EP3648862A1 - Installation pour le traitement des eaux et procédé correspondant - Google Patents

Installation pour le traitement des eaux et procédé correspondant

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Publication number
EP3648862A1
EP3648862A1 EP18733605.2A EP18733605A EP3648862A1 EP 3648862 A1 EP3648862 A1 EP 3648862A1 EP 18733605 A EP18733605 A EP 18733605A EP 3648862 A1 EP3648862 A1 EP 3648862A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ballast
water
flocculation
hopper
sludge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18733605.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Abdelkader Gaid
Hervé Paillard
Philippe Sauvignet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Original Assignee
Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS filed Critical Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Publication of EP3648862A1 publication Critical patent/EP3648862A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/01—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation using flocculating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0039—Settling tanks provided with contact surfaces, e.g. baffles, particles
    • B01D21/0042—Baffles or guide plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0039—Settling tanks provided with contact surfaces, e.g. baffles, particles
    • B01D21/0045—Plurality of essentially parallel plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0087—Settling tanks provided with means for ensuring a special flow pattern, e.g. even inflow or outflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/02—Settling tanks with single outlets for the separated liquid
    • B01D21/08—Settling tanks with single outlets for the separated liquid provided with flocculating compartments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/10—Settling tanks with multiple outlets for the separated liquids
    • B01D21/16—Settling tanks with multiple outlets for the separated liquids provided with flocculating compartments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/24—Feed or discharge mechanisms for settling tanks
    • B01D21/245—Discharge mechanisms for the sediments
    • B01D21/2472—Means for fluidising the sediments, e.g. by jets or mechanical agitators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/24—Feed or discharge mechanisms for settling tanks
    • B01D21/2488—Feed or discharge mechanisms for settling tanks bringing about a partial recirculation of the liquid, e.g. for introducing chemical aids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5209—Regulation methods for flocculation or precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/40—Liquid flow rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/12—Inert solids used as ballast for improving sedimentation

Definitions

  • the invention relates to the field of water treatment physicochemically.
  • the invention relates to a technique for treating contaminated water, such as water for drinking, municipal and industrial waste water, rainwater or seawater, to reduce the content of suspended matter such waters, as well as their turbidity, algae concentration, organic matter content and color.
  • the invention finds particular application in the context of water treatment for its potabilization, but also in the treatment of municipal or industrial wastewater for purification.
  • weighted flocculation settling consists in adding a ballast, for example microsand, during the flocculation stage in order to increase the density of the flocs and to accelerate the settling rate.
  • the ballast is usually recycled after separation of sludge.
  • Patent FR2627704B1 thus discloses a method for treating water comprising a coagulation step, a weighted flocculation step and a flocculation separation step by decantation. This technique includes ballast recycling carried out by hydrocycling sludge.
  • Such a method makes it possible to cut down the organic matter contained in the water, but it requires the provision of a coagulation reactor, a flocculation reactor and a decanter.
  • the footprint of the corresponding facilities is therefore high, whereas these facilities are often required to be close to the effluents, not far away or in an urban environment where the space available for this type of installation is small and expensive.
  • ballast recycling is high energy consumers.
  • separation efficiency decreases with the diameter of the particles to be separated, which can lead to significant ballast losses.
  • ballast recycling performance There is a real need to improve ballast recycling performance in this type of process.
  • the object of the invention is to propose an installation for the treatment of water by flocculation and ballast flocculation settling at least some of the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • an object of the present invention is to provide such an installation that can have a lower footprint than the prior art facilities with equivalent processing capacity.
  • Yet another object of the present invention is to provide such an installation, the use of which involves an improvement in liquid-solid separation performance.
  • Yet another object of the present invention is to propose such an installation that can be adapted to different treatment rates and / or different qualities of the waters to be treated.
  • Yet another object of the present invention is to describe such an installation which makes it possible to fight against ballast leakage during ballast recycling.
  • Yet another object of the present invention is to provide a method implementing such a water treatment plant.
  • a flocculation-settling device provided with means for dispensing at least one flocculating reagent, means for dispensing at least one ballast, means for extracting sludge and means for discharging treated water, at least one pipe for supplying coagulated water into said flocculation-settling device,
  • said flocculation-settling device comprises an outer vessel provided with a first hopper, and at least one inner vessel provided with a second hopper and provided inside said outer vessel;
  • said inner vessel receiving said flocculant and said ballast and being provided with stirring means, a peripheral space being provided between said inner vessel and said outer vessel;
  • said second hopper being provided with an opening opening into said first hopper
  • said first hopper being provided with an outlet communicating with said weighted sludge removal means and said treated water outlet means being provided in the upper part of said outer vessel.
  • the installation according to the invention makes it possible to cut down at least one of the suspended solids content, the turbidity, the algae, the content of organic matter and the color in the water to be treated.
  • the coagulation according to the invention which makes it possible to destabilize the colloidal particles is carried out in line or in the tank.
  • the flocculation-settling device makes it possible to group the weighted flocculation step and the decantation step, and thus significantly reduce the footprint of the installation.
