FR2694282A1 - Procédé de traitement d'eaux résiduaires contenant des matières particulaires, et appareil à y utiliser. - Google Patents

Procédé de traitement d'eaux résiduaires contenant des matières particulaires, et appareil à y utiliser. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un appareil pour le traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires. Selon l'invention, il comporte un réservoir de maintien (11) ayant une entrée et une sortie, une pompe (14), pouvant attirer les eaux résiduaires du réservoir de maintien, un assemblage de microfiltration dynamique (22), pouvant diviser les eaux résiduaires en un concentré et un perméat microfiltré et un assemblage d'ultrafiltration (25), pouvant diviser le perméat microfiltré en un concentré et un perméat ultrafiltré. L'invention s'applique notamment aux traitements des eaux évacuées des bateaux.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'un fluide.
Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une méthode perfectionnée pour le traitement des eaux résiduaires, en particulier des eaux grises, pour récupérer de l'eau purifiée et réduire les effluents, par microfiltration dynamique et ultrafiltration, ainsi qu'à un appareil pour effectuer
ce traitement des eaux résiduaires.
Le traitement des eaux résiduaires afin de réduire les effluents et de recycler l'eau utilisable est de la plus grande importance dans le cadre de l'effort général pour la réduction de la pollution et la conservation de l'eau Un domaine
particulier est le traitement des eaux grises à bord des bateaux et des navires.
Les eaux grises sont définies comme les eaux résiduaires effluentes combinées des cuisines, lavoirs de cuisine, lave-vaisselle, blanchisseries, douches, éviers et bassins de lavage (comprenant les bassins profonds dans les zones de travail comme les ateliers de machine et les eaux médicales) à bord des bateaux Les contaminants sont typiquement des particules d'aliments pouvant atteindre des dimensions importantes (comme des tranches d'aliments), des matières grasses animales, des huiles végétales, des savons, des détergents, des huiles corporelles, des cheveux humain, des particules métalliques des lavoirs de cuisine et des ateliers des machines, des solvants et des petits vêtements (comme des chaussettes) qui peuvent avoir traversé le système de blanchisserie On différencie usuellement les eaux grises, à la fois des eaux noires qui sont un rassemblement à base d'eau salée de déchets corporels et de matériaux de papier provenant des espaces à l'avant du bateau et des eaux de cale qui sont une accumulation à base d'eau salée de toutes les autres eaux résiduaires du bateau et
qui peuvent contenir des solvants chimiques et analogues.
Bien que le taux de production soit très variable ainsi que la concentration et le type des contaminants, les eaux grises sont produites à raison, en moyenne, d'environ 57-76 litres par homme par jour à bord Ainsi, par exemple, la production d'eaux grises peut être de l'ordre de 15 140 litres par jour pour une frégate navale avec un équipage de 200 hommes pour atteindre 454 000 litres par jour pour un porte-avions ayant un équipage de 6 000 hommes Les débits moyens d'eaux grises à bord de tels bateaux peuvent être compris entre environ 10,6 litres par minute et environ 315 litres par minute, avec des débits de pointe compris entre environ 31,8 litres par minute et environ
946 litres par minute.
Les moyens de coalescence et séparateurs centrifuges classiques ne sont pas appropriés au traitement et à la purification des eaux grises car, par exemple, les viscosités et les tensions de surface des savons et de l'eau sont trop proches pour permettre une séparation satisfaisante De nombreux bateaux évacuent directement les eaux grises, sans traitement, dans les eaux navigables, comprenant les lacs et les eaux à proximité de la côte Certains bateaux sont équipés de réservoirs de concentration, maintien et transfert afin de stocker les
eaux grises jusqu'à ce qu'on puisse les pomper vers un système sanitaire au port.
Ces bateaux utilisent les réservoirs de concentration, maintien et transfert dans une tentative pour éviter d'évacuer les eaux grises dans les lacs et les eaux à proximité de la côte mais ils évacuent habituellement les eaux grises en haute mer ou, lorsque les réservoirs sont remplis jusqu'à leur pleine capacité, dans d'autres eaux navigables Dans les domaines de plus en plus grands o l'évacuation des eaux grises est prohibée, on utilise des moyens coûteux et encombrants tels que le déchargement des eaux grises stockées sur des bateaux
citernes ou bien on ignore tout simplement les prohibitions.
Il reste par conséquent une nécessité d'un moyen efficace et économique pour réduire l'effluent d'eaux résiduaires, en particulier les eaux grises évacuées des bateaux La présente invention a pour objet d'offrir un tel moyen de traitement La présente invention a pour autre objet de concentrer les contaminants dans les eaux résiduaires pour les rendre plus faciles à stocker et à rejeter, tout en permettant l'évacuation de l'eau purifiée récupérée des eaux résiduaires La présente invention a également pour objet de procurer un moyen pour traiter les eaux résiduaires, en particulier les eaux grises, afin de recycler
l'eau utilisable et ainsi de conserver l'eau.
En bref, la présente invention concerne une méthode de traitement des eaux résiduaires consistant à faire passer les eaux résiduaires dans un assemblage de microfiltration dynamique pour former un premier courant du concentré et un courant du filtrat puis à faire passer le courant résultant du filtrat dans un assemblage d'ultrafiltration pour former un second courant du concentré et un courant d'eau purifiée La présente invention envisage également un
appareil pour effectuer un tel procédé de traitement d'eaux résiduaires.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails
et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description
explicative qui va suivre faite en référence à un dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: la figure unique est une vue schématique d'un système préféré pour le
traitement des eaux grises à bord d'un bateau selon la présente invention.
3 2694282
La présente invention est basée sur la découverte que les eaux résiduaires peuvent être traitées pour concentrer les contaminants dans les eaux résiduaires en formant un courant d'eau purifiée par passage des eaux résiduaires dans un assemblage de microfiltration dynamique pour former un premier courant du concentré et un courant du filtrat puis passage du courant du filtrat dans un assemblage d'ultrafiltration pour former un second courant du concentré et un courant d'eau purifiée Le courant d'eau purifiée peut alors être encore traité, recyclé et/ou évacué selon ce qui est approprié Les premier et second courants du concentré peuvent être encore traités ou maintenus pour un
rejet approprié.
