anaérobies pour un temps de séjour des boues d'environ 6 h. Les conditions qui existent dans le séparateur causent la libération de quantités importantes de phosphate intracellulaire par les micro-45 organismes. Une partie mineure, 7x10® 1/j de l'effluent pratiquement exempt de phosphate évacué de la deuxième cuve de décantation est détournée et introduite dans la section inférieure de la zone de séparation pour s'écouler vers le haut à travers les substances solides en train de s'y déposer qui s'y trouvent et ainsi les 50 phosphates libérés des substances solides des boues en train de se déposer sont transférés vers le liquide s'écoulant vers le haut pour fournir un liquide enrichi en phosphate dans la section supérieure de la zone de séparation. Des boues à teneur plus basse en phosphate sont enlevées du fond du séparateur des phosphates à 55 raison de 7 x 1061/j, et du liquide surnageant enrichi en phosphate contenant environ 50-60 ppm de phosphate soluble, 7 x 10ô 1/j est soutiré de la cuve de séparation et introduit dans une cuve de précipitation chimique dans laquelle on ajoute de la chaux, et on mélange pour former un précipité de phosphate. Le phosphate 60 précipité est séparé et évacué. Dans la zone d'aération, les phosphates solubles introduits avec les boues recyclées provenant du séparateur des phosphates sont fixés par les micro-organismes présents dans les boues avec le phosphate contenu dans les eaux usées d'arrivée.

r

2 feuilles dessins

Claims (12)

617 412

1. Procédé de traitement des eaux usées contenant des matières suscitant une demande biologique d'oxygène, ainsi que des phosphates, comprenant le mélange des eaux usées avec des boues activées et un gaz contenant de l'oxygène dans une zone d'aération et simultanément la mise en circulation de l'un des fluides à contre-courant par rapport à l'autre fluide pendant un temps suffisant pour réduire la demande biologique d'oxygène des eaux usées et pour que les micro-organismes présents dans les boues activées fixent du phosphate pour former un mélange de liquide aéré contenant des boues enrichies en phosphate, la séparation des boues enrichies en phosphate du mélange liquide aéré pour donner un effluent pratiquement exempt de phosphate, le passage des boues enrichies en phosphate vers une zone de séparation des phosphates et le maintien d'au moins une majeure partie des boues qui s'y trouvent dans des conditions anaérobies pour libérer des phosphates depuis les boues enrichies en phosphate et former des boues à teneur plus basse en phosphate et un liquide enrichi en phosphate, le soutirage du liquide enrichi en phosphate depuis une section supérieure de la zone de séparation et des boues à teneur plus basse en phosphate depuis une section inférieure de la zone de séparation, et le recyclage d'au moins une partie des boues à teneur plus basse en phosphate vers la zone d'aération en tant que boues activées, caractérisé en ce qu'on sépare à contre-courant les phosphates libérés des boues dans la zone de séparation par les étapes suivantes: le maintien d'un temps de séjour des boues dans la zone de séparation compris entre 2 et 10 h, l'introduction d'un milieu de séparation à basse teneur en substances solides et à basse teneur en phosphate dans la section inférieure de la zone de séparation pour l'écoulement vers le haut à travers au moins une partie des substances solides en train de se déposer vers la section supérieure de la zone de séparation, les phosphates libérés des substances solides des boues en train de se déposer étant ainsi transférés vers le liquide s'écou-lant vers le haut pour former le liquide enrichi en phosphate dans la section supérieure de la zone de séparation, ce milieu de séparation ayant une concentration en matières solides en suspension ne dépassant pas 200 mg/1 et le maintien du débit volumétrique du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation compris entre 0,7 et 2,0 fois le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate soutiré de celle-ci.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les eaux usées brutes sont séparées dans une première zone de décantation en des substances solides déposées et un premier effluent appauvri en substances solides, en ce que les substances solides déposées sont soutirées depuis la première zone de sédimentation en tant que boues primaires et en ce qu'on soutire séparément le premier effluent appauvri en substances solides depuis la première zone de sédimentation et en ce qu'on fait passer la majeure partie vers la zone d'aération comme eaux usées d'arrivée et en ce qu'on fait passer une partie mineure du premier effluent vers la zone de séparation en tant que milieu de séparation.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on sépare les eaux usées brutes dans une première zone de sédimentation en des substances solides déposées et un premier effluent appauvri en substances solides, en ce qu'on soutire les substances solides déposées depuis la première zone de sédimentation en tant que boues primaires et en ce qu'on soutire séparément le premier effluent appauvri en substances solides depuis la première zone de sédimentation et en ce qu'on fait passer une majeure partie de celles-ci vers la zone d'aération en tant qu'eaux usées d'arrivée, en ce qu'on mélange un agent précipitant les phosphates avec le liquide enrichi en phosphate soutiré depuis la zone de séparation pour obtenir un mélange de liquide appauvri en phosphate et du phosphate précipité et en ce qu'on fait passer ce mélange dans la première zone de sédimentation pour y être séparé et ainsi le phosphate précipité est soutiré depuis la première zone de sédimentation dans les premières boues.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange un agent précipitant les phosphates avec le liquide enrichi en phosphate soutiré depuis la zone de séparation pour en précipiter les phosphates et donner un liquide appauvri en phosphate.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on sépare les phosphates précipités depuis le liquide appauvri en phosphate et en ce qu'on recycle au moins une partie du liquide appauvri en phosphate vers la zone de séparation en tant que milieu de séparation.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration en phosphate soluble du milieu de séparation est inférieure à 30 mg/1.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer une partie mineure des eaux usées d'arrivée vers la zone de séparation en tant que milieu de séparation.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer une partie mineure de l'effluent pratiquement exempt de phosphate vers la zone de séparation en tant que milieu de séparation.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps de séjour des boues dans la zone de séparation est de 4 à 8 h.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration en substances solides en suspension dans le milieu de séparation est inférieure à 100 mg/1.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le débit volumétrique du milieu de séparation introduit dans la zone de séparation et le débit volumétrique du liquide enrichi en phosphate soutiré de celle-ci est pratiquement égal à 1,0.

12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz d'aération contient au moins 50% en volume d'oxygène et est admis en quantité suffisante pour produire une concentration en oxygène dissous d'au moins 2 ppm dans la zone d'aération, celle-ci étant fermée et comprenant une pluralité de sous-zones où les eaux usées d'arrivée, les boues activées et le gaz oxygéné sont mélangés et l'un des fluides est mis en circulation à contre-courant par rapport à l'autre fluide dans une première sous-zone et on fait couler un liquide partiellement oxygéné et du gaz partiellement appauvri en oxygène séparément et concurremment depuis celle-ci jusqu'à au moins une deuxième sous-zone pour un nouveau mélange et une mise en circulation d'un fluide à contre-courant par rapport à l'autre fluide dans celle-ci et en ce que l'on évacue séparément le liquide oxygéné et le gaz appauvri en oxygène depuis la dernière sous-zone.