  • Flocculation occurs in the inner vessel equipped with a stirrer. In this part, the agitator puts intimate contact the ballast, the polymer and the coagulated water, which leads to the formation of aggregates (flocs) weighed down by the ballast.
  • the stirring means in said flocculation-settling device is a paddle stirrer.
  • the flocculated water inside said inner vessel is guided towards the bottom of said hopper of said outer vessel where a decantation and thickening of ballasted flocs.
  • ballasted sludge sludge mixed with ballast.
  • the floc-free water is discharged overflow according to an upward flow of fluid in the peripheral space formed between said inner vessel and said outer vessel.
  • ballast has an actual density greater than 2.3 tons per cubic meter and is preferably selected from sand, ilmenite and garnet.
  • the addition of ballast thus makes it possible to increase the density of the flocs and to accelerate the settling speed.
  • said means for separating said ballast contained in said weighted sludge include a pump and a separation device, said pump being able to bring said weighted sludge inside said separation device.
  • these means include means for injecting air into said weighted sludge and a separation device.
  • Such air injection means constitute an air lift by injecting air bubbles in a vertical sludge evacuation pipe.
  • Such an air lift makes it possible to promote ballast entrainment by means of the bubbles and to clean the ballast thanks to the movements created by the bubbles generating an abrasion of the agglomerate formed around it, which makes it possible to separate the ballast from the rest of the ballast. sludge.
  • said device for separating sludge and ballast comprises a blade mixer or similar device rotating at high speed associated with a small decanter.
  • the high speed mixer allows the ballast to dissociate from the remainder of the sludge possibly already begun during transport by the air lift of the ballasted sludge towards the separation device.
  • the small decanter collects in its lower part the ballast and in its upper part the floating sludge. Flotation of the sludge can be improved by providing an injection of fluid such as air. This sludge, separated from the ballast, is extracted to a specific treatment.
  • Communication between said inner vessel and said outer vessel is via the opening of said second hopper.
  • This opening is designed to direct the flow towards the bottom of the hopper to accelerate settling.
  • said opening of said second hopper is dimensioned to allow a fluid velocity passing therethrough which prevents its blockage and which limits the turbulence in the settling zone. For a given passage rate, the speed of passage of water through said opening is inversely promotional to the surface of the opening.
  • said tanks each have a body of cylindrical shape, said bodies being provided essentially concentric. Thanks to such a cylindrical shape, the work is less expensive to build. This configuration in cylindrical shape also allows for better hydrodynamics.
  • the injection of water to be treated inside said inner vessel is carried out in a direction substantially tangential to the cylindrical wall of said inner vessel. This speeds up settling.
  • said first hopper and / or said second hopper are / are in conical shape or in the form of an inverted pyramid with a square base.
  • said stirring means comprise a paddle stirrer and a guide-flow tube, the blades of the paddle stirrer being entirely present inside the internal space of the tube. flow guide, the axes of said flux guide tube and said agitator being aligned.
  • the water circulates inside the guide-flow tube from bottom to top and then in the peripheral zone surrounding the flux guide in an opposite direction.
  • said means for discharging the treated water include at least one peripheral trough in the upper part of said outer tub.
  • the floc-free waters are discharged overflow after an upward flow in the space between said inner vessel and said outer vessel.
  • the coagulant feed means may be designed to allow coagulation of water in a line or in a reactor.
  • the coagulant supply means distribute the coagulant in a reactor preferably equipped with a stirrer.
  • the invention also relates to a method comprising a water coagulation step, a weighted flocculation step, a decantation step and a step of separating and recycling the settled weight to said weighted flocculation step,
  • said waters, after said coagulation step, are brought inside said inner vessel in which a flocculating reagent and a ballast are provided;
  • the waters are flocculated inside said inner vessel;
  • the water flows from the inner vessel to said outer vessel;
  • the water is decanted in the space formed between said inner vessel and said outer vessel circulating from bottom to top;
  • the treated water is discharged into the upper part of said outer vessel; and, the sludge is extracted;
  • the sludge ballast separation step is performed by injecting air into said weighted sludge without a hydrocycling step.
  • the method according to the invention makes it possible to create a hydrodynamic movement inside said flocculation-settling device by which hydraulic residence time and water flocculation are optimized and the concentration of the sludge increased.
  • the method according to the invention does not implement a hydrocycling step. This makes it possible to reduce the energy consumption resulting from the separation and to reduce the leakage of ballast material.
  • the agitating means of the flocculation-settling device comprise a guide-flow as described above, said waters circulate inside the guide-flow from bottom to top and said water present between said inner vessel and said guide-flows flow from top to bottom.
  • the residence time of the water inside said inner tank is between 2 minutes and 10 minutes. This residence time will depend on the nature of the waters to be treated but also the nature of the ballast used.
  • the plant according to the invention shown schematically comprises a coagulation tank 20 and a flocculation-settling device 1.
  • Said coagulation tank 20 is provided with feed means 38 for treating water 500, means for dispensing 31 a coagulating reagent 21 and stirring means 12.
