WO1979000640A1 - System for processing used waters by the biological process of activated sludge - Google Patents

Description

Installation de traitement des eaux us_es par le procédé biologique des boues activees.

La présente invention a pour objet une Installation de traitement des boues usées par le procédé biologique des boues activées, comprenant un bassin unique, comprenant une zone d'aération et au moins une zone de clarification communiquant entre elles et entre lesquelles s'etablit un recyclage de la Suspension de boues activées, ces zones etant separées par une paroi plongeante verticale laissant passer la Suspension par au moins une de ses extrémités pour permettre la circulation de la suspension, le bassin présentant, du côte de la zone de clarification, une partie inclinée en direction du bord inférieur de ladite paroi plongeante verticale.

Une teile Station est décrite, par exemple, dans le brevet FR 2 154 851. La paroi plongeante verticale laisse passer la Suspension de boues à ses deux extrémités comme c'est le cas generalement. Le traitement des eaux usées par le procédé des boues activées, proposé la premiere fois par Arden et Lockett en 1914, consiste essentiellement à mettre en contact l'eau à traiter avec des boues contenant des micro organismes aerobies en vue de son epuration biologique. II est bien connu que dans tout Système d'epuration biologique le recyclage des boues décantées dans la zone de clarification vers la zone d'aération est indispensable, afin de maintenir dans cette dernière la concentration minimale de boues activées nécessaire à l'elimination de la pollution contenue dans les eaux à traiter.

On a cherché par diverses methodes à ameliorer l'activite biologique, et partant le traitement des eaux usées. Le brevet FR 2 154 851 propose, par exemple, de disposer un ensemble de plaques paralleles inclinée disposées sur toute la surface de la zone de clarifica tion dans le but d'augmenter le debit de recyclage et l'oxygenation dans la zone de clarification, sans que pour autant la zone de clarification soit soumise a de perturbations de nature hydraulique. D'autres Solution consistent à augmenter la section de la zone de clarif cation ou son volume ou à modifier les formes des bassins combines, etc.

La présente invention propose d'améliorer l'epuration biologique par une voie totalement differente, qui con siste à créer une zone intermediaire, dite de filtration-floculation dans sa partie superieure et de conce tration des boues dans sa partie inférieure.

A cet effet l'installation selon l'invention est carac térisée par lé fait que le bassin comprénd en outre au moins uné zone intermédiairé de filtration-floculation limitée par ladité paroi plongéanté vérticalé et une p roi plongéanté obliqué dont l'extrémité est située audessus dé l'extrémité supériéuré dé la paroi plongeant verticale ét dont l'extrémité inférieure ést située à proximite de l'extrémité supérieure de ladite partie inclinée du bassin et une zone de concentration des boues limitée par ladite paroi plongeante verticale et ladite partie inclinée du bassin, la paroi oblique et ladite partie inclinée du bassin ayant approximativement la meme pente d'environ 60º et approximativeinent la meme hauteur, de teile sorte que le passage entre la zone de filtration-floculation et la zone de clarification est situé approximativement à mi-hauteur de la paroi plongeante verticale, et que la vitesse du courant est minimale à ce niveau, dans la zone de filtration, la largeur des passages horizontaux entre les parois etant teile que le courant d'eau et de boue qui les traversent tend à etre laminaire.

La section croissante de haut en bas de la zone de filtration-floculation a pour effet une vitesse décroissante du courant qui a pour corollaire la formation d'un amas de flocs de boues de forte concentration à l' endroit de la section la plus large, amas qui constitue un filtre naturel. La vitesse minima du courant, à cet endroit est teile que le courant d'eau laminaire traverse ce filtre naturel de flocs de boues sans le detruire. Le brassage de l'eau obtenu dans la zone d' aération provoque dans la zone de filtration-floculation, une floculation abondante permettant la constitution du filtre. Ce filtre naturel retient la plus grande partie des matieres en Suspension et ne laisse passer qu'un minimum de particules dans la zone de clarification.

