FR2548656A1 - Procede d'epuration a activation biologique d'eaux usees contenant des matieres azotees et dispositif pour la mise en oeuvre du procede - Google Patents

Abstract

PROCEDE D'EPURATION A ACTIVATION BIOLOGIQUE D'EAUX USEES CONTENANT DES MATIERES AZOTEES A FAIBLE CHARGE DE BOUE AVEC NITRIFICATION SIMULTANEE D'AZOTE ORGANIQUE ET AMMONIAQUE EN NITRATES AVEC UTILISATION DE FILTRATION FLUIDE, ET UN DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE DISPOSITIF OU L'EAU USEE, APRES SON EPURATION 5 A ACTIVATION AVEC APPORT D'OXYGENE OU APRES EPURATION A ACTIVATION ALTERNEE AVEC ET SANS APPORT D'OXYGENE, EST ENSUITE EPUREE LORS DE LA FILTRATION FLUIDE 3 PAR DENITRIFICATION EN L'ABSENCE D'OXYGENE OU CREATION DE BOUE FLOTTANTE QUI EST RENVOYEE 22, 28, 10 AU MOINS PARTIELLEMENT A L'EPURATION 5 EN ACTIVATION AEROBIE.

Description

i L'invention se rapporte à un procédé d'épuration en activation

biologique d'eaux usées contenant des matières

azotées mettant en oeuvre des boues peu chargées avec nitrification simultanée d'azote organique et d'ammoniaque en ni5 trates au cours d'une filtration fluide, ainsi qu'un dispositif pour mise en oeuvre de ce procédé.

Dans la technologie d'épuration de l'eau une tendance se fait jour d'obtenir une efficacité encore augmentée de l'épuration avec la possibilité d'utiliser l'eau épurée dans 10 des circuits fermés technologiques qui ne fournissent pas d'

eaux usées.

Afin de parvenir à ce but,il est nécessaire d'épurer les

eaux usées non seulement en considération des matières organiques contaminantes qui apparaissent couramment mais aussi 15 en considération de la contamination azotée.

Il est connu que la plupart des eaux usées contiennent des quantités plus ou moins grandes de matières azotées qui sont présentes dans l'eau surtout sous forme d'azote organique et d'ammoniaque Il est connu en outre que par épuration en 20 activation aérobie avec activation à faible charge il est

possible de transformer l'azote organique lié et l'ammoniaque en nitrates (par leur oxydation par des processus de nitrification microbiologique).

Il est en outre connu que la présence des nitrates dans les mélanges activés provoque en raison des processus de nitrification une détérioration substantielle du fonctionnement des dispositifs d'épuration en raison de la flottation

des boues au cours de la séparation.

Dans les dispositifs mettant en oeuvre une filtration fluide pour la séparation de la suspension des boues activées

avec l'eau épurée, cet effet est particulièrement marquant.

Les causes de la flottation de la boue sont les processus de dénitrification dans les filtres fluides o de l'azote gazeux est libéré qui s'attache aux particules des boues acti35 vées sous forme de bulles de sorte que leur densité est réduite au point que les particules des boues activées avec des bulles attachées, qui sont plus légères que l'eau, flottent à la surface du liquide Ce genre de flottation des boues intervient dans des conditions o il n'y a pas d'oxygène dissous présent dans la couche de filtration fluide plus particulièrement, o la température du mélange activé est plus élevée étant donné que l'importance des processus de dénitrification croît

avec l'accroissement de température.

Comme la plupart des eaux usées contiennent des matières azotées en quantité suffisante pour que se produisent des processus de dénitrification dans le filtre fluide, l'effet de flottation se présente à un degré plus ou moins élevé dans la plupart des eaux qui sont épurées biologiquement en acti10 vation à faible charge avec dénitrification simultanée Afin d'obtenir une flottation déjà apparente, une teneur de 10 ml/1 de N-NO 3 dans le milieu d'activation est suffisante Cette concentration est pratiquement présente dans toutes les eaux usées qui comprennent les eaux d'égoûts qui sont épurées dans des conditions d'activation à faible charge Afin d'obtenir une séparation effective par filtration fluide il a donc été tenté de réduire ces processus de dénitrification dans le filtre fluide afin de réduire ces influences gênantes de flottation Ceci peut être obtenu par deux procédés: premièrement en augmentant la teneur d'oxygène dissous dans le mélange active, qui est assuré par apport d'oxygène également dans la couche de filtration fluide en quantité accrue Une deuxième possibilité consiste dans une réduction de la rétention du mélange activé dans le filtre fluide par réduction 25 du volume Comme l'encombrement du filtre fluide demande pour son fonctionnement correct une forme avec une surface de flux augmentant dans la direction montante, ce qui est en pratique la forme d'un cône ou d'un prisme, la contenance du filtre

fluide est fortement dépendante de sa hauteur.