  • said stirring means 12 comprise a paddle stirrer
  • the feed means 38 comprise a pump.
  • the coagulant reagent can be organic or mineral. It is advantageously chosen from aluminum sulphate, sodium aluminate, ferric chloride, ferric sulfate, ferrous sulfate, polyamines (epichlorohydrin or polyDADMAC ®), melamine-formaldehyde resins, polyethyleneimines, and certain polymers cationized plants.
  • Said flocculation-settling device 1 comprises an outer tank 2 provided with a first hopper 4, and an inner tank 3 provided with a second hopper 5 and provided inside said outer tank 2.
  • Said tanks 2 and 3 have each a body 2a and 3a of cylindrical shape, said bodies being provided essentially concentric.
  • Said second hopper 5 is provided with an opening 6 opening into said first hopper 4. This opening 6 is dimensioned to be able to pass the flow of water without promoting turbulence. She allows to direct the flocculated floc-containing waters 26 to the bottom of the hopper 4 without being dispersed so as not to interfere with their settling.
  • Said flocculation-decantation device 1 is provided with a conduit 8 for supplying coagulated water, distribution means 32 for a flocculating reagent 22, means for dispensing a ballast 23, a delivery pipe 23 discharging 34 weighted sludge 24 and means 9 for discharging treated water which are for example chutes surrounding said outer tank 2.
  • said distribution means 31, 32 and 33 are conduits with distribution valves.
  • the flocculating reagent is chosen from water-soluble polymers of animal or vegetable origin, and water-soluble polyelectrolytes of high molecular weight and of different ionicities.
  • Said inner tank 3 receives the flocculant 22 and the ballast 23 and is provided with stirring means 10.
  • the stirring means 10 comprise a paddle stirrer 14 and a guide-flow tube 13, the blades of the stirrer blades 14 being entirely present inside the internal space of the flux guide tube 13, the axes of said flux guide tube 13 and said stirrer 14 being aligned.
  • a peripheral space is provided between said inner vessel 3 and said outer vessel 2.
  • Said second hopper 5 is provided with an opening 6 opening into said first hopper 4..
  • Said first hopper 4 is provided with an outlet 7 communicating with the discharge pipe 34 of the weighted sludge 24.
  • Said discharge means 9 of treated water are provided in the upper part of said outer tank 2.
  • said means 9 for discharging treated water are chutes around the outer tank 2.
  • the installation also comprises means for separating the ballast contained in the weighted sludge 24 followed by recycling means 36 of said ballast thus cleaned towards said flocculation-settling device 1.
  • said separation means include air injection means 11 in the form of bubbles in the pipe 34, allowing the formation of an air lift, and a separation device 39 of the ballast contained in the sludge. transported by this air lift.
  • the separation device 39 in which the pipe 34 arrives, is equipped with a mixer 39a with blades rotating at a high speed followed by a small decanter 39b equipped with an air injection ramp 39c and 39d evacuation chute floated mud.
  • the separation means do not include a hydrocyclone.
  • the waters to be treated 500 arrive in the coagulation reactor 20 where they receive a suitable dose of coagulant which is intimately mixed therewith.
  • the coagulated water passes through the pipe 8 to the flocculation-settling device 1 in which are brought ballast 23 and flocculant 22.
  • the water is intimately mixed with the ballast and flocculant through the agitator 10.
  • the movement of the blades 14 creates a flow of water from bottom to top within the flow guide 13 and from top to bottom between the flow guide 13 and the inner vessel 3. This movement leads to optimize water flocculation.
  • the water is then discharged through the opening 6 of the hopper 5 to the outer tank.
  • the water then flows from bottom to top in the space between the inner vessel 3 and the outer vessel 2, space in which the flocs formed decant, accelerated thanks to the ballast they contain, to the hopper 5 in the lower part of the tank. which they accumulate.
  • the sludge mixed with the ballast 24 are removed from the flocculation-settling device via the pipe 34.
  • the recycling means 36 of the ballast contained in these sludge are connected to this pipe.
  • Air 11 is injected by the means 35 into the sludge.
  • the air lift created causes the sludge to the separation device 39.
  • the separation of sludge ballast, which began with the air lift, is completed in the separation device 39.
  • the agitator 39a rotating at high speed take off the sludge from the ballast.
  • the sludge and the ballast are then separated in the clarifier 39b equipped with an air ramp 39c.
  • the ballast 23 is rerouted to the settling flocculation device, while the floated sludge is discharged through the chute 39d to a specific treatment.