La partie inférieure de la zone intermediaire, par sa section décroissante, assure au contraire une augmentation de la vitesse d'écoulement ce qui a pour effet d'entrainer vers le bas les particules de boues en Suspension qui aurait peu etre encore entraϊnées par la vi- tesse ascensionnelle dans la zone de clarification, en renouvelant de faςon continue le filtre naturel de flocs de boues. Dans la partie inférieure de cette zone de concentration on passe d'une décantation libre à une dé- cantation freinée en vue d'une meilleure concentration des boues activées mises en recirculation vers la zone d'aération afin de vacciner constamment cette zone d' aération dans laquelle les eaux usées doivent etre mises instantanement en contact avec les boues activées afin que les bacteries puissent agir sur ces boues.

La recirculation des boues concentrées au bas de la zone de concentration se fait soit, de maniere connue en soi, par un passage sous la paroi verticale, soit par une conduite aboutissant à une fosse de pompage de laquelle la Suspension de boues est pompée et ramenée à l'entrée du bassin, c'est-à-dire à l'entrée de la zone d' aération.

Dans le premier cas il est judicieux de procédér à une aération intermittente de fagon à faciliter le passage de la Suspension de boues sous la paroi verticale. II a en effet été remarqui qu'une aération continue, bien que creant un mouvement de rotation du courant dans la zone d' aération, n'a pas l'effet d'aspiration escompté sur la zone de concentration, les turbulences ayant au contraire pour effet de freiner le passage de la suspen- sion de boues.

L'aération est obtenue soit par des aerateurs de surface ou par insufflation d'air au moyen d'un compresseur au travers de filtres en ceramique poses au fond du bassin

En résumé on obtient les trois effets combines suivants: formation d'un filtre par floculation, décantation non freinée dans la zone de filtration-floculation et décantation freinée afin d'obtenir une concentration plus forte des boues mises en recirculation vers la zone d' aération, de teile sorte que la recirculation des boues se fasse rapidement. Ces trois effets combines contribuent à une meilleure oxygenation des boues en circulation s'opposant à ls effet de nitrification entralnant une flottation des particules nitrifiées lorsque l'oxygenation de ces boues est insuffisante comme c'est le cas dans les installations existantes de bassins combinés utilisant l'aération prolongeae.

Dans le brevet GB 167 504 est représenté un bassin comportant également un fond incline et une paroi plongeante oblique. II s'agit la toutefois d'une ressemblance fortuite car non seulement le but recherehe dans ce brevet est totalement different du but vise par la présente invention, mais la surface de la paroi plongeante oblique est beaueoup trop faible et la pente du fond du bassin pas assez forte pour qu'il se crée une zone de floculation et que la concentration des boues soit süffisante dans la partie inférieure. L'air est entraîné dans la zone de décantation de teile sorte que les boues ont tendance à remonter.

Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'invention.

La figure 1 représente une vue en élévation et en coupe d'une première forme d'exécution. La figure 2 en représente une vue en plan.

La figure 3 est une vue en coupe montrant les circuits des courants d'eau.

La figure 4 est une vue en coupe montrant les circuits de l'air insuffle et celui des boues.

La figure 5 est une vue en elévation et en coupe de la seconde forme d'exécution.

L'installation repràsentée aux figures 1 et 2 comprend une canalisation d'entrée 1, un deversoir d'orage 2, un dégrillage manuel 3 qui a pour fonction de retenir les objets solides tels que bois ou textiles, un puisard des pompes 4, deux pompes 5 fonctionnant alternativement et reliées à une conduite 24 debouchant sur deux lames deversantes 25 et 26, un bassin 10 en matiere plastique, mais qui peut etre egalement exécute en metal, en beton arme ou en bois spécialement traite. Dans le cas de matière plastique ou de bois, le bassin est maintenu dans le sol par un radier de beton arme 9 qui peut etre construit depassant la largeur du fond du bassin afin de bénéficier du poids de la terre de remblayage et ainsi mieux résister à la poussée hydrostatique du sous-sol. Le bassin 10 présente un fond plat et deux faces laterales 27 et 28 inclinées à environ 60 se poursuivant vers le haut par deux parois verticales 29 et 30. Le bassin 10 est divisé en plusieurs zones par deux parois verticales plongeantes 14 delimitant la zone d'aération et laissant passer la Suspension de boues à leurs extrémités superieure et inférieure, et par deux parois plongeantes obliques 12 inclinées à environ 60 , dont les extrémités superieures sont situées respectivement au-dessus des parois verticales 14 et dont les extrémités inférieures sont situées respectivement à proximite des extrémités superieures des faces inclinées 27 et 28 du bassin. La hauteur des parois inclinées 12 est respectivement approximativement egale à la hauteur des parois 27 et 28. De chaque céte du bassin la paroi 12 divise la partie latirale du bassin en deux zones 11 et 13. La zone 11 est une zone de clarification tandis que la zone 13 est une zone de décantation-floculation, dans sa moitii superieure, et de concentration des boues dans sa moitie inférieure. De la géométrie de la zone 13, il découle que le volume de la moitie superieure est environ egal au volume de la moitié inférieure située en dessous du passage 31 vers'la zone de clarification 11. Les eaux epurées sont evacuées par deux lames deversantes 8 disposées à la surface des zones de clarification 11. Une conduite 32 evacue les eaux epurées vers l'effluent de la- Station.

