WO2010073222A1 - Decanteur statique rapide pour pre-epaississement des boues de traitement d'eau, et installation comportant un tel decanteur. - Google Patents

Decanteur statique rapide pour pre-epaississement des boues de traitement d'eau, et installation comportant un tel decanteur. Download PDF

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Claude Prevot
André Haubry
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Definitions

  • the invention relates to a static decanter for pre-thickening liquid sludge in a water treatment plant, in particular wastewater, having an inclined bottom and equipped with a slurry feed pump, d. a device for injecting polymer into the liquid sludge, an overflow discharge and a pump for extracting pre-thickened sludge from the clarifier.
  • the settling tank is generally downstream of a clarification device, which is located downstream of a ventilation tank.
  • the effluent from the clarifier and constituting the liquid sludge entering the decanter has a variable concentration of suspended solids, ranging from 1 to 8 g / l.
  • Pre-thickened sludge extracted from the decanter may have a suspended solids concentration of 15 to 20 g / L.
  • the characteristics of the pre-thickened sludge extracted have variations that need to be reduced to optimize the operation of thickening devices installed downstream of the decanter, and to reduce the energy consumption of the assembly.
  • the object of the invention is therefore, above all, to provide a static settler which makes it possible to obtain, at the outlet, a pre-thickened sludge favorable to optimum operation of a thickening apparatus, in particular a centrifuge, without causing degradation. the quality of the treated water.
  • the invention also aims to provide a decanter equipped to optimize the consumption of polymer.
  • a static decanter for pre-thickening liquid sludge in a water treatment plant, in particular wastewater has an inclined bottom, is equipped with a liquid sludge feed pump, a liquid slurry polymer injection device, an overflow discharge and an extraction pump pre-thickened sludge of the clarifier, and is characterized in that it comprises:
  • the static settling tank is thus a fast settler which makes it possible to obtain pre-thickened sludge in a sufficiently short time to prevent the degradation of the treated water, especially in a time less than that which would lead to a release of phosphorus by the bacteria.
  • the released phosphorus would deteriorate the quality of the treated water.
  • the fast decanter also ensures a constant and high pre-thickening for the downstream treatment.
  • the means for accelerating the decantation of the sludge may comprise an inclination angle of the bottom of the settling tank on the horizontal between 20 ° and 45 °, and a scraper rotating bottom.
  • This scraper preferably comprises an arm equipped with scraper blades arranged in ashamedy so as to bring the sludge decanted efficiently and quickly to a central pit. This central pit is also scraped.
  • the arm is advantageously equipped with a harrow favoring the pre-thickening of the sludge.
  • the scraper arm may be in the shape of a V that follows the bottom of the decanter.
  • the means for regulating the concentration of the pre-thickened sludge comprise means for regulating the mass flow of suspended solids entering the decanter, and means for regulating the concentration of the pre-thickened sludge from the mass flow. entering.
  • the means for regulating the mass flow of suspended solids entering the decanter comprise: a liquid slurry supply pump with variable speed,
  • a probe for measuring the concentration of suspended solids in liquid sludge
  • a regulator which receives the information from the flow meter and the probe, and controls the speed of the feed pump to keep the feed mass flux substantially constant.
  • the means for regulating the concentration of pre-thickened sludge from the incoming mass flow comprise:
  • the decanter comprises means for regulating the level of the mud veil suitable for keeping this level as low as possible, with optimization of consumption of the polymer.
  • the sludge level regulating means may comprise a mud web height measuring probe, a variable speed polymer feed pump, a flow meter on the polymer injection line, and a regulator or regulator.
  • speed variator receiving the information from the sensor measuring the height of the mud web and the flow meter, and able to control the speed of the pump to optimize the consumption of polymer.
  • the decanter is designed so that the residence time of the sludge in the decanter does not exceed two hours.
  • the decanter comprises a frustoconical bottom section decreasing downwards, the angle of inclination ( ⁇ ) of the generatrices of the bottom on the horizontal being between 20 ° and 45 °.
  • the level of the mud web is advantageously maintained substantially at the level of the large base of the frustoconical bottom.