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Abstract

Installation pour le traitement des eaux comprenant des moyens d'amenée (38) d'eau à traiter, des moyens d'amenée (31) de réactif coagulant (21), un dispositif de floculation-décantation (1) pourvu de moyens de distribution (32) de réactif floculant, de moyens de distribution (33) de lest, de moyens d'extraction (39d) de boues de décantation et de moyens d'évacuation (9) d'eau traitée, une conduite (8) d'amenée d'eaux coagulées dans le dispositif de floculation-décantation (1), des moyens de séparation du lest contenu dans les boues lestées (24) suivis de moyens de recyclage (36) du lest vers le dispositif de floculation-décantation (1), caractérisée en ce que le dispositif (1) comprend une cuve extérieure (2) pourvue d'une première trémie (4), et au moins une cuve intérieure (3) pourvue d'une deuxième trémie (5) et prévue à l'intérieur de ladite cuve extérieure (2); la cuve intérieure (3) recevant le floculant et le lest et étant pourvue de moyens d'agitation (10), un espace périphérique étant ménagé entre la cuve intérieure (3) et la cuve extérieure (2); la deuxième trémie (5) étant pourvue d'une ouverture (6) débouchant dans la première trémie (4); et la première trémie (4) étant pourvue d'une sortie communicant avec les moyens d'évacuation (34) de boues lestées et les moyens d'évacuation (9) d'eau traitée étant prévus dans la partie haute de ladite cuve extérieure (2). Procédé pour la mise en œuvre d'une telle installation.

Description

Installation pour le traitement des eaux et procédé correspondant Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine de traitement des eaux par voie physicochimique.
Plus précisément, l'invention concerne une technique visant à traiter les eaux contaminées, telles que les eaux à potabiliser, les eaux usées municipales et industrielles, l'eau de pluie ou l'eau de mer, à abattre la teneur en matières en suspension de telles eaux, ainsi que le cas échéant leur turbidité, leurs concentration en algues, leur teneur en matières organiques ainsi que leur couleur.
L'invention trouve notamment son application dans le cadre du traitement d'eau en vue de sa potabilisation, mais aussi dans le cadre du traitement d'eaux usées municipales ou industrielles en vue de leur épuration.
Art antérieur
Parmi les techniques de traitement des eaux par voie physico-chimique connues de l'homme de l'art, celles mettant en œuvre une étape de coagulation, une étape de floculation et une étape de décantation sont très communément utilisées.
Afin d'accroître les performances de ces techniques, l'étape de floculation est assistée par adjonction d'un matériau lestant. En pratique, la décantation à flocs lestés consiste à ajouter un lest, par exemple du micro-sable, lors de l'étape de floculation afin d'augmenter la densité des flocs et d'accélérer la vitesse de décantation. Le lest est en général recyclé après séparation des boues de décantation.
On connaît ainsi par le brevet FR2627704B1 un procédé de traitement d'eau comprenant une étape de coagulation, une étape de floculation lestée et une étape de séparation de flocs par décantation. Cette technique inclut un recyclage du lest effectué par hydrocyclonage des boues.
Un tel procédé permet d'abattre les matières organiques contenues dans les eaux, mais il nécessite de prévoir un réacteur de coagulation, un réacteur de floculation et un décanteur. L'emprise au sol des installations correspondantes est donc élevée alors que ces installations sont souvent appelées à être à proximité des effluents, non loin ou en milieu urbain où l'espace disponible pour ce type d'installation est restreint et cher.
En conséquence, il existe un réel besoin pour réduire l'emprise au sol de ces installations de traitement des eaux.
Par ailleurs, les hydrocyclones mis en œuvre pour le recyclage du lest sont de forts consommateurs d'énergie. En plus, leur efficacité de séparation décroît avec le diamètre des particules à séparer, ce qui peut induire des pertes de lest pouvant être importantes. II existe un réel besoin pour améliorer la performance de recyclage du lest dans ce type de procédé.
Objectifs de l'invention
L'invention a pour objectif de proposer une installation pour le traitement des eaux par floculation et décantation à flocs lestés palliant au moins certains des inconvénients de l'art antérieur cité ci-dessus.
Notamment, un objectif de la présente invention est de proposer une telle installation pouvant présenter une emprise au sol moindre que les installations de l'art antérieur, à capacités de traitement équivalentes.
Encore un autre objectif de la présente invention est de proposer une telle installation dont l'utilisation implique une amélioration des performances de séparation liquide-solide.
Encore un autre objectif de la présente invention est de proposer une telle installation qui puisse s'adapter à différents débits de traitement et/ou différentes qualités des eaux à traiter.
Encore un autre objectif de la présente invention est de décrire une telle installation qui permette de lutter contre la fuite de lest lors du recyclage de lest.
Encore un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé mettant en œuvre une telle installation de traitement des eaux.
Exposé de l'invention
Tout ou partie de ces objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne une installation pour le traitement des eaux comprenant :
des moyens d'amenée d'eau à traiter,
des moyens d'amenée d'au moins un réactif coagulant dans lesdites eaux,
un dispositif de floculation-décantation pourvu de moyens de distribution d'au moins un réactif floculant, de moyens de distribution d'au moins un lest, de moyens d'extraction de boues de décantation et de moyens d'évacuation d'eau traitée, au moins une conduite d'amenée d'eaux coagulées dans ledit dispositif de floculation- décantation,
des moyens de séparation dudit lest contenu dans les boues lestées suivis de moyens de recyclage dudit lest ainsi nettoyé vers ledit dispositif de floculation-décantation, caractérisée en ce que :
ledit dispositif de floculation-décantation comprend une cuve extérieure pourvue d'une première trémie, et au moins une cuve intérieure pourvue d'une deuxième trémie et prévue à l'intérieur de ladite cuve extérieure ;
ladite cuve intérieure recevant ledit floculant et ledit lest et étant pourvue de moyens d'agitation, un espace périphérique étant ménagé entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure ;
ladite deuxième trémie étant pourvue d'une ouverture débouchant dans ladite première trémie ; et,
ladite première trémie étant pourvue d'une sortie communicant avec lesdits moyens d'évacuation de boues lestées et lesdits moyens d'évacuation d'eau traitée étant prévus dans la partie haute de ladite cuve extérieure.
