FR2489806A1 - Dispositif d'epuration electrolytique des eaux residuaires - Google Patents

Dispositif d'epuration electrolytique des eaux residuaires Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'EPURATION ELECTROLYTIQUE DES EAUX, CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE, EN COMBINAISON: A.UNE CELLULE D'ELECTROCOAGULATION 1 ALIMENTEE EN EAU A EPURER, EN LIAISON AVEC B.UN ENSEMBLE DE FILTRATION 2 DES EAUX ELECTROCOAGULEES COMPORTANT AU MOINS UN FILTRE TEXTILE 3, DE FORME SENSIBLEMENT TUBULAIRE ET D'AXE MOYEN VERTICAL, ALIMENTE EN EAU ELECTROCOAGULEE PAR SA PARTIE SUPERIEURE OUVERTE ET DONT LA PARTIE INFERIEURE EST OBTUREE AFIN D'EMPECHER LE PASSAGE DES BOUES; C.UN RECEPTACLE 8 DESTINE A RECUPERER LES EAUX FILTREES A TRAVERS LE FILTRE TEXTILE; ET D.UN DISPOSITIF 6 ASSURANT L'OBTURATION TEMPORAIRE DE LA PARTIE INFERIEURE DU FILTRE TEXTILE ET L'OUVERTURE PERIODIQUE DE CETTE PARTIE INFERIEURE AFIN D'ASSURER L'EVACUATION DANS UN BAC APPROPRIE 11 DES BOUES ACCUMULEES DANS LA PARTIE INFERIEURE DU FILTRE.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'épuration électrolytique des eaux résiduaires.
Le traitement des eaux résiduaires, en particulier des effluents domestiques, s'effectue le plus souvent par des procédés d'épuration biologiques.
Ce type de procédé est particulièrement adapté aux rejets domestiques des collectivités à population stable ot la composition et le débit de ces effluents ne subissent pas de variations importantes.
Le développement des bases de loisirs, des campings ou des équipements touristiques a fait apparaître le problème du traitement des effluents de collectivités â population variable.
En effet, le traitement de tels effluents ne peut être effectué que dans des dispositifs capables de fonctionner de façon intermittente tout en ayant une réponse immédiate.
Pour ce type d'effluents, les procédés biologiques classiques sont, de par leur principe, mal adaptés. En effet, les procédés d'épuration biologiques comportent comme étape essentielle la fermentation des matières organiques contenues dans les effluents par une microflore contenue dans les bassins de fermentation. Le maintien de cette microflore, tant en quantité qu'en nature, nécessite, bien entendu, un apport constant de matières organiques ayant si possible une composition moyenne constante.
Ces matières organiques étant apportées par les effluents, un arrêt dans l'alimentation d'une telle installation d'épuration entraine très rapidement la destruction de la microflore, ce qui la rend, bien entendu, inutilisable.
Les procédés d'épuration physico-chimiques, c'est-à-dire les procédés qui ne comportent aucune étape de fermentation, sont beaucoup moins tributaires de variations brusques ou d'interruptions dans l'apport des eaux à traiter.
Cependant, ce type de dispositif a un coût d'investissement très élevé et surtout ce coût ne varie pratiquement pas entre 500 et 1 500 habitants, ce qui, bien entendu, impose, meme pour une collectivité réduite, des investissements souvent équivalents ' ceux d'une collectivité trois fois plus nombreuse.
En outre, les frais d'exploitation de ce type de dispositif d'épuration sont très élevés car il implique la présence d'un personnel pour préparer les réactifs, en général tous les deux jours.
C'est pour ces raisons économiques que le traitement d'épuration physico-chimique des effluents ne se développe actuellement que pour les installations de capacité supérieure a 1 000 habitants.
L'un des buts de la présente invention est de fournir un dispositif permettant 11 épuration des effluents qui puisse être adapté au traitement des effluents de petites collectivités, c'est- -dire de préférence dont le coût soit proportionnel a l'importance des effluents à traiter, ce dispositif devant, en outre, pouvoir être entièrement automatisé et ainsi demander une maintenance très faible ; et, enfin, il doit s'agir d'un dispositif capable de fonctionner de façon intermittente sans inconvénient mais dont la réponse soit aussi immédiate que possible.