  • the peripheral speed of the scraper may be between 10 and 20 cm / s.
  • the scraper comprises at least one scraper blade and a harrow.
  • the invention also relates to a water treatment plant, characterized in that it comprises a settler as defined above, and in that the extraction outlet of the clarifier is connected directly to a sludge thickening apparatus, in particular a centrifuge or a band filter, without sludge cover between the decanter and the sludge thickener.
  • a sludge thickening apparatus in particular a centrifuge or a band filter
  • Fig. 1 is a schematic vertical section of a decanter according to the invention, with its equipment.
  • Fig. 2 is a diametrical vertical section, on a larger scale, showing details of the scraper rotating with its scraper blades and its harrow.
  • Fig.3 is a schematic horizontal section of the wiper of Fig.2.
  • Fig.4 is a summary diagram of a water treatment plant with decanter according to the invention.
  • Fig. 5 is a diagram illustrating the correction of the adjustment of the extraction rate
  • Fig.6 is a diagram illustrating the principle of calculating the applied polymer level.
  • a fast static settler D for a wastewater treatment plant schematically illustrated in Fig.4.
  • the installation comprises an activated sludge aeration tank 1, followed by a clarifier 2 whose clarified water is extracted in the upper part 2a, while the liquid sludge is directed, in part, to the decanter D, and for the other part are recycled at the head of basin 1.
  • the slurry concentration of the liquid sludge entering the decanter D can be from about 1 to 8 g / L.
  • the suspended solids concentration of the pre-thickened sludge leaving the decanter D is generally between 15 and 20 g / l.
  • the effluent leaving the decanter D is directed to a thickening apparatus, in particular a centrifuge 3.
  • the concentration of suspended matter at the outlet of the centrifuge 3 can be between 50 and 60 g / L (or even 200 to 300 g / L).
  • the outlet effluent from the centrifuge is sent either to a sludge digestion device 4, to a dehydration apparatus or to a drying device 6.
  • the fast settler D In order to operate at optimum performance the thickening apparatus, in particular the centrifuge 3, the fast settler D according to the invention is provided to allow the output of pre-thickened sludge having a substantially constant concentration suspended matter, despite variations in concentration at the entrance.
  • the fast decanter D is constituted by a reactor 7 of vertical axis, with a bottom 8 inclined to the horizontal at an angle ⁇ , which can be between 20 and 45 °.
  • the reactor 7 is cylindrical and the bottom 8 is frustoconical, of decreasing section downwards, converge towards a central recovery tank 9.
  • the decanter D is equipped with a bottom rotating wiper 10 with a arm 11 in the form of V following, according to the diameter, the bottom 8 of the decanter.
  • the arm 11 is equipped with scraper blades 12 arranged in shamey (Fig.2 and 3), so as to bring efficiently and rapidly the sludge decanted to the central recovery tank 9, also scraped, and a harrow 12a promoting the pre-thickening of the mud.
  • the harrow 12a has vertical blades distributed in the radial direction.
  • the central pit 9 is specially designed to avoid short circuits for extracting sludge.
  • the decanter D is designed to limit the residence time of the sludge to less than two hours.
  • the decanter D is equipped with a variable speed pump 13, for the supply of liquid sludge, which discharges on a discharge line 14 equipped with a probe 15 for measuring the concentration D1 in suspended matter.
  • the probe 15 is generally of the optical type.
  • a flowmeter 16, in particular of the electromagnetic type, is installed on the pipe 14. Downstream of the flowmeter, a mixer 17 is arranged on the pipe to allow injection into the liquid sludge of polymer promoting the settling of the sludge.
  • the injected polymer solution is prepared in a tank B with the addition of drinking water 18.
  • a variable speed pump 19 is provided to supply the polymer supply to the mixer 17.
  • a flowmeter 20 is installed on the discharge pipe of the pump 19 to provide the polymer solution flow rate sent to the mixer 17.
  • the liquid sludge, mixed with the polymer are introduced in the upper part 21 of the settler D which is equipped, in its upper inner part, with a chute 22 to recover the overflow evacuated by an external rejection 23.