Ainsi, l'installation, selon l'invention, permet d'abattre au moins un des éléments parmi la teneur en matières en suspension, la turbidité, les algues, la teneur en matières organiques et la couleur dans les eaux à traiter. La coagulation selon l'invention qui permet de déstabiliser les particules colloïdales est réalisée en ligne ou en cuve.
En outre, le dispositif de floculation-décantation permet de regrouper l'étape de floculation lestée et l'étape de décantation, et ainsi de réduire significativement l'emprise au sol de l'installation. La floculation se produit dans la cuve intérieure équipée d'un agitateur. Dans cette partie, l'agitateur met en contact intime le lest, le polymère et l'eau coagulée, ce qui conduit à la formation d'agrégats (flocs) alourdis par le lest.
A titre d'exemple, le moyen d'agitation dans ledit dispositif de floculation- décantation est un agitateur à pales.
Grâce à cette configuration spécifique dudit dispositif de floculation-décantation et à l'ouverture adéquate de la trémie de la cuve intérieure, les eaux floculées à l'intérieur de ladite cuve intérieure sont guidées vers le fond de ladite trémie de ladite cuve extérieure où a lieu la décantation et l'épaississement des flocs lestés. On entend par « boues lestées » les boues de décantation mélangées au lest. Les eaux dépourvues de flocs sont évacuées en surverse selon une circulation ascendante du fluide dans l'espace périphérique ménagé entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure.
Selon de telles caractéristiques, il n'est plus nécessaire d'installer de lamelles dans l'espace ménagé entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure pour la décantation.
En pratique, ledit lest présente une densité réelle supérieure à 2,3 tonnes par mètre cube et est préférentiellement choisi parmi le sable, l'ilménite et le grenat. L'addition de lest permet ainsi d'augmenter la densité des flocs et d'accélérer la vitesse de décantation.
Selon une variante de l'installation de l'invention, lesdits moyens de séparation dudit lest contenu dans lesdites boues lestées incluent une pompe et un dispositif de séparation, ladite pompe étant apte à amener lesdites boues lestées à l'intérieur dudit dispositif de séparation.
Selon une autre variante, ces moyens incluent des moyens d'injection d'air dans lesdites boues lestées et un dispositif de séparation.
De tels moyens d'injection d'air constituent un air lift par injection de bulles d'air dans une canalisation verticale d'évacuation des boues. Un tel air lift permet de favoriser l'entraînement du lest grâce aux bulles et de nettoyer le lest grâce aux mouvements créés par les bulles générant une abrasion de l'agglomérat formé autour de celui-ci ce qui permet de séparer le lest du reste des boues.
Préférentiellement, ledit dispositif de séparation de boues et du lest comprend un mélangeur à pales ou organe similaire tournant à grande vitesse associé à un décanteur de petite taille. Le mélangeur à grande vitesse permet la dissociation du lest du reste des boues éventuellement déjà commencée lors du transport par l'air lift des boues lestées vers le dispositif de séparation. Le décanteur de petite taille permet de recueillir dans sa partie inférieure le lest et dans sa partie supérieure les boues flottantes. La flottation des boues peut être améliorée en prévoyant une injection de fluide tel que de l'air. Ces boues, séparées du lest, sont extraites vers un traitement spécifique.
La communication entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure se réalise via l'ouverture de ladite deuxième trémie. Cette ouverture est conçue pour diriger le flux vers le fond de la trémie afin d'accélérer la décantation. Selon un aspect préférentiel particulièrement intéressant de l'installation selon l'invention, ladite ouverture de ladite deuxième trémie est dimensionnée pour autoriser une vitesse de fluide la traversant qui empêche son bouchage et qui limite les turbulences dans la zone de décantation. Pour un débit de passage donné, la vitesse de passage des eaux à travers ladite ouverture est inversement promotionnelle à la surface de l'ouverture.
Selon une autre variante intéressante selon l'invention, lesdites cuves présentent chacune un corps de forme cylindrique, lesdits corps étant prévus essentiellement concentriques. Grâce à une telle forme cylindrique, l'ouvrage est moins onéreux à construire. Cette configuration en forme cylindrique permet aussi d'avoir une meilleure hydrodynamique.
A ce sujet, on notera qu'il pourra être prévu plusieurs cuves intérieures agencées côté à côté à l'intérieur de ladite cuve extérieure.
De préférence, l'injection des eaux à traiter à l'intérieur de ladite cuve intérieure est effectuée dans une direction substantiellement tangente à la paroi cylindrique de ladite cuve intérieure. Ceci permet d'accélérer la décantation.
