CH647742A5 - Procede de traitement des eaux usees. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de traitement des eaux usées et un appareil permettant de mettre en œuvre ce procédé.

La présente invention a pour but de proposer un procédé avantageux de traitement des eaux usées qui améliore la séparation, la concentration et le traitement des matières solides colloïdales et médiocrement décantables, par filtration sur sable fin, en augmentant ainsi le potentiel de formation d'énergie du procédé de traitement et en réduisant ou en éliminant les exigences ultérieures de traitement biologique. La présente invention vise à réduire les investissements et les coûts en énergie nécessaires.

Les matières solides contenues dans les eaux usées peuvent être en suspension ou dissoutes. Elles peuvent être filtrables ou non fil-trables, volatiles ou inertes, et peuvent être ou non biodégradables. Ces matières solides, ainsi que les graisses et huiles typiquement présentes dans les eaux usées, représentent généralement les constituants polluants les plus significatifs, et ce sont ces matériaux nuisibles qui doivent être enlevés ou traités au cours du procédé de traitement des eaux usées.

L'intervalle de granulométrie des matières solides en suspension est de 10-8 n à 100 |i et plus. En général, les matières solides de 10 n et plus sont décantables et peuvent être enlevées par séparation par gravité. Les matières solides comprises entre 10-3 jj. et 10 (x ne décantent normalement pas et nécessitent généralement une coagulation et une floculation pour leur élimination. Les matières solides de 10 - 3 n et plus petites sont généralement considérées comme des matières solides dissoutes.

La plupart des dispositifs et procédés de traitement biologique des eaux usées sont conçus pour permettre la séparation des particules insolubles grosses et le traitement des particules qui ne décantent pas. Un grand nombre de ces dispositifs sont soumis à des performances aléatoires en raison du manque de souplesse en général du procédé de séparation antérieur, c'est-à-dire la clarification et/ou le filtrage primaire.

Les procédés primaires peuvent être soumis à une charge hydraulique et/ou organique très variable, ce qui donne un effluent de qualité variable. Les systèmes biologiques utilisés par la suite doivent fonctionner dans cet intervalle de variation de charge, ce qui peut minimiser l'efficacité du système biologique.

Les matières solides en suspension et colloïdales non séparées par le filtrage ou la clarification doivent en outre être traitées par un ou plusieurs systèmes biologiques pour satisfaire les niveaux de traitement secondaire. Les coûts en énergie, en investissement et en entretien dus à ces systèmes sont substantiels.

Deux de ces systèmes biologiques généralement admis sont les modifications par micro-organismes en suspension du procédé aux boues activées, et les modifications des micro-organismes fixes du procédé à filtre à ruissellement. Ces systèmes peuvent aller des procédés assez simples à des procédés très sophistiqués, selon la taille de l'usine et l'équipement utilisé. Le besoin de nitrification de l'eflluent compliquera encore le procédé en y ajoutant des investissements et des coûts en énergie.

De nombreux essais ont été faits pour modifier les procédés de traitement pour réduire les coûts en énergie des systèmes biologiques. Cela a généralement été essayé par modification du procédé et changements de la conception de divers composants mécaniques, pour améliorer l'efficacité de la séparation des matières solides du clarificateur. Une technique de séparation des matières solides acceptée et efficace est l'addition d'un coagulant chimique aux eaux usées affluentes qui pénètrent dans le dispositif de décantation par gravité ou clarificateur. Cette technique augmente matériellement la quantité de matières solides séparées et réduit la charge organique vers le système biologique ou les systèmes de traitements ultérieurs.

Cette réduction de la charge réduit la quantité nécessaire aux procédés biologiques. Les procédés physico-chimiques, qui ont été recommandés pour le traitement des eaux usées, envisagent généralement l'addition d'un coagulant et la floculation des particules en suspension. Cela est généralement effectué soit dans une zone dans le clarificateur, soit avant le clarificateur pour améliorer la décantation des matières solides en suspension. Les eaux usées clarifiées peuvent ensuite être traitées de diverses façons, par exemple par adsorption sur charbon activé ou même refiltration suivie d'une adsorption sur charbon.

Cependant, l'addition d'un floculant chimique et/ou d'un coagulant augmente les prix en produits chimiques et crée des problèmes très importants, dans certains cas, bien plus que les avantages obtenus par la réduction des matières solides en suspension déchargées dans le système biologique.

La précipitation du coagulant forme une boue chimique qui peut être très difficile et très coûteuse à traiter et à déshydrater. En outre, la boue chimique nuit généralement à la formation des gaz de boues.

Les matériaux organiques traités biologiquement dans un système à boues activées formeront des matériaux cellulaires nouveaux et supplémentaires. Ces matériaux cellulaires fortement structurés créent finalement une charge de pollution secondaire potentielle et doivent donc être soigneusement séparés et traités d'une manière qui n'affecte pas l'environnement. Donc, dans la plupart des systèmes biologiques, les boues activées ou l'humus des filtres de ruissellement, consistant tous deux en majeure partie en nouveaux matériaux cellulaires, doivent être séparés des eaux usées. Cela est généralement effectué par les clarificateurs secondaires. Les boues décantées peuvent être retournées à un digesteur pour une réduction biologique plus poussée. Les boues digérées sont enfin soutirées et déshydratées par divers moyens. La digestion, la déshydratation et le traitement final des nouveaux matériaux cellulaires sont des procédés difficiles et coûteux.

Les filtres à milieux granulaires sont couramment utilisés pour enlever les particules de matières solides en suspension des eaux usées, après d'autres étapes de traitement. Un tel filtre utilisé de façon effective dans de telles applications est décrit dans le brevet US Reissue N° 28458, délivré le 1er juillet 1975. Des améliorations sont décrites dans les brevets US N° 3817378, délivré le 18 juin 1974 et N° 3840117, délivré le 8 octobre 1974.

Un procédé et un appareil effectifs de nettoyage des graisses et huiles des milieux constituant les filtres à milieu granulaire sont décrits dans le brevet US N° 4032443, délivré le 28 juin 1977.

Un appareil et un procédé de séparation et de concentration des matières solides provenant du liquide de lavage des filtres sont décrits dans le brevet US N° 3792773.

Des essais antérieurs de traiter des eaux usées sans addition de coagulants, ou bien devant le premier clarificateur ou séparateur ou bien à l'entrée du milieu filtrant granulaire lui-même, ont été négatifs pour différentes raisons, notamment:

— accumulation excessive de graisses dans le milieu granulaire obstruant le courant des eaux usées. Selon l'état de la technique, il était nécessaire d'enlever la plus grande partie de la graisse avant filtration par le traitement aux produits chimiques et une action mécanique;

— obstruction rapide de filtre par suite d'une charge élevée de matières solides. La grande fréquence de lavage en retour nécessaire a pour suite un rendement en volume insuffisant du procédé de l'épuration;

— faible taux d'enlèvement de solides. Des essais faits pour éviter l'obstruction des filtres par l'utilisation d'une granulométrie plus grossière ont eu pour résultat le passage d'une plus grande quantité de solides qui sont autrement filtrables. En plus, une partie considérable des graisses et huiles a passé le filtre.

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En outre, une activité biologique anaérobie dans le milieu filtrant a parfois provoqué son obstruction et/ou une DCO plus élevée du filtrat, et des mauvaises odeurs.

La présente invention prend des mesures nécessaires afin d'obtenir un traitement économique, efficace et rapide de telles eaux usées. En plus, on évite en général complètement les produits chimiques de coagulation et, partant, les problèmes résultant de leur utilisation.

