FR2516910A1 - Installation pour l'epuration biologique d'eaux usees contenant du carbone et de l'azote - Google Patents

Abstract

AU-DESSUS DE LA CHAMBRE DE DENITRIFICATION, RACCORDEE A L'ARRIVEE 17 D'EAU BRUTE, UNE CHAMBRE DE SEPARATION 3 DESTINEE A LA FILTRATION EST FORMEE DANS LE MEME BASSIN, RACCORDEE A L'EVACUATION 31 ET SEPAREE DE LA CHAMBRE 6 PAR UNE CLOISON OBLIQUE 2 ETANT RELIEE A LADITE CHAMBRE AU MOYEN D'UN CANAL A BOUE 13. A LA CHAMBRE 6 EST RELIEE UNE CHAMBRE D'ACTIVATION 5 DISPOSEE DANS LE BASSIN SUIVANT 111 MUNIE D'ELEMENTS D'AERATION 28 AINSI QUE D'UNE SORTIE RELIEE A L'ARRIVEE 8 A LA CHAMBRE DE SEPARATION 3. CETTE DISPOSITION PERMET D'INTENSIFIER LE PROCESSUS D'EPURATION AVEC DESTRUCTION DE LA MOUSSE SUSCEPTIBLE DE SE FORMER PAR LA CHAMBRE D'ACTIVATION AEROBIE ET DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT AMELIOREES AUX BASSES TEMPERATURES.

Description

L'invention concerne une installation pour l'épuration biologique d'eaux usées contenant du carbone et de l'azote par activation et nitrification aérobies ainsi que par dénitrification anaérobie au moyen de boue activée homogène
L'installation convient particulièrement à l'épuration complexe de l'eau de vaisselle lorsqu'elle est rejetée dans des eaux stagnantes ou au traitement des eaux usées à teneur élevée en ammoniac et contenant aussi de l'azote en combinaison organique, par exemple du lisier provenant de l'élevage.

Les processus d'élimination de substances azotées dans les eaux usées et en même temps d'élimination de substances carbonées sont connus et pratiqués dans la technique de l'épuration des eaux. La technique la plus utilisée à cet effet est celle qui utilise la boue activée homogène exposée alternativement à des conditions aérobies et anaérobies.

Dans ces procédés complexes d'épuration de l'eau, il se déroule lors de l'activation aérobie des processus d'oxydation enzymatique de substances organiques et une oxydation d'ammoniac en nitrates et ensuite, dans la partie anaérobie du processus, il s'effectue une réduction des nitrates en présence de substances carbonées organiques qui servent de donneurs d'hydrogène à l'azote gazeux. Les conditions d'un déroulement efficace des processus de nitrification et de dénitrification sont connues aussi et les suivantes sont décisives : une tem pérature de 13 à 350C, un pH approprié et en particulier une ancienneté suffisante de la boue qui assure la concentration nécessaire des microorganismes de nitrification et de dénitrification dans la boue activée.

Lors de l'épuration des eaux usées avec élimination simultanée de substances azotées, on utilise jusqu'ici des appareils classiques dans lesquels les processus proprement dits d'activation aérobie et de dénitrification anaérobie se déroulent dans des bassins séparés et indépendants et la séparation de la boue activée s'effectue par sédimentation dans un bassin de sédimentation indépendant duquel la boue activée séparée est pompée à nouveau vers le premier stade du processus d'épuration de l'eau.

Il existe différentes combinaisons de dispositions des bassins d'épuration, éventuellement même avec addition de substances nutritives secondaires. La combinaison qui est apparue la mieux appropriée est le branchement en série de deux bassins d'épuration dont le premier sert à la dénitrification et le deuxième à l'activation, l'eau brute affuant à la dénitrification, l'eau étant recyclée de l'activation à la dénitrification et la boue activée, séparée par sédimentation, étant aussi pompée vers la dénitrification. La combinaison indiquée s'est implantée grâce à sa simplicité et aussi au fait qu'il est superflu d'ajouter des substances nutritives secondaires.

On a sussi projeté des installations qui utilisent, pour l'épuration mentionnée, la séparation de la boue activée par filtration avec retour automatique de la boue activée au processus. Dans ces installations, il s'effectue aussi une dénitrification anaérobie avec apport d'eau brute et une activation aérobie avec recyclage de l'eau à épurer, de la zone d' activation à celle de nitrification. Etant dqnné que dans ce processus l'eau de laquelle on sépare la boue activée est conduite de l'activation aérobie au stade de séparation, on dispose l'étage de séparation au dessus de celui d'activation aérobie et on ramène à l'activation aérobie la boue activée séparée qui parvient ainsi à la dénitrification grâce au recyclage mentionné.

Toutefois, -les installations connues mentionnées présentent différents inconvénients. Dans toutes ces installations, une agitation est nécessaire dans la chambre de dénitrification pour maintenir en suspension la boue activée. Les installations connues ont un débit relativement réduit et sont assez liées aux conditions climatiques. Etant donné l'efficacité relativement réduite de la séparation par sédimentation, on n' obtient pas, dans ces installations, une très grande concentration de la boue activée. Etant donné que les processus de nitrification/dénitrification dépendent en majeure partie de l'ancienneté de la boue, il faut, pour obtenir une grandeur suffisante de ce paramètre, utiliser des installations d'une grande capacité spécifique, ce qui entraîne un faible débit spécifique de l'installation.Les grandes capacités des installations ont des effets négatifs, d'une part en augmentant le coût des installations d'autre part en causant un flux de chaleur considérable dans leur environnement, ce qui est assez désavantageux, en particulier en hiver, étant donné que les processus de nitrification/dénitrification dépendent de la chaleur.

Dans des installations à séparation de la boue activée par filtration, il est vrai que la concentration de la boue activée dans les appareils est très grande, mais la concentration est moindre dans la dénitrification que dans l'activation aérobie car comme on l'a déjà dit, la boue activée arrive à la dénitrification par recyclage depuis l'activation aérobie.

Un autre inconvénient de ces installations réside dans les problèmes d'élimination de la mousse qui se forme à la surface du milieu d'activation aérobie, en particulier lorsqu'on épure des eaux usées concentrées, plus précisément parce que le niveau libre de l'eau lors de l'activation aérobie est diminué notablement par la séparation située au dessus.