Tandis que la présente invention est particulièrement bien adaptée au traitement des eaux grises, le présent procédé de traitement peut être utilisé pour traiter d'autres types d'eaux résiduaires D'autres usages appropriés de la présente invention comprennent le traitement des eaux résiduaires d'usines de traitement des aliments comme les brasseries, les boulangeries, les installations de traitement de l'amidon de patate douce, et les installations de traitement de la volaille, les blanchisseries, les usines textile et analogues La présente invention est décrite ici dans le contexte du traitement des eaux grises à bord des bateaux, bien que l'on comprenne qu'il est bien dans la compétence de toute personne
d'appliquer la présente invention à d'autres contextes.
La présente invention, s'appliquant au traitement des eaux grises produites à bord d'un bateau, a pour fonction de réduire la quantité et/ou les concentrations de divers contaminants à des niveaux en dessous des standards établis pour la réception des eaux, par exemple les eaux naturelles dans lesquelles les eaux grises peuvent être évacuées par un bateau Les caractéristiques typiques des eaux grises et de l'eau de réception sont données ci-dessous. Caractéristiques Eaux grises Eau de réception Solides totaux (TS) (mg/l) Solides totaux en suspension (TSS) (mg/l) Demande biochimique en oxygène (BOD) (mg/l) Demande chimique en oxygène (COD) (mg/l) Huiles et graisses (O & G) (mg/l) Coliformes Fécaux (FC) (#/100 mi) p H Chlore résiduel (RC) (mg/l)
259-11700
101-4695
137-2616
304-7839
-1210 0-104
,7-11,2
0-10 Oxygène dissous (DO) (mg/l) Les solides totaux (TS) représentent la somme des solides totaux en suspension (TSS) et des solides totaux dissous Les solides totaux forment le résidu qui restera après évaporation La demande biochimique en oxygène (BOD) représente la quantité d'oxygène dissous requise pendant la stabilisation de la matière organique décomposable par action biochimique aérobie dans l'eau La demande chimique en oxygène (COD) est une mesure de la quantité
des composants oxydables présents dans l'eau.
Le traitement des eaux grises selon la présente invention implique la
séparation successive des plus petites particules du courant des eaux grises.
Tandis que l'assemblage de microfiltration dynamique et l'assemblage d'ultrafiltration en tandem éliminent efficacement les particules en suspension
-11600
0-90 0-15
6,5-8,5
0.0002
des eaux grises, il sera usuellement souhaitable de prétraiter les eaux grises
avant microfiltration dynamique et de post-traiter l'effluent après ultrafiltration.
Le mode de réalisation préféré de la présente invention comporte ces pré post-
traitements. La présente invention traite de préférence les eaux grises de manière que les eaux grises traitées aient moins d'environ 30-11600 mg/l de solides totaux, moins d'environ 30 mg/l de solides totaux en suspension, moins d'environ 30 mg/l de BOD, moins d'environ 90 mg/l de COD, moins d'environ 15 mg/l d'huiles et graisses, moins d'environ 14 coliformes fécaux/100 ml, moins d'environ 0,0002 mg/l de chlore résiduel et plus d'environ 5 mg/l d'oxygène dissous Les eaux grises traitées ont également de préférence un p H compris
entre 6,5 et environ 8,5.
La présente invention sera mieux comprise en se référant au dessin joint o l'on peut voir que les eaux grises des diverses sources à bord d'un bateau sont dirigées vers l'entrée 10 d'un réservoir de maintien 11 Le réservoir de maintien 11 est dimensionné pour recueillir et contenir un volume équivalent à l'écoulement de pointe pendant une certaine période raisonnable de temps, par exemple environ 1 heure à plusieurs heures, pour garantir que le système de traitement ne sera pas surchargé pendant les moments de production excessive d'eaux grises (bien que le volume du réservoir de maintien puisse être plus petit ou plus grand selon la production spécifique d'eaux grises et la capacité du système de traitement) La sortie 12 du réservoir de maintien est à une courte distance, par exemple à quelques centimètres, au-dessus du fond du réservoir de maintien 11 pour permettre aux morceaux de grande densité qui sont entrainés dans les eaux grises de se déposer au fond du réservoir de maintien 11 Le fond du réservoir de maintien 11 a un couvercle amovible d'accès pour faciliter l'élimination périodique occasionnelle des contaminants de grande densité Le réservoir de maintien 11 permet également un certain équilibrage des eaux grises qui arrivent Le volume et la concentration en contaminants dans les eaux grises varieront pendant la journée et, par conséquent, le traitement subséquent offrira des résultats plus constants tandis que la moyenne sera faite des variations de débit et des concentrations ou bien que l'on équilibrera grâce au réservoir de maintien Cet équilibrage aura un effet particulier sur les excursions
possibles de BOD, du p H et autres paramètres de sortie.
La sortie 12 du réservoir de maintien 11 est connectée par un trajet de fluide 13 à une pompe de macération 14 La pompe de macération 14 attire les eaux grises hors du réservoir 11, réduit les matières solides en plus petites particules et fournit la pression pour forcer les eaux grises à travers le reste du système de traitement La pompe de macération 14 peut être placée en dehors du réservoir de maintien 11 (comme cela est représenté) ou dans le réservoir 11 (cela n'est pas représenté) La pompe 14 de macération est pourvue d'un écran d'entrée intégral Cette entrée de pompe est placée dans le réservoir de maintien, permettant aux débris recueillis sur l'écran d'être contre- lavés selon la nécessité
dans le fond du réservoir de maintien 11 pour une élimination subséquente.
L'écran d'entrée est de préférence dimensionné pour réduire la fréquence du nettoyage tout en éliminant toutes les matières particulaires d'une grandeur
suffisante qui, autrement, surchargeraient la pompe de macération.