Afin de prévenir la création de conditions de présence d'oxygène dissous il est par conséquent nécessaire de maintenir la surface du filtre fluide à une faible hauteur, ce qui entraîne son faible volume, o l'oxygène contenu est suffisant pour le maintien de conditions en présence d'oxygène dissous. 35 L'accomplissement du fonctionnement du dispositif avec prévention de la flottation due à la dénitrification a cependant des inconvénients importants La séparation de la dénitrification par apport augmenté d'oxygène pour filtre fluide par sa concentration accrue dans le mélange activé augmente sensiblement l'appel de puissance pour l'aération La réduction de la durée de rétention du mélange activé dans le filtre fluide par réduction du volume de celui-ci réduit la capacité de liquide pour la séparation, étant donné que la réduction 5 de son volume réduit également la surface de séparation, ce

qui réduit la capacité de l'ensemble du dispositif.

En plus de ces inconvénients le maintien de l'apport d' oxygène au filtre fluide apporte des inconvénients supplémentaires particulièrement dans les systèmes complexes d'épura10 tion par activation d'eaux usées avec nitrification et dénitrification simultanées Au cas o la technologie de dénitrification utilisant une boue uniforme est mise en oeuvre, la teneur accrue d'oxygène dans le milieu d'activation nécessite un volume accru de l'espace de dénitrification, en raison de 15 l'apport d'une certaine quantité accrue non voulue d'oxygène dans l'espace de dénitrification, dans le cas de la circulation

du mélange entre les zones aérobies et non aérobies d'activation.

C'est un objet de la présente invention de supprimer les inconvénients indiqués précédemment et de fournir un procédé et un dispositif pour l'épuration à activation biologique d'eaux usées contenant des matières azotées en utilisaht une filtration fluide o les nitrates seront effectivement éliminés avec une élimination simultanée de contaminations organi25 ques Suivant l'invention, l'eau usée, après avoir été soumise à l'épuration par activation avec apport d'oxygène ou après épuration par activation alternative avec et sans apport d' oxygène, est au cours de la filtration fluide épurée en complément par dénitrification sans présence d'oxygène, créant ainsi 30 une boue flottante qui est au moins partiellement renvoyée

à l'épuration par activation aérobie.

Pour la mise en oeuvre de ce procédé dans un espace pour filtration fluide dont la section de flux augmente dans la direction montante, la surface de la filtration fluide est sensiblement au niveau de la largeur maximale de l'espace de filtration fluide et est recouverte d'un couvercle avec des ouvertures d'évacuation munies de parois d'écran en avant de ces ouvertures, afin de prévenir le passage de boue flottante à travers ces ouvertures d'évacuation, qui relient l'espace de filtration fluide et l'ensemble de sortie d'eau épurée, o, en dessous de la partie centrale du sommet du couvercle, qui est muni d'une sortie de gaz, un ou plusieurs moyens de sortie sont disposés pour l'évacuation de la boue flottante en des5 sous du niveau de l'eau épurée, et en dessous de la surface du filtre fluide au moins un ajutage des moyens de sortie est disposé pour l'élimination de la couche supérieure du filtre fluide. Sous l'aspect de la construction et du fonctionnement un dispositif comporte avantageusement comme moyen d'éliminer la boue flottante au moins une pompe à entraînement d'air dont l'entrée a une forme d'entonnoir ouvert vers le haut et dont la sortie peut être reliée avec l'espace d'activation, ou éventuellement avec l'évacuation de boues activées en excès, 15 et au moins une pompe à entraînement d'air peut constituer le moyen de sortie pour l'élimination de la couche supérieure du filtre fluide, l'entrée de cette pompe à entraînement d'air ayant une forme d'entonnoir ouvert vers le haut et sa sortie

pouvant être reliée avec l'espace d'activation.

Selon une autre caractéristique la sortie des moyens pour retirer la boue flottante se termine dans un réceptacle de désaération relié à un conduit formant liaison avec 1 ' espace d'activation, susceptible d'être fermé, de sorte que les moyens d'évacuation de la boue activée en excès suscep25 tible d'être formée puissent être également reliés audit conduit et en outre que ce dit conduit puisse être relié à

une évacuation de l'excès de boue activée.

Lorsque l'on utilise un mode de réalisation à structure circulaire d'un appareil à axe vertical, un dispositif est 30 avantageux o le couvercle présente une forme sensiblement conique ou en dôme; dans le cas d'une exécution allongée avec un espace de séparation longitudinal, une solution est avantageuse o le couvercle a la forme d'une voûte longitudinale par exemple en forme cylindrique ou peut être faite de matériau ondulé, par exemple en tôle, verre feuilleté et analogues.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre

d'exemple, en référence aux dessins annexés schématiques o: la figure 1 est une vue en coupe axiale verticale d'un dispositif pour l'épuration en activation biologique d'eaux usées dans un réservoir circulaire vertical; la figure 2 est une vue analogue d'un dispositif en va5 riante horizontale avec une configuration en plan rectangulaire; la figure 3 est une vue en section verticale d'un dispositif en variante horizontale avec une configuration en plan rectangulaire comportant un ensemble d'espaces d'activa10 tion et de séparation disposés longitudinalement adjacents;

la figure 4 est une vue en coupe de la paroi d'un couvercle fait de matériau ondulé.

Le dispositif représenté figure 1 comporte un réservoir cylindrique présentant un manchon 1 et un fond 2 Un sépara15 teur 3 de la boue activée avec un espace pour filtration fluide est inséré dans la partie supérieure du manchon 1 Le séparateur 3 est de façon appropriée relié au manchon 1 par des consoles 4 ou il peut être supporté par des supports non représentés disposés sur le fond 2 L'espace restant du ré20 servoir à l'extérieur du séparateur 3 est désigné comme espace

d'activation 5.