Le dispositif selon la présente invention utilise un procédé d'électrocoagulation, plus particulièrement il s'agit d'un dispositif d'épuration électrolytique des eaux, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison
a) une cellule d'électrocoagulation alimentée en eau a épurer, en liaison avec
b) un ensemble de filtration des eaux électrocoagulées comportant au moins un filtre textile de forme sensiblement tubulaire et d'axe moyen vertical, alimenté en eau électrocoagulée par sa partie supérieure ouverte et dont la partie inférieure est obturée afin d'empêcher le passage des boues ;
c) un réceptacle destiné récupérer les eaux filtrées à travers le filtre textile ; et
d) un dispositif assurant l'obturation temporaire de la partie inférieure du filtre textile et l'ouverture périodique de cette partie inférieure afin d'assurer l'évacuation dans un bac approprié des boues accumulées dans la partie inférieure du filtre.
Par "cellule d'électrocoagulation" on entend désigner, comme cela est connu dans les techniques d'épuration électrolytique, une cellule d'électrolyse à anode soluble en fer ou alliage ferreux qui est susceptible de libérer en phase aqueuse des ions ferreux lesquels, sous forme d'hydroxyde, coagulent les matières colloidales et les matières en suspension dans l'eau.
La combinaison entre une cellule d'électrocoagulation et un ensemble de filtration sur filtre textile tubulaire améliore de façon très importante le rendement de la filtration. En effet, le floc ferreux qui se forme durant l'électrocoagulation contient des bulles d'hydrogène provenant de la réduction de l'eau à la cathode, dans ces conditions lorsque effluent est introduit dans les filtres textiles tubulaires, le gâteau de filtration est automatiquement constitué par une couche flottante de floc au fur et à mesure que le liquide monte dans le filtre tubulaire, ceci permet de répartir de façon optimale le gâteau de filtration le long des parois du filtre tubulaire. Un tel effet ne se produit évidemment pas avec des eaux coagulées chimiquement.Cette combinaison entre une cellule d'électrocoagulation et un ensemble de filtration tel que décrit précédemment permet d'obtenir des effluents d'excellente qualité.
Par ailleurs, il est important de signaler que pendant les périodes d'arrêt, les boues accumulées dans les poches textiles subissent une concentration. Ainsi, le taux de matière sèche après 5 ou 6 heures d'arrêt (la nuit par exemple) atteint 8 à 10 % ce qui est considérablement plus élevé que ce que l'on obtient par les procédés classiques de séparation.
Dans un mode de réalisation préféré du dispositif précédent, la cellule d'électrocoagulation est constituée d'un carter isolant contenant une pluralité d'électrodes en feuille de tôle dont la plus grande surface est parallèle au courant d'eau. Bien entendu, d'autres structures sont utilisables, de même que d'autres types d'électrodes, néanmoins, pour des raisons économiques, il est particulièrement intéressant d'utiliser des feuilles de tôle qui constituent un matériau relativement bon marché.
Le carter isolant de la cellule peut être constitué en une matière isolante quelconque, en particulier en matière polymère telle que PVC par exemple.
Ce carter est de préférence constitué de deux parties, l'une fixe, l'autre amovible, afin de permettre le changement des électrodes usées. Le nombre et l'écartement des électrodes ainsi que les différents paramètres de l'électrolyse peuvent varier dans de larges mesures sans sortir du cadre de l'invention.
On décrira, ci-après, en référence aux figures un mode de réalisation particulièrement intéressant d'une cellule d'électrocoagulation.
Un élément important du dispositif selon l'invention est constitué par le filtre textile tubulaire qui, de préférence, présente une forme cylindrique et dont la partie inférieure est obturée par pincement du filtre à l'aide de mâchoires mobiles.
Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être de mise en oeuvre facile puisqu'il suffit d'utiliser des tubes textiles que l'on coupe à la dimension voulue, ce qui permet facilement d'augmenter ou de diminuer le nombre des filtres suivant l'importance de l'installation, en outre, l'obturation de la partie inférieure des filtres par pincement à l'aide de mâchoires mobiles permet,en commandant lesdites mâchoires par un moyen moteur, de relâcher périodiquement ce pincement afin d'assurer l'évacuation des boues qui se sont accumulées à#la partie inférieure du filtre.