La pompe de macération 14 est connectée par un trajet de fluide 15 à un tamis en duplex 16 Le tamis 16 élimine les plus grandes particules, par exemple celles ayant plus d'environ 90 gim à environ 500 gm de diamètre, de préférence celles ayant plus d'environ 84 pm de diamètre, des eaux grises à la sortie de la pompe de macération 14 afin de protéger l'assemblage de microfiltration dynamique 22 qui se trouve en aval Le tamis en duplex est de préférence dimensionné pour réduire la fréquence du bouchage tout en éliminant autant de matières particulaires que possible, en particulier les matières particulaires qui interrompraient le fonctionnement satisfaisant de l'assemblage de microfiltration dynamique Pour permettre un fonctionnement continu, un tamis de commutation en duplex est utilisé de manière que lorsqu'un tamis se trouve bouché, il soit mis hors circuit et que l'écoulement passe à l'autre tamis Le tamis hors circuit est contre-lavé avec un relativement petit volume d'eaux grises filtrées pour nettoyer le tamis pour un usage ultérieur Cet effluent passe par le trajet de fluide 17 vers un réservoir 18 du concentré pour une évacuation ultérieure Le contre-lavage peut être accompli par tout moyen approprié, par exemple automatiquement par l'utilisation d'eaux propres ou d'air pulsé, pour
ainsi éliminer l'intervention de l'opérateur dans ce procédé.
L'eau tamisée du tamis en duplex 16 passe par le trajet de fluide 19 jusqu'à un point o des produits chimiques peuvent être introduits dans les eaux grises par des systèmes 20 d'alimentation en produits chimiques De préférence, on emploie deux systèmes 20 d'alimentation en produits chimiques Le premier système d'alimentation en produits chimiques est pour l'alimentation acide afin de neutraliser les eaux grises et le second système d'alimentation en produits chimiques est prévu pour injecter un coagulant dans les eaux grises afin d'améliorer l'efficacité de séparation de l'assemblage de microfiltration dynamique 22 Chaque système d'alimentation en produits chimiques comprend une pompe à piston et un contrôleur électronique Des capteurs installés en aval envoient des signaux aux contrôleurs électroniques pour réguler automatiquement le taux d'alimentation en produits chimiques Les pompes d'alimentation en produits chimiques peuvent être directement connectées aux conteneurs de stockage ou bien aux bonbonnes contenant l'alimentation acide et le coagulant par tout moyen approprié, par exemple des tuyaux flexibles d'aspiration. Après le point auquel les systèmes d'alimentation en produits chimiques peuvent injecter des produits chimiques appropriés dans le trajet de fluide 19, les eaux grises passent par le trajet de fluide 21 vers l'assemblage de microfiltration dynamique 22 L'assemblage 22 est conçu pour concentrer et éliminer, des eaux grises, les particules pouvant affecter de manière néfaste une ultrafiltration subséquente L'assemblage de microfiltration dynamique 22 élimine de préférence les particules ayant des diamètres effectifs au- delà d'environ 1 lm afin de présenter une distribution granulométrique d'un diamètre moyen en masse très petit, bien qu'avec de fortes concentrations en particules,
àun assemblage d'ultrafiltration 25 situé en aval.
A ce niveau de la microfiltration dans un système efficace et pratique de traitement des eaux grises à bord d'un bateau, on a trouvé qu'une filtration efficace ne pouvait être accomplie que par l'utilisation d'une microfiltration dynamique Plus particulièrement, les grandeurs effectives des pores des milieux de filtrage sont si petites et l'aire effective des milieux de filtrage est si limitée que le bouchage des pores des milieux de filtrage et la formation de couches de pain à proximité de la surface des milieux de filtrage se présentent comme des problèmes avec l'utilisation d'éléments formant filtre du type
barrière ordinaire.
Pour le traitement des eaux grises, une filtration par barrière avec un seul passage n'est pas aussi satisfaisante qu'une microfiltration dynamique parce que les volumes et les concentrations des contaminants sont trop élevés pour
l'usage efficace des filtres à un seul passage, un système efficace de contre-
rinçage sera trop grand et une pré-enduction (qui est nécessaire pour maintenir les contaminants compressibles ou collants au loin du milieu de filtrage) nécessite l'introduction de produits chimiques additionnels qu'il faut éventuellement évacuer avec les déchets concentrés De même, une filtration par écoulement croisé n'est pas aussi satisfaisante qu'une microfiltration dynamique parce que la vitesse d'écoulement croisé est bien plus importante que la vitesse de perméation et que le milieu de filtrage est ainsi soumis à un encrassement
progressif, procédant typiquement à partir de l'extrémité d'entrée.
La microfiltration dynamique est une extension du concept de filtration en écoulement croisé Le principe de fonctionnement consiste à maintenir un milieu de filtrage exempt de bouchage ou d'encrassement en repoussant les matières particulaires de l'élément du filtre et en interrompant la formation des couches de pain à proximité du milieu de filtrage Ces résultats sont atteints en déplaçant le milieu de filtrage suffisamment rapidement relativement au courant de fluide pour produire des taux élevés de cisaillement ainsi que des forces
importantes de levée des particules Ainsi, le cisaillement à l'interface fluide-
milieu de filtrage est presque indépendamment de toute vitesse du fluide en
écoulement croisé.
La microfiltration dynamique offre un certain nombre d'avantages de performance dans le contexte de la présente invention On peut produire des taux très élevés de cisaillement dans l'assemblage 22 de microfiltration dynamique, ce qui permet une meilleure levée pour repousser les petites particules et/ou permettre des débits élevés du perméat On a observé que les augmentations du flux du perméat étaient à peu près linéaires avec l'augmentation du taux de cisaillement dans certains systèmes Cela signifie que l'aire requise du filtre peut être dramatiquement réduite par rapport à d'autres moyens de filtration Comme le cisaillement peut être délivré uniformément à travers le système, des flux uniformément élevés peuvent être obtenus et maintenus à travers le système, donc cela élimine un encrassement progressif et on peut obtenir des durées étendues de filtration Par ailleurs, de fortes concentrations des matières particulaires agglomérées peuvent être obtenues
pour l'élimination du fluide traité en utilisant la microfiltration dynamique.