Un but de l'invention est de fournir des installations qui éliminent les inconvénients des solutions connues et qui permettent d'intensifier notablement le processus d'épuration et assurent en outre une destruction efficace de la mousse formée dans la chambre d'activation aérobie et un fonctionnement sûr même à de basses températures, et aussi de fournir des installations qui soient simples au point de vue de la production et du fonctionnement et qui puissent s'adapter à des conditions très différentes ou variables.

L'invention est caractérisée par le fait qu'au dessus de la chambre de dénitrification, raccordée à l'arrivée d'eau brute et de préférence disposée dans le bassin dans une position où sa paroi latérale cylindrique est verticale, une chambre de séparation destiné à la filtration est formée dans le même bassin, raccordée à l'évacuation et séparée de la chambre de dénitrification par une cloison oblique de préférence conique, la chambre de séparation étant reliée à la chambre de dénitrification au moyen d'un canal à boue et qu'à la chambre de dénitrification du bassin est reliée une chambre d'activation disposée dans le bassin suivant, de préférence munie d' une paroi latérale cylindrique et d'éléments d'aération ainsi que d'une sortie qui est reliée à l'arrivée à la chambre de séparation.

Dans un autre mode d'exécution de l'invention, le bassin muni de la chambre de dénitrification au dessus de laquelle se trouve la chambre de séparation ainsi que le bassin où est formée la chambre d'activation sont disposés#de telle sorte que le bassin muni de la chambre de dénitrification au dessus de laquelle se trouve la chambre de séparation est logé dans la bassin où est formée la chambre d'activation.

Dans un autre mode d'exécution de l'invention, l'éva- cuation de boue est formée par un tube qui se raccorde, vers le bas, au bord inférieur de la cloison oblique.

Selon une autre proposition, l'évacuation de boue arrive jusque dans la partie inférieure de la chambre de dénitrifica tion- ou bien se termine par une embouchure tangentielle qui est disposée dans la chambre de séparation entre l'élargissement et la partie opposée du fond conique ou bien dans la chambre de séparation est disposée l'arrivée du mélange d'activation, formée par un tube vertical de préférence coaxial à l'axe du bassin.

Selon une autre proposition, dans l'arrivée du mélange d'activation est disposée l'arrivée d'eau brute dont l'embouchure pénètre dans l'évacuation de boue.

Selon une solution avantageuse, l'arrivée du mélange d' activation se fait à travers la chambre formée entre la partie extérieure inférieure de la cloison oblique et la cloison disposée à l'opposé dans la partie supérieure de laquelle sont formées des ouvertures qui forment l'évacuation du mélange d' activation, l'évacuation de boue se-raccordant au bord inférieur de la cloison.

Selon une solution avantageuse pour un bon fonctionnement, la liaison entre la chambre de dénitrification et la chambre d'activation est formée par l'évacuation du mélange d'activation au moyen de la pompe et du tuyau de refoulement dont la buse conduit à la chambre d'activation, de préférence au dessus du niveau libre du mélange d'activation.

Selon une autre solution avantageuse, la liaison entre la chambre de dénitrification et la chambre d'activation est établie par des passages formés dans la partie supérieure de la paroi latérale cylindrique verticale ou encore par des passages inférieurs formés dans la partie inférieure de la paroi latérale cylindrique verticale, ou bien la liaison entre la chambre de dénitrification et la chambre d'activation est établie par l'évacuation prévue sous le fond conique et munie d'orifices, l'évacuation étant réunie, dans la chambre d'activation, à une pompe mammouth.

En outre, selon l'invention, la chambre d'activation est reliée à la chambre de dénitrification par le recyclage de régulation, soit directement soit en passant par le trop-plein, de régulation ou encore par une partie de l'évacuation du mélange d'activation et de l'évacuation de boue.

Des exemples d'exécution de l'invention sont représentés schématiquement par les dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une coupe axiale verticale de l'installation avec une disposition en deux bassins indépendants placés côte à côte
- la figure 2 est une coupe verticale d'une installation à deux bassins également disposés côte à côte mais ayant une autre exécution
- la figure 3 est une coupe axiale d'une exécution monobloc dans laquelle les deux abssins sont disposés coaxialement;
- les figures 4 et 5 montrent, aussi en coupe axiale verticale, d'autres exécutions monoblocs.

Dans un mode d'exécution selon la figure 1, la chambre de dénitrification anaérobie 6 munie de la paroi latérale cylindrique verticale 1 est disposée à côté du bassin qui est formé par une paroi latérale cylindrique 111, dana le cas présent aussi par un couvercle vertical 44 et un fond 100, le bassin contenant la chambre d'activation aérobie 5 avec niveau libre 116. Dans le bassin muni de la paroi latérale cylindrique verticale 1 est formée, dans la partie supérieure, par une cloison oblique 2, conique dans le cas considéré, la chambre de séparation 3 destinée à la filtration et munie en sa partie inférieure de l'évacuation de boue 13 destinée à évacuer la boue séparée et sous laquelle est disposé le volet 46 qui recouvre la projection verticale de l'embouchure de l'évacuation de boue 13.

La chambre de dénitrification anaérobie 6 est limitée dans le bas par un fond 40 se rétrécissant coniquement vers le bas et muni, dans le bas, de la sortie 101 et de l'évacua tion 113 du mélange d'activation, raccordée à la pompe 20 qui sert de source de circulation dans un circuit fermé du mélange d'activation entre la chambre de dénitrification anaérobie 6 et la chambre d'activation aérobie 5.

Le refoulement 23 de la pompe 20 est muni d'une buse 24 qui débouche de préférence dans une chambre antimousse 25 formée par la paroi latérale cylindrique 111 au dessus du niveau libre 116 dans la chambre d'activation aérobie 5. La chambre d'activation aérobie 5 présente au fond 100 la sortie 102 et est munie d'un système pneumatique d'aération qui est formé d' un ventilateur connu non représenté, d'un distributeur d'air 60 et d'éléments d'aération 28.