La présente invention cherche à éliminer un grand nombre des inconvénients des systèmes classiques de traitement d'eaux usées, en enlevant et en recueillant les matières organiques des eaux usées contenant les égouts domestiques, sans utiliser de coagulants chimiques. Une amélioration importante est le potentiel énergétique supplémentaire de la quantité accrue de boues primaires exemptes de produits chimiques. Un autre avantage important est une réduction correspondante de la production de nouveaux matériaux cellulaires dans l'usine.

La présente invention est un procédé de traitement des eaux usées contenant des déchets domestiques pour l'élimination des matières en suspension et/ou colloïdales, contenant les graisses et les huiles, comprenant les étapes suivantes:

— faire passer lesdites eaux usées contenant les égouts domestiques dans un clarificateur ou dispositif de filtration pour enlever une partie des matériaux et clarifier lesdites eaux usées, sans addition de produits chimiques coagulants;

— faire passer les eaux usées clarifiées dans un filtre à milieu granulaire dans une cuve de filtration pour recueillir dans une cavité de drainage un filtrat contenant moins de 40% des matières solides en suspension présentes dans les eaux usées non traitées;

— faire passer par intermittence de l'air de façon ascendante à travers le milieu granulaire pour réduire la résistance à l'écoulement à travers le milieu et y inhiber l'activité biologique anaérobie, sans déranger l'intégrité du milieu de filtration, et

— laver en retour de façon intermittente ledit filtre avec une portion dudit filtrat et un surfactif et/ou un agent oxydant pour enlever les matériaux nuisibles accumulés.

Ainsi, les eaux usées contenant des égouts domestiques provenant d'un dispositif comme un filtre, un tamis et/ou un clarificateur primaire, passent à travers un filtre à milieu granulaire sans traitement biologique, chimique ou physico-chimique préalable. Alternativement, le dispositif d'enlèvement des matières solides peut également être totalement éliminé; les eaux usées passent directement à l'entrée du filtre et les matières solides non décantables et colloïdales sont emprisonnées par le milieu de filtration et adsorbées par la surface du milieu de filtration.

L'efficacité de l'enlèvement de ces matières solides non décantables est fonction du taux d'application et des caractéristiques physiques du milieu, typiquement du sable. En général, au moins 60% des matières en suspension sont enlevées par un seul filtre. On laisse les matières solides s'accumuler dans le milieu de filtration jusqu'à ce que la résistance à travers le milieu de filtration fasse que le niveau d'eau au-dessus du milieu atteigne une valeur prédéterminée, moment auquel on lave en retour le filtre, et les matériaux nuisibles préalablement emprisonnés et adsorbés sont enlevés et lavés du milieu.

On obtient également une amélioration de l'interception et de la conservation des matières colloïdales et en suspension, par réduction périodique de la résistance du milieu de filtration, dans la masse et en surface, en faisant passer de l'air dans le milieu de façon ascendante et de façon intermittente, pour améliorer la porosité et retarder la décomposition anaérobie. Cet air est déplacé vers le haut par la montée du filtrat dans la cavité de drainage et le déplacement de l'air. Le mouvement ascendant de l'air est suffisant pour déplacer les matériaux nuisibles à l'intérieur du lit de filtration où ces matériaux sont temporairement conservés, sans détruire l'intégrité du milieu de filtration.

Pour le lavage en retour, on peut utiliser des jets hydrauliques verticaux de façon intermittente avec de l'air pour fournir une agitation de vitesse élevée et un mouvement de milieu à une vitesse variable de sous-fluidisation pour améliorer l'efficacité du système de lavage en retour et utiliser un minimum d'eau de lavage en retour.

L'eau de lavage en retour peut être dirigée vers une cuve de retenue où les particules préalablement non décantables, se trouvant maintenant dans l'eau de lavage, s'agglomèrent et se déposent. On laisse également les graisses et les huiles s'agglomérer en vue de leur écumage. On laisse les matières solides décantées se concentrer généralement sans addition de produits chimiques. Les matières solides lavées en retour sont pompées vers un digesteur pour la stabilisation anaérobie de la matière organique, et formation biologique d'un gaz combustible comprenant du méthane et du gaz carbonique.

L'eau de lavage clarifiée peut être renvoyée à l'entrée du filtre pour une nouvelle filtration et, dans certaines conditions, peut être dirigée vers un cours d'eau ou une masse d'eau réceptrice comme un lac, une rivière, un océan, etc.

Les caractéristiques de pollution du filtrat sont réduites par l'enlèvement des matières solides colloïdales et non décantables présentes dans les eaux usées clarifiées.

De l'oxygène peut être ajouté à la masse liquide par collision, diffusion et impulsion à travers le milieu filtrant, pour minimiser le défaut normal en oxygène des déchets clarifiés et les conditions anaérobies contraires dans le milieu et la masse filtrante liquide.

Un cycle de régénération amélioré du milieu peut enlever les graisses, les huiles et les biosubstances fixées à la surface du milieu, par émulsification et agitation induite de façon hydraulique et pneumatique du lit de milieu. En outre, on utilise un agent oxydant comme de l'hypochlorite avec ou sans surfactif pour régénérer les surfaces du milieu. De préférence cependant, on utilise un agent oxydant non halogéné, comme le peroxyde d'hydrogène, un gaz ou un liquide contenant de l'oxygène, ou de l'ozone, avec ou sans détergent ou surfactif, en évitant ainsi la création d'hydrocarbures chlorés.

Par l'étagement des processus de filtration, on peut augmenter la quantité de matières solides non décantées et colloïdales enlevées des déchets liquides. Typiquement, dans un système de filtration à deux étages, le filtrat secondaire contient moins de 25% des matières solides en suspension dans l'eau non traitée, et la DBO correspondante est faible. Un tel filtrat peut généralement être déchargé directement dans un cours d'eau, sans autre traitement biologique.

Par une utilisation de très faibles quantités de coagulant entre l'étagement des processus de filtration, on peut réduire encore les matières solides très fines qui ne seront ni emprisonnées ni adsorbées à la surface du milieu. Le produit chimique de coagulation est rapidement mélangé avec le filtrat primaire et passe au second filtre sans étape de floculation. Un tel procédé donne typiquement un filtrat secondaire contenant moins de 20 mg/1 de matières solides en suspension et peut contenir moins de DBO que celle normalement attribuée aux procédés secondaires. Le filtre de premier étage enlève la plus grande portion des solides, et seulement de très petites quantités de coagulant sont nécessaires dans le second stade ou étage. Ainsi, l'effet de ce produit chimique sur le traitement ultérieur des boues est négligeable.

Par l'utilisation d'un filtre, on peut traiter les excès d'écoulement, qui peuvent nuire à un dispositif biologique existant ou de conception fixe, en dérivant l'excès d'écoulement à l'extérieur du dispositif biologique par l'intermédiaire d'un filtre à milieu fin, et on peut enlever des quantités suffisantes de matières solides en suspension de ces eaux usées dérivées, ainsi que des eaux usées traitées biologique-ment. Cela permet la filtration des eaux usées traitées et non traitées pour satisfaire les exigences concernant I'effluent. L'efficacité du processus biologique est maintenue. Le procédé biologique est protégé vis-à-vis d'une surcharge hydraulique et les caractéristiques globales sont donc assurées.

La combinaison d'une filtration en deux étages dans un seul récipient permet des conditions de pression variables par rapport aux quantités d'écoulement, le récipient acceptant une portion des écoulements extrêmement élevée à travers des milieux de filtration plus grossiers.

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Le filtre en deux étages permet d'utiliser plus d'une dimension de sable et des taux d'application variables pour une charge de filtration donnée.