L'assemblage 22 de microfiltration dynamique à l'aptitude de traiter une grande étendue de contaminants, pour obtenir une concentration élevée de manière appréciable des solides retenus, de fonctionner continuellement sur de longues périodes de temps sans nécessiter d'auxiliaires de filtrage et/ou de contre-rinçage et de permettre d'obtenir une performance uniformément élevée du filtre pour minimiser la grandeur totale du système L'assemblage de microfiltration dynamique 22 peut être de toute configuration appropriée et il comprendra, typiquement, un logement qui contient une unité de filtre comprenant un ou plusieurs éléments de filtre et une unité rotative comprenant un ou plusieurs organes Les éléments de filtre de l'unité et les organes de l'unité rotative peuvent avoir toute configuration appropriée L'assemblage de microfiltration dynamique préféré 22 comprend un agencement de disques rotatifs coaxiaux et empilés dans un logement de disques intermédiaires formant filtres, les disques empilés et les disques formant filtres étant capables de tourner les uns relativement aux autres Tandis que les disques rotatifs tournent, les eaux grises sont pompées dans le logement par une entrée appropriée et les eaux grises passent à travers les espaces entre les disques rotatifs et les disques formant filtres Une partie des eaux grises, c'est-à-dire le perméat ou le filtrat, passe à travers les disques formant filtre pour sortir par l'assemblage de microfiltration dynamique 22 pour un plus ample traitement tandis que le restant des eaux grises, c'est-à-dire le concentré ou rétentat, passe finalement vers le réservoir 18 du concentré ou autre réservoir de concentré pour un rejet éventuel. La rotation relative des disques rotatifs par rapport aux disques formant filtres force les eaux grises dans les espaces entre les disques rotatifs et les disques formant filtres à balayer la surface des disques formant filtres On empêche ainsi les débris de s'accumuler à la surface des disques formant filtres et on minimise un encrassement ou un bouchage des disques, ce qui étend la
durée de vie utile des disques.
Tandis que tous les milieux appropriés de filtrage peuvent être utilisés, les milieux de filtrage sont de préférence choisis de manière que l'assemblage de microfiltration dynamique ait des pores nominaux efficaces d'environ
0,02-20 glm et mieux d'environ 0,04-10 jim et encore mieux d'environ 1-5 pgm.
Les meilleurs taux de filtration seront obtenus à de forts taux de cisaillement et comme la dégradation par cisaillement du concentré ne pose pas de problème dans le traitement des eaux grises, on préfère un cisaillement maximum dans les
limites pratiques de l'équipement.
L'assemblage de microfiltration dynamique peut être tout dispositif approprié Des assemblages appropriés pour la microfiltration dynamique comprennent BDF-LAB de Pall, le filtre rotatif CROT de ASEA Brown Bovery et les dispositifs de microfiltration décrits par Murkes dans "Fundamentals of
Crossflow Filtration," Separation and Purification Methods, 19 ( 1), 1- 29 ( 1990).
L'assemblage de microfiltration dynamique 22 est connecté par un trajet de fluide 23 à un réservoir 18 du concentré Les contaminants concentrés de
l'assemblage 22 sont périodiquement évacués dans le réservoir 18 du concentré.
Tout moyen approprié de contre-réaction peut être employé pour contrôler l'assemblage de microfiltration dynamique 22 Il est préférable demployer des contrôles par contre-réaction en connexion avec le mécanisme du moteur de l'assemblage de microfiltration dynamique 22 afin de capter les augmentations nécessaires de couple, requise en association avec l'augmentation de la viscosité des contaminants concentrés et d'actionner les vannes de contrôle pour évacuer
automatiquement les contaminants concentrés dans le réservoir 18 du concentré.
Dans le traitement des eaux grises, l'assemblage de microfiltration dynamique éliminera une grande partie de la charge particulaire Plus particulièrement, l'assemblage de microfiltration dynamique éliminera la grande majorité des solides totaux en suspension et réduira la portion de BOD et COD en
association avec les matières particulaires.
Le filtrat de l'assemblage de microfiltration dynamique 22 passe par un trajet de fluide 24 vers l'assemblage d'ultrafiltration 25 a L'assemblage 25 élimine les molécules non souhaitables ainsi que les agglomérats, par exemple,
ceux ayant des poids moléculaires compris entre environ 500 et 30 000 Daltons.
Le procédé d'ultrafiltration comprend généralement un procédé de filtration en écoulement croisé à l'intérieur d'une membrane en fibres creuses De nombreuses fibres creuses sont typiquement mises en faisceau dans un logement, pour offrir généralement environ 100 fois plus d'aire superficielle de filtre par volume unitaire qu'avec des systèmes traditionnels de filtration La plupart des membranes d'ultrafiltration sont des structure polymériques poreuses et asymétriques, qui sont produites par inversion de phase, c'est-à-dire la gélification ou précipitation d'un polymère d'une phase soluble Les polymères traditionnellement utilisés comprennent l'acétate de cellulose, des polyamides, des polysulfones, des poly(chlorure de vinyl-coacrylonitrile)s, et du poly(chlorure de vinylidène) Tandis que tous les milieux appropriés de filtrage peuvent être utilisés dans l'assemblage d'ultrafiltration, celui-ci aura typiquement une coupure de poids moléculaire d'environ 500 Daltons jusqu'à environ 30 000 Daltons et mieux d'environ 500 Daltons à environ 10 000 Daltons L'assemblage d'ultrafiltration a de préférence une coupure de poids moléculaire d'environ 3 000 Daltons ou moins, et mieux d'environ 1 000 Daltons ou moins et encore mieux d'environ 500 Daltons jusqu'à environ 1 000 Daltons. L'écoulement des eaux grises partiellement filtrées provenant de l'assemblage de microfiltration dynamique 22 est divisé par l'assemblage d'ultrafiltration 25 en un courant d'eau propre et un volume plus faible du concentré Le concentré peut être recyclé pour une plus ample concentration (cela n'est pas représenté) et/ou peut passer par le trajet de fluide 26 dans le
réservoir 18 du concentré ou un autre réservoir de concentré pour être rejeté.
il Comme le procédé d'ultrafiltration est amélioré par les vitesses supérieures du fluide, qui ont tendance à réduire le taux d'encrassement du milieu de filtrage, il est préférable que l'assemblage d'ultrafiltration 25 emploie une pompe de recirculation pour prendre l'aspiration de l'extrémité de sortie de l'assemblage d'ultrafiltration 25 et l'évacuer dans l'extrémité d'entrée de l'assemblage 25 de la cartouche d'ultrafiltration On préfère des taux de recirculation compris entre une et dix fois le débit de sortie, avec des débits plus élevés de recirculation préférés dans le traitement des fluides fortement contaminés Deux ultrafiltres ou plus sont de préférence assemblés dans un système multiplex pour permettre
le passage à un ultrafiltre frais lorsque l'autre se trouve encrassé.
