WO2002042223A1 - Installation de traitement d'eau par flocs lestés - Google Patents

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WO2002042223A1
WO2002042223A1 PCT/FR2001/003710 FR0103710W WO0242223A1 WO 2002042223 A1 WO2002042223 A1 WO 2002042223A1 FR 0103710 W FR0103710 W FR 0103710W WO 0242223 A1 WO0242223 A1 WO 0242223A1
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/12—Inert solids used as ballast for improving sedimentation

Definitions

  • the invention relates to the field of water treatment and finds in particular its application in the context of methods of treating wastewater and methods of treating water with a view to making it potable. More particularly, the present invention relates to an installation of the type intended for treating water by flocculation-decantation. This type of installation is well known in the prior art and very commonly used in the context of water treatment. The methods implemented in such installations consist in adding to the water a material making it possible to coagulate at least a large part of the pollutants present in the water so as to form flocs, then to separate the flocs thus formed from the purified water. .
  • means for supplying at least one granular material more dense than water, such as sand, are provided so as to ballast the flocs in question and thus promote and accelerate the settling of those -this.
  • a device is described in particular in French patent FR -
  • This type of installation called "water treatment installation by ballasted flocs" conventionally comprises an injection chamber provided with means for supplying water, means for supplying at least one flocculating reagent , means for supplying at least one granular material denser than water and means for stirring; a maturation chamber provided with stirring means; and at least one settling chamber provided with a sludge recovery and discharge zone and means for discharging clarified water.
  • the lamellae in question greatly favor the separation between these two components of the mixture and obtaining clarified water at the outlet of the settling chamber.
  • the water leaving these ballasted flock decantation flocculation treatment plants still contains some particles which have not been trapped in the ballasted flocs and which are usually removed during a subsequent filtration step, ie on a granular filter. (sand filters, anthracite, activated carbon for example) or on sieves (trapping the coarsest particles) or membranes (which also stop small microorganisms like bacteria).
  • the main objective of the present invention is to significantly reduce the volumes occupied by the flocculation / decantation / filtration assembly by making the best use of the decantation volume which the use of granular materials surprisingly leaves available for others. uses, such as the installation of sieving or filtration means in this zone, while obtaining results on the quality of the clarified water at least as good.
  • At least one flocculation zone provided with means for supplying coagulated water, means for supplying at least one flocculating reagent, means for supplying at least one granular material more dense than water, and means of agitation;
  • At least one settling chamber provided with a sludge recovery and evacuation zone, means for evacuating clarified water and means of overflow for evacuating the floats; characterized in that said settling chamber is provided with at least one screen or at least one filtration membrane.
  • this will preferably allow two steps to be grouped, namely a first step of injecting the flocculating reagent and the granular material into precoagulated water and a second step of maturation.
  • These two steps can be carried out either in two separate parts of the installation together defining the flocculation zone, namely a flocculation chamber and a maturation chamber, or in a single chamber, the injection of flocculating reagent and granular material. then taking place in the first part thereof and maturation taking place in the second part thereof (depending on the direction of flow of the water in the installation).
  • the present invention therefore consists, in comparison with the closest known prior art of flocculation-settling facilities using ballasted flocs, in eliminating the lamellae usually used in the settling chamber, to replace them with one or more membranes or with one or more filtration sieves which are intended to be directly submerged by the water to be treated so as to filter it and to retain any non-flocculated particles such as flocs formed by the aggregation of the granular material and the pollution at eliminate that would not have been decanted.
  • the water treatment plants with ballasted flocs according to the invention can be used both for primary treatment on highly charged water and for tertiary treatment on already partially purified water, but also for clarifying surface water to be made potable, before filtration.
  • a sieve or sieves or a membrane or filtration membranes having a higher or lower breaking capacity.
  • said sieve or said filtration membrane has a breaking capacity of between 1 and 500 ⁇ m.
  • it will generally be necessary to provide downstream of the settling chamber at minus a sand filter making it possible to perfect the purification of the water leaving the settling chamber.
  • one or more filtration membranes may be used having a breaking capacity equal to or less than 1 ⁇ m.