Bien que la forme cylindrique soit préférée, il est possible d'utiliser des filtres textiles tubulaires ayant d'autres sections, carrées ou rectangulaires par exemple.
Les filtres textiles sont fabriqués de préférence à partir de fibres polyesters et/ou en téflon, soit entièrement en téflon, les fibres utilise pouvant être à multifilaments continus, multifilaments discontinus ou monofilament.
De façon à assurer un débit convenable et à permettre un éventuel changement d'un filtre, les dispositifs de l'invention comportent de préférence au moins deux filtres.
Le bac approprié pour la réception des boues est de préférence constitué par un bac proprement dit surmonté d'une grille sur laquelle tombent les boues.
Ceci permet la séparation physique eau/boue et un séchage des boues durant les interruptions de fonctionnement du dispositif.
L'alimentation de la cellule d'électrocoagulation peut être effectué avec tous systèmes de pompe, pompe à débit constant, centrifuge ou autres, équipées ou non d'un couteau broyeur à l'admission selon que les effluents sont dégrillés ou tamisés.
La pompe prélève les eaux à épurer dans un réservoir muni d'un détecteur de niveau haut et d'un détecteur de niveau bas qui commandent la mise en service de l'installation dès que le niveau bas est atteint et qui commandent éventuellement un système d'alerte lorsque le niveau haut est dépassé. Les détecteurs de niveau peuvent être d'un type quelconque à flotteur ou à contact par exemple.
Bien entendu, il est également possible de prévoir des détections de niveaux intermédiaires qui peuvent commander l'augmentation du débit de la pompe et l'augmentation de l'intensité fournie à la cellule d'électrocoagulation, ceci afin d'accélérer le traitement des effluents pour éviter tout débordement de l'installation.
L'ensemble de l'installation est automatisé, en particulier les détecteurs du bac d'alimentation commandent la mise en marche et l'arrêt de l'installation, c'est-à-dire de la mise en circulation ou de l'arrêt de effluent à l'aide de la pompe et la mise en tension ou hors tension de la cellule d'électrocoagulation.
Mais, il est possible d'installer d'autres détecteurs afin d'assurer une régulation plus fine de l'installation, par exemple en contrôlant la limpidité de l'eau filtrée pour éventuellement augmenter l'intensité de l'électrocoagulation pour améliorer la purification ou bien augmenter la fréquence des dépotages en agissant sur le moteur actionnant les mâchoires.
Enfin, l'effluent limpide, après traitement, peut subir un traitement complémentaire destiné à le rendre biologiquement pur par un traitement ultra-violet par exemple.
Certaines caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description des dessins sur lesquels
- la figure 1 représente un schéma d'ensemble d'un dispositif selon la présente invention,
- la figure 2 représente les deux éléments d'une cellule d'électrocoagulation selon l'invention,
- la figure 3 représente une coupe d'un schéma de l'ensemble de filtration selon la présente invention.
Sur la figure 1, le dispositif d'épuration selon la présente invention comporte une cellule d'électrocoagulation 1 et un ensemble de filtration 2.
Cet ensemble de filtration 2 est constitué de plusieurs filtres textiles cylindriques d'axe vertical tels que 3, tissés tubulairement sans couture et fabriqués à partir de fibres en polyester et en téflon. Ces filtres sont fixés par des manchons cylindriques 4 aménagés à la partie inférieure d'un bac en acier galvanisé 5. La partie inférieure des filtres 3 est pincée par des mâchoires telles que 6 qui sont actionnées par un moteur 7. Ce système de filtration comporte en outre plusieurs bacs de réception des eaux filtrées 8 qui sont munis d'ouvertures telles que 9 afin de laisser passer la partie inférieure 10 des filtres 3.
Lors de l'ouverture des mâchoires 6, les boues qui se sont accumulées à la partie inférieure des filtres 3 sont évacuées par la partie 10 pour tomber dans un bac de réception 11 muni d'un tamis 12 sur lequel les boues sont égouttées.
La-cellule d'électrocoagulation est alimentée par l'intermédiaire d'une pompe 13 qui prélève les eaux à traiter dans un bac de stockage 14 muni d'un agitateur 15 et d'un dispositif de détection de niveau bas et de niveau haut 16.
Avant de décrire plus avant le fonctionnement du dispositif, il convient de décrire certaines parties de celui-ci.