Dans le traitement des eaux grises, l'assemblage d'ultrafiltration 25 élimine de nombreux assez petits composés organiques, en particulier ceux liés dans les micelles de savon, ce qui a pour effet de réduire BOD et d'abaisser le p H par le fait qu'un p H élevé est dû aux solutions de savon L'assemblage d'ultrafiltration 25 aura également pour effet d'éliminer presque complètement
les solides en suspension et les coliformes fécaux.
Tout assemblage approprié d'ultrafiltration peut être utilisé Des assemblages appropriés d'ultrafiltration comprennent les cartouches d'ultrafiltration Asahi VIP-3017, Amicon PM 10/2000, Amicon H 53 P 3-20, et
Supelco Harp TM HF 1 8-20-PM 2.
Le filtrat de l'assemblage d'ultrafiltration 25 peut être essentiellement de l'eau stérilisée selon la nature précise et la quantité des contaminants des eaux grises ainsi que les pores nominaux particuliers des assemblages de microfiltration dynamique et d'ultrafiltration L'assemblage de microfiltration dynamique 22 peut éliminer les bactéries, les levures, les champignons et analogues, des eaux grises tandis que l'assemblage d'ultrafiltration peut réduire, sinon éliminer, les endotoxines des eaux grises Tandis que le filtrat de l'assemblage d'ultrafiltration 25 ne doit pas nécessairement subir un plus ample traitement, il est de plus encore traité pour réduire et de préférence éliminer tous
les micro-organismes, virus et composés organiques résiduels.
Le filtrat de l'assemblage d'ultrafiltration 25 passe de préférence par letrajet de fluide 27 jusqu'au système d'ozonisation 28 Le système d'ozonisation 28 produit de l'ozone pour polir les eaux grises filtrées L'ozone est capable de stériliser les eaux grises et d'oxyder de nombreux composés organiques L'ozone tue les micro-organismes et les virus qui s'échappent des filtres en amont Une telle action sanitaire peut typiquement être effectuée avec une concentration en ozone d'au moins environ 0,5 mg/l, de préférence d'au moins environ 1 mg/l, dans l'eau L'ozone ne produit aucun effet secondaire néfaste et disparaît
rapidement de l'eau traitée L'ozone peut être fourni par tout moyen approprié.
Le système d'ozonisation 28 comprend de préférence un séchoir d'air à adsorption à oscillation de pression 29, un générateur d'ozone 30, un contacteur d'ozone 31, une lampe UV et un contacteur d'ozone 32, et un lit d'adsorption 33. Le générateur d'ozone 30 peut être tout dispositif approprié, par exemple un dispositif conventionnel qui produit de l'ozone par accélération d'électrons entre deux électrodes L'alimentation du générateur d'ozone 30 est soit de l'air filtré sec ou de l'oxygène Une alimentation en oxygène produit plus d'ozone et a une plus forte concentration Les concentrations sont typiquement comprises entre 1 et 8 % en poids, 2 % en poids étant typiques pour une alimentation en air et 3 %
en poids étant typiques pour une alimentation en oxygène.
Dans le cas d'une alimentation en air, l'air comprimé est séché par un séchoir à air à adsorption à oscillation de pression à lit double 29 Avec les filtres appropriés, cette unité donne de l'air de la qualité requise en traitant l'air, de préférence de l'air comprimé, qui passe par l'entrée 34 jusqu'au séchoir à air à adsorption à oscillation de pression 29 Dans le cas d'une alimentation en oxygène, l'oxygène dans l'air comprimé est concentré par un adsorbeur à balayage à purge Un tel système est similaire à celui pour le séchoir à air 29 à l'exception des détails de l'adsorbant et du cycle L'utilisation d'un système d'alimentation en oxygène nécessite beaucoup plus d'air et une plus grande adsorption et, par conséquent, on préfère un système d'alimentation en air Le séchoir à air à adsorption à oscillation de pression 29 est utilisé pour purifier et sécher de l'air jusqu'à un point de rosée tel qu'un point de rosée de -570 C, de manière que le générateur d'ozone reçoive de l'air filtré et très sec pour bien fonctionner et produire de fortes concentrations d'ozone pendant de longues
périodes de temps.
Le contacteur d'ozone 31 laisse le temps de contact pour la réaction du résidu organique dans les eaux grises filtrées avec l'ozone produit par le générateur d'ozone 30 L'ozone est produit en phase gazeuse et il faut le dissoudre dans les eaux grises filtrées On dispose de nombreuses méthodes de transfert et de contact pour accomplir la dissolution de l'ozone dans les eaux grises Par exemple, on peut faire barboter l'ozone à travers une colonne d'eaux grises avec ou sans matériau de garnissage L'ozone peut également être injecté dans un tube transportant les eaux grises Le transfert de l'ozone dans les eaux
grises est amélioré par l'utilisation d'un mélangeur en ligne sans mouvement.
Le système de traitement des eaux grises comporte également de préférence un second contacteur d'ozone avec une source de lumière UV 32 La lumière ultraviolette, en particulier à 254 nim, produira des radicaux hydroxyles dans l'eau ozonisée, lesquels radicaux agiront avec l'ozone pour oxyder la plus grande partie des composés organiques Le second contacteur d'ozone avec source de lumière UV 32 garantit que toute oxydation souhaitable ou nécessaire
par l'ozone dans les eaux grises est complète.