  • the proposed installation will have means for cleaning the screen or the filtration membrane used. These cleaning means can be chosen from the whole range of those conventionally used for cleaning membranes or filtration sieves in the context of water treatment. It will thus be possible in particular to have recourse to means implementing a gas insufflation, such as air, on membranes, to techniques implementing an injection of liquid under pressure onto the membranes or else techniques implementing backwashing of these, that is to say a passage of the effluent in the opposite direction to that implemented during the treatment operation.
  • a gas insufflation such as air
  • the installation will be provided with additional means for injecting at least one chemical reagent intended to prevent clogging of the filtration device.
  • the reagent can be chosen from the following different families: oxidation reagent (ozone, chlorine, chlorine dioxide or any other oxidant), acidification reagent, alkalizing reagent, or any combination of these reagents, injected continuously or sequentially.
  • the settling chamber will be provided with skimming means making it possible to recover the floating pollutants which do not participate in the formation of ballasted flocs such as for example the pieces of paper, the pieces of wood , fat balls etc.
  • the installation will also include means for recycling the granular material to the flocculation zone.
  • such means include a channel for recovering sludge from the sludge recovery and evacuation zone from the settling chamber, means for separating the granular material contained in this sludge such as a hydrocyclone and means for reintroducing this granular material into the flocculation zone.
  • the installation shown comprises in series an injection chamber 1, a maturation chamber 6, said chambers 1 and 6 forming a flocculation zone, and a decantation chamber 8.
  • the injection chamber is, in a conventional manner, provided with precoagulated water inlet means 2, means for distributing an optional flocculating agent 3, means 4 for distributing a granular material, in l occurrence of sand, and stirring means 5.
  • the maturation chamber 6 is in turn provided with an agitator 7.
  • the decantation chamber 8 is devoid of lamellae and has in its lower part a recovery and discharge zone 9 for the sludge and in its upper part with an overflow 19 for the evacuation of the floats.
  • the decantation chamber is also provided with means 10 for discharging the clarified, decanted and filtered water.
  • the installation comprises means 15 for recycling the granular material recovered in the recovery and evacuation zone 9 of the settling chamber 8.
  • recycling means include a pipe 16, cooperating with a pump 16a which directs the sludge recovered at 9 to a hydrocyclone 17 provided with means 18 for distributing the granular material separated in the injection chamber 1 and means 20 for discharging the rest of the sludge.
  • the settling chamber 8 is provided with one or more filtration membranes 11 mounted on removable fixing means 13 through which the flow of water to be treated coming from the coagulation chamber 6 passes.
  • the installation also comprises means 12 for air cleaning the membrane 11 as well as skimming means 14.
  • the precoagulated water to be purified arrives by means 2 in the injection chamber 1. Thanks to the stirring means 5 a mixture is formed between this water, the flocculating reagent and the granular material. This mixture then passes through the maturation chamber 6 or the agitator 7 promotes the creation of ballasted flocs. The water + ballasted flocs mixture then passes into the settling chamber 8 where the ballasted flocs settle in zone 9. Thanks to the membrane 11, the non-decanted residual particles are separated from the purified water. The purified water leaves the settling chamber 8 by the discharge means 10. The floating pollutants are eliminated by means of the skimming means 14.
  • ballasted flocs retained by the membrane 11 form sludge which:
  • FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 only in that the membrane is replaced there by a rotary screen 11a.

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Abstract

L'invention concerne une installation de traitement d'eau précoagulée comprenant, en série : au moins une zone de floculation (1, 6) pourvue de moyens d'amenée d'eau coagulée (2), de moyens d'amenée d'au moins un réactif floculant (3), de moyens d'amenée d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau (4) et de moyens d'agitation (5, 7) ; et au moins une chambre de décantation (8) pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boues (9), de moyens d'évacuation (10) d' eau clarifiée et de moyens de trop-plein (19) pour évacuer les flottants ; caractérisée en ce que ladite chambre de décantation (8) est pourvue d'au moins un tamis ou au moins une membrane de filtration (11).

Description

Installation de traitement d'eau par flocs lestés.
L'invention concerne le domaine du traitement de l'eau et trouve notamment son application dans le cadre des procédés de traitement des eaux usées et des procédés de traitement des eaux en vue de leur potabilisation. Plus particulièrement, la présente invention, concerne une installation du type de celles destinées à traiter des eaux par floculation-décantation. Ce type d'installation est bien connue de l'art antérieur et très couramment utilisé dans le cadre du traitement des eaux. Les procédés mis en œuvre dans de telles installations consistent à ajouter aux eaux un matériau permettant de coaguler au moins une grande partie des matières polluantes présentes dans les eaux de façon à former des flocs, puis à séparer les flocs ainsi formés de l'eau purifiée.