Selon une autre variante intéressante selon l'invention, ladite première trémie et/ou ladite deuxième trémie sont/est en forme conique ou en forme de pyramide renversée à base carrée. Ces formes structurelles permettent de faciliter la décantation de flocs lestés. Toutefois, d'autres formes pourraient être utilisées en les adaptant à chaque situation spécifique.
Selon une autre variante particulièrement intéressante selon l'invention, lesdits moyens d'agitation comprennent un agitateur à pales et un tube guide-flux, les pales de l'agitateur à pales étant entièrement présentes à l'intérieur de l'espace interne du tube guide-flux, les axes dudit tube guide-flux et de ledit agitateur étant alignés. Ainsi, lorsque un tel agitateur est mis en œuvre, les eaux circulent à l'intérieur du tube guide-flux du bas vers le haut puis dans la zone périphérique entourant le guide flux dans un sens opposé.
Cela permet d'optimiser le mélange des eaux avec le floculant et le lest. Une fraction du mélange circule ensuite vers la deuxième trémie.
Selon une autre variante intéressante de l'invention, lesdits moyens d'évacuation de l'eau traitée incluent au moins une goulotte périphérique en partie haute de ladite cuve extérieure. Ainsi, les eaux dépourvues de flocs sont évacuées en surverse après une circulation ascendante dans l'espace ménagé entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure.
On notera que, selon l'invention, les moyens d'amenée de coagulant pourront être conçus pour permettre une coagulation des eaux en ligne ou dans un réacteur. Pour une coagulation en réacteur prévue en amont du dispositif de floculation-décantation, les moyens d'amenée de coagulant distribuent le coagulant dans un réacteur préférentiellement muni d'un agitateur.
L'invention concerne également un procédé comprenant une étape de coagulation des eaux, une étape de floculation lestée, une étape de décantation et une étape de séparation et de recyclage du lest décanté vers ladite étape de floculation lestée,
caractérisé en ce que ladite étape de floculation lestée et ladite étape de décantation sont effectuées dans ledit dispositif de floculation-décantation en faisant transiter les eaux selon un circuit dans lequel :
lesdites eaux, après ladite étape de coagulation, sont amenées à l'intérieur de ladite cuve intérieure dans laquelle un réactif floculant et un lest sont apportés ;
les eaux sont floculées à l'intérieur de ladite cuve intérieure ;
les eaux s'écoulent de la cuve intérieure vers dans ladite cuve extérieure ;
les eaux sont décantées dans l'espace formé entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure en circulant du bas vers le haut ;
les eaux traitées sont évacuées dans la partie haute de ladite cuve extérieure ; et, les boues de décantation sont extraites ;
et en ce que l'étape de séparation du lest des boues est effectuée par injection d'air dans lesdites boues lestées sans étape d'hydrocyclonage.
Ainsi, le procédé selon l'invention, permet de créer un mouvement hydrodynamique à l'intérieur dudit dispositif de floculation-décantation grâce auquel le temps de séjour hydraulique et la floculation des eaux sont optimisées et la concentration des boues augmentée. Le procédé, selon l'invention ne met pas en œuvre d'étape d'hydrocyclonage. Ceci permet de réduire la consommation d'énergie issue de la séparation et de réduire la fuite de matériau en lest. Lorsque les moyens d'agitation du dispositif de floculation-décantation comprennent un guide-flux tel que décrit ci-dessus, lesdites eaux circulent à l'intérieur du guide-flux du bas vers le haut et lesdites eaux présentes entre ladite cuve intérieure et ledit guide-flux circulent du haut vers le bas.
Préférentiellement, le temps de séjour des eaux à l'intérieur de ladite cuve intérieure est compris entre 2 minutes et 10 minutes. Ce temps de séjour dépendra de la nature des eaux à traiter mais aussi de la nature du lest utilisé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, en référence à la figure 1
Description d'un mode de réalisation de l'invention
En référence à la figure 1, l'installation selon l'invention représentée schématiquement comprend une cuve de coagulation 20 et un dispositif de floculation- décantation 1.
Ladite cuve de coagulation 20 est pourvue de moyens d'amenée 38 d'eau à traiter 500, de moyens de distribution 31 d'un réactif coagulant 21 et de moyens d'agitation 12. A titre d'exemple, lesdits moyens d'agitation 12 comprennent un agitateur à pales, et les moyens d'amenée 38 comprennent une pompe.
En pratique, le réactif coagulant peut être organique ou minéral. Il sera avantageusement choisi parmi le sulfate d'aluminium, l'aluminate de sodium, le chlorure ferrique, le sulfate ferrique, le sulfate ferreux, les polyamines (épichlorhydrine ou Polydadmac ®), les résines mélamine-formol, les polyéthylenimines ainsi que certains polymères végétaux cationisés.