Au niveau libre 116 de la chambre d'activation aérobie 5 est disposé le trop-plein de régulation connu 54 et séparément de celui-ci, l'évacuation du mélange d'activation dans 1' arrivée 8 et donc aussi dans la chambre de séparation 3, plus le recyclage de régulation 114 qui débouche tangentiellement sous la cloison oblique 2 dans la chambre de dénitrification 6 et en outre l'évacuation 56 de la boue activée superflue qui est conduite hors de l'installation.

L'arrivée 8 à la chambre de séparation 3 débouche au dessus de la partie inférieure de celle-ci, le bord inférieur 11 de l'arrivée 8 et la cloison 2 formant l'entrée 12 de la chambre de séparation 3. Au dessus de l'entrée 12, le cône de dégazage 9 est relié à l'arrivée 8 avec des orifices d'aération 10. Dans le plan du niveau 30 de la chambre de séparation 3 est disposée l'auge collectrice 29 munie de l'évacuation 31 de l'eau épurée. La partie supérieure de la chambre de dénitrification 6 est munie de tubes de dégazage.

L'installation décrite fonctionne comme suit
L'eau brute est amenée par l'arrivée d'eau brute 17, en passant par le trop-plein de régulation 54, à la chambre de dénitrification, par le recyclage de régulation 114.

Le mélange d'activation circule essentiellement en un circuit fermé comportant la chambre de dénitrification anaérobie 6 et la chambre d'activation aérobie 5. Il se produit une oxydation de l'ammoniac contenu dans l'eau usée et une réduction des nitrites et nitrates en azote gazeux par l'activité -anzymatique de microorganismes de la boue activée et par suite une élimination de corps azotés contenus dans l'eau à épurer.

L'évacuation du mélange d'activation 115 venant de la chambre d'activation aérobie 5 est raccordée au trop-plein de régulation connu 54 dans lequel débouche la sortie 119 de la chambre d'activation et elle est en outre raccordée à la chambre de séparation 3 par l'arrivée 8, et la boue activée retenue par filtration dans la chambre de séparation est automatiquement ramenée par gravité à la chambre de dénitrification 6 en passant par l'évacuation de boue 13 et par suite, ramenée au circuit fermé mentionné.

Etant donné que l'efficacité de la dénitrification dans ce mode d'exécution dépend de l'intensité de la circulation dans le circuit fermé, l'intensité de la circulation est portée à plusieurs fois le débit d'eau brute. Cette plus grande quantité en circulation est amenée hors de l'arrivée 8 à la chambre de séparation 3 avec utilisation du recyclage de régulation 114 pour éviter les influences perturbatrices qu'exercerait, sur la filtration dans la chambre de séparation 3, une intensité d'écoulement accrue dans l'arrivée 8.

Pour l'amenée à la séparation, il faut considérer comme optimale à peu près le double de la quantité d'eau brute amenée à l'installation, ce qui assure un fonctionnement optimal de la séparation dans le filtre. La division du mélange d'activation qui s'écoule de la chambre d'activation aérobie 5 par la sortie 119 est assurée par le trop-plein de régulation mentionné 54 qui, outre la division du mélange d'activation entre l'arrivée 8 à la chambre de séparation et le recyclage de régulation 114, assure aussi, grâce à l'évacuation 56 de la boue d'activation superflue, l'évacuation de celle-ci hors de l'installation.

Le recyclage de régulation 114 à embouchure tangentielle forme, dans la chambre de dénitrification anaérobie 6, un écoulement circulaire descendant auquel se mélange la boue activée séparée qui retourne à la chambre de séparation 3 par l'évacuation de boue 13. Le volet 46 empêche les gaz venant de la chambre de dénîtrification 6 de pénétrer dans la chambre de séparation et favorise en même temps le mélange régulier entre la boue active recyclée et le mélange d'activation dans cette chambre.

Le mélange d'activation est retiré, de la partie inférieure rétrécie coniquement de la chambre d'activation 6, par l'évacuation du mélange d'activation 113. Le recyclage du mélange d'activation sert aussi en même temps, dans ce mode d' exécution de l'installation, à détruire la mousse qui se forme dans des eaux usées ayant une forte concentration de surfactifs, lors de l'aération au moyen d'un système pneumatique, plus précisément par injection dans la chambre antimousse 25 formée au dessus du niveau libre 116. La pression nécessaire à la pulvérisation sur la mousse est engendrée au moyen de-la pompe 20 ; pour la pulvérisation, on utilise une buse appropriée 24.

L'eau épurée, débarrassée aussi bien de substances carbo-nées qu'azotées, est retirée au niveau 30 par des auges collectrices 29 après la séparation de la boue activée dans le filtre et évacuée hors de l'installation par la sortie. Les gaz séparés qui se sont libérés dans le processus de dénitrification, en particulier l'azote gazeux, sont évacués de la chambre de dénitrification 6 par des tubes de dégazage 34 ; les gaz séparés au bord inférieur 11 de l'arrivée 8 sont recueillis dans le cône de dégazage 9 et amené#s-par les orifices de dégazage 10 à l'arrivée 8 et ensuite rejetés dans l'atmosphe- re. L'évacuation de la chambre de dénitrification 6 s'effectue par la sortie 101 et 1Cévacuation de la chambre d'activation 5 par la sortie 102.L'aération de la chambre d'activation 5 s'effectue pneumatiquement au moyen d'éléments d'aération connus 28 qui sont reliés, par le distributeur d'air 60, à une source d'air comprimé non représentée.

L'installation décrite est destinée à l'épuration d'eaux usées fortement polluées ayant une haute teneur en substances carbonées et azotées ainsi qu'en surfactifs, par exemple du lisier provenant de l'élevage.

Une installation d'épuration complexe de l'eau selon 1' invention peut aussi être réalisée autrement tout en conservant les caractéristiques fondamentales. Un exemple d'une-telle variante de l'installation selon l'invention est représenté par la figure 2.