  • the decanter D is further equipped, in the upper part, with a probe 24 for measuring the height of the veil of sludge V in the decanter.
  • the probe 24 is generally of the ultrasonic type.
  • Valves 25 are provided at different levels on the outer wall of the decanter to allow sampling.
  • the extraction of pre-thickened sludge from the recovery tank 9 is provided by means of a variable speed pump 26, the delivery of which flows into a pipe 27 on which a probe 28 is installed. measuring the concentration D2 in suspended solids and a flow meter 29.
  • the feed pump 13 may have a flow rate of between 9 and 53 m 3 / h while the extraction pump 26 may have a flow rate of between 3 and 16 m 3 / h .
  • the decanter D can have a diameter of about 3 meters and a height of about 4 meters.
  • the information from the probe 15 and the flowmeter 16 is sent to a PID regulator 30 whose output controls the rotational speed of the pump 13.
  • the information from the probe 28 and the flowmeter 29 are sent to a PID regulator 31 whose the output controls the speed of rotation of the extraction pump 26.
  • the information from the probe 24 and the flowmeter 20 is sent to a PID controller, or a variable speed drive, 32 whose output controls the rotational speed of the polymer feed pump 19.
  • the regulators 30, 31, with the measurement probes 15, 28, the flow meters 16, 29 and the variable speed pumps 13, 26, constitute means M for regulating the concentration of suspended solids sludge extracted from the decanter D.
  • the regulator 30, the measuring probe 15, the flowmeter 16 and the variable speed pump 13 constitute means M1 for controlling the mass flux FM1 of suspended matter entering the decanter D.
  • the regulator 31, the measuring probe 28, the flowmeter 29 and the variable speed pump 26 constitute means M2 for controlling the concentration of the sludge extracted, from the incoming mass flow FM 1.
  • the regulator or variator 32, the probe 24 for measuring the height of the veil, the flowmeter 20 and the variable speed pump 19 constitute means M3 for regulating the flow of polymer injected into the decanter D.
  • the operation of the decanter D and the control means is as follows.
  • the mass flux FM 1 of suspended solids in the water to be treated arriving in the clarifier D is fixed by an operator.
  • the concentration D1 of suspended solids, in the water to be treated, is delivered by the probe, or sensor, 15.
  • F1 be the flow of water to be treated, the mass flow is F1 * D1 which must be equal to the value fixed FM1.
  • the PID regulator 30 sets the speed of the feed pump 13 to maintain the flow setpoint F1 using the measurement of the flowmeter 16.
  • the concentration setpoint of the extracted sludge (Cons D2) is set by the operator.
  • the flow correction ⁇ Q is plotted on the abscissa and the deviations ⁇ d ConsD2 between the measured value D2 and the setpoint value Cons D2 are plotted on the ordinate.
  • the ⁇ Q corrections are positive or negative depending on whether the flow rate should be increased or decreased compared to the flow rate corresponding to point 33.
  • the origin of the deviations ⁇ d ConsD2 is located at the value ConsD2, and the deviations are positive when the measurement D2 is greater than ConsD2, and negative in the opposite case.
  • the flow correction curves 34, 35 are established experimentally.
  • the curve 34 with the steepest slope corresponds to a deconcentration of an effluent with too much solids extracted from the clarifier D
  • the curve 35, of lower slope corresponds to a thickening of an effluent that is not sufficiently loaded with solids. Extract from decanter D.
  • the reactions of the system are different to deconcentration and thickening, hence the different slopes.
  • the first calculated extraction rate F2 gives a concentration value measured by the probe 28 equal to: my D2 which is greater than D2.
  • the curve 34 corresponds to the point 36 on the abscissa axis.
  • the initial calculated flow F2 is increased by ⁇ QLLa regulation ensured by the regulator 30 makes it possible to bring the measured concentration closer to the setpoint Cons D2.
  • maximum flow correction values ⁇ ⁇ Q max are within the range of ⁇ 00..55 mm. 33 // hh ..
  • the measurement value is an average of 10 minutes, refreshed every minute.