Ledit dispositif 1 de floculation-décantation comprend une cuve extérieure 2 pourvue d'une première trémie 4, et une cuve intérieure 3 pourvue d'une deuxième trémie 5 et prévue à l'intérieur de ladite cuve extérieure 2. Lesdites cuves 2 et 3 présentent chacune un corps 2a et 3a de forme cylindrique, lesdits corps étant prévus essentiellement concentriques. Ladite deuxième trémie 5 est pourvue d'une ouverture 6 débouchant dans ladite première trémie 4. Cette ouverture 6 est dimensionnée pour pouvoir laisser passer le débit des eaux sans favoriser les turbulences. Elle permet de diriger les eaux floculées contenant de flocs 26 vers le fond de la trémie 4 sans être dispersé afin de ne pas gêner leur décantation.
Ledit dispositif de floculation-décantation 1 est pourvu d'une conduite 8 d'amenée d'eaux coagulées, de moyens de distribution 32 d'un réactif floculant 22, de moyens de distribution 33 d'un lest 23, d'une conduite d'évacuation 34 de boues lestées 24 et de moyens d'évacuation 9 d'eau traitée qui sont par exemple des goulottes entourant ladite cuve extérieure 2. A titre d'exemple, lesdits moyens de distribution 31, 32 et 33 sont des conduites avec des vannes de distribution. A titre d'exemple, le réactif floculant est choisi parmi des polymères hydrosolubles d'origine animale ou végétale, et des polyélectrolytes hydrosolubles de haut poids moléculaire et de différentes ionicités.
Ladite cuve intérieure 3 reçoit le floculant 22 et le lest 23 et est pourvue de moyens d'agitation 10. Les moyens d'agitations 10 comprennent un agitateur à pales 14 et un tube de guide-flux 13, les pales de l'agitateur à pales 14 étant entièrement présentes à l'intérieur de l'espace interne du tube guide-flux 13, les axes dudit tube guide-flux 13 et de ledit agitateur 14 étant alignés. Un espace périphérique est ménagé entre ladite cuve intérieure 3 et ladite cuve extérieure 2. Ladite deuxième trémie 5 est pourvue d'une ouverture 6 débouchant dans ladite première trémie 4. . Ladite première trémie 4 est pourvue d'une sortie 7 communicant avec la conduite d'évacuation 34 des boues lestées 24.
Lesdits moyens d'évacuation 9 d'eau traitée sont prévus dans la partie haute de ladite cuve extérieure 2. A titre d'exemple, lesdits moyens d'évacuation 9 d'eau traitée sont des goulottes autour de la cuve extérieure 2.
L'installation comprend également des moyens de séparation du lest contenu dans les boues lestées 24 suivis de moyens de recyclage 36 dudit lest ainsi nettoyé vers ledit dispositif de floculation-décantation 1.
A titre d'exemple, lesdits moyens de séparation incluent des moyens d'injection 11 d'air sous forme de bulles dans la canalisation 34, permettant la formation d'un air lift, et un dispositif de séparation 39 du lest contenu dans les boues acheminées par cet air lift. Le dispositif de séparation 39, dans lequel arrive la canalisation 34, est équipé d'un mélangeur 39a à pales tournant à grande vitesse suivie suivi d'un décanteur de petite taille 39b équipée d'une rampe d'injection d'air 39c et d'une goulotte d'évacuation 39d des boues flottées.
L'utilisation d'un air lift permet non seulement d'acheminer les boues lestées vers le dispositif de séparation mais aussi d'amorcer la séparation du lest qu'elles contiennent et ainsi de réduire la perte du lest causée par la séparation.
Selon l'invention, les moyens de séparation n'incluent pas d'hydrocyclone.
Le fonctionnement d'une telle installation va maintenant être décrit.
Les eaux à traiter 500 arrivent dans le réacteur de coagulation 20 où elles reçoivent une dose appropriée de coagulant qui y est intimement mélangée. Les eaux coagulées transitent par la canalisation 8 jusqu'au dispositif de floculation-décantation 1 dans lequel sont apportés du lest 23 et du floculant 22. Les eaux sont intimement mélangées au lest et au floculant grâce à l'agitateur 10. Le mouvement des pales 14 crée une circulation des eaux de bas en haut à l'intérieur du guide flux 13 et de haut en bas entre le guide flux 13 et la cuve intérieure 3. Ce mouvement conduit à optimiser la floculation des eaux. Les eaux sont ensuite évacuées en passant par l'ouverture 6 de la trémie 5 vers la cuve extérieure. Les eaux transitent alors de bas en haut dans l'espace entre la cuve intérieure 3 et la cuve extérieure 2, espace dans lequel les flocs formés décantent, de façon accélérée grâce au lest qu'ils contiennent, vers la trémie 5 en partie inférieure de laquelle ils s'accumulent. Les boues décantées mélangées au lest 24 sont évacuées du dispositif de floculation-décantation par la canalisation 34. Les moyens de recyclage 36 du lest contenu dans ces boues sont reliés à cette canalisation. De l'air 11 est injecté par les moyens 35 dans les boues. L'air lift créé entraine les boues vers le dispositif de séparation 39. La séparation du lest des boues, qui a commencé grâce à l'air lift, est achevée dans le dispositif de séparation 39. Dans ce dispositif, l'agitateur 39a tournant à grande vitesse décolle les boues du lest. Les boues et le lest sont ensuite séparés dans le décanteur 39b équipé d'une rampe d'air 39c. Le lest 23 est réacheminé vers le dispositif de floculation décantation, tandis que les boues flottées sont évacuées par la goulotte 39d vers un traitement spécifique.