Selon un type d'installation perfectionnée, des moyens d'apport d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau, tel que du sable sont prévus de façon à lester les flocs en question et ainsi favoriser et accélérer la décantation de ceux-ci. Un tel dispositif est notamment décrit dans le brevet français FR -
2627704 publié le 13 décembre 1991 au nom de la demanderesse.
C'est plus précisément à ce type d'installation perfectionnée mettant en œuvre un matériau granulaire de lestage que se rapporte la présente invention. Ce type d'installation dite "installation de traitement d'eau par flocs lestés" comprend d'une façon classique une chambre d'injection pourvue de moyens d'amenée d'eau, de moyens d'amenée d'au moins un réactif floculant, de moyens d'amenée d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau et de moyens d'agitation ; une chambre de maturation munie de moyens d'agitation; et au moins une chambre de décantation pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boues et de moyens d'évacuation d' eau clarifiée.
Afin de favoriser la décantation dans la chambre prévue à cet effet, il est classique de prévoir des lamelles augmentant la surface de décantation de la chambre en question et permettant donc d'augmenter de façon très sensible la vitesse de décantation du mélange réalisé dans la chambre d'injection et dans la chambre de maturation et constitué par la matière polluante coagulée et l'eau.
Les lamelles en question permettent de favoriser grandement la séparation entre ces deux composantes du mélange et l'obtention d'une eau clarifiée en sortie de la chambre de décantation.
On a constaté, de façon surprenante, que la présence de matériau granulaire accélère la décantation au point que la très grande majorité des matières à éliminer se dépose en tête de la chambre de décantation et que l'ensemble de cette chambre, qu'elle soit ou non munie de lamelles, occupe un volume important par rapport à la quantité de matières restant à éliminer.
Par ailleurs, les eaux sortant de ces installations de traitement par floculation décantation à flocs lestés contiennent encore quelques particules qui n'ont pas été piégées dans les flocs lestés et qui sont usuellement enlevés lors d'une étape de filtration ultérieure, soit sur filtre granulaire (filtres à sables, anthracite, charbon actif par exemple) soit sur tamis (piégeant les particules les plus grossières) ou membranes (qui arrêtent également les microorganismes de petites tailles comme les bactéries). L'objectif principal de la présente invention est de réduire sensiblement les volumes occupés par l'ensemble floculation / décantation / filtration en utilisant au mieux le volume de décantation que l'utilisation de matériaux granulaires laisse , de façon surprenante, disponible pour d'autres utilisations, telles que la mise en place de moyens de tamisage ou de filtration dans cette zone, tout en obtenant des résultats sur la qualité de l'eau clarifiée au moins aussi bons.
Cet objectif est atteint grâce à l'invention qui concerne une installation de traitement d'eau précoagulée comprenant, en série :
- au moins une zone de floculation pourvue de moyens d'amenée d'eau coagulée, de moyens d'amenée d'au moins un réactif floculant, de moyens d'amenée d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau et de moyens d'agitation ; et,
- au moins une chambre de décantation pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boues, de moyens d'évacuation d' eau clarifiée et de moyens de trop-plein pour évacuer les flottants; caractérisée en ce que ladite chambre de décantation est pourvue d'au moins un tamis ou au moins une membrane de filtration.
Au sujet de la zone de floculation, on notera que celle-ci permettra préférentiellement de regrouper deux étapes, à savoir une première étape d'injection du réactif floculant et du matériau granulaire dans l'eau précoagulée et une seconde étape de maturation. Ces deux étapes pourront être effectuées soit dans deux parties distinctes de l'installation définissant ensemble la zone de floculation, à savoir une chambre de floculation et une chambre de maturation, soit dans une seule chambre, l'injection de réactif floculant et de matériau granulaire ayant alors lieu dans la première partie de celle-ci et la maturation ayant lieu dans la seconde partie de celle-ci (selon le sens d'écoulement de l'eau dans l'installation).