Le nettoyage des parois verticales de la cuve de filtration peut se faire de façon automatique pendant un lavage en retour. Un agent de nettoyage comme un agent détergent et oxydant, ou bien un surfactif et un agent oxydant, peut être ajouté à l'eau de lavage en retour pour mieux nettoyer les parois. L'addition de l'agent de nettoyage peut être réglée manuellement ou automatiquement. On préfère un agent oxydant non halogéné.

Par l'addition d'un liquide oxydant ou stérilisant au liquide de lavage à la fin du cycle de lavage, on peut réduire la croissance des bio-organismes. Ce liquide de stérilisation ou d'oxydation provoquera également l'oxydation, l'émulsification ou l'enlèvement des substances organiques préalablement fixées sur les surfaces du milieu résultant de la filtration des eaux usées clarifiées sur le milieu à sable fin. Les surfaces de milieu sont effectivement utilisées pour adsorber certains des composants organiques qui constituent la DBO soluble.

On peut minimiser l'effet nuisible des particules colloïdales et en suspension qui colmatent les pores du charbon activé et enrobent les surfaces de charbon avec des surfaces organiques, ce qui limite l'utilisation efficace du charbon activé.

Le drainage par en dessous peut répartir le liquide d'oxydation ou de stérilisation dans le milieu de filtration sans mélange prématuré avec le liquide de lavage en retour et le détergent ou surfactif.

Le procédé selon l'invention et l'appareil pour sa mise en œuvre seront décrits, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé,

dans lequel:

la fig. 1 est un schéma d'une installation de traitement d'eaux usées classique, utilisant comme éléments principaux un clarificateur primaire, un dispositif de traitement biologique, un clarificateur final et un digesteur de boues;

la fig. 2 est un schéma du mode de réalisation préféré de l'invention, illustrant les nombreuses possibilités de traitement;

la fig. 3 est un schéma de l'invention combiné avec un traitement biologique;

la fig. 4 est un schéma de l'invention combiné avec un dispositif à traitement biologique suivi d'un second filtre;

la fig. 5 est un schéma d'un procédé de traitement physico-chimique placé entre deux filtres;

la fig. 6 est une application schématique de l'invention à un dispositif de traitement d'eaux usées, sujet à de grandes variations des écoulements affluents, illustrant les solutions de traitement pour des écoulements dérivés;

la fig. 7 est une vue en coupe de l'appareil de l'invention utilisé pour traiter des écoulements dérivés;

la fig. 8 est une vue en coupe de l'appareil de l'invention représentant le dispositif de lavage de paroi et le système à lit puisé;

la fig. 9 est une vue en coupe du support de drainage par en dessous;

la fig. 10 est une vue en coupe d'une buse de sortie du support de drainage par en dessous;

la fig. 11 est une vue en coupe d'une autre possibilité d'un détail de buse du support de drainage par en dessous.

Les réductions de la demande biochimique en oxygène totale (DBO) des matières solides en suspension et de la DBO soluble des eaux usées domestiques clarifiées par des filtres parallèles à milieux granulaires sont illustrées dans le tableau I, où les filtres utilisés sont des milieux granulaires consistant en un quartz ayant une dimension effective de respectivement 0,35 ou 0,45 mm, une épaisseur de sable de 25,4 cm et des taux d'application de 80 1/min/m2.

( Tableau en tête de la colonne suivante)

Un facteur significatif généralement négligé dans la conception et la mise au point de dispositifs de traitement d'eaux usées est que la majeure partie de la charge de pollution organique des eaux usées, représentée par la demande théorique en oxygène (DTO), la demande chimique en oxygène (DCO) ou la demande biochimique

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Tableau I

Affluent

Filtre N°l,

Filtre N° 2,

du filtre effluent effluent

Dimensions du sable (mm)

0,35

0,45

Matières solides en suspen

sion (mg/ml)

81,3

20,8

25,7

Efficacité de l'enlèvement (%)

(74,6)

(68,6)

Turbidité FTU

46

23

24

DB05 totale (mg/1)

131,5

49,0

53,9

Efficacité de l'enlèvement (%)

(62,7)

(59,0)

DB05 soluble (mg/1)

35,3

23,3

24,9

Efficacité de l'enlèvement (%)

(34,0)

(29,3)

Durée de déplacement

moyenne sur filtre (h)

3,0

6,0

Rapport eau de lavage/

filtrat (1/1)

0,168

0,088

en oxygène (DBO) est contenue dans les matières solides en suspension et colloïdales non décantables. De telles matières solides sont présentes dans les égouts domestiques. Par exemple, les matières solides d'eaux usées que l'on a séparées par dimensions ont l'impact organique indiqué dans le tableau II. Au départ, 66% de la charge de pollution organique est contenue dans les matières solides en suspension d'une granulométrie de 8 (i et plus petites, telle que la mesure la DCO. On considère généralement que les matières solides en suspension de 8 |i et plus faibles ne sont pas décantables par elles-mêmes.

La signification de la charge polluante de l'eau usée clarifiée ou décantée peut être en outre illustrée par une analyse de dimension et de poids d'un échantillon d'eaux usées clarifiées. L'échantillon utilisé dans le tableau II provient de l'usine de traitement des eaux usées de Lorain, Ohio, USA, et n'est pas atypique d'eaux usées clarifiées contenant des rejets domestiques. L'échantillon d'eaux usées a ensuite été filtré progressivement à travers des membranes filtrantes de pores de plus en plus petits. La quantité de matières solides retenues sur chaque filtre a été déterminée, ainsi que la DCO des matières solides retenues.

Tableau II

Effluent primaire de Lorain, Ohio Matières solides totales en suspension dans les eaux usées décantées 84,5 mg/1; DCO 182 mg/1

Dimension des

Matières solides en

DCO traversant pores du filtre suspension totales le filtre

retenues par le filtre

(M)

(mg/1)

(mg/1)

8,00

38,4

121,0

3,00

14,7

80,9

1,20

10,7

62,7

0,80

11,5

62,7

0,45

7,6

65,9

0,22

1,6

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La réduction de la DBO soluble par filtration sur sable fin est très significative et devient même plus substantielle à des taux d'application hydraulique plus faibles. Par exemple, des essais ont montré que la réduction de la DBO soluble est comprise entre une valeur élevée de 34% de réduction jusqu'à une valeur faible de 5,6%. La DBO soluble est une définition plutôt qu'une description vraie. On calcule que les particules colloïdales qui peuvent passer à travers un filtre de 0,45 |i font partie de la fraction soluble et sont mesurées comme étant de la DBO soluble.

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Une quantité substantielle des matières colloïdales qui traversent une membrane filtrante de 0,45 n se fixera et sera adsorbée à la surface des grains d'un filtre à milieu granulaire. Certains des composés organiques dans la solution sont également rapidement transformés de façon biologique en biomasse lorsque les eaux usées traversent un lit granulaire. La quantité enlevée est fonction du taux d'application et de la dimension et de l'épaisseur du sable. Le tableau III, décrivant une série spécifique d'essais, montre l'efficacité de l'enlèvement de la DBO soluble selon la présente invention.

Donc, une filtration en un seul étage ou en plusieurs étages non seulement enlève les matières solides non décantables mesurables, mais réduit matériellement la fraction soluble de la charge organique.

Tableau III Réduction de la DBOs soluble (%)

Débit

0,35 mm

0,45 mm

80 1/min/m2

34

29,5

2001/min/m2

18,3

15

3201/min/m2

7,2

5,6

Considérons maintenant les dessins qui sont donnés à titre d'illustration des modes de réalisation préférés de l'invention et non à titre limitatif.