L'espace d'activation 5 est, dansle cas d'un processus d'activation aérobie d'épuration d'eau muni d'un système

connu d'aération, par exemple un système pneumatique compre25 nant une soufflante non représentée, des conduits de distribution 6 et des éléments d'aération 7.

Un moyen d'évacuation 8 pour vider le réservoir et susceptible d'être fermé est disposé dans le fond 2.

Le séparateur 3 est constitué par une paroi de sépara30 tion 9 s'évasant vers le haut, avantageusement de forme conique, assurant que la section de flux du séparateur 3 déterminée par la paroi de séparation 9 augmente vers le haut La paroi de séparation 9 dépasse dans sa partie supérieure dans une extension 10 de forme cylindrique et est par sa partie inférieure reliée à un canal 11 qui se termine dans la partie

inférieure de l'espace d'activation 5.

Des canaux de dérivation 12 de section avantageusement circulaire au contact de la paroi de séparation 9 sont disposés à l'intérieur du séparateur 3 Des ouvertures d'entrée 13 sont disposées à la fois dans la paroi de séparation 9 et dans les canaux de dérivation 12 dans leur partie supérieure; des ajutages de sortie 14 des canaux de dérivation

12 se terminent dans la partie inférieure du séparateur 3.

Les sections des canaux de dérivation 12 vont s'évasant vers

le bas.

La partie supérieure du séparateur 3 est munie d'un couvercle 15 qui recouvre sa surface maximale de passage de flux Le couvercle 15 est muni d'ouvertures de recueil 16 avec des parois d'écran 17 devant ces ouvertures pour prévenir le passage de boue flottante au-delà des ouvertures de recueil 16 dans un système de recueil d'eau épurée disposé au niveau le plus haut Une paroi cylindrique immergée 18 avec des ouvertures 18 ', fixée à l'extension 10 et formant 15 avec cette extension 10 un canal de recueil 19 pour l'eau

épurée, est munie d'une évacuation 20.

Au sommet de l'espace qui se rétrécit coniquement sous le couvercle 15, c'est-à-dire à sa partie centrale munie d'une sortie de gaz 34, un ajutage 22 d'un dispositif de 20 sortie 23 pour la sortie de la boue flottante est disposé, avantageusement comprenant une pompe à entraînement d'air 23 avec un ajutage d'entrée d'air 24 équipé d'une fermeture 24 ' reliée à un interrupteur temporisé non représenté Un second moyen de pompage, constitué d'une seconde pompe 30 à entrai25 nement d'air avec une entrée 31 en forme d'entonnoir, disposée sous la surface 25 du filtre fluide est également disposé dans le séparateur 3 Une fermeture 24 " est insérée dans 1 ' alimentation en air de cette seconde pompe à entraînement d' air, reliée à un autre interrupteur temporisé non représenté. 30 Les sorties 35 et 36 des deux pompes à entraînement d'air 23 et 30 se terminent dans un volume de désaération 33 avec un ajutage de sortie 28 se terminant dans l'espace d'activation ou dans une évacuation 28 pour l'appareillage La surface 25 du filtre fluide doit coincider avec la section maximale 35 du séparateur 3 Ceci signifie pourtant que la surface 25 du filtre fluide peut être aussi au-dessous de l'emplacement o la paroi de séparation 9 rencontre l'extension 10 à tout niveau o la surface de flux maximal du séparateur 3 ne change pratiquement pas Ces conditions sont avantageuses du point de vue de l'obtention d'un temps de rétention maximal du liquide dans le filtre fluide L'eau brute est amenée à l'espace d' activation 5 par l'ajutage d'entrée 26 qui se termine entre le

manchon 1 et l'extension 10.

Le dispositif représenté figure 1 ne se limite pas à une forme cylindrique du manchon 1 ni à l'utilisation d'un unique séparateur 3 dans le réservoir La forme du réservoir

peut être également différente, par exemple rectangulaire.

Le nombre de séparateurs 3 peut être différent pour des tail10 les différentes du réservoir quoique au moins un séparateur 3 doit être utilisé La forme du séparateur 3 n'est pas non plus limitée à une forme de réalisation, car des séparateurs rectangulaires peuvent être avantageux pour des réservoirs rectangulaires Le dispositif hydraulique du passage du mélan15 ge activé de l'espace d'activation 5 au séparateur 3 peut être différent du mode de réalisation exemplifié figure 1 Un dispositif est par exemple possible avec un canal de dérivation disposé sous la paroi de séparation 9 avec un canal de dérivation disposé centralement ou une disposition analogue. 20 Un dispositif 23 pour l'élimination de la boue flottante peut comporter un certain nombre de pompes avantageusement des pompes à entraînement d'air avec des ajutages individuels d'entrée 22 et de sortie 35 et un dispositif de pompage 30 pour l'élimination de la couche supérieure de filtre fluide peut être constitué par un certain nombre de pompes à entrainement d'air avec des ajutages individuels d'entrée 31 et de sortie 36 Des dispositifs analogues sont avantageux pour

des appareillages ayant une disposition horizontale des espaces d'activation et de séparation surtout avec des configu30 rations en plan rectangulaires.