La figure 2 représente une vue éclatée de la cellule d'électrocoagulation dans laquelle la figure 2a représente le carter et la figure 2b les électrodes qui sont,en fonctionnement normal, disposées à l'intérieur du carter.
Le carter est constitué d'un corps fixe 30 de forme parallélipipédique dont la partie inférieure est constituée d'un tronc de pyramide 31 à l'éxtrémité duquel se trouve fixée une buse d'alimentation en eau à épurer 32. De même, le couvercle du carter est constitué d'un tronc de pyramide 33 à l'extrémité duquel se trouve la buse 34 de sortie des eaux électrocoagulées.
Le corps de la cellule et le couvercle peuvent être solidarisés par l'intermédiaire de deux plaques 35 et 36 respectivement solidaires du corps 30 et du couvercle 33, lesdites plaques 35 et 36 étant percées de trous tels que 37 dans lesquels viennent se placer des vis et des boulons 38 et 39. Afin d'assurer l'étanchéité, un joint (non représenté) est prévu entre les plaques 35 et 36. Bien entendu, il est possible de prévoir d'autres dispositifs de fermeture de la cellule par exemple un ensemble de serre-joint
A l'intérieur du carter 30 se trouvent disposées les électrodes sous forme de feuilles de tôle d'acier doux telles que 40 maintenues en position par le dispositif d'écartement isolant non représente, les électrodes extrêmes 40 et 41 étant reliées à l'alimentation électrique respectivement par des contacts 42 et 43.
De façon avantageuse, le module de base est constitué de 21 électrodes en tôle d'acier doux de 800/800 mm avec des épaisseurs variant entre 2 et 5 mm.
L'écartement entre chaque plaque étant supériéur ou égal à 5 mm et inférieur à 30 mm. Cet écartement est calculé de telle manière que la tension entre deux plaques soit inférieure à 2,5 V et supérieure à 1,2 V.
La densité de courant apparente est alors inférieure à 5 mA/cm2 et supérieure à 1 mA/cm2. Les électrodes sont branchées en série, c'est-à-dire que seules les électrodes extrêmes sont reliées à l'alimentation électrique.
La cellule ainsi définie constitue un module capable de traiter des effluents pour une collectivité de 100 habitants (- 25 %).
Bien-entendu, pour des installations plus importantes, on branche plusieurs modules en série hydraulique ou en parallèle hydraulique. Lorsque plusieurs modules (de 21 électrodes doivent être utilisés, ceux-ci sont branchés en parallèle électrique. Ainsi, pour quatre modules (400 habitants + 25 %), la tension aux bornes du redresseur est comprise entre 25 et 50 V et l'intensité de courant comprise entre 24 et 40 A (chaque module débitant entre 6 et -10 A).
Il est également intéressant de prévoir des inversions de polarité réglables en temps, en fonction de la nature des effluents et des caractéristiques de la cellule d'éleatrocoayuiation, afin d'assurer une usure homogène de l'ensemble des électrodes.
La figure 3 représente une coupe schématique d'un ensemble de filtration selon la présente invention. Dans cette figure, les mêmes références que la figure 1 repré- sentent les mêmes éléments.
Cet ensemble de filtration comporte un filtre textile 3, ou poche, fixé à sa partie supérieure sur un manchon cy cylindrique 4 par l'intermédiaire d'un collier métallique 50.
Ce manchon cylindrique est ménagé dans le fond du bac en acier galvanisé 5 alimenté en eau électrocoagulée par la conduite 22. La partie inférieure 10 du filtre 3 peut être pincée par des mâchoires 51 et 52. Ces mâchoires sont cons tituées d'une mâchoire fixe 51 sur laquelle vient s'appliquer une mâchoire mobile 52 qui peut être déplacée perpendiculairement à l'axe des filtres 3 par l'intermédiaire d'une tige 53 soumise à l'action d'un moteur 54. Dans la position représentée, c'est-à-dire les mâchoires 51 et 52 étant desserrées, les boues accumulées à la partie inférieure du filtre 3 ont glisse par gravité à-travers#la partie inférieure 10 du filtre 3 pour tomber dans le bac de réception il sur le tamis 12.
Les eaux filtrées par le tamis 12 et qui passent au travers de sa surface latérale sont recueillies dans des bacs de réception 8.