Considérons la fig. 1 qui représente un procédé de traitement biologique classique des eaux usées. La conduite d'entrée 10 des eaux usées brutes est dirigée vers un dispositif de retenue grossière 20, et par l'intermédiaire d'une conduite 11, dans le décanteur ou clarificateur primaire 100. Le liquide clarifié est dirigé par la conduite 110 vers le traitement biologique 400, où les eaux usées sont traitées biologiquement, en formant des matériaux cellulaires nouveaux, et sont dirigées par la conduite 410 vers la cuve de décantation finale 500. Une proportion majeure des matières solides constituant les boues est décantée dans le clarificateur 500 et prélevée par la conduite 520. Une partie des boues est recyclée au traitement biologique par la conduite 521. L'excès de boues, ou boues rejetées, est alors mélangé avec les boues qui ont été prélevées du clarificateur primaire 100 par la conduite 120 et le mélange des boues rejetées et des boues primaires est dirigé par la conduite 121 au digesteur 800 où les boues sont encore traitées, et une partie des matières organiques est transformée en méthane et gaz carbonique. L'excès de boues rejetées provenant du clarificateur 500 peut passer directement dans le digesteur 800 et ne pas subir le processus de mélange dans la conduite 121.

La fig. 2 représente un schéma de l'appareil selon la présente invention, où un système filtrant 200 est placé après le réservoir de décantation ou clarificateur primaire 100. Le système de traitement d'eaux usées comprend une conduite d'entrée des eaux usées 10, où les eaux usées sont dirigées vers le dispositif de broyage et/ou de filtration grossière 20, puis sont dirigées par la conduite 11 vers un clarificateur primaire 100. L'effluent clarifié quitte le clarificateur primaire 100 par la conduite 110 et se dirige vers l'entrée du filtre 200.

Comme représenté sur la fig. 2, le filtrat de la conduite 210 est dirigé à un ou plusieurs éléments ultérieurs de traitement, comme un traitement biologique, qui peut être du type à micro-organismes en suspension ou micro-organismes fixes. Ou bien, la filtration peut être suivie d'une filtration de second étage, puis traitée par du charbon activé ou par un traitement biologique pour enlever les matières organiques et/ou l'azote, ou déchargée dans un cours d'eau récepteur, ou vers tout autre moyen de traitement ou de réutilisation. La nécessité pour la filtration éventuelle de second étage est fonction de la qualité des eaux usées et de la distribution de la granulométrie, ainsi que des exigences légales pour les eaux évacuées. Dans de nombreux cas, la charge imposée au système biologique est tellement réduite que l'on obtient un traitement biologique suffisant, par exemple dans un filtre à ruissellement sans aucun recyclage.

Un autre mode de réalisation de cette invention consiste en un procédé de traitement d'eaux usées pour l'enlèvement des matériaux en suspension et colloïdaux, comprenant les graisses et les huiles, les composés protéinés et l'azote ammoniacal des eaux usées préalablement non traitées contenant des rejets domestiques, consistant:

a) à faire passer lesdites eaux usées contenant les rejets domestiques dans un dispositif clarificateur ou de filtration pour enlever une partie des matériaux et clarifier lesdites eaux usées, sans addition de produits chimiques;

b) à faire passer les eaux usées clarifiées, sans addition de produits chimiques, sur un premier filtre granulaire dans une première cuve de filtration vers une première cavité de drainage par en dessous pour donner un filtrat primaire;

c) à faire passer ledit filtrat primaire à travers un filtre à milieux fixes, comme un filtre à ruissellement, où des micro-organismes nitrifiants se développent sur lesdits milieux fixés pour oxyder ledit azote contenu dans le filtrat primaire en nitrate et nitrite;

d) à faire passer le filtrat primaire nitrifié sur un second filtre à milieu granulaire dans une seconde cuve de filtration vers une seconde cavité de drainage par en dessous pour produire un filtrat secondaire contenant moins de 20 mg/1 de matières solides en suspension et moins de 20 mg/1 de DBOs ;

e) à faire passer de façon intermittente de l'air de façon ascendante à travers chaque milieu granulaire pour réduire la résistance à l'écoulement à travers les milieux, et y inhiber l'activité biologique anaérobie;

0 à laver en retour de façon intermittente ledit premier filtre avec une portion dudit filtrat primaire et un surfactif et/ou un agent oxydant pour enlever les matériaux nuisibles accumulés;

g) à laver en retour de façon intermittente ledit second filtre avec une portion dudit filtrat secondaire et un surfactif et/ou un agent oxydant pour enlever les matériaux nuisibles accumulés.

Ce traitement produit facilement un filtrat secondaire contenant moins de 20 mg/1 de matières solides en suspension et moins de 20 mg/1 de DBOs, même quand le filtre à milieux fixes fonctionne à un débit égal ou supérieur à 13,61/min/m2, sans aucun recyclage.

Le filtrat secondaire contiendra moins de 1,5 mg/1 d'azote ammoniacal si la température des eaux usées dépasse 20° C.

L'eau de lavage en retour du filtre 200 est déchargée par la conduite 220 vers le clarificateur 300, où les matières solides lavées en retour décantent, et la liqueur surnageante du clarificateur est renvoyée à l'entrée du filtre 200 par la conduite 310 et la conduite d'entrée du filtre 110. La qualité de la liqueur surnageante peut être améliorée par addition de produits chimiques de coagulation. Les boues décantées du clarificateur 300 sont prélevées par la conduite 320 et dirigées vers la conduite d'évacuation des boues 122 qui transporte les boues du clarificateur primaire 100 par la conduite 120.

La qualité du filtrat dépendra du débit de l'application des eaux usées, des concentrations en polluant des eaux usées, de l'épaisseur du lit et de la dimension moyenne des grains utilisés dans le filtre 200. La qualité du filtrat peut en outre être améliorée par une série de traitements ultérieurs éventuels, selon les exigences concernant la qualité de l'eau finale.

Les besoins en énergie pour le traitement ultérieur des eaux usées clarifiées seront matériellement réduits par suite de la réduction de la charge de pollution organique des eaux usées clarifiées que donne le filtre 200.

En outre, les boues créées par les matières solides concentrées dans l'eau de lavage du filtre 200 sont ajoutées aux boues enlevées dans le réservoir de décantation ou clarificateur primaire 100. La quantité totale de boues primaires est la somme des boues primaires obtenues tant dans le clarificateur par gravité 100 que dans le filtre 200. Le fait qu'aucun coagulant n'est ajouté à l'entrée ni du réservoir de décantation primaire ni du filtre, assure que les boues totales soutirées contiendront un minimum de produits chimiques de traitement.

On sait que la production biologique anaérobie de méthane combustible à partir des boues ou d'eaux usées se fait plus facilement et

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plus efficacement quand le rapport des boues biologiques primaires aux boues biologiques secondaires est élevé. Cette invention donne des quantités de matières solides primaires accrues et des quantités de matières solides secondaires nettement réduites.

Par exemple, des eaux usées domestiques types contiennent 160 mg/1 de matières solides en suspension, dont la moitié est enlevée par simple traitement primaire sans produits chimiques.

Les eaux usées clarifiées ont typiquement l'analyse suivante:

Matières solides en suspension 80 mg/1

DBOs 130 mg/1

Dans un traitement classique, les eaux usées clarifiées sont soumises à un traitement par boues activées pour satisfaire les exigences gouvernementales sur les effluents secondaires. Approximativement, 70 mg/1 de matières solides de boues biologiques seront produits. Ainsi les matières solides biologiques comprennent presque la moitié de la charge totale en matières solides qui est normalement digérée de façon anaérobie.