L'installation selon la figure 2 est formée de deux récipients, de préférence à paroi latérale verticale cylindrique 1 et 111. Dans le récipient muni de la paroi 1 est formée, à la partie supérieure, la chambre de séparation 3 destinée à la filtration, raccordée à la sortie 31 et séparée de la chambre de dénitrification 6 par une cloison oblique 2, de préférence conique. L'arrivée 8 du mélange d'activation à la chambre de séparation 3 est formée par un espacement annulaire entre la partie extérieure inférieure de la cloison oblique 2 et la cloison 121 disposée à l'oppose et dans la partie supérieure de laquelle sont formées des ouvertures 19. Au bord inférieur de la cloison 121 est raccordée, vers le bas, l1éva- cuation de boue 13 qui pénètre dans la partie inférieure de la chambre de dénitrification 6.

A la chambre de dénitrification 6 est reliée la chambre d'activation 5 qui est formée dans le récipient suivant, de préférence à paroi latérale cylindrique 111, ce récipient étant disposé, dans ce mode d'exécution, à côté du récipient à paroi latérale cylindrique 1. Cette liaison est assurée par l'évacuation destinée au mélange d'activation, 113, qui est munie d'une pompe 20, par exemple du type mammouth, disposée directement dans la chambre d'activation 5.La chambre d'activation 5 est munie d'éléments d'aération 28 reliés à une source d'air comprimé non représentée et elle est en outre munie de la sortie 119 raccordée au trop-plein de régulation 54 et à trois trop-pleins dont le premier est raccordée à l'arrivée 8 à la chambre de séparation 3, le deuxième au recyclage 114 qui débouche dans la chambre de dénitrification 6 et le troisième mène à l'évacuation 56 de la boue activée en excès. Dans le recyclage 114 débouche aussi l'arrivée 17 de l'eau brute.

L'installation décrite convient particulièrement à des eaux usées fortement polluées, par exemple à des déchets liquides de l'élevage.

L'installation décrite fonctionne comme suit
L'épuration des eaux usées contenant des substances car bonées et azotées se déroule, dans l'installation décrite, de la façon suivante : L'épuration de substances carbonées avec oxydation simultanée de l'ammoniac se déroule dans la chambre d'activation 5. Ici, en présence d'oxygène amené dans le mélange d'activation par les éléments d'aération 28, les impuretés organiques carbonées des eaux usées sont dégradées par des microorganismes de la boue activée et l'ammoniac s'oxyde en nitrates.

Par la sortie 119, le mélange d'activation est évacué de la chambre d'activation 5 en trop-plein de régulation 54 où le courant se divise en trois parties, qui se rendent à l'évacuation 115 du mélange d'activation, débouchant dans l'arrivée 8 dans la chambre de séparation 3, au recyclage 114 et à l'evacuation 56 de la boue d'activation en excès. Par l'arrivée 8, le mélange d'activation entre dans la chambre de séparation 3 où il se produit un écoulement ascendant par filtration dans la couche fluide de la boue activée pour séparer l'eau épurée de la boue activée. L'eau épurée est recueillie par l'auge collectrice 29 est évacuée de l'installation par la sortie 31.

Les particules de boue activée retenues s'agglomèrent entre elles, tombent par gravité dans la partie inférieure de la chambre de séparation 3 et sont amenées, par l'évacuation de boue 13, à la partie inférieure de la chambre de dénitrification 6. Dans la partie supérieure, le mélange d'activation venant de la chambre d'activation est amené à passer par le recyclage 114 en même temps que l'eau brute qui est amenée par l'arrivée 17 au trop-plein de régulation 54. Dans la chambre de dénitrification 6 règnent des conditions anaérobies dans lesquelles les bactéries de dénitrification présentent dans la boue activée réduisent les nitrates formés dans la chambre d'activation, formant de l'azote gazeux qui sort dans l'atmosphère par la désaération 57. Le mélange d'activation est alors amené de la partie inférieure de la chambre de dénitrification 6 à la chambre d'activation 5.

Un autre mode d'exécution sous forme monobloc est représente par la figure 3. Dans ce mode d'exécution, le récipient à paroi latérale cylindrique 111 qui contient la zone d'activation aérobie 5 de forme annulaire avec niveau d'eau libre 116 enveloppe le récipient à paroi latérale cylindrique verticale 1 qui contient la zone de dénitrification anaérobie et la zone de séparation 3. A part cette modification dans la disposition relative des deux récipients, l'installation selon la figure 3 présente aussi quelques autres modifications dans la liaison mutuelle et la disposition hydraulique dans la chambre anaérobie de dénitrification.

Dans cette installation, la sortie 119 de la chambre d' activation est formée par le refoulement de la pompe 21, par exemple du type mammouth, avec l'arrivée 52 de l'air, disposee dans la chambre d'activation 5 où se trouve aussi le système d'aération pneumatique formé du distributeur d'air 60 et des éléments d'aération 28.

La sortie 119 c'est-à-dire le refoulement de la pompe 21 débouche dans le trop-plein de régulation 54 où le courant du mélange d'activation se divise en trois parties. L'une des parties est amenée, par l'évacuation 115 du mélange d'activation, à l'arrivée 8 et ensuite, par l'entrée 12 formée par le bord inférieur 1l de l'arrivée 8 et la partie opposée de la cloison oblique 2, à la chambre de séparation 3. La deuxième partie du mélange d'activation passe par le recyclage 114 raccordé à l'arrivée 17 d'eau brute, arrive à l'évacuation de boue 13 et ainsi à la partie inférieure de la chambre de dénitrification 6.

L'évacuation de la troisième partie du mélange d'activation venant du trop-plein de régulation 54 est assurée par 1' évacuation 56 de la boue activée en excès.

A la partie inférieure de l'évacuation de boue 13 se raccorde l'élargissement 14 qui forme, avec le fond conique opposé 40, la chambre de séparation dans laquelle L'évacuation de boue 13 sort par l'embouchure tangentielle 18. La chambre de séparation 15 est reliée à la chambre de dénitrification 6 par le passage 16. L'évacuation du mélange d'activation depuis la chambre de dénitrification anaérobie 6 est assurée par les passages 49 de la partie supérieure de la paroi latérale 1, par lesquels la chambre mentionnée est reliée, à sa pointe, à la chambre d'activation aérobie voisine 5 ; par suite, l'écou- lement du mélange d'activation dans la chambre de dénitrification 6 s'effectue donc de bas en haut.