Dans un mode de réalisation préféré du dispositif les filtres ont une hauteur maximum de 5 m et un diamètre supérieur de 150 mm. Les mâchoires 51 et 52 sont placées à environ 20 cm de ltextrémite inférieure des filtres 3.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant
Les eaux brutes sont amenées par le canal 17 après avoir été dégrillées ou tamisées dans le bac de stockage 14 où elles sont soumises à une agitation par l'agitateur 15 afin d'obtenir, autant que faire se peut, un effluent homogène. Lorsque le niveau minimum de remplissage est détecté par le détecteur 16, celui-ci commande une armoire électrique centrale 20 qui met en marche la pompe 13. De même, le détecteur 16 par l'intermédiaire de l'armoire 20 a, dans les mêmes conditions, commandé la mise sous tension de l'alimentation électrique 21 de la cellule d'électrocoagulation 1.
Les effluents, par l'intermédiaire de la pompe 13, passent dans la cellule d'électrocoagulation 1 où ils sont mis en présence des ions ferreux qui sont produits par dissolution des électrodes en tôle contenues dans la cellule d'électrocoagulation. Les eaux ainsi coagulées sont transférées par la conduite 22 dans le bac de répartition 5 d'où elles tombent par gravité dans les filtres 3, les boues constituées par les différentes impuretés des eaux coagulées par les ions ferreux s'accumulent dans la partie basse des filtres 3 tandis que les eaux épurées sont filtrées par la surface latérale des filtres 3 et sont recueillies dans les récipients 8 avant d'être éventuellement transférées vers l'unité de désinfection par ultra-violets telle que 23, laquelle est alimentée par l'armoire électrique 20.On recueille ainsi à la sortie du dispositif 23 un effluent limpide et désinfecté.
Périodiquement, l'armoire 20 commande la mise en marche du moteur 7 qui desserre les mâchoires 6 ce qui a pour effet de faire glisser les boues accumulées en partie basse lesquelles tombent dans le bac de stockage 11 sur le tamis 12. Les eaux pouvant rester dans les boues passent au travers du tamis 12 dans le fond du bac 11 et sont recyclées par l'intermédiaire de la conduite 24 en tête du dispositif pour y subir une nouvelle purification.
L'alimentation électrique 21 du module de base a, de préférence, une puissance de 0,5 kW. C'est une alimentation à découpage à transistor, ce qui permet un gain en compacité et en coût. L'intensité du courant est régulée à + 5 % par une carte électronique.
L'ensemble du dispositif est muni, en outre, de deux systèmes d'alarme, non représentés, destinés à détecter les courts-circuits ou les courants nuls, ce qui permet l'intervention en cas d'anomalie de fonctionnement (électrodes usées en court-circuit, électrodes non connectées).
Le dispositif ainsi décrit permet d'obtenir un effluent parfaitement purifié à l'aide d'un matériel modulaire dont le coût est pratiquement proportionnel à la taille, avec une maintenance très faible puisque l'intervention classique qui est le changement d'électrode s'effectue environ tous les 2 ou 3 mois selon la dimension des cellules.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1) Dispositif d'épuration électrolytique des eaux, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison
a) une cellule d'électrocoagulation (1) alimentée en eau à épurer, en liaison avec
b) un ensemble de filtration (2) des eaux électrocoagulées comportant au moins un filtre textile (3), de forme sensiblement tubulaire et d'axe moyen vertical, alimenté en eau électrocoagulée par sa partie supérieure ouverte et dont la partie inférieure est obturée afin d'empêcher le passage des boues,
c) un réceptacle (8) destiné à récupérer les eaux filtrées à travers le filtre textile, et
d) un dispositif (6) assurant l'obturation temporaire de la partie inférieure du filtre textile et l'ouverture périodique de cette partie inférieure afin d'assurer l'évacuation dans un bac approprié (11) des boues accumulées dans la partie inférieure du filtre.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre textile (3) est de forme cylindrique et que la partie inférieure est obturée par pincement à l'aide de mâchoires (6).
3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le filtre textile est tissé en fibre de polyester et/ou téflon.
4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble de filtration comporte une pluralité de filtres textiles.
5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cellule d'électrocoagulation (1) est constituée d'un carter isolant contenant une pluralité d'électrodes en feuilles de tôle dont la plus grande surface est parallèle au courant d'eau.
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