Dans la présente invention, les eaux usées clarifiées sont filtrées sur un filtre granulaire pour satisfaire les normes secondaires, ce qui remplace l'étape biologique qui a des coûts en équipement et en fonctionnement élevés.

En outre, aucune matière solide de traitement biologique ne passe dans le digesteur anaérobie; donc la production de gaz et la réduction des matières solides ainsi que la déshydratation ultérieure des matières solides sont toutes trois améliorées.

Quand l'étape de traitement biologique est précédée par une filtration sur milieu granulaire, la quantité nettement réduite des matériaux cellulaires nouveaux donne de meilleures caractéristiques de fonctionnement du digesteur.

Considérons toujours la fig. 2; la conduite 151 après la filtration de second stade peut diriger le filtrat vers un appareil de mise en contact avec du charbon activé. Le filtrat peut également être traité dans un dispositif biologique, emme mieux indiqué sur la fig. 3, ou déchargé dans un courant d'eau ou réutilisé. Ou bien, la filtration de second étage peut être omise et le filtrat du premier étage être dirigé vers les différents procédés cités.

Un avantage important de l'invention est la réduction par le filtre 200 de la charge de pollution organique dirigée vers tous les dispositifs de traitement ultérieur, ce qui réduit les besoins en énergie et en investissement.

Considérons maintenant la fig. 3 ; il y est illustré le même type de procédé biologique secondaire que sur la fig 1, le procédé de traitement secondaire étant maintenant modifié par utilisation d'un filtre installé dans la conduite 110 de l'efïluent clarifié. Le filtrat contenu dans la conduite de sortie 210 nécessite un traitement biologique nettement réduit. Les eaux usées biologiquement traitées peuvent être dirigées vers un décanteur ou clarificateur final 500, ou dirigées vers un filtre ultérieur 799, comme représenté sur la fig. 4, puis vers le réservoir de contact avec du chlore 600.

En outre, les boues primaires sont soutirées de la cuve de décantation primaire 100 par la conduite 120. Les matières solides colloïdales et généralement non décantables contenues dans les eaux usées clarifiées sont alors interceptées par le filtre 200, le filtrat du filtre 200 étant ensuite dirigé par la conduite 210 au procédé biologique 400. L'eau de lavage en retour de la conduite 220 est dirigé à l'entrée du séparateur de liquide de lavage 300, où on laisse décanter les matières solides lavées en retour, et on les décharge et on les mélange avec les matières solides de la cuve de décantation primaire 100, en augmentant ainsi les matières solides primaires totales enlevées du processus.

La charge organique amenée au processus biologique est réduite en raison du plus grand enlèvement de matières solides organiques. Selon l'application et les dimensions du milieu, la charge organique résiduelle amenée au processus biologique peut être réduite au point que la nouvelle croissance cellulaire peut être efficacement interceptée par un second filtre qui est généralement du même type que celui utilisé dans le filtre 200, et un décanteur final n'est pas nécessaire. Le filtre 700 interceptera le mélange de matières solides et de nouvelles cellules et renverra ces matières solides à l'entrée du processus biologique 400 par la conduite 721, comme indiqué sur la fig. 4. L'excès de matières solides rejeté est ensuite déchargé dans le séparateur de lavage en retour 300 par la conduite 722.

Le potentiel de croissance de nouveau matériau cellulaire a été limité par la réduction des matières en suspension et non décantables effectuée par la filtration sur milieu granulaire. La croissance des nouvelles cellules est proportionnelle à la charge organique dans les eaux usées pénétrant dans le procédé biologique par la conduite 210.

Par exemple, en supposant un taux de nouvelles croissances cellulaires de 0,4 kg de nouvelles cellules par kilo de DBO enlevée, un résidu de filtrat contenant 50 mg/1 de DBOs donnera seulement 20 mg/1 de nouvelles cellules. Les eaux usées contenant des taux de matières solides en suspension inférieurs à 30 mg/1 de matières solides et des valeurs correspondantes de la demande biochimique en oxygène peuvent être classées comme un effluent secondaire. Au cas où les matières solides en suspension dépassent les exigences permises pour le cours d'eau particulier, un second filtre peut être ajouté, et les 20 mg/1 de nouvelles cellules peuvent facilement être séparés par le filtre 700, et le filtrat passant dans la conduite 710 satisfait une exigence en matières solides faible. Si les exigences du cours d'eau sont telles que les matières solides à décharger ne dépassent pas la norme, un traitement supplémentaire peut ne pas être nécessaire.

Considérons maintenant la fig. 5; l'effluent primaire décanté est dirigé vers le filtre de premier étage 200 et le filtrat dirigé par la conduite 210 vers la chambre de mélange 30 où de très faibles concentrations de coagulant provenant du récipient 40 sont pompées dans la chambre de mélange 30 par la conduite 50. Du coagulant est mélangé dans la chambre de mélange 30 avec le filtrat du premier étage provenant du filtre 200 et le mélange coagulant/filtrat est déchargé sur le filtre 700 par la conduite 211, sans étape de floculation. Le mélange coagulant/filtrat est ensuite filtré par le filtre 700, et le filtrat de second étage est déchargé par la conduite 710. Le liquide de lavage en retour du filtre de premier étage 200 est déchargé dans le réservoir de retenue 300 des eaux de lavage par la conduite 220, et les eaux de lavage du filtre 700 sont également dirigées vers le même dispositif de séparation de matières solides de lavage, par la conduite 720. Les boues décantées dans le récipient 300 sont déchargées par la conduite 320 et mélangées avec les boues enlevées du récipient primaire 100 par l'intermédiaire de la conduite 120, et l'ensemble des boues réunies est dirigé vers le digesteur 800 par la conduite 123.

L'effluent de la conduite 710 peut ensuite être traité éventuellement selon diverses façons, en fonction des exigences de l'utilisation ou du rejet final des eaux usées traitées. L'eau qui est refiltrée peut être dirigée comme indiqué sur la fig. 2 vers une série complète d'autres étapes de traitement selon l'utilisation et les exigences finales. Ce type de système réduit de façon importante ou élimine complètement le matériau de croissance cellulaire biologique normalement associé aux usines de traitement biologique, et simultanément fournit un effluent de qualité élevée. La limitation sera évidemment les constituants solubles qui ne sont pas éliminés par filtration. L'effluent d'eaux usées, d'où les matières solides en suspension et les matières solides colloïdales ont été enlevées par filtration, est facilement mis en contact avec du charbon activé en vue de l'absorption des matières organiques résiduelles. Ce type de prétraitement peut effectivement permettre d'économiser des espaces et des énergies importants et donne un effluent de qualité déterminée. Cela est particulièrement vrai dans les nombreux domaines de réutilisation de l'eau. Le procédé de filtration réduira les besoins en énergie normalement associés au traitement classique des eaux usées donnant des caractéristiques similaires.