La chambre de séparation 3 est munie d'un cône de#déga- zage 9. La désaération du cône 9 est assurée par des orifices de dégazage 10 prévus dans l'arrivée 8 à la chambre de separa- tion 3. Au niveau d'eau 30 de la chambre de séparation 3 se trouve une auge collectrice 29 munie de la sortie 31. Le recipient muni d'une paroi latérale cylindrique verticale 1 est muni du couvercle 26 qui ferme la chambre de séparation 3. La paroi latérale cylindrique 111 située au dessus du niveau libre 116 dans la chambre d'activation 5 et au dessus du couvercle 26 forme une chambre antimousse 25 avec le niveau de mousse 118 dans lequel sont disposés les abatteurs de mousse 117 de type mécanique. La chambre de dénitrification 6 est munie d'une sortie 101 et la chambre d'activation 5 de la sortie 102.

L'installation représentée par la figure 3 fonctionne de façon analogue à l'installation de la figure 1. L'eau brute est amenée par l'arrivée 17 au recyclage de régulation 114 qui débouche dans l'évacuation de boue 13 par laquelle la boue activée qui a été séparée par filtration dans la chambre de séparation 3 est en même temps ramenée au processus d'activation. L'évacuation de boue 13 débouche dans la chambre de séparation 15 où son embouchure tangentielle 18 assure le mouvement de rotation désiré de la suspension. Par le passage 16, le mélange d'activation arrive dans la chambre de dénitrification 6, s'écoule vers le haut et passe dans la chambre d'activation 5 par les passages 49 de la paroi latérale cylindrique verticale 1.

La grandeur de l'aire d'écoulement des passages 16 représente 2 -2,58 de l'aire d'écoulement de la chambre de dénitrification 6, ce qui assure des conditions optimales de fluidification complète de la boue activée et par suite aussi des conditions favorables aux processus de dénitrification.

La circulation entre la chambre de dénitrification 6 et la chambre d'activation 5 est assurée par la pompe mammouth 21 mentionnée qui pompe le mélange d'activation vers le tropplein de régulation 54 qui sert à séparer le mélange d'activation en trois parties, à savoir, comme on l'a déjà dit, la partie qui est amenée à la chambre de séparation 3 d'où, après la séparation de la boue activée par filtration, l'eau épurée est retirée par l'auge collectrice 29 et évacuée par la sortie 31, ensuite la partie qui forme le recyclage 114 et la partie qui évacue de l'installation, par l'évacuation 56, la boue activée en excès.

A cet effet, le trop-plein de régulation 54 est équipé de trois trop-pleins dont les parcours sont les suivants l'évacuation 115 du mélange d'activation, le recyclage de regulation 114 et l'évacuation 56 de la boue activée en excès.

Dans cette installation, à la différence de l'exécution selon la figure 1, le mélange d'activation en circulation ne sert pas à détruire la mousse par pulvérisation. Ce but est atteint par des abatteurs mécaniques de mousse 117 dont l'action, ainsi que l'action de forces de gravité sur la mousse, a pour effet de maintenir le niveau de mousse 118 dans le plan voulu.

Une installation selon la figure 3 est destinée à épurer des eaux usées à haute teneur en substances carbonées et azotees ainsi qu'en surfactifs ; toutefois, étant donné sa disposition monobloc, elle convient particulièrement aux zones relativement froides ainsi qu'aux cas où, pour liquider la mousse, les abatteurs mécaniques sont suffisants sans qu'une pulvérisation soit nécessaire.

Un autre exemple d'exécution d'une telle installation, représenté par la figure 4, conserve les caractéristiques fondamentales mais présente une forme concrète différente.

Dans une telle exécution, le récipient muni de la paroi latérale cylindrique 111 qui contient la chambre d'activation 5 enveloppe le récipient muni de la paroi latérale cylindrique verticale 1 qui contient la chambre de dénitrification et la chambre de séparation 3, la chambre de séparation 3 occupant toute la surface du récipient muni de la paroi 111 et par conséquent, la cloison oblique 2, vue en plan, dépasse la chambre de dénitrification et recouvre la chambre d'activation 5. Comme source de circulation, on utilise à nouveau la pompe 21, par exemple du type mammouth, munie de l'arrivée d'air 52 et dont le refoulement, formant la sortie 119, est muni du trop-plein 54 duquel part l'évacuation 115 du mélange d'activation hors de la zone d'activation aérobie 5, conduisant à l'arrivée 8 et donc aussi à la chambre de séparation 3.

En outre, au trop-plein de régulation 54 est raccordée l'évacuation 56 de la boue activée en excès. L'entrée 12 de la chambre de séparation 3 est formée par le bord inférieur 11 de l'arrivée 8 et la partie opposée de la cloison oblique 2 qui limite en bas la chambre de séparation 3. Dans la chambre de séparation 3 est disposé le cône de dégazage 9 qui est relié à l'arrivée 8 par les orifices de dégazage 10.

Au niveau d'eau 30 se trouve l'auge collectrice 29 munie du tuyau de sortie 31. La partie inférieure de la chambre de séparation conique 3 est reliée, au moyen de l'évacuation 13 de la boue activée séparée, à la chambre de dénitrification anaérobie 6. Dans l'évacuation de boue 13 débouche l'arrivée d'eau brute 17 et sous l'embouchure de l'evacuation de boue 13, le volet 46 est disposé dentelle sorte qu'il recouvre la projection verticale de l'embouchure de l'évacuation de boue 13.

L'évacuation du mélange d'activation hors de la chambre de dénitrification anaérobie 6 est assurée en partie par les passages inférieurs 50 de la paroi latérale 1, disposés au fond 40, en partie par les passages 49 de la partie supérieu- re de la chambre de dénitrification 6, l'écoulement du mélange d'activation à travers la chambre de dénitrification anaérobie 6 étant dirigé de haut en bas dans la région située sous l'embouchure de l'évacuation 13 de la boue séparée et de bas en haut dans la région située au dessus de cette embouchure.

La chambre d'activation aérobie 5 est reliée à l'atmosphère par la désaération 57. La déshydratation de l#ensemble de l'installation est assurée par la sortie 102.