  • the polymer set point is calculated with the following elements:
  • Tpoiym Polymer treatment rate (optimal dose of polymer to be injected into the water to be treated)
  • C Polym concentration of the polymer (concentration of the polymer in the injected solution)
  • FIG. 6 represents a curve of adjustment of the polymer content.
  • the level of the mud web is plotted on the ordinate, and the polymer level is plotted on the abscissa.
  • the origin Y of the ordinates corresponds to the level of the lowest possible mud web, ie located at the bottom of the decanter D.
  • S1 or "Threshold 1" corresponds to the level of the mud web obtained with the polymer content considered as a minimum. This minimum level of polymer may be of the order of 0.5 mg / l.
  • S2 or "Threshold 2" corresponds to the level of the sludge haze obtained with the level of polymer considered as maximum. This maximum level may be of the order of 2 mg / L.
  • Curve 37 represents the variation of the level of the mud web as a function of the level of polymer to be applied.
  • the point E corresponds to the highest possible theoretical level of the web, that is to say at the top at the level of the probe 24; the LSL level, located below "Threshold 1", corresponds to stopping the injection of the polymer.
  • the signal indicative of the level of the mud web V is provided by the ultrasonic probe 24. An average of 10 minutes is performed and refreshed every minute.
  • the flow rate of the pump 19 remains polymer calculated from the mass flow power calculating FMA calculated This flow rate is adjusted periodically as necessary to maintain the level of the sludge blanket V in a given range between S1 and S2, and most low possible. This correction is made under the following conditions.
  • the treatment rate Tp O ⁇ y m applied to calculate the polymer flow rate will be corrected according to the level measurement of the mud web taken at the end of the elapsed time T3.
  • the injected polymer content is maintained at the Min. If the level of the veil falls below the LSL Level, the injection is stopped.
  • the injected polymer content is maintained at the maximum rate, to lower the mud web.
  • T P ⁇ IYM applied are, for example (0.5 mg / L mini and 2.0 g / L or less.).
  • the first calculation is done with an initial rate (T init p O ⁇ y m) that can be set.
  • the thresholds S1 and S2 are configurable.
  • the invention makes it possible to keep the concentration of the extracted sludge substantially constant and thus to optimize the operation of the machines, in particular centrifuges, downstream of the decanter. This results in a better performance of the installation and a reduction in the energy consumed.
  • the invention also makes it possible to reduce the polymer consumption, which is practically halved, while preserving, and even improving, the quality of the extracted sludge.
  • the scraper blades 12 of the scraper 10 make it possible to quickly bring the sludge back to zone 9 in order to reduce their residence time in the decanter D.
  • the residence time of the sludge in the decanter is preferably less than 2 hours.
  • the harrow 12a makes it possible to set the flocs in motion, favoring degassing and concentrating the sludge.

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Abstract

Décanteur statique (D), pour pré-épaissir les boues liquides dans une installation de traitement d'eau, en particulier d'eaux usées, comportant un fond incliné (8), ce décanteur étant équipé d'une pompe d'alimentation (13) en boues liquides, d'un dispositif d'injection de polymère dans les boues liquides, d'un rejet de surverse (23) et d'une pompe d'extraction (26) des boues pré¬ épaissies du décanteur; il comporte des moyens pour accélérer la décantation des boues, des moyens de régulation (M) de la concentration en matières en suspension en sortie, des boues pré-épaissies, propres à maintenir sensiblement constante la concentration des boues pré-épaissies extraites du décanteur, malgré les variations de concentrations en entrée, et des moyens de régulation (M3) du niveau du voile de boue (V) propres à maintenir ce niveau le plus bas possible.

Description

DECANTEUR STATIQUE POUR PRE-EPAISSISSEMENT DES BOUES DE TRAITEMENT D'EAU, ET INSTALLATION COMPORTANT UN TEL DECANTEUR.
L'invention est relative à un décanteur statique pour pré-épaissir les boues liquides dans une installation de traitement d'eau, en particulier d'eaux usées, comportant un fond incliné et équipé d'une pompe d'alimentation en boues liquides, d'un dispositif d'injection de polymère dans les boues liquides, d'un rejet de surverse et d'une pompe d'extraction des boues pré-épaissies du décanteur.