Les dispositifs selon l'invention fonctionnent comme suit L'eau brute est fournie par l'ajutage d'entrée 26 dans l'espace d'activation 5 Le dispositif représenté figure 1 est conçu pour l'épuration par activation aérobie d'eaux 35 usées et en conséquence un système d'aération pneumatique est disposé dans l'espace d'activation 5 par le moyen duquel de l'air est apporté au mélange activé par des éléments d'

aération 7 Des conduits de distribution 6 servent à distribuer l'air aux éléments d'aération 7, ces conduits étant con-

nectés à une soufflante non représentée Le dispositif n'est

pas limité à un système d'aération pneumatique et tout système approprié peut être utilisé, par exemple un système d'aération hydraulique connu.

L'eau est épurée par le moyen de processus d'activation aérobie par dégradation des matières organiques dans laquelle une suspension d'une biomasse est engendrée qui doit être séparée de l'eau épurée Le séparateur 3 remplit ce rôle, o la suspension floculée de boue activée est séparée de

l'eau épurée et la suspension séparée est renvoyée au processus d'activation.

Le processus de séparation de boue activée et son renvoi s'exécute comme suit Le mélange activé pénètre dans le séparateur 3 à travers les ouvertures d'entrée 13 et par les 15 canaux de dérivation 12 et pénètre dans la partie la plus basse et étroite du séparateur 3 par les ajutages de sortie 14 En raison de l'évacuation de l'eau épurée par les canaux de recueil 19, la direction du courant de mélange activé depuis les ajutages de sortie 14 est dirigée vers le haut, 20 et dans le courant ascendant un filtre fluide est créé à partir de la suspension floculée de boue activée En raison des forces d'adhésion, des particules de boue activée sont emprisonnées dans le filtre fluide, et en raison des forces de coagulation, des particules plus grandes prennent naissance, 25 qui ne peuvent pas se maintenir dans le courant ascendant à l'état flottant et retournent sous forme de boue concentrée, en raison de la gravitation, à la partie inférieure du séparateur 3 et retombent par le canal 11 dans l'espace

d'activation 5.

Lorsque la charge hydraulique ne dépasse pas une certaine valeur dépendant de la nature de la suspension, une surface est créée pour le filtre fluide, au-dessus de laquelle

existe une zone d'eau épurée sans suspension.

Comme le couvercle 15 recouvre l'ensemble de la surface 35 de flux du séparateur 3, il est possible que la surface 25 du filtre fluide puisse s'élever jusqu'au niveau de sa section la plus large, augmentant ainsi la surface effective de séparation qui correspond au plan horizontal maximum du séparateur 3. Les ouvertures de recueil 16 dans le couvercle 15 contribuent à une évacuation uniforme d'eau épurée (libre de boue floculée), cette eau passant ensuite par les ouvertures 18 ' dans la paroi immergée 18 vers le canal de recueil 19 et par l'évacuation 20 hors de l'appareillage Pour prévenir toute pénétration de boue flottante aux ouvertures de recueil 16, des parois d'écran 17 sont disposées devant ces ouvertures,

ce qui permet le passage d'eau épurée mais interdit la pénétration de la boue flottante.

La filtration fluide s'exécute pour l'essentiel dans des conditions sans contact d'oxygène, ce qui est obtenu par 1 ' augmentation de son volume et par la réduction de la concentration d'oxygène dans le mélange activé pénétrant dans le séparateur 3, c'est-à-dire dans le filtre fluide à une valeur 15 requise pour le processus de biodégradation et les processus

de nitrification de l'épuration par activation de l'eau.

Les conditions ainsi créées dans la couche du filtre fluide permettent par la suite une étape de dénitrification o les nitrates sont réduits en azote gazeux Comme donneurs d' 20 hydrogène pour des processus de dénitrification enzymatiques sont utilisées des contaminations organiques résiduelles de

l'eau épurée ou la matière organique de la biomasse.

Le procédé de dénitrification s'exécutant directement dans le filtre fluide présente un certain nombre d'effets L' 25 effet principal réside dans un accroissement de l'efficacité de l'épuration, notamment dans l'élimination des nitrates avec une réduction simultanée des contaminations organiques Un autre effet est une augmentation sensible de la capacité de séparation en raison de l'augmentation de la surface efficace 30 de séparation par augmentation du volume du filtre fluide Un effet non négligeable réside dans la possibilité de réduction de la concentration en oxygène dans l'espace d'activation dans le mélange activé pour obtenir des conditions anaérobies

dans le filtre fluide réduisant ainsi l'appel de puissance 35 pour l'aération.

La création d'une zone sans apport d'oxygène dans le filtre fluide avec l'exécution des processus de dénitrification a pourtant comme résultat la formation d'azote gazeux qui, sous forme de petites particules gazeuses, reste collé à la surface ou directement dans la structure des particules de boue activée Les particules de gaz réduisent la densité de

la boue activée et en conséquence deux phénomènes adviennent.