L'ozone résiduel peut être laissé pour se décomposer naturellement en oxygène car sa demi-vie est d'environ 20 minutes dans l'eau à 21 'C La décomposition de l'ozone peut être accélérée en chauffant Une autre méthode, qui présente d'autres bénéfices, comme on l'a décrit ci-dessus, est l'utilisation d'une irradiation par une lumière UV Un lit d'adsorption 33 peut également être utilisé pour éliminer l'ozone La surface offre un site pour la décomposition de l'ozone et permet également d'éliminer toutes les toxines restantes et les ions métalliques dissous dans les eaux grises traitées Un adsorbant mélangé offre la plus grande protection Un analyseur d'ozone peut être utilisé pour analyser les eaux grises traitées ou bien les gaz d'évents afin de vérifier l'élimination complète de l'ozone de l'eau Les eaux grises traitées partent alors du système de
traitement par la sortie 35.
Le réservoir 18 du concentré est conçu pour contenir la boue du tamis en duplex 16, de l'assemblage de microfiltration dynamique 22 et de l'assemblage de la cartouche d'ultrafiltration et de préférence également de la pompe de macération 14 pour rejet en un point ultérieur et pratique dans le temps Par exemple, le concentré peut être pompé vers l'extérieur quand le bateau est à quai, si l'on dispose d'installations sur la rive ou bien d'installations sur barge ou
bien en mer en dehors des eaux restreintes.
Les eaux grises traitées peuvent être encore traitées, recyclées et/ou évacuées selon ce qui est approprié Le système de traitement est de préférence conçu pour purifier les eaux grises au point qu'on puisse les évacuer dans des
eaux de réception autrement restreintes.
L'efficacité du système de traitement est telle qu'il ne prend pas plus d'environ 6 m de long x 3 m de large x 3 m de haut, tout en étant encore capable de traiter jusqu'à 16 litres d'eaux grises par minute, à bord du bateau, avec un
entretien minimum.
Les exemples suivants illustreront mieux la présente invention, et en particulier les utilisations de la microfiltration dynamique et de l'ultrafiltration pour traiter des fluides Ces exemples ne doivent bien entendu pas être
considérés comme limitant l'invention.
EXEMPLE I
Deux ballons de 208 litres d'eaux grises ont été prélevés au David Taylor Research Center à l'Académie Navale voisine On pensait que les eaux grises provenaient à 45 % des douches et des cuves de lavage, à 33 % des cuves et des lavoirs de cuisine et à 22 % de la blanchisserie Les tests ont été terminés
dans les 72 heures à partir du moment o l'échantillon a été prélevé.
L'échantillon, tel que reçu, n'a pas semblé contenir de grandes particules.
On a prélevé 208 litres des eaux grises à travers un écran en maille en acier inoxydable de 24 x 24 0,014 x 0,014 On a utilisé pour réduire encore la taille des grandes particules, une installation de poubelles domestiques On a filtré
environ 56 litres de l'eau déjà filtrée en utilisant un microfiltre dynamique BDF-
LAB (Pall Corporation) L'élément de filtre était un cylindre équilibré Pall 5050-3 PSS qualité H, en acier inoxydable poreux, série S, avec une grandeur
nominale absolue de 5 gim.
On a concentré la moitié de l'écoulement de sortie et la moitié de l'écoulement de sortie était formée du filtrat Le filtre a été mis en marche en utilisant de l'eau claire pour établir les paramètres de fonctionnement L'entrée a été alors commutée pour les eaux grises et les paramètres de fonctionnement ont été ajustés selon ce qui est approprié Les débits ont été maintenus constants pendant tout le test en augmentant légèrement la pression de fonctionnement pendant le cours du test Bien que le filtre ne soit testé que pendant un court temps il était évident que le filtre ne s'est pas encrassé aussi rapidement qu'un filtre standard Le turbidité apparente dans le filtrat était considérablement plus faible que celle de l'influent, tandis que la turbidité du concentré était plus importante que celle de l'influent Les débits du perméat et les pressions des
anneaux à 10 et 30 minutes dans le test sont donnés ci-dessous.
Temps Ecoulement filtrat Pression anneau) (mn) ( 1/mn) (bar)
0,34 0,46
0,416 0,52
On a ozonisé environ 7,5 litres du filtrat pendant 200 minutes L'appareil d'ozonisation employait une boucle de recirculation avec 9,1 mètres d'un tube de cuivre Un générateur d'ozone Clean Air Corporation, produisant 8 g/h d'ozone, a été utilisé pour fournir l'ozone Un aspirateur a été utilisé pour introduire l'ozone La turbulence à 1,8 2,4 m/mn a produit le contact et le
mélange de l'air ozonisé et de l'eau.
Les caractéristiques des eaux grises en divers stades du traitement sont
données ci-dessous.
TS (mg/1) TSS (mg/1) BOD (mg/l) COD (mg/ O&G (mg/i FC
(#/100
ml) p H RC (mg/l) tamisé filtré ozone ( 1 mn) ozone ( 3 mn) ozone ( 10 mn) ozone ( 30 mn) ozone ( 100 mn) ozone ( 200 mn)
120 100 130
560 490 450 460
< 1 < I ,3 ,3 < 0,1 < 0,1 Tandis que l'on n'a pas mesuré les solides totaux en suspension (TSS) après filtration, on pense que la microfiltration dynamique était uniquement responsable de la réduction de TSS de 26 mg/l à 6 mg/l L'augmentation de BOD de l'eau filtrée par ozonisation a été considérée comme étant le résultat de l'ozonisation qui convertissait la matière non biodégradable en matière biodégradable Au bout de 200 minutes d'ozonisation, l'eau est restée mousseuse, indiquant que les savons n'étaient pas supprimés Le p H est resté
non affecté par la microfiltration dynamique et l'ozonisation.