Dans le fonctionnement de l'installation selon la figure 4, relativement aux exemples précédents, la différence est que l'on n'utilise pas de recyclage 114. La pompe 21, c'està-dire la source du liquide en circulation, pompe simplement la quantité nécessaire pour l'amenée à la chambre de séparation, qui est au minimum le double de l'arrivée totale à 1' installation et qui suffit à l'évacuation de la boue activée séparée. En pareil cas, l'intensité de la circulation est égale à 1. Cela ne suffirait pas pour maintenir la boue activée, dans la chambre de dénitrification anaérobie 6, dans les conditions d'une fluidification complète et par suite, on a choisi dans cette chambre l'écoulement de haut en bas, comme dans l'installation selon la figure 1.Toutefois, étant donné qu'ici il n'y a pas de recyclage 114, comme c'est le cas dans la partie supérieure de la chambre d'activation aérobie 5 de l'installation de la figure 1, une partie de la chambre de dénitrification anaérobie 6, au dessus de l'évacuation de boue 13, ne serait pas utilisée et pour cette raison, l'évacuation 113 du mélange d'activation hors de la chambre 6 est prévue aussi bien dans le bas, par des passages inférieurs 50, que dans le haut, par les passages 49. Tous les passages présentent la forme d'ouvertures dans la paroi latérale 1 et étant donné leur débit différent, l'écoulement vers le haut et vers le bas est partagé en proportion de la capacité de la chambre de dénitrification anaérobie 6 en dessous et au dessus de 1' évacuation de boue 13.La chambre de séparation 3 couvre toute la surface de section du récipient muni de la paroi 111, l'évacuation de l'air amené par le système d'aération est assurée par la désaération 57.

L'installation est destinée à l'épuration d'eaux usées qui sont polluées par de petites concentrations de substances carbonées et azotées et de petites quantités de surfactifs et n'ont pas tendance à former de la mousse, par exemple des eaux de rinçage de l'industrie de transformation de la viande.

Dans le mode d'exécution de la figure 5, le récipient dans lequel se trouve la chambre de dénitrification 6 et au dessus la chambre de séparation 3 et le récipient où est formée la chambre d'activation 5 sont disposés de telle sorte que le récipient où est formé la chambre de dénitrification 6 est disposé dans le récipient qui contient la chambre d'activation 5. La disposition des deux récipients mentionnés est avantageusement coaxiale et la cloison oblique 2 qui sépare la chambre de séparation 3 dépasse la chambre de dénitrification 6 et recouvre aussi la chambre d'activation 5.

L'amenée du mélange d'activation à la chambre d'activation 5 se fait par l'espacement entre la partie extérieure inférieure de la cloison oblique 2 et la cloison opposée 121 dans la partie supérieure de laquelle sont formés les orifices 115. Au bord inférieur de la cloison 121 se raccorde l'évacua- tion de boue 13. La liaison entre la chambre de dénitrification 6 et la chambre d'activation 5 est assurée par l'évacua- tion 113 du mélange d'activation, qui conduit sous le fond conique 90 muni d'orifices 123. L'évacuation 113 du mélange d'activation est fermée dans la chambre d'activation 5 par la pompe mammouth 122. Dans la partie supérieure, la chambre de dénitrification 6 est reliée à la chambre d'activation 5 par le recyclage 114 dans lequel débouche l'arrivée 17 d'eau bru te.A la pointe de la chambre de dénitrification 6 se trouvent, dans la paroi latérale 1, les orifices de dégazages 120.

La chambre d'activation 5 est munie d'éléments d'aération 28 qui sont raccordés, par l'intermédiaire du distributeur d'air 60, à une source d'air comprimé non représentée.

Dans la partie supérieure de la chambre d'activation 5 qui est fermée dans le haut par la cloison 2 se trouve la dés aération 57. Dans la chambre de séparation 3 sont disposés le cône de dégazage 9 et l'auge collectrice 29 de laquelle part la sortie 31 de l'eau épurée.

L'installation décrite fonctionne comme suit
Les eaux usées brutes sont amenées par l'arrivée 17 au recyclage 114 qui relie la chambre d'activation 5 à la chambre de dénitrification 6. Le recyclage présente dans la partie supérieure de la chambre de dénitrification 6 une embouchure tangentielle, ce qui fait que le mélange d'activation recyclé entrant, avec l'eau brute, effectue dans la chambre de dénitrification 6 un mouvement de rotation. Le mélange d'activation qui arrive à la chambre de dénitrification 6 contient des nitrates qui se sont formés dans le processus d'épuration par activation aérobie dans la chambre d'activation 5, parallèlement à la biodégradation de substances organiques.

En présence de substances organiques des eaux usées brutes amenées, comme donneurs d'hydrogène, il se produit dans la chambre de dénitrification 6 une réduction de nitrates en azote gazeux ; ce processus se déroule avec un mouvement hélicoi- dal du mélange d'activation vers le bas dans la chambre de dénitrification 6. L'azote gazeux formé passe par des orifices de dégazage 120 dans la chambre d'activation 5 et ensuite, par la désaération 57, dans l'atmosphère.

Le mélange d'activation est retiré de la chambre de dénitrification 6 par la partie inférieure, plus précisément au moyen de l'évacuation 113 prévue dans la chambre d'activation 5. Comme pompe, on utilise la pompe mammouth 122. Pour retirer régulièrement le mélange d'activation de la#chambre 5 et empêcher les angles morts, on utilise le fond conique 40 muni des orifices 123 et sous lequel débouche l'évacuation 113.

Dans la chambre d'activation 5 se déroule, en présence de l'oxygène dissous fourni par le système d'aération, la biodé gradation aérobie par activation des substances organiques carbonées avec oxydation obligatoire de l'ammoniac en nitrates qui, comme indiqué plus haut, se réduisent en azote gazeux par des processus de dénitrification dans la chambre de dénitrification 6.

L'efficacité de l'élimination des nitrates dépend de 1' intensité de la circulation du mélange d'activation entre les chambres d'activation et de dénitrification. Une telle circulation est assurée par le recyclage 114 décrit ainsi que par l'évacuation 113 du mélange d'activation et on peut la régler au moyen de la quantité d'air amenée à la pompe mammouth 122,
Dans le cas où les eaux usées sont moins polluées par des substances azotées, il suffit que l'intensité de circulation entre les chambres 5 et 6 représente de deux à neuf fois l'efflux à l'installation d'épuration.