Les particules légères de boue activée avec des particules gazeuses collées se rassemblent damsla couche supérieure du filtre fluide, o elles restent stagnantes et augmentent substantiellement son volume Cette couche s'accroit graduellement au cours du fonctionnement, relevant la surface du filtre fluide, ce qui provoque une réduction graduelle du débit du o 10 dispositif ou de la qualité de l'eau épurée par pénétration d'une quantité importante de boue activée dans l'évacuation

d'eau épurée.

Dans le cas d'une grande quantité d'azote gazeux collé, les particules de boue activée deviennent plus légères que l'eau et la flottation de ces particules commence Par dénitrification dans le filtre fluide il est possible d'obtenir l'élimination des nitrates en quantité de 10 à 30 mg/l, ce qui engendre une quantité d'azote gazeux telle que la flottation de boue activée dépasse la production de biomasse dans 20 le processus d'activation et il est alors nécessaire de

renvoyer la boue flottante dans le processus d'activation.

Une pompe à entraînement d'air 30 avec un ajutage d'entrée en forme d'entonnoir 31 disposée sous la surface 25 du filtre fluide sert à enlever la couche supérieure stagnante 25 de boue activée et pour le retour de cette boue dans le processus d'activation La boue activée pompée depuis la couche stagnante est renvoyée à l'activation par le volume de désaération 33 au moyen d'un ajutage de sortie 28 qui se termine dans la partie supérieure de l'espace d'activation 5 L'éli30 mination de la couche stagnante est exécutée périodiquement à des intervalles d'un ou plusieurs jours suivant l'intensité de ce phénomène, celui-ci étant différent pour différents genres d'eau etpour différentes conditions La détermination

de cet intervalle de temps est à faire au mieux suivant les 35 conditions particulières.

Le couvercle 15, permettant une concentration de boue flottante dans la partie la plus haute sous le couvercle 15, a pour but de capturer la boue flottante et de la renvoyer à l'activation, ce pourquoi elle est pompée par la pome 23

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à entraînement d'air avec un ajutage d'entrée en forme d'entonnoir 22 en dessous du niveau 21 par l'intermédiaire du volume de désaération 33 à travers l'ajutage de sortie 28

dans l'espace d'activation 5.

L'évacuation de la boue flottante est accomplie à des intervalles plus courts de l'ordre de quelques heures afin que la boue reste parfaitement fluide et ne forme pas une couche compacte qui provoquerait des difficultés pour le pompage Un pompage automatique de la boue flottante et de la couche stagnante est assuré par la connexion des fermetures 24 ' et 24 " disposées dans les conduits d'arrivée d'air

des pompes à entraînement d'air 23 et 30, à des interrupteurs temporisés non représentés L'excès de boue activée est enlevée sous forme de boue flottante également par la pompe à entraînement d'air 23, à 15 savoir par l'évacuation 32 disposée avec une vanne coulissante 29.

L'intensité de la dénitrification dépend, entre autres paramètres, également de la durée de rétention de l'eau épurée dans le filtre fluide dans des conditions sans apport d'oxygène La durée de rétention et les conditions indiquées augmentent quelque peu avec la hauteur de la surface du filtre fluide en raison de l'augmentation du volume avec le cube de sa hauteur La couverture de toute la surface de courant du séparateur 3 par le couvercle 15 avec la possibilité de retour de la suspension flottante dans le processus d'activa25 tion augmente sensiblement la charge hydraulique possible

de la séparation.

Grâce au procédé et dispositif décrits, on peut obtenir une augmentation de l'efficacité de l'opération par élimination des nitrates avec une élimination simultanée des conta30 minations organiques résiduelles Il convient par conséquent particulièrement pour des eaux moins contaminées avec une teneur en matières azotées de l'ordre de quelques dixièmes

de mg/1 de la teneur d'ensemble en azote.

Le dispositif selon l'invention n'est pas limité à la 35 disposition décrite à titre d'exemple et peut être Utilisé avantageusement pour l'épuration par activation des eaux

usées avec dénitrification simultanée.

Les eaux usées industrielles, par exemple les eaux usées provenant des industries alimentatires telles que les eaux usées d'abattoirs et analogues ou des eaux usées de l'industrie chimique, par exemple de cokeries, de l'industrie pétrochimique ainsi que les eaux usées zootechniques, contiennent

des concentration supérieures de contaminations azotées.

En raison des nécessités d'une utilisation répétée de l'eau dans les installations technologiques, il est nécessaire d' épurer ces eaux non seulement des matières carbonées mais

aussi des matières azotées qu'elles contiennent.

Pour l'élimination des contaminations azotées essentiel10 lement sous forme d'azote organique et d'ammoniaque, l'épuration à activation biologique avec oxydation simultanée de l'azote organique depuis l'ammoniaque jusqu'aux nitrates est utilisée (par processus de nitrification aérobie avec une

réduction ultérieure des nitrates formés par des processus de 15 dénitrification jusqu'à l'azote gazeux).