Il est clair, de ce test, que l'ozone est efficace pour réduire COD des eaux grises Bien que l'on n'ait appliqué qu'une petite quantité d'ozone, il y avait une réduction appréciable de COD On a ajouté l'ozone à une concentration de 72 ppm pendant 200 minutes Pendant ce temps, des échantillons ont été prélevés du réservoir, réduisant le volume total des eaux grises et en augmentant la concentration d'ozone avec chaque nouvelle période de temps A la fin de ce temps, la concentration en ozone aurait été réduite de 43 mg/l si il n'y avait pas eu consommation d'ozone par la réaction Si la totalité de l'ozone appliqué avait réagi avec les composés de COD, COD aurait été réduite de 43 mg/l Cependant,
le niveau de COD a été réduit de 490 mg/l à 360 mg/l, diminution de 130 mg/l.
Cette diminution est trois fois plus importante que la réduction de COD pouvait
être attribuée à l'action de l'ozone seul.
L'ozone a été transféré à l'eau par un courant d'air Celui-ci représentait environ 3 000 fois plus d'oxygène que l'ozone dans l'air L'oxygène serait efficace pour oxyder les composés qui s'oxydent facilement et l'air s'écoulant à travers l'eau pourrait également extraire les composés organiques volatils Ces mécanismes peuvent être pris en compte pour l'efficacité ajoutée du procédé d'ozonisation. Bien que l'ozone se soit révélé efficace pour réduire COD et peut être BOD, la quantité d'ozone nécessaire pour réduire COD et BOD à des niveaux acceptables après une microfiltration dynamique seule serait excessive Tandis que ce test a démontré la possibilité d'une microfiltration dynamique et d'une ozonisation dans le traitement des eaux grises, ce test a également démontré la
nécessité d'une plus ample filtration en plus de la microfiltration dynamique.
EXEMPLE 2
Un ballon de 208 litres d'eaux grises a été prélevé du David Taylor Reserarch Center et filtré à travers une série de filtres caractérisés par une grandeur décroissante des pores Le premier filtre était un écran en mailles tricotés simulant un tamis duplex Les deuxième et troisième filtres ont simulé la filtration de l'assemblage de microfiltration dynamique Le deuxième filtre était un filtre absolu Ultipor GF de 3 gim (Pa Il Corportion), tandis que le troisième filtre était un Filtre Sanitaire avec une membrane en nylon et une norme absolue de 0,04 jim (Pa Il Corporation) Le quatrième filtre était un Ultrafiltre modèle VIP-3017 (Asahi) avec un poids moléculaire de coupure de 6
000 Daltons et simulait l'assemblage d'ultrafiltration.
L'ultrafiltre a été rincé avec de l'eau désionisée absolue à 3 pmn pendant environ 20 heures puis drainé avant de tester Le tambour des eaux grises a été mis sous pression à environ 0,35 bar avec de l'air, ce qui a forcé les eaux grises à travers les filtres à un débit total de moins de 1,9 F/m Le débit du concentré de l'ultrafiltre représentait à peu près un quart de celui du filtrat (eau purifiée) Des échantillons du filtrat ont été prélevés en trois emplacements différents sur le système de test: (i) en aval du filtre formant écran, (ii) en aval des deux filtres simulant la microfiltration dynamique, et (iii) à partir de l'ultrafiltre On a laissé le filtrat s'écouler des deux premiers robinets d'échantillon pendant 30 secondes avant que les échantillons ne soient prélevés puis l'ultrafiltre a été rincé avec le
fluide de traitement pendant 10 minutes avant de recueillir les échantillons.
Le système de filtration a définitivement amélioré la clarté des eaux grises et l'odeur et la formation de mousse des eaux grises ont également été réduites Le débit a graduellement baissé à travers le test tandis qu'une pression constante était maintenue dans le tambour L'examen du système indiquait que
le deuxième ou troisième filtre ou bien les deux se trouvaient bouchés.
L'utilisation d'un assemblage de microfiltration dynamique réel empêchera ce bouchage L'examen du concentré dans le logement du deuxième filtre a révélé qu'il était bien plus foncé que dans les eaux grises d'origine Les résultats de test
sont donnés ci-dessous.
tamisé microfiltré ultrafiltré TS (mg/l) 1100 980 580 TSS (mg/1) 26 2 1 BOD (mg/1) 220 74 47 COD (mg/1) 540 210 120 O&G(mg/l) 110 9 1 FC (#/100 ml) 19 < 1 < 1 p H 10,1 10,1 9,9 Les résultats de test indiquent que la combinaison de la microfiltration dynamique et de l'ultrafiltration peut répondre aux conditions nécessaires pour les solides totaux en suspension et les coliformes fécaux, tandis que l'addition de l'alimentation acide peut être requise pour corriger la condition fortement alcaline L'utilisation d'un coagulant en amont améliorera l'effet de filtration obtenu par la microfiltration dynamique Les résultats de test indiquent également que l'ozone et l'irradiation par une lumière ultraviolette seront utiles
pour mieux réduire le niveau de BOD.

Claims (27)

REVENDICATIONS
1 Procédé de traitement d'eaux résiduaires contenant des matières particulaires caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer les eaux résiduaires dans un assemblage de microfiltration dynamique pour former un premier courant d'un concentré et un courant d'un filtrat puis à faire passer ledit courant du filtrat dans un assemblage d'ultrafiltration pour former un second courant du
concentré et un courant d'eau purifiée.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'assemblage de microfiltration dynamique a une grandeur nominale effective des pores
d'environ 0,02 p m à environ 20 gni.
3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'assemblage d'ultrafiltration a une coupure de poids moléculaire d'environ 500 Daltons à
environ 30 000 Daltons.
4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'assemblage de microfiltration dynamique a une grandeur nominale effective des pores denviron 0,02 plm à environ 10 Mln et l'assemblage d'ultrafiltration a une
coupure de poids moléculaire d'environ 500 Daltons à environ 10 000 Daltons.
Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les eaux résiduaires passent à travers un tamis avant passage desdites eaux résiduaires à
travers l'assemblage de microfiltration dynamique.
6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tamis est efficace pour éliminer des particules de plus d'environ 90 pm à environ 500 pm
de diamètre.
7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les eaux résiduaires tamisées sont mises en contact avec un composé choisi dans le groupe consistant en acides, coagulants et leurs mélanges, avant passage vers
l'assemblage de microfiltration dynamique.