Considérons maintenant la fig. 6; la solution de filtration primaire peut être appliquée de la façon la plus satisfaisante aux dispositifs de traitement d'eaux usées qui sont soumis à des variations extrêmement élevées des écoulements, comme pendant les pluies violentes, où les procédés biologiques existants sont menacés par une surcharge hydraulique. La conduite d'entrée 10 représente la conduite d'entrée des eaux usées, comprenant des volumes variables

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d'eau de pluies violentes passant à travers un dispositif de broyage ou de filtration 20, puis par une chambre de dérivation d'écoulement alterné et un barrage 60 de l'écoulement en excès pour se diriger dans la chambre de décantation primaire 100. L'effluent clarifié de la conduite 110 est dirigé à la chambre de réglage hydraulique 80, où l'écoulement en excès du premier étage sera dévié du traitement biologique 400 et du clarificateur final pour arriver dans la conduite 510 qui est l'entrée du filtre 200. L'eau de lavage en retour est dirigée du filtre 200 vers la conduite 220 et vers le réservoir de décantation 300. La liqueur surnageante du récipient de décantation 300 est renvoyée à la conduite 510 par l'intermédiaire de la conduite 310. Les boues décantées sont retournées par la conduite 320 et mélangées avec les boues décantées provenant du clarificateur 100 par l'intermédiaire de la conduite 120 et dirigées pour un traitement ultérieur par la conduite 124 vers un digesteur ou un autre dispositif de traitement de boues.

Les écoulements en excès sont dirigés à l'écart du traitement pour protéger l'intégrité de ce traitement biologique et empêcher son dérangement par le choc hydraulique, et pour réduire en outre la demande biochimique en oxygène de l'écoulement dérivé passant par la conduite 90 par l'action du filtre 200, de façon à réduire la teneur en matières solides en suspension.

Les écoulements en excès peuvent également être dérivés à l'écart du clarificateur primaire 100, dans le cas où la conception indique que les conditions hydrauliques maximales du clarificateur 100 seraient dépassées. On peut donc prévoir une chambre de dérivation 60 en amont du clarificateur primaire 100, et les écoulements au-delà des valeurs de la conception peuvent être dirigés par la conduite 70 dans une conduite de dérivation 91 vers la conduite 510 amenant au filtre 200 pour améliorer encore leur qualité en raison de l'élimination par filtration des matières solides en suspension.

Un autre aspect de cette invention est l'aptitude du dispositif de filtration à satisfaire diverses normes variables de filtration lorsque les volumes affluents se modifient en raison de l'impact des écoulements d'eau de pluies violentes et des écoulements par temps sec. Pendant les périodes sèches, quand les écoulements d'eaux usées sont faibles, les durées de séjour des matières solides dans les conduites d'égout sont relativement longues, entraînant une solubilisa-tion considérable des matériaux polluants. La DBOs des eaux usées est élevée.

Par ailleurs, les niveaux d'eau élevés pendant les périodes humides balaient rapidement les conduites d'égout. Les eaux usées non seulement sont diluées par de l'eau supplémentaire, mais sont plus fraîches: par exemple, il y a eu moins de solubilisation.

Alors que des écoulements élevés gênent le fonctionnement des dispositifs de traitement biologique classiques, les matériaux polluants dans de telles eaux usées à écoulement élevé sont davantage sujets à un enlèvement par filtration sur milieu granulaire que ne le sont les polluants dans les eaux usées à faible écoulement. Par suite, la dérivation des écoulements excessifs des eaux usées à l'écart des dispositifs de traitement biologique et vers un filtre à milieu granulaire maintiendra un niveau de traitement biologique élevé tout en fournissant un niveau élevé de traitement de filtration aux écoulements excessifs. Le résultat est un effluent très acceptable à un moment où la qualité de l'effluent est normalement détériorée.

Dans un autre mode de réalisation, le filtre à milieu granulaire totalement traversé de la fig. 7 permet un traitement effectif et efficace des eaux usées selon des débits fortement variables. Les écoulements affluents traités et dérivés sont dirigés vers le récipient de filtration 200 par la conduite 510, comme préalablement décrit sur la fig. 6. Un indicateur d'écoulement 530 placé dans la conduite 510 signale la quantité d'écoulement se dirigeant vers le filtre. Dans des limites prédéterminées et aux valeurs inférieures de l'intervalle, la vanne 512 reste ouverte et la vanne 514 reste fermée. L'écoulement par temps sec aux faibles niveaux d'eau provenant du conduit 510 pénètre dans le filtre 200 avec une charge hydraulique faible sur les milieux filtrants 250. Lorsque les écoulements augmentent, le débit-mètre 530 signale alors à la vanne 512 de se fermer et à la vanne 514

de s'ouvrir, et permettra au niveau d'eau de pénétrer dans le filtre 200 à un point supérieur.

Simultanément, l'indicateur d'écoulement 530 modifiera le niveau de fonctionnement par rapport au niveau d'eau de fonctionnement précédent indiqué au niveau 240, jusqu'au niveau 242 et éventuellement jusqu'au niveau 244, en augmentant ainsi la capacité du filtre. Lorsque l'écoulement augmente encore, un signal provenant de l'indicateur d'écoulement 530 limitera alors l'écoulement par la chambre de diversion d'écoulement 516 vers le filtre 200 et fera qu'un écoulement proportionnel passe par la conduite 518 dans le récipient de filtration 200A placé entièrement dans les limites du récipient de filtration 200. Les filtrats du filtre 200 et du filtre 200A passant par les conduites 223 et 223A sont ensuite mélangés dans une seule conduite pour l'effluent de l'usine. Les niveaux de fonctionnement dans le filtre 200 sont eux-mêmes modifiés proportionnellement à la demande d'écoulement, comme le détermine l'indicateur d'écoulement 530.

Considérons encore la fig. 7; l'auge de lavage en retour 260 est située au-dessus du sable filtrant 250 et avant le lavage en retour, le niveau d'eau'240 est abaissé au niveau du déversoir 262 de l'auge de lavage en retour. Dans la technique antérieure, ce volume d'eau au-dessus du déversoir 262 est ajouté au volume d'eau de lavage en retour, ce qui augmente la quantité d'eau de lavage à traiter.

Lorsque le niveau de l'eau en fonctionnement est modifié comme déterminé par l'indicateur de débit jusqu'au niveau 242 ou 244 ou jusqu'à des niveaux intermédiaires, le volume d'eau rejetée est évidemment accru.

La disposition de la cellule de filtration 200A totalement à l'intérieur du filtre 200 réduit le volume d'eau au-dessus du lit de filtration 150 sans réduire l'efficacité du système de filtration. Le volume d'eau gaspillée est ainsi réduit.

Le rejet du volume d'eau passant au-dessus du déversoir 262 dans une chambre séparée de rejet 270 avant la mise en route de la pompe de lavage en retour 222 réduit de façon importante le volume d'eau de lavage à traiter. La séquence de l'opération de lavage en retour est amorcée par un signal de demande de lavage provenant du détecteur de niveau 352, 354 et 356 en fonction du niveau d'eau approprié 240, 242 ou 244, ce niveau étant déterminé par le signal provenant de l'indicateur d'écoulement 530. Sous l'action du signal, la vanne 277 s'ouvre et laisse la masse de liquide au-dessus du déversoir 262 s'évacuer par la conduite 266 jusqu'à la chambre de rejet des eaux usées 270 où le volume total du liquide situé au-dessus du déversoir 262 est maintenant retenu. Après la vidange de la masse liquide située au-dessus du déversoir 262, comme le montre un signal provenant d'un dispositif minuteur, la vanne 277 est fermée et la vanne 278 est ouverte, la pompe de lavage en retour 222 est mise en route, la vanne 226 est ouverte, la vanne 225 est fermée, et le liquide de lavage est alors dirigé de la cavité de drainage par en dessous 208 et à travers le lit de sable 250 jusqu'au déversoir de débordement 262. Le liquide de lavage est ensuite dirigé vers le réservoir de retenue des liquides de lavage 290 et peut alors être traité comme décrit dans le brevet US N° 3792773. Le volume de liquide maintenant retenu dans le réservoir 270 est pompé dans le filtre 200 par la pompe 272 après arrêt de la pompe 222, fermeture de la vanne 226 et ouverture de la vanne 225, et le filtrat du filtre 200 est à nouveau dirigé vers le puits propre 280 de retenue du filtrat.