Des décanteurs de ce type sont connus, notamment d'après le Mémento Technique de l'Eau, 10ème Edition DEGREMONT, Tome 2, pages 833 et suivantes.
Dans une installation de traitement d'eau, le décanteur se trouve généralement en aval d'un dispositif de clarification, lequel est situé en aval d'un bassin d'aération. L'effluent provenant du clarificateur et constituant les boues liquides entrant dans le décanteur présente une concentration variable en matières en suspension, pouvant aller de 1 à 8 g/L. Les boues préépaissies, extraites du décanteur peuvent présenter une concentration en matières en suspension de 15 à 20 g/L.
Ces boues sont ensuite soumises à un traitement d'épaississement ou de déshydratation afin de réduire leur volume.
Les caractéristiques des boues pré-épaissies extraites présentent des variations qui demandent à être réduites pour optimiser le fonctionnement des appareils d'épaississement installés en aval du décanteur, et pour diminuer la consommation d'énergie de l'ensemble.
Il est également souhaitable d'améliorer le degré de pré-épaississement des boues, pour alléger le traitement d'épaississement et de déshydratation, et contribuer ainsi à réduire la consommation d'énergie. L'invention a donc pour but, surtout, de fournir un décanteur statique qui permet d'obtenir, en sortie, une boue pré-épaissie favorable à un fonctionnement optimal d'un appareil d'épaississement, notamment une centrifugeuse, sans provoquer une dégradation de la qualité de l'eau traitée.
L'invention a également pour but de fournir un décanteur équipé de manière à optimiser la consommation de polymère.
Selon l'invention, un décanteur statique pour pré-épaissir les boues liquides dans une installation de traitement d'eau, en particulier d'eaux usées, en vue d' optimiser le fonctionnement d' appareils d'épaississement installés en aval du décanteur, comporte un fond incliné, est équipé d'une pompe d'alimentation en boues liquides, d'un dispositif d'injection de polymère dans les boues liquides, d'un rejet de surverse et d'une pompe d'extraction des boues pré-épaissies du décanteur, et est caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens pour accélérer la décantation des boues,
- des moyens de régulation de la concentration en matières en suspension en sortie des boues pré-épaissies, propres à maintenir sensiblement constante la concentration des boues pré-épaissies extraites du décanteur, malgré les variations de concentrations en entrée,
- et des moyens de régulation du niveau du voile de boue propres à maintenir ce niveau le plus bas possible.
Le décanteur statique est ainsi un décanteur rapide qui permet d'obtenir des boues pré-épaissies en un temps suffisamment court pour éviter la dégradation de l'eau traitée, notamment en un temps inférieur à celui qui entraînerait un relargage du phosphore par les bactéries. Le phosphore relargué détériorerait la qualité de l'eau traitée. Le décanteur rapide assure en outre un pré-épaississement constant et élevé pour le traitement aval.
Les moyens pour accélérer la décantation des boues peuvent comprendre un angle d'inclinaison du fond du décanteur sur l'horizontale compris entre 20°et 45°, ainsi qu'un racleur tournant de fond. Ce racleur comporte de préférence un bras équipé de lames racleuses disposées en jalousie de manière à ramener efficacement et rapidement les boues décantées vers une fosse centrale. Cette fosse centrale est aussi raclée. Le bras est avantageusement équipé d'une herse favorisant le pré-épaississement de la boue. Le bras du racleur peut avoir la forme d'un V épousant le fond du décanteur.
De préférence, les moyens de régulation de la concentration des boues pré-épaissies comprennent des moyens de régulation du flux massique de matières en suspension entrant dans le décanteur, et des moyens de régulation de la concentration des boues pré-épaissies à partir du flux massique entrant.
Avantageusement, les moyens de régulation du flux massique de matières en suspension entrant dans le décanteur comprennent : - une pompe d'alimentation en boues liquides à vitesse variable,
- un débitmètre de boues liquides,
- une sonde de mesure de la concentration de matières en suspension dans les boues liquides, et - un régulateur qui