8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le courant
d'eau purifiée est mis en contact avec de l'ozone.
9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la concentration en ozone dans le courant d'eau purifiée est d'au moins environ
0,5 mg/l.
Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le courant
d'eau purifiée est soumis à une irradiation d'une lumière ultraviolette.
11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le courant
d'eau purifiée passe à travers un lit d'adsorption.
12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les premier
et second courants de concentré passent vers un réservoir du concentré.
13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les eaux résiduaires passent dans un réservoir de maintien puis sont pompées dudit
réservoir de maintien vers le tamis précité.
14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le réservoir de maintien permet aux morceaux de grande densité, qui sont entraiîés dans les
eaux résiduaires, de se décanter au fond dudit réservoir de maintien.
Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les eaux résiduaires pompées du réservoir de maintien sont soumises à une action qui
réduit la grandeur des matières particulaires dans lesdites eaux résiduaires.
16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont tamisées avant d'être soumises à une action qui réduit la
grandeur des matières particulaires dans lesdites eaux résiduaires.
17 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les eaux
résiduaires sont des eaux grises.
18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les eaux grises traitées ont moins d'environ 30-11600 mg/l de solides totaux, moins d'environ 30 mg/l de solides totaux en suspension, moins d'environ 30 mg/l de BOD, moins d'environ 90 mg/l de COD, moins d'environ 15 mg/l d'huiles et de graisses, moins d'environ 14 coliformes fécaux/100 ml, moins d'environ
0,0002 mg/l de chlore résiduel et plus d'environ 5 mg/l d&oxygène dissous.
19 Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que les eaux
grises traitées ont un p H compris entre environ 6,5 et environ 8,5.
Appareil pour le traitement d'eaux résiduaires contenant des matières particulaires, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un réservoir de maintien ( 11) ayant une entrée et une sortie; (b) une pompe ( 14) pouvant attirer lesdites eaux résiduaires dudit réservoir de maintien; (c) un assemblage de microfiltration dynamique ( 22) pouvant diviser les eaux résiduaires tirées dudit réservoir de maintien en un concentré et un perméat microfiltré; et (d) un assemblage d'ultrafiltration ( 25) capable de diviser ledit perméat
microfiltré en un concentré et un perméat ultrafiltré.
21 Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'assemblage de microfiltration dynamique précité ( 22) a une grandeur nominale
effective des pores d'environ 0,02 pm à environ 20 gm.
22 Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'assemblage d'ultrafiltration ( 25) précité a une coupure de poids moléculaire
d'environ 500 Daltons à environ 30 000 Daltons.
23 Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'assemblage de microfiltration dynamique ( 22) précité a une grandeur nominale effective des pores d'environ 0,02 nm à environ 10 Mm et l'assemblage d'ultrafiltration a une coupure de poids moléculaire d'environ 500 Daltons à
environ 10 000 Daltons.
24 Appareil selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un tamis ( 16) pour tamiser les particules qui affecteraient de manière néfaste la microfiltration desdites eaux résiduaires, avant la microfiltration
dynamique.
Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce que le tamis ( 16) est efficace pour éliminer des particules de plus d'environ 90 plm à environ
500 gm de diamètre.
26 Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un système d'alimentation en produits chimiques ( 20) permettant de mettre les eaux résiduaires en contact avec un composé choisi dans le groupe consistant en acides, coagulants et leurs mélanges, avant microfiltration dynamique. 27 Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un contacteur d'ozone ( 31) pour mettre le perméat ultrafiltré en contact
avec de l'ozone.
28 Appareil selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une source d'irradiation de lumière ultraviolette ( 32) pour soumettre le
perméat ozonisé à une irradiation d'une lumière ultraviolette.
29 Appareil selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un lit d'adsorption ( 33) qui contacte le perméat irradié par la lumière ultraviolette. Appareil selon la revendication 29, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un réservoir du concentré ( 18) pour recevoir le concentré de
l'assemblage de microfiltration dynamique et de l'assemblage d'ultrafiltration.
31 Appareil selon la revendication 30, caractérisé en ce que la sortie du réservoir de maintien ( 11) est placée pour permettre aux morceaux de grande densité, entraînés dans les eaux résiduaires, de se décanter au fond du réservoir
de maintien.
32 Appareil selon la revendication 31, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un dispositif ( 14) qui réduit la grandeur des matières particulaires dans les eaux résiduaires avant microfiltration dynamique. 33 Appareil selon la revendication 32, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un écran ( 16) pour le passage des eaux résiduaires avant qu'elles ne soient soumises au dispositif qui réduit la grandeur des matières particulaires
dans l'eau résiduaire.
34 Appareil pour le traitement des eaux résiduaires, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un réservoir de maintien ( 11) ayant une entrée et une sortie, ladite sortie étant placée au-dessus du fond dudit réservoir de maintien pour permettre aux morceaux de grande densité, entraînés dans lesdites eaux résiduaires, de se décanter au fond dudit réservoir de maintien; (b) une pompe de macération ( 14) pouvant attirer les eaux résiduaires du réservoir de maintien et réduire les matières solides entraînées dans lesdites eaux résiduaires en plus petites particules; (c) un tamis ( 16) pouvant tamiser les particules qui affecteraient de manière néfaste la microfiltration des eaux résiduaires; (d) un système d'alimentation en produits chimiques ( 20) pour fournir, aux eaux résiduaires, des produits chimiques choisis dans le groupe consistant en acides, coagulants et leurs mélanges; (e) un assemblage de microfiltration dynamique ( 22) capable de diviser les eaux résiduaires en un concentré et un perméat microfiltré; (f) un assemblage d'ultrafiltration ( 25) capable de diviser le perméat microfiltré en un concentré et un perméat ultrafiltré; (g) un contacteur d'ozone ( 31); (h) un contacteur par irradiation de lumière ultraviolette ( 32); (i) un lit d'adsorption ( 33); et (j) un réservoir du concentré ( 18) pour recevoir le concentré de
l'assemblage de microfiltration dynamique et de l'assemblage d'ultrafiltration.
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