Le volume de liquide au-dessus du déversoir 262 contient moins de matières solides que le liquide de lavage en retour. Le mélange de ces volumes augmente le volume liquide total et augmente le coût de traitement de ce volume liquide par dilution du mélange de lavage en retour. Cette dilution réduit l'aptitude du mélange à atteindre le point d'autofloculation sans addition de produits chimiques. L'auto-floculation ou l'auto-agglomération se fait beaucoup plus facilement avec une concentration accrue en matières solides. Le rejet de l'eau située en tête de la chambre de filtration, comme représenté faisant partie du système de filtration de la fig. 7, peut être usé indépendamment. Cet aspect du volume réduit de l'eau de tête donne une amélioration des coûts de fonctionnement et de l'efficacité de fonction5

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nement dans un quelconque système de filtration où des volumes d'eau sont conservés au-dessus du niveau du déversoir de lavage en retour.

Par modification des canalisations, ce filtre peut également être utilisé pour traiter des eaux usées en deux étages consécutifs. Dans ce cas, on fait d'abord passer les eaux usées à travers le lit de filtration supérieur 250A puis à travers le lit de filtration 250. Le milieu granulaire du premier lit 250A sera relativement grossier, tandis que le lit 250 sera composé de granules plus fins.

Considérons maintenant la fig. 8; elle illustre une autre caractéristique du filtre 200. Un anneau de lavage de périmètre 226 est placé au niveau de la paroi supérieure du filtre 200, des buses 228 étant placées de façon à nettoyer les parois du filtre 200. Une conduite 224 d'alimentation de la bague de lavage communique avec la pompe de lavage en retour 222 et la pompe d'alimentation en produits chimiques 262 par l'intermédiaire de la conduite 266. Une solution de nettoyage particulière sert à laver les parois du filtre à des moments prédéterminés. La filtration des eaux usées primaires implique l'introduction de déchets biologiques fortement contaminés dans la cellule de filtration. Les déchets biologiques peuvent se déposer sur les parois où des micro-organismes peuvent se développer. Ensuite, l'absence d'oxygène provoquera des croissances et des odeurs désagréables. Le nettoyage et la désinfection efficaces des parois sont nécessaires pour améliorer le fonctionnement global du dispositif de filtration.

Considérons encore la fig. 8 et en particulier la technique de lavage en retour: de l'air sous pression élevée est fourni par la pompe 280, qui le dirige par la conduite 282 jusqu'au mélangeur statique 284 où il est mélangé avec de l'eau de lavage en retour. Ce mélange est injecté dans la cavité de drainage par en dessous 108.

L'air introduit de façon intermittente dans le mélangeur statique 284 provoque une agitation supplémentaire du milieu 250, due aux jets de rinçage verticaux puisés 292 dans le système de drainage par en dessous. Ainsi, le lavage en retour nettoie plus soigneusement le milieu qu'il n'était préalablement possible et minimise les besoins d'un nettoyage chimique fréquent. Cependant, le même dispositif est conçu de sorte que le produit chimique peut être introduit dans le système de drainage à partir du réservoir de produits chimiques 260 pour désinfecter de façon suffisante les milieux de filtration, en retardant l'accumulation de biosubstances soit dans le milieu, soit à la surface du filtre.

Le problème le plus important associé au procédé de filtration des eaux usées est l'adsorption et l'accumulation de pellicules de graisses et/ou d'huiles colloïdales à la surface des grains du milieu. Ce problème particulier est amplifié par le pourcentage élevé de matières grasses et d'huiles colloïdales présentes dans les écoulements primaires et les écoulements primaires et d'eaux de pluie combinés. Le contact et le lavage avec une solution détergente ou un oxydant et un surfactif éliminent de façon effective les graisses et les huiles colloïdales de la surface des grains du milieu.

On cherche donc à obtenir une amélioration du système de drainage par en dessous décrit dans le brevet US N° 3840117, ainsi qu'une amélioration du dispositif de nettoyage par produits chimiques décrit dans le brevet US N° 4032443. Des cycles de nettoyage par produits chimiques fréquents ou excessifs utilisant des composés halogênés peuvent être nuisibles au fonctionnement d'un système

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biologique ou à la qualité du filtrat du dispositif de traitement des eaux usées. Les composés halogénés comme ceux contenant du brome ou du chlore peuvent se combiner avec les hydrocarbures présents dans les eaux usées en formant des trihalométhanes qui sont considérés comme cancérigènes. Les bromoformes et les chloroformes sont des exemples des hydrocarbures halogénés qui peuvent résulter de l'utilisation des composés halogénés.

Considérons maintenant les fig. 9 à 11 ; elles représentent un mode de réalisation préféré du dispositif de drainage par en dessous décrit dans le brevet US N° 3840117, comprenant une modification par addition d'une chambre d'oxydant 1000, d'une conduite d'entrée 1100 et de manchons 1200. La chambre 1000 est formée d'une plaque supérieure et d'une plaque inférieure, portant un réseau de barres horizontales et généralement de même dimension que ces barres. Les barres portent à leur tour le tamis, et le tamis porte le lit de milieu granulaire. Les plaques sont maintenues en parallélisme par des entretoises non limitatives.

Les manchons 1200 uniformément espacés traversent verticalement les plaques supérieure et inférieure pour permettre un écoulement de liquide ou de gaz de façon ascendante ou descendante.

Des chambres de distribution d'air 208 uniformément espacées sont ouvertes à l'extrémité inférieure et fermées à l'extrémité supérieure par la plaque inférieure de la chambre à oxydant.

Un détergent, généralement un alkylsulfonate linéaire, est introduit dans la cavité de vidange. Après introduction d'une quantité prédéterminée du détergent dans la cavité de vidange, on introduit une solution d'oxydant, comme du peroxyde d'hydrogène, ou un oxydant gazeux comme de l'ozone, dans la conduite 1100, dans la chambre 1000, dans la buse 1400 par l'orifice 1420, et on la mélange avec la solution de détergent et de filtrat introduite à force dans la chambre de distribution d'air 208 et par l'orifice 1450. Une autre structure possible des manchons 1200 et une autre disposition possible des orifices 1450 sont représentées sur les fig. 10 et 11.

Les détergents ou les surfactifs comme les alkylsulfonates linéaires sont biodégradables, et des solutions oxydantes aussi fortes que le peroxyde d'hydrogène ou l'ozone, par exemple, réduiront la force du mélange si elles sont mélangées avant l'entrée dans le milieu granulaire, et si on les laisse rester dans l'état mélangé avant l'utilisation dans le milieu. Cet appareil protège la force des produits chimiques et permet l'utilisation d'un détergent biodégradable avec un oxydant fort en les mélangeant juste avant le, au moment du ou juste après le passage du filtrat dans le milieu, en fournissant encore une répartition uniforme dans le milieu du mélange. Ce procédé réduit le coût du nettoyage chimique en éliminant la formation de tous trihalométhanes et en éliminant les problèmes de rejet de détergents non biodégradables ou de type phosphate. Le dispositif de nettoyage chimique émulsifiera rapidement tout revêtement graisseux résiduel sur les grains de milieu et lavera les surfaces des grains en les débarrassant de tout résidu de graisse ou d'huile.

Représenté sur la fig. 9 est le passage final de l'air dans le système de drainage par en dessous par l'intermédiaire de la conduite 1500 et de la vanne 1510 fonctionnant de façon intermittente vers la conduite 1100 qui provoque une pulsation de jets. Cette pulsation de jets rend plus efficace l'élimination des pellicules de graisse et d'huile à partir du milieu constitué par le sable.