Le processus technologique le plus utilisé pour l'épuration par activation avec nitrification et dénitrification simultanée est une activation à faible charge par une boue activée uniforme soumise alternativement à des conditions 20 avec et sans apport d'oxygène, o sous les conditions avec apport d'oxygène la nitrification et sous les conditions sans apport d'oxygène la dénitrification s'effectuent Comme les processus de dénitrification nécessitent la présence de composés organiques comme donneurs d'hydrogène pour les processus 25 microbiologiques enzymatiques de dénitrification, de l'eau brute avec une teneur en matières organiques est apportée à la technologie des épurations complexes par activation par une boue activée uniforme dans la zone de dénitrification

anaérobie de l'épuration par activation.

Des conditions sans présence d'oxygène dissous doivent être obtenues dans l'espace de dénitrification, ces conditions étant rencontrées au passage du mélange activé à travers la zone de dénitrification sans apport d'oxygène après que les micro-organismes de la boue activée aient utilisé l'oxygène dissous dans le mélange activé Dans le cas d'absence d'oxygène dissous les micro-organismes obtiennent l'oxygène des nitrates qui sont ainsi transformés en azote gazeux de sorte que les matières azotées sont éliminées définitivement de

l'eau épurée.

Pour une épuration par activation complexe avec déni-

trification, le mode de réalisation représenté à titre d' exemple figure 1 est complété par un espace de dénitrification non représenté sur le dessin relié à l'espace d'activation par un circuit de circulation L'efficacité de l'éli5 mination des nitrates dans un tel ensemble est déterminée par l'intensité de circulation du mélange activé entre les zonesaérobie et anaérobie suivant l'équation.

C NO 3 CN=

NO 3 1 + N

dans laquelle CNO est la concentration en NO 3 dans l'eau N 3 épurée, C O la concentration en NO 3 dans le cas de circulaNO 3 tion nulle et N est la circulation du mélange activé exprimé

en multiple de la quantité Q d'eau épurée.

Ceci signifie que pour l'élimination de 90 % des nitrates une intensité de circulation de 9 Q est nécessaire.

A concentration plus élevée des contaminations azotées de l'ordre de 102 à 103 mg/1 en N-NO 3 et dans le cas o leur réduction à 10 mg/1 en N-NO 3 est requise, une intensité de circulation relativement élevée est nécessaire, ce qui complique la solution technique d'un dispositif pour une opéra20 tion en activation complexe en deux dimensions (il y a des besoins en puissance et en volume de l'espace de dénitrification) L'augmentation du volume de dénitrification est entraînée par la grande quantité d'oxygène introduit dans la dénitrification par le mélange activé en circulation intense entre 25 les zones d'activation aérobie et anaérobie La dimension de l'espace de dénitrification est ainsi déterminée (outre par la contamination azotée) en premier lieu par l'intensité de circulation et la quantité d'oxygène dissous dans le mélange activé pénétrant dans la dénitrification L'augmenta30 tion de besoins en puissance résulte de la circulation accrue et est encore augmentée lorsque l'accroissement d'espace de dénitrification demande une forte puissance pour le mouvement nécessaire du mélange activé dans cet espace pour éviter la

sédimentation de la boue activée.

A ces conditions l'élimination des nitrates jusqu'à la teneur voulue pour l'utilisation répétée de l'eau épurée comme eau technique est plutôt coûteuse économiquement car elle nécessite une puissance excessive et des dimensions importantes de l'appareillage. Le procédé de dénitrification dans le filtre fluide après une réduction primaire des nitrates par la technique décrite pour la dénitrification conduit donc à une réduction substantielle de la dimension de l'appareillage par réduction 10 de la dénitrification avec une réduction simultanée de consommation de puissance par réduction de la circulation du mélange activé, par réduction de la consommation de puissance pour le mélange dansl'espace de dénitrification et par une réduction de la concentration d'oxygène dans le mélange activé. 15 La dénitrification dans le filtre fluide permet ainsi la mise en oeuvre d'une deuxième étape de dénitrification avec la possibilité de réduire la teneurrésiduelle en nitrates de façon plus économique que par un procédé de dénitrification

en une étape.

La figure 2 montre un autre mode de réalisation du dispositif La différence principale par rapport au dispositif représenté figure 1 est que le réservoir avec le manchon 1

et le fond 2 présente une configuration rectangulaire en plan.

Certaines différences dans la construction du dispositif s' ensuivent donc même si toutes lesparties essentielles subsistent, c'est-à-dire que un ou plusieurs séparateurs 3 sont disposés dans le réservoir qui comporte un manchon 1 et un fond 2; dans le cas représenté ici, il y a un séparateur 3 avec une configuration rectangulaire en plan Le dispositif hydrau30 lique de transport du mélange activé depuis l'espace d'activation 5 au séparateur 3 et le retour de la boue activée épaissie depuis le séparateur 3 dans l'espace d'activation 5 sont en principe les mêmes, la solution technique utilisant dans ce cas un canal de dérivation longitudinal 12 unique formé par une paroi 27 et une paroi de séparation 9 du séparateur 3

séparant l'espace du séparateur 3 de l'espace d'activation 5.

Une modification par rapport à la figure 1 est la disposition du couvercle 15 qui a ici la forme d'une voûte longitudinale constituée avantageusement d'un matériau ondulé dont le profil est indiqué figure 4, par exemple en tôle, verre feuilleté et analogue, assurant une rigidité de structure Le couvercle recouvrant l'ensemble de la section de courant du séparateur 3 est de façon analogue à la disposition décrite précé5 demment à titre d'exemple, munid'ouvertures de recueil 16 protégées contre la pénétration de la boue flottante par des parois d'écran 17 autorisant l'entrée de l'eau épurée dans

le système de recueil d'eau épurée.