La présente invention consiste donc, par rapport à l'art antérieur connu le plus proche d'installations de floculation-décantation par flocs lestés, à supprimer les lamelles habituellement utilisées dans la chambre de décantation, pour les remplacer par une ou plusieurs membranes ou par un ou plusieurs tamis de filtration qui sont destinés à être directement submergées par l'eau à traiter de façon à filtrer celle-ci et à retenir les éventuelles particules non floculées comme les flocs formés par l'agrégation du matériau granulaire et de la pollution à éliminer qui n'auraient pas été décantés.
Les installations de traitement d'eau à flocs lestés selon l'invention peuvent être utilisées tant- en traitement primaire sur des eaux très chargées qu'en traitement tertiaire sur des eaux déjà partiellement épurées mais aussi en clarification d'eaux de surface à potabiliser, avant leur filtration. En fonction de la nature des eaux à épurer et de leur charge, on pourra prévoir un tamis ou des tamis ou une membrane ou des membranes de filtration présentant un pouvoir de coupure plus ou moins élevé.
Ainsi, selon une variante, ledit tamis ou ladite membrane de filtration présente un pouvoir de coupure compris entre 1 et 500 μm. Dans ce cas, il sera généralement nécessaire de prévoir en aval de la chambre de décantation au moins un filtre à sable permettant de parfaire l'épuration de l'eau sortant de la chambre de décantation.
Selon une autre variante, on pourra utiliser une ou des membranes de filtration présentant un pouvoir de coupure égal ou inférieur à 1 μm. Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, l'installation proposée présentera des moyens de nettoyage du tamis ou de la membrane de filtration utilisée. Ces moyens de nettoyage pourront être choisis parmi toute la gamme de ceux classiquement utilisés pour nettoyer les membranes ou les tamis de filtration dans le cadre du traitement de l'eau. On pourra ainsi notamment avoir recours à des moyens mettant en œuvre une insufflation de gaz, tel que de l'air, sur des membranes, à des techniques mettant en œuvre une injection de liquide sous pression sur les membranes ou encore des techniques mettant en œuvre un rétro-lavage de celles-ci, c'est-à-dire un passage de l'effluent dans le sens inverse de celui mis en œuvre au cours de l'opération de traitement.
Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, l'installation sera pourvue de moyens supplémentaires d'injection d'au moins un réactif chimique destiné à prévenir le colmatage du dispositif de filtration. Le réactif pourra être choisi parmi les différentes familles suivantes : réactif d'oxydation (ozone, chlore, bioxyde de chlore ou tout autre oxydant), réactif d'acidification, réactif d'alcalinisation, ou toute combinaison des ces réactifs, injectés en continu ou de façon séquencée.
Dans le but de faciliter le montage et le démontage des membranes des tamis, on pourra également prévoir des moyens de fixation amovibles de ceux-ci au sein de la chambre de décantation.
Selon encore une autre variante préférentielle de l'invention, la chambre de décantation sera pourvue de moyens d'écumage permettant de récupérer les polluants flottants ne participant pas à la formation de flocs lestés tels que par exemple les bouts de papier, les bouts de bois, boules de graisse etc. Selon une autre variante de l'invention, l'installation inclura également des moyens de recyclage du matériau granulaire vers la zone de floculation. D'une façon classique de tels moyens incluent une canalisation de récupération des boues provenant de la zone de récupération et d'évacuation des boues de la chambre de décantation, des moyens de séparation du matériau granulaire contenu dans ces boues tels qu'un hydrocyclone et des moyens permettant de réintroduire ce matériau granulaire dans la zone de floculation.
L'invention ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation de celle-ci donné en référence aux figures 1 et 2 qui représentent de façon schématique deux installations de traitement d'eau par flocs lestés conformes à la présente invention.
En référence à la figure 1, l'installation représentée comprend en série une chambre d'injection 1, une chambre de maturation 6, lesdites chambres 1 et 6 formant une zone de floculation, et une chambre de décantation 8.
La chambre d'injection est, de façon classique, pourvue de moyens d'arrivée d'eau à épurer 2 précoagulée, de moyens de distribution d'un agent floculant éventuel 3, de moyens de distribution 4 d'un matériau granulaire, en l'occurrence du sable, et de moyens d'agitation 5.
La chambre de maturation 6 est quant à elle pourvue d'un agitateur 7.