Pour des eaux usées à plus forte concentration en substances azotées, il faut, pour éliminer efficacement les nitrates, une circulation dans laquelle le coefficient par lequel est multiplié l'afflux à l'installation d'épuration soit à deux chiffres. Pour éliminer la boue activée de l'eau épurée, on utilise la filtration dans le filtre dans la chambre de séparation 3. Le mélange d'activation arrive à la chambre de séparation 3 par des orifices qui ont pour fonction d'évacuer en 115 le mélange d'activation par l'arrivée 8 déjà mentionnée. Au bord inférieur de la cloison oblique 2, le courant du mélange d'activation se retourne vers le haut et pénètre dans le filtre où les particules de la boue activée sont séparées de l'eau épurée par filtration.Les particules d'eau qui se séparent au bord inférieur de la cloison 2, au point de retournement de l'écoulement du mélange activée, sont captées dans le cône de dégazage 9 et l'eau épurée, débarrassée de la boue activée, est retirée par l'auge collectrice 29 et conduite, par la sortie 31, hors de l'installation.

Les particules de boue activée, arrêtées par filtration et agglomérée, tombent par gravité dans la partie inférieure de la chambre de séparation 3 et sont ensuite amenées, par l'évacuation de boue 13, à la chambre de dénitrification 6.

Par suite de la grande efficacité de séparation de la boue activée, assurée par la filtration, on obtient une forte concen tration de la boue activée dans le processus d'épuration et par suite aussi 1 'ancienneté voulue de la boue, ce qui a une importance particulièrement grande pour le déroulement des processus de nitrification et dénitrification provoqués par des microorganismes nitrifiants et dénitrifiants dont la vitesse de croissance est notablement inférieure à celle des micororganismes qui causent la biodégradation de substances organiques carbonées. Pour ces raisons, si l'on veut qu'il se produise une multiplication de microorganismes spécifiques nitrifiants et dénitrifiants, il faut assurer l'ancienneté voulue de la boue.Un exemple d'exécution de cette installation, représenté par la figure 5, est avantageux en particulier pour des eaux usées moins concentrées ayant une moindre teneur en impuretés carbonées.

Les installations selon l'invention ont de nombreux avantages. En comparaison des types d'installations classiques avec séparation de la boue activée par sédimentation et retour forcé de la boue activée séparée, on obtient dans les installations selon l'invention des améliorations notables de nature technologique. On obtient une concentration notablement plus forte de la boue activée que dans les installations avec séparation de la suspension par sédimentation, étant donné que la charge de matière de la surface du filtre est 2 à 3 fois plus grande que dans la sédimentation.Il est particulièrement important, pour les processus de nitrification et de dénitrification, d'atteindre une concentration élevée de la boue activée en comparaison de l'efficacité-des deux processus de séparation, car- l'intensité du processus dépend de la quantité des microorganismes nitrifiants et dénitrifiants dans la biocénose de la boue activée. Etant donné que les cultures qui dégradent les substances azotées ont une multiplication plus lente, d'environ un ordre de grandeur, que les cultures de microorganismes qui biodégradent des substances organiques carbonées, la représentation relative des microorganismes nitrifiants et dénitrifiants dépend de l'ancienneté de la boue qui dépend de la concentration de boue activée dans le processus.Par suite, l'application de la filtration pour 1' élimination de substances azotées dans l'eau entraîne une intensification notable du processus d'épuration.

Relativement aux installations connues où la filtration est appliquée pour épurer l'eau des substances carbonées en même temps que des substances azotées et où la boue activée séparée retourne à la chambre d'activation aérobie, dans 1' installation selon l'invention on obtient aussi une plus forte concentration de la boue activée en la renvoyant directement à la chambre de dénitrification anaérobie.

Un autre avantage notable de la disposition de cette installation selon l'invention est la possibilité de former une grande chambre antimousse au dessus du niveau d'eau libre dans la chambre d'activation aérobie, avec possibilité de détruire la mousse par pulvérisation ou mécaniquement par gravité. Cela est particulièrement important dans le cas d'une eau usée ayant une grande tendance à la formation de mousse avec une haute teneur en surfactifs, par exemple des eaux usées d'installations d'élevage.Cela entraîne d'autres avantages de caractère technologique car une destruction efficace de la mousse dans l'installation selon l'invention permet l'utilisation d'un système d'aération pneumatique. il est vrai qu'un système pneumatique, contrairement aux systèmes d'aération mécanique de surface, ne contribue pas à détruire la mousse formée mais plutôt à former de la mousse mais son grand avantage est dû au fait qu'il ne refroidit pas le mélange d'activation comme c'est le cas des systèmes d'aération mécaniques.Cela contribue dans une mesure décisive à assurer des conditions optimales pour le déroulement des processus de nitrification et de dénitrification où la température du mélange d'activation ne doit pas s'abaisser en dessous de l30C ; en dessous de ce niveau, il se produit déjà un ralentissement marqué des processus d'épuration de sorte que lorsqu'on descend à cette limite, il faut chauffer le mélange d'activation pendant l'hiver. Dans une installation selon l'invention, en particulier dans le mode d'exécution selon la figure 2, on peut obtenir un bilan de température tel que même par forte gelée atteignant -300C on n' ait pas besoin de fournir de chaleur au système, ce qui crée des conditions permettant d'obtenir de grandes économies, par exemple jusqu'à 420 000 kJ.Q 1 pour une installation d'épuration destinée S 15 000 pores. Un autre avantage est la grande efficacité d'élimination de substances azotées, réglable par la grandeur du recyclage.

Outre ces avantages technologiques, llinstallaction selon l'invention possède aussi des avantages appréciables de- cons- truction. De façon générale, il s'agit d'une construction simple à réaliser, très souple pour différentes capacités et pour une pollution variable, aussi bien en ce qui concerne la teneur en carbone qu'en azote et en surfactifs. Par suite, en conservant les caractéristiques fondamentales, on peut, par des modifications partielles-de la disposition hydraulique et par des modifications de la capacité de différentes zones fonctionnelles, adapter l'installation à la nature des eaux usées. Cela permet de-couvrir une large gamme de besoin d'épuration, depuis l'eau de rinçage jusqu'aux eaux usées concen trées provenant de l'élevage.