Au fond de la zone d'aération sont disposes des diffuseurs d'air 16 en ceramique poreuse alimentes par un compresseur 17 à travers des conduites 18. L'air s'échappe sous forme de fines bulles dans la zone d' aeration. L'air ainsi diffuse a une grande surface de contact avec les eaux usées et les boues, ce qui permet un rendement eleve du transfert de l'oxygene de l'air aux micro-organismes.

Au fond du bassin, en 19a et 19b aboutit en outre une conduite 19 reliée par l'intermédiaire d'une vanne 20 et une pompe 22 à un silo à boues 21 pour l'evacuation periodique des boues en exces au fond du bassin dans le silo à boues 21.

Le bassin est construit de fagon symetrique, mais il pourrait également etre réalisé de fagon asymétrique avec une seule paroi verticale 14 à une seule paroi oblique 11. La figure 3 illustre au moyen de fléches la circulation de l'eau dans l'installation.

Les eaux usées entrent dans la zone A qui comprend le puisard des pompes 4 oü elles sont pompées par la pompe 5 dans la conduite 24 pour se deverser par les lames déversantes 25 et 26 dans la zone d'aération D oü elles sont entrainées en un mouvement de rotation sous l'effet des bulles d'air s'échappant des diffuseurs 16. Leur régime d'écoulement est turbulent, maintenant la liqueur mixte eau-boues en Suspension homogene dans toute la zone d'aération. Par les ouvertures 15 l'eau s'écoule en partie dans les deux zones de filtration C, de haut en bas. Le debit des eaux entrant dans les zones de filtration est proportionnel à la vitesse superficielle créée par le dispositif d'aération et aux sections des passages 15. Par un choix judicieux des dimensions de ces sections et par la forme evasée de haut en bas de la section supérieure des zones de filtration, on obtient un courant approximativement laminaire- de vitesse dégressive. Cette vitesse laminaire décroissante favorise, dans la section la plus large de la zone, une floculation abondante qui a un effet filtrant sur le courant des eaux entrainées par les ouvertures 31 donnant acces aux zones de clarification B. Par son effet filtrant, l'amas de flocs de boues situé au centre des zones de filtration-floculation absorbe la plupart des boues en Suspension qui, sans cela, seraient entraînées dans les zones de clarification B. La section des zones de clarification B augmente de bas en haut et diminue ainsi la vitesse ascensionnelle des eaux, ce qui permet une bonne décantation des boues en Suspension encore entrainées dans ces zones de clarification. Les eaux épurées sont evacuées par écoulement dans la conduite 32.

La figure 4 illustre; au moyen de fléches, le mouvement de l'air et des boues.

Dans la zone d'aération D la liqueur composée de fines particules de boues et d'eaux usées est maintenue en Suspension homogene dans toute la zone d'aération et s'écoule selon un courant circulaire en régime turbulent, dirige du centre de la zone d' aération vers les parois verticales 14. Dans les passages 15 les particules de boues s'écoulent, avéc le courant des eaux, dans les zones de filtration C. La section allant en augmentant, la vitesse laminaire du courant des eaux et de boues diminue et il se forme un amas de flocs de boues dans la zone 33. Cet amas de flocs de boues fait Office de filtre naturel, absorbant la plus grande part des boues fines en Suspension.