La chambre de décantation 8 est dépourvue de lamelles et présente dans sa partie inférieure une zone de récupération et d'évacuation 9 des boues et dans sa partie supérieure d'un trop-plein 19 pour l' évacuation des flottants. La chambre de décantation est également pourvue de moyens 10 d'évacuation de l'eau clarifiée, décantée et filtrée.
Egalement d'une façon classique, l'installation comprend des moyens de recyclage 15 du matériau granulaire récupéré dans la zone de récupération et d'évacuation 9 de la chambre de décantation 8. Ces moyens de recyclage incluent une canalisation 16, coopérant avec une pompe 16a qui dirige les boues récupérées en 9 vers un hydrocyclone 17 pourvu de moyens de distribution 18 du matériau granulaire séparé dans la chambre d'injection 1 et de moyens 20 d'évacuation du reste des boues. Conformément à la présente invention, la chambre de décantation 8 est pourvue d'une ou plusieurs membranes de filtration 11 montée sur des moyens amovibles de fixation 13 à travers laquelle transite le flux d'eau à traiter provenant de la chambre de coagulation 6. Egalement, conformément à la présente invention, l'installation comprend également des moyens 12 de nettoyage à l'air de la membrane 11 ainsi que des moyens d'écumage 14.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant.
L'eau à épurer précoagulée arrive par les moyens 2 dans la chambre d'injection 1. Grâce aux moyens d'agitation 5 un mélange est formé entre cette eau, le réactif floculant et le matériau granulaire. Ce mélange transite ensuite dans la chambre de maturation 6 ou l'agitateur 7 favorise la création de flocs lestés. Le mélange eau + flocs lestés passe ensuite dans la chambre de décantation 8 où décantent en zone 9 les flocs lestés. Grâce à la membrane 11, les particules résiduelles non décantées sont séparées de l'eau épurée. L'eau épurée quitte la chambre de décantation 8 par les moyens d'évacuation 10. Les polluants flottants sont éliminés grâce au moyen d'écumage 14.
Les flocs lestés retenus par la membrane 11 forment des boues qui :
- soit viennent en surface par exemple par flottation lors du nettoyage à l'air, ou entraînement hydraulique ou gravitaire fonctionnant de façon continue ou discontinue ;
- soit décantent vers le fond du décanteur et sont évacuées par les moyens 16/16a.
L'installation représentée à la figure 2 ne diffère de celle représentée à la figure 1 qu'en ce que la membrane y est remplacée par un tamis rotatif lia .
De telles installations permettent, par rapport à l'état de la technique, d'intégrer totalement l'étape de tamisage ou de filtration de finition dans l'étape de décantation.
Les modes de réalisation de l'invention ainsi décrits n'ont pas pour objet de réduire la portée de celle-ci. En conséquence, il pourrra y être apporté de nombreuses modifications sans sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de traitement d'eau précoagulée comprenant, en série :
- au moins une zone de floculation (1,6) pourvue de moyens d'amenée d'eau coagulée (2) , de moyens d'amenée d'au moins un réactif floculant (3), de moyens d'amenée d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau (4) et de moyens d'agitation (5,7) ; et,
- au moins une chambre de décantation (8) pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boues (9), de moyens d'évacuation (10) d'eau clarifiée et des moyens de trop-plein (19) pour évacuer les flottants ; caractérisée en ce que ladite chambre de décantation (8) est pourvue d'au moins un tamis (1 la) ou au moins une membrane de filtration (11) .
2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit tamis
(l ia) ou ladite membrane de filtration (11) présente un pouvoir de coupure compris entre 1 et 500 μm.
3. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comprend de plus au moins une filtre à sable en aval de ladite chambre de décantation.
4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite membrane de filtration (11) présente un pouvoir de coupure égal ou inférieur à lμm.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de nettoyage (12) dudit tamis (lia) et/ou de ladite membrane de filtration (11).
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'injection d'au moins un réactif chimique destiné à prévenir le colmatage de ladite membrane (11) ou dudit tamis (1 la).
7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de fixation amovible (13) dudit tamis (lia) et/ou de ladite membrane (11) de filtration.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que ladite membrane de filtration (11) est une membrane jetable.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ladite chambre de décantation (8) est pourvue de moyens d'écumage (14).
10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle inclut des moyens de recyclage (15) dudit matériau granulaire vers ladite zone de floculation.
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