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Claims (10)

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   REVENDICATIONS

   1. Procédé de traitement des eaux usées contenant des déchets domestiques pour l'élimination des matériaux en suspension et/ou en distribution colloïdale, comprenant des matières grasses et des huiles, caractérisé en ce qu'on fait passer les eaux usées sans addition de produits chimiques coagulants dans un clarificateur ou filtre grossier pour enlever une partie desdits matériaux et clarifier les eaux usées, on fait passer les eaux usées clarifiées dans un filtre à milieu granulaire se trouvant dans une cuve de filtration pour recueillir dans une cavité de drainage un filtrat contenant moins de 40% des matières solides en suspension présentes dans les eaux usées non traitées, on fait passer de façon intermittente de l'air de bas en haut à travers le milieu granulaire pour réduire la résistance à l'écoulement à travers le milieu et y inhiber l'activité biologique anaérobie sans déranger l'intégrité du milieu filtrant et on lave le filtre en retour de façon intermittente au moyen d'une partie du filtrat et un agent surfactif et/ou oxydant pour enlever les matériaux nuisibles accumulés.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer les eaux usées clarifiées sans addition de produits chimiques coagulants à travers un premier filtre à milieu granulaire dans une première cuve de filtration pour obtenir un filtrat primaire, on fait passer ce filtrat primaire à travers un second filtre à milieu granulaire dans une seconde cuve de filtration pour obtenir un filtrat secondaire contenant moins de 25% des matières solides en suspension par rapport à celles présentes dans les eaux usées non traitées, on fait passer de l'air de façon intermittente de bas en haut à travers le milieu granulaire de chaque filtre pour réduire la résistance à l'écoulement à travers le milieu et y inhiber l'activité biologique anaérobie, sans déranger l'intégrité du milieu de filtration, on lave en retour de façon intermittente le premier filtre avec une portion du filtrat primaire et un agent surfactif et/ou oxydant pour enlever les matériaux nuisibles, et on lave en retour de façon intermittente le second filtre avec une portion du filtrat secondaire et un agent surfactif et/ou oxydant pour enlever les matériaux nuisibles.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mélange un produit chimique de coagulation avec le filtrat primaire et on fait passer ce filtrat sans étape de coagulation à travers un second filtre à milieu granulaire dans une seconde cuve de filtration vers une seconde cavité de drainage pour obtenir un filtrat secondaire contenant moins de 10% des matières solides en suspension par rapport aux matières solides présentes dans les eaux usées non traitées.
4. 4. Procédé selon la revendication 2, les eaux usées comprenant en plus des formes réduites de l'azote, caractérisé en ce qu'on fait passer le filtrat primaire à travers un filtre à milieu fixé où des microorganismes nitrifiants se développent sur le milieu fixé, pour oxyder l'azote contenu dans le filtrat primaire en nitrate et nitrite, et on fait passer le filtrat primaire nitrifié à travers un second filtre à milieu granulaire dans une seconde cuve de filtration jusqu'à une seconde cavité de drainage pour obtenir un filtrat secondaire contenant moins de 20 mg/1 de matières solides en suspension et une DBOs inférieure à 20 mg/1.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la circulation ascendante d'air à travers le milieu granulaire est provoquée par la montée du filtrat dans la cavité de drainage, ce qui déplace l'air vers le haut.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend le passage du filtrat ayant un potentiel réduit de production de nouveaux matériaux cellulaires, à une étape de traitement biologique aérobie où des matières solides biologiques sont mises en contact avec le filtrat.
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le traitement biologique aérobie comprend un passage sur un filtre à ruissellement sans recyclage de l'effluent du filtre à ruissellement.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le surfactif est ajouté à la portion du filtrat avec laquelle le filtre est lavé en retour, et l'agent oxydant est injecté dans un courant du filtrat juste avant, au moment ou juste après le passage du filtrat dans le milieu granulaire.
9. 9. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend:

   — un premier récipient de filtration (200) comportant une paroi inférieure et des parois latérales;

   — un premier lit de filtration (250) de matériaux particulaires proche de la paroi inférieure du premier récipient de filtration et comportant une surface supérieure;

   — un moyen d'entrée d'eaux usées (510);

   — une cavité de drainage (208) située en dessous et ayant la même superficie que le premier lit de filtration (250);

   — un moyen d'évacuation (233) de la cavité de drainage des eaux usées filtrées après que les eaux usées filtrées ont traversé le premier lit;

   — un second récipient de filtration (200A) plus petit que le premier récipient de filtration, comportant une paroi inférieure et des parois latérales, situées dans le premier récipient de filtration au-dessus du premier lit de filtration;

   — un second lit de filtration (250A) de matériaux particulaires près de la paroi inférieure du second récipient de filtration (200A) et comportant une surface supérieure;

   — une seconde cavité de drainage (208A) en dessous du second lit de filtration et de même superficie que ce lit;

   — des moyens (223A) permettant d'évacuer les eaux usées filtrées de la seconde cavité de drainage après que les eaux usées ont traversé le second lit;

   — un réservoir à filtrat (280) destiné à recevoir et à conserver une partie des eaux usées filtrées évacuées des première et seconde cavités de drainage;

   — une pompe (222) destinée à laver en retour les deux lits de filtration (250; 250A), séparément ou simultanément, avec les eaux usées filtrées provenant du réservoir à filtrat (280), pour nettoyer les lits de filtration et mettre les matériaux nuisibles en suspension dans les eaux usées filtrées de lavage en retour au-dessus des deux lits;

   — des conduites destinées à enlever les eaux usées filtrées de lavage en retour d'au-dessus des lits de filtration pour les amener à un récipient de liquide de lavage (290);

   — des conduites (266) destinées à enlever l'excès d'eaux usées non filtrées d'au-dessus des lits de filtration jusqu'à une chambre de rejet (270) d'eaux usées avant la mise en route du lavage en retour, et

   — des pompes (272) destinées à renvoyer les eaux usées non filtrées en excès de la chambre de rejet d'eaux usées au moyen d'entrée (51 OB) des eaux usées pour qu'elles soient filtrées.
10. 10. Appareil selon la revendication 9, avec un dispositif de drainage par en dessous portant un tamis de support d'un lit de filtration à milieu granulaire et situé au-dessus d'une cavité de drainage à la partie inférieure d'une chambre de filtration, caractérisé en ce que le dispositif comprend:

    — un réseau de barres transversales espacées horizontalement qui portent le tamis;

    — une chambre à oxydant (1000) formée d'une plaque supérieure et d'une plaque inférieure de même superficie que le réseau de barres et portant ce réseau de barres, les plaques étant séparées de façon parallèle par plusieurs entretoises non limitatives;

    — des manchons (1200) uniformément espacés s'étendant verticalement à travers les plaques supérieures et inférieures pour permettre un écoulement de liquide ou de gaz de façon ascendante ou descendante,

    — des chambres de distribution d'air (208) uniformément espacées comportant des extrémités inférieures ouvertes et des extrémités supérieures généralement fermées par la plaque inférieure;

    — des moyens d'entrée (1100) destinés à injecter un ou plusieurs oxydants comprenant l'air, l'oxygène, l'ozone ou un autre oxydant gazeux ou une solution de peroxyde d'hydrogène ou d'un composé halogéné, dans la chambre à oxydant, et

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    — des moyens (1420) destinés à faire passer l'oxydant de la chambre à oxydant dans l'écoulement ascendant de liquide immédiatement avant son passage à travers ledit tamis et dans le lit de filtration (250).