Dans les zones de clarification B, dont la section variable augmente progressivement de bas en haut, la vitesse ascensionnelle est décroissante. Ceci empêche les boues en Suspension d'atteindre la surface des zones de clarification et favorise leur decantation sur les parois inclinées, comme indique par les fléches 34. Ces boues retournent dans la zone de filtration où elles rejoignent les boues en provenance de cette zone. Le courant d'eau descendant dans la zone C entraîne une partie du floc de boues 33, c'est-à-dire une partie des boues filtrées vers la partie inférieure 35, en provoquant une décantation freinée et une plus forte concentration des boues de recirculation. Ces boues concentrées s'ecoulent alors par les passages 51 vers la zone d'aération où elles sont reactivées en oxygéne, brisées en fines particules et remises en suspension homogene grace au mouvement turbulent provoque par le Systeme d'aération. Le filtre de flocs de boues se renouvelle ainsi de fagon continue.

Pour faciliter le passage des flocs de boues à travers les passages 51, il est judicieux de faire fonctionner le Systeme d'aération de fagon intermittente.

L'installation selon la seconde forme d'exécution représentée à la figure 7 comprend un bassin 36 de meme forme que le bassin de la premiere forme d'exécution divise de maniere identique par deux parois verticales 37 et deux parois obliques 38 en zones d'aération D, de filtration-floculation C et de clarification B. Ce bassin différe de l'exécution précedente en ce que les parois verticales 37 sont reliées aux extrémités inferieures des parois extérieures obliques 39 du bassin, l'angle aigu ainsi forme etant rempli par un bouchon 40, de meme matiere que le bassin, pour empécher l'accumulation des boues dans cet angle. La recirculation des boues s'effectue par deux conduites 41 et 42 débouchant dans un sac à boues 43 dans lequel la Suspension de boues est pompée au moyen d'une pompe "mammouth" 4 qui ramene la Suspension de boues dans un canal d'entrée 45 dans lequel les eaux usées arrivent par une conduite 46. Les eaux epurées sortent des zones de clarification B par deux déversoirs 47 et 48. Au fond du bassin on distingue le dispositif d'aération à démes poreux 49. Le passage de la zone d'aération D aux zones de filtration C s'effectue à travers des zones de dégazement 50.

La formation et l'efficacite du filtre naturel forme par les flocs de boues dans la zone de filtration a été verifiée dans une Installation munie de hublots.

Claims

Revendications de brevet

1. Installation de traitement des eaux usées par le procédé biologique des boues activées, comprenant un bassin unique, comprenant une zone d'aération et au moins une zone de clarification communiquant entre elles et entre lesquelles s'etablit un recyclage de la Suspension de boues activées, ces zones etant separées par une paroi plongeante verticale laissant passer la Suspension par au moins une de ses extremites pour permettre la circulation de la Suspension, le bassin présentant, du côte de la zone de clarification, une partie inclinée en direction du bord inférieur de ladite paroi plongeante verticale, caracterisie par le fait que le bassin comprend en outre au moins une zone intermediaire de filtration-floculation limitée par ladite paroi plongeante verticale et une paroi plongeante oblique dont l'extrémite est située au-dessus de l'extremite superieure de la paroi plongeante verticale et dont l'extrémité inférieure est située à proximité de l'extremité supérieure de ladite partie inclinée du bassin et une zone de concentration des boues limitée par ladite paroi plongeante verticale et ladite partie inclinée du bassin, la paroi oblique et ladite partie inclinée du bassin ayant approximativement la meme pente d'environ 60º et approximativement la meme hauteur, de teile sorte que le passage entre la zone de filtration-floculation et la zone de clarification est situe approximativement à mi-hauteur de la paroi plongeante verticale, et que la vitesse du courant est minimale à ce niveau, dans la zone de filtration, la largeur des passages horizontaux entre les parois etant teile que le courant d'eau et de boue qui les traverse tend à être laminaire.

2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la paroi plongeante verticale laisse passer la Suspension de boues à son extrémité inférieure vers la zone d'aération, caractérisée par le fait que l'arrivée de l'air d' aération est intermittente.

3. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la partie inférieure de la paroi plongeante verticale est reliée à l'extremite inférieure de ladite partie inclinée du bassin dans laquelle est ménagée un orifice relie à un conduit ramenant la Suspension de boues à l'entrée du bassin c'est-à-dire de la zone d'aération.