Un canal de recueil 19 disposé longitudinalement est 10 formé par une extension 10 de paroi, dans ce cas disposée parallèle à la paroi immergée 18 située sur le couvercle 15 en sorte que les canaux du couvercle ondulé 15 forment avec la paroi immergée 18 des ouvertures 18 ' Le système pour évacuer la boue flottante est dans ce cas formé par un ajutage 15 d'entrée 22 ayant la forme d'un auge de recueil relié à l'entrée d'une ou plusieurs pompes à entraînement d'air 23, l'ajutage ou les ajutages de sortie 35 de ces pompes se terminant dans l'espace d'activation comme précisé avec la

disposition de la figure 1.

Une ou plusieurs pompes à entraînement d'air 30 avec des ajutages d'entrée 31 disposés en dessous de la surface 25 du filtre fluide sont disposées dans le séparateur 3 Une ou plusieurs sorties 36 sont reliées de façon analogue à ce

qui est représenté figure 1.

Le dispositif représenté figure 2 fonctionne de la même

façon que celui représenté figure 1.

Les dispositifs avec une configuration rectangulaire en plan du réservoir et avec une disposition horizontale telle que selon la figure 2 ne sont pas limités au mode de réalisation décrit; ils peuvent être réalisés avantageusement en deux variantes, par exemple disposition o plusieurs séparateurs 3 à configuration rectangulaire en plan sont disposés côte à côte ou l'un derrière l'autre de sorte que les parois

de séparation 9 de ces séparateurs forment des structures 35 autoporteuses tel que dans l'exemple représenté figure 3.

Dans cette forme de réalisation qui est avantageuse pour de grandes installations à grand débit les couvercles 15 en forme longitudinale d'arcades sont constitués de matériaux

ondulés augmentant leur rigidité.

2548656.

Des matériaux ondulés peuvent aussi être utilisés pour les parois de séparation 9 formant ici non seulement les séparateurs 3 mais également une paroi des canaux 11 et également une partie majeure de parois qui délimitent les espa5 ces d'activation 5 Le couvercle 15 forme partie de la structure auto-porteuse des séparateurs 3, ce qui contribue substantiellement à l'augmentation de rigidité de l'ensemble des parties intégrées avec la possibilité de supporter tout l'ensemble du système de recueil de l'eau épurée Ceci est 10 important pour ces plus grandes capacités du dispositif o des longueurs substantielles de réservoir sont nécessaires, demandant des dimensions relativement grandes des canaux de recueil 19 qui sans cela auraient été fixés difficilement

de façon fiable sur la structure.

Le système de recueil décrit pour l'eau épurée ainsi que le couvercle 15, l'évacuation de la boue flottante par les entrées en entonnoir des pompes à entraînement d'air 23 et les ajutages d'entrée 31 de ces pompes à entraînement d'air 30 pour évacuer les couches supérieures de filtres 20 fluides ne demandent aucun accès de personnel d'entretien dans toute la zone du dispositif, ce qui aurait demandé autrement la disposition de passerelles L'absence de passerelles réduit de façon favorable le poids de la structure et les coûts de leur fabrication et de leur entretien, contribuant 25 ainsi à une réduction des exigences d'une structure autoporteuse des séparateurs 3 qui peuvent être conçus seulement comme parois de séparation et de guidage sans contraintes

particulières de compression Le fonctionnement de ce dispositif est en principe le même que ceux des dispositifs repré30 sentés aux figures 1 et 2.

Le dispositif représenté figure 3 est particulièrement convenable pour l'épuration de grands volumes d'eaux usées moins concentrées, par exemple des eaux usées urbaines Les installations d'épuration de ce genre sont généralement re35 liées à un système général d'égoûts ayant des contraintes considérables en charge hydraulique de l'appareillage lors de charges de crête en cas de pluie Les dispositifs décrits permettent de fonctionner avec une surface de filtre fluide au niveau d'une surface de courant maximum du séparateur 3 sans danger de réduction de l'efficacité de l'ensemble du

dispositif due à l'échappement de boue par flottation.

Une caractéristique importante du dispositif selon 1 ' invention réside dans sa possibilité d'augmenter sa capacité hydraulique pour l'épuration d'eaux usées classiques, par exemple les eaux usées urbaines, par comparaison avec les dispositifs utilisés couramment o la flottation en conditions usuelles, en raison de la génération de gaz dans le filtre fluide,n'est pas aussi marquante et se présente seulement com10 me un amoindrissement de la qualité de l'eau en raison des

matières non dissoutes qu'elle contient.

Le dispositif selon l'invention permet dans ce cas une augmentation substantielle de capacité par augmentation de la charge hydraulique en raison du fonctionnement décrit avec un plus grand volume de filtre fluide et avec une réduction de la teneur en oxygène dans le mélange activé Ceci apporte à la fois une réduction des coûts d'investissement

(plus petites dimensions) et également des coûts de fonctionnement en raison de la consommation réduite de puissance.