La conception verticale de la construction des récipients est avantageuse aussi bien pour l'activation aérobie du point de vue du système d'aération pneumatique utilisé que pour la dénitrification anaérobie car elle permet dans la chambre de dénitrification un écoulement qui n'exige aucun brassage mécanique comme c'est le cas des systèmes connus. La liaison entre la chambre de séparation et la chambre de dénitrification ana érobie où l'écoulement intensif n'est pas provoqué par aération simplifie notablement aussi le système hydraulique de séparation relativement aux systèmes antérieurement connus où le retour du mélange d'activation séparé conduisait dans la chambre d'activation aérobie.

Dans le cas d'une disposition monobloc, outre les avantages mentionnés, il faut ajouter encore la simplicité de la manoeuvre et la surface extérieure minimale de la paroi latérale qui contribue au bilan thermique avantageux du procédé. La forme cylindrique de la paroi latérale des récipients permet une fabrication et un montage simples.

La simplicité de l'installation selon l'invention et sa grande souplesse pour différentes compositions des eaux usées, jointes à la-grande intensité des processus d'épuration obtenus, due aux petites dimensions de l'installation et à la grande efficacité de l'épuration, ont pour effet que l'installation selon l'invention constitue un type nouveau caractérisé par des paramètres d'utilisation élevés et qui permet de sa tisfaire économiquement, dans une large gamme, les exigences de plus en plus poussées quant à la qualité de l'eau épurée.

Il s'agit donc d'une nouvelle génération d'installation d'épuration d'eau.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Installation pour l'épuration biologique d'eaux usées contenant du carbone et de l'azote, par activation et nitrification aérobies ainsi que par dénitrification anaérobie au moyen de boue activée homogène, caractérisée par le fait qu' au dessus de la chambre de dénitrificatiqn (6), raccordée à l'arrivée (17) d'eau brute et de préférence disposée dans le bassin dans une position où sa paroi latérale cylindrique (1) est verticale, une chambre de séparation (3) destinée à la filtration est formée dans le même bassin, raccordée à l'éva- cuation (31) et séparée de la chambre de dénitrification (6) par une cloison oblique (2) de préférence conique, la chambre de séparation (3) étant reliée à ladite chambre au moyen d'un canal à boue (13) et qu'à la chambre de dénitrification (6) du bassin est reliée une chambre d'activation (5) disposée dans le bassin suivant, de préférence munie d'une paroi latérale cylindrique (111) et munie d'éléments d'aération (28) ainsi que d'une sortie reliée à l'arrivée (8) à la chambre de séparation (3).

Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le bassin où est formée la chambre de dénitrification (6) au dessus de laquelle se trouve la chambre de séparation (3) ainsi que le bassin où est formée la chambre d'activation (5) ont une disposition telle que le bassin présentant la chambre de dénitrification (6)- au dessus de laquelle se trouve la chambre de séparation (3) est logé dans le bassin où est formée la chambre d'activation (5).

3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le bassin où est formé la chambre de dénitrification (6) et le bassin où est formé la chambre d' activation (5) sont disposés coaxialement et qu'une cloison oblique (2) dépasse la chambre de dénitrification (6) et recouvre la chambre d'activation (5).

4. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'évacuation de boue (13) est formée par un tube qui se raccorde, vers le bas, au bord inférieur de la cloison oblique (2).

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'en face de l'embouchure de l'évacuation -de boue (13) est disposé un volet (46).

6. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'évaucation de boue (13) arrive jusque dans la partie inférieure de la chambre de dénitrification (6).

7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'évacuation de boue (13) est fermée par une embouchure tangentielle (18) qui est disposée, dans la chambre de séparation (15), entre l'élargissement (14) et la partie opposée du fond conique (40).

8. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que dans la chambre de séparation (3) est disposée 1' arrivée (8) du mélange d'activation, sous la forme d'un tube vertical, de préférence coaxial à l'axe du bassin et dont le bord inférieur arrive jusque dans la partie inférieure de la chambre de séparation (3) et qui est raccordé à la sortie (119) de la chambre d'activation (5) par l'évacuation (115) du mélange d'activation et le trop-plein de régulation (54).

9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait que dans l'arrivée (8) du mélange d'activation est disposée l'arrivée d'eau brute (17) dont l'embouchure pénètre dans l'évacuation de boue (13).

10. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'arrivée (8) du mélange d'activation se fait à travers la chambre formée entre la partie extérieure inférieure de la cloison oblique (2) et la cloison (121) disposée à l'opposé et dans la partie supérieure de laquelle sont formées des ouvertures qui forment l'évacuation (115) du mélange d'activation, l'évacuation de boue (13) se raccordant au bord inférieur de la cloison (121).

11. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la liaison entre la chambre de dénitrification (6) et la chambre d'activation (5) est formée par l'évacuation (113) du mélange d'activation au moyen de la pompe (20) et du tuyau de refoulement (23) dont la buse (24) conduit à la chambre d'activation (5), de préférence au dessus du niveau libre (116) du mélange d'activation.

12. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la liaison entre la chambre de dénitrification (6) et la chambre d'activation (5) est établie par des passages (49) formés dans la partie supérieure de la paroi latérale cylindrique verticale (1) ou encore par des passages infe- rieurs (50) formés dans la partie inférieure de la paroi la térale cylindrique verticale (1).

13. Installation selon les revendications 1 et 10, caractérisée par le fait que la liaison entre la chambre de dénitrification (6) et la chambre d'activation (5) est formée par la sortie (113) prévue- sous le fond conique (40) et munie des orifices (123), la sortie (113) étant fermée, dans la chambre d'activation (5), par une pompe mammouth (122).

14. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la chambre d'activation (5) est reliée à la chambre de dénitrification (6) par le recyclage de régulation (114), soit directement soit par le trop-plein de régulation (56) ou encore par une partie de l'évacuation du mélange d'activation (115) et de l'évacuation de boue (13).