Claims

REVENDICATIONS
1. I nstallation pour le traitement des eaux comprenant :
des moyens d'amenée (38) d'eau à traiter,
des moyens d'amenée (31) d'au moins un réactif coagulant (21) dans lesdites eaux, un dispositif de floculation-décantation (1) pourvu de moyens de distribution (32) d'au moins un réactif floculant (22), de moyens de distribution (33) d'au moins un lest (23), de moyens d'extraction de boues de décantation (39d) et de moyens d'évacuation (9) d'eau traitée,
au moins une conduite (8) d'amenée d'eaux coagulées dans ledit dispositif de floculation- décantation (1),
des moyens de séparation dudit lest (23) contenu dans les boues lestées (24) suivis de moyens de recyclage (36) dudit lest (23) ainsi nettoyé vers ledit dispositif de floculation- décantation (1),
caractérisée en ce que :
ledit dispositif de floculation-décantation comprend une cuve extérieure (2) pourvue d'une première trémie (4), et au moins une cuve intérieure (3) pourvue d'une deuxième trémie (5) et prévue à l'intérieur de ladite cuve extérieure (2) ;
ladite cuve intérieure (3) recevant ledit floculant (22) et ledit lest (23) et étant pourvue de moyens d'agitation (10), un espace périphérique étant ménagé entre ladite cuve intérieure (3) et ladite cuve extérieure (2) ;
ladite deuxième trémie (5) étant pourvue d'une ouverture (6) débouchant dans ladite première trémie (4) ; et,
ladite première trémie (4) étant pourvue d'une sortie communicant avec lesdits moyens d'évacuation (34) de boues lestées (24) et lesdits moyens d'évacuation (9) d'eau traitée étant prévus dans la partie haute de ladite cuve extérieure (2).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit lest présente une densité réelle supérieure à 2,3 tonnes par mètre cube et est préférentiellement choisi parmi le sable, l'ilménite et le grenat.
3. I nstallation selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que lesdits moyens de séparation dudit lest (23) contenu dans lesdites boues lestées (24) incluent une pompe et un dispositif de séparation (39).
4. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de séparation dudit lest (23) contenu dans lesdites boues lestées (24) incluent des moyens d'injection d'air (35) et un dispositif de séparation (39).
5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que ledit dispositif de séparation (39) inclut un mélangeur à pales (39a) associé à un décanteur (39b).
6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que ladite ouverture (6) de ladite deuxième trémie (5) est dimensionnée pour autoriser une vitesse de fluide la traversant qui empêche son bouchage et qui limite les turbulences dans la zone de décantation.
7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que lesdites cuves (2,3) présentent chacune un corps (2a, 3a) de forme cylindrique, lesdits corps étant prévus essentiellement concentriques.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ladite première trémie (4) et/ou ladite deuxième trémie (5) est/sont de forme conique ou de forme en pyramide renversée à base carrée.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que lesdits moyens d'agitation (10) comprennent des pales (14) montées sur un axe vertical et un guide-flux (13) cylindrique disposé autour desdites pales (14).
10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits moyens d'évacuation (9) incluent au moins une goulotte (9) périphérique en partie haute de ladite cuve extérieure (2).
11. Procédé de traitement d'eaux mettant en œuvre une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit procédé comprenant une étape de coagulation des eaux, une étape de floculation lestée, une étape de décantation et une étape de séparation et de recyclage du lest vers ladite étape de floculation lestée, caractérisé en ce que ladite étape de floculation lestée et ladite étape de décantation sont effectuées dans ledit dispositif de floculation-décantation en faisant transiter les eaux selon un circuit dans lequel :
lesdites eaux, après ladite étape de coagulation, sont amenées à l'intérieur de ladite cuve intérieure dans laquelle un réactif floculant et un lest sont apportés ;
les eaux sont floculées à l'intérieur de ladite cuve intérieure ;
les eaux s'écoulent de la cuve intérieure vers dans ladite cuve extérieure ;
les eaux sont décantées dans l'espace formé entre ladite cuve intérieure et ladite cuve extérieure en circulant du bas vers le haut ;
les eaux traitées sont évacuées dans la partie haute de ladite cuve extérieure ; et, les boues de décantation sont extraites ;
et en ce que l'étape de séparation du lest des boues est effectuée par injection d'air dans lesdites boues lestées sans étape d'hydrocyclonage.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites eaux circulent à l'intérieur d'un guide-flux du bas vers le haut et lesdites eaux présentes entre ladite cuve intérieure et ledit guide-flux circulent du haut vers le bas.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le temps de séjour des eaux à l'intérieur de le dispositif de floculation-décantation est compris entre 2 minutes et 10 minutes.
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