Un avantage du procédé et du dispositif selon l'invention

réside dans une efficacité accrue du processus d'épuration à la fois en termes de contaminations azotées et carbonées.

Ceci est important pour l'épuration de grands volumes d'eaux usées à faible concentration et avec une faible teneur en contamination azotées parce qu'il est possible d'obtenir par la dénitrification dans le filtre fluide une réduction substantielle des nitrates, sans qu'il soit nécessaire de

compléter le dispositif par une dénitrification indépendante.

Une augmentation substantielle de la capacité de séparation et également de l'ensemble du dispositif est obtenue également en même temps que l'efficacité accrue d'épuration L'économie

de puissance électrique est également non négligeable.

Un autre avantage de la disposition selon l'invention est l'extension de l'application de la technique de filtration 35 fluide dans la technologie de l'épuration d'eau au cas d'eau usée o la flottation d'une grande quantité de boue activée se produit dans l'espace de séparation Ceci vise particulièrement les eaux usées contenant des matières azotées pour l'épuration desquelles une activation à faible charge avec nitrification simultanée de l'azote organique et ammoniaque

en nitrates est utilisée.

Dans le cas de l'épuration complexe de ce genre d'eaux usées, la dénitrification comprise, le dispositif selon l'invention réduit également les besoins en volume de l'espace de dénitrification et en consommation de puissance électrique pour l'épuration du mélange activé dans le processus d'activation aérobie par réduction de la concentration en oxygène à un degré nécessaire pour l'activation aérobie sans nécessité 10 d'une teneur accrue en oxygène pour prévenir des processus

de dénitrification postérieurs dans la couche du filtre fluide.

L'élimination économique des nitrates jusqu'à un niveau de 10 mg/1 de NNO 3 ouvrant la voie pour des techniques sans

élimination d'eaux usées avec utilisation répétée de l'eau 15 épurée en circuit fermé de circulation.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Procédé d'épuration à activation biologique d'eaux usées contenant des matières azotées en régime de boues faiblement chargées, avec nitrification simultanée d'azote organique et d'ammoniaque en nitrates, avec utilisation à cet effet de filtration fluide, caractérisé en ce que les eaux usées après épuration en activation avec apport d'oxygène, et par épuration en activation alternativement avec apport

d'oxygène et sans apport d'oxygène est épurée en outre au 10 cours d'une filtration fluide sans présence d'oxygène, engendrant ainsi de la boue flottante qui est au moins partiellement recyclée dans l'épuration en activation aérobie.

2 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un espa15 ce d'activation ( 5), un espace pour filtration fluide ( 3) dont la surface transverse au courant, déterminée par des parois de séparation ( 9), en augmentant vers le haut, en sorte que la surface ( 25) du filtre fluide se trouve sensiblement là o l'espace de filtre fluide est de largeur maximale, un couvercle ( 15) avec des ouvertures de recueil ( 16) pour l'eau épurée, des parois d'écran ( 17) devant ces ouvertures ( 16) pour prévenir le passage de boue flottante par ces ouvertures, un ensemble de recueil d'eau épurée ( 18, 19,20) en conmmunication avec ces ouvertures de recueil ( 16) une sortie de gaz ( 34) disposée à la partie sommitale centrale de ce couvercle ( 15), au moins une évacuation d'eau épurée ( 18 ') disposée en- dessous du niveau ( 21) d'eau épurée, des moyens ( 22) pour évacuer la boue flottante, des moyens ( 31) pour évacuer la

couche supérieure du filtre fluide, dont l'entrée est située 30 endessous de la surface ( 25) du filtre fluide.

3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour évacuer la boue flottante consistent en au moins une pompe ( 35) à entraînement d'air, dont l'entrée ( 23) est en forme d'entonnoir ouvrant vers le haut, et avec des moyens ( 10,28) pour relier la sortie de cette pompe avec l'espace d'activation ( 5) et avec une évacuation ( 32) d'excès

de boue activée.

4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour évacuer la couche supérieure du filtre fluide consistent en au moins une pompe ( 36) à entraînement d'air, dont l'entrée ( 31) est en forme d'entonnoir ouvrant vers le haut, et comportant des moyens pour relier sa sortie

avec l'espace ( 5) d'activation.

5 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un volume de désaération ( 33) au sommet du couvercle ( 15), la sortie ( 35) de la pompe à entraînement d' air pour l'évacuation de la boue flottante se terminant dans ce volume ( 33) avec des moyens de conduits ( 28) avec des fer10 metures ( 29) permettant le passage de la boue flottante en retour vers l'espace d'activation ( 5), et par les moyens d'

évacuation ( 32) d'excès de boue activée.

6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sortie ( 36) de la pompe à entraînement d'air pour 1 ' 15 évacuation de la couche supérieure ( 25) de filtre fluide se

termine également dans ce volume ( 33) de désaération.

7 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en

ce que le couvercle ( 15) présente une forme conique.

8 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en 20 ce que le couvercle ( 15) présente une forme en dôme.

9.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce

que le couvercle ( 15) présente une forme de voûte longitudinale, de préférence cylindrique.

Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en

ce que le couvercle ( 15) est constitué d'un matériau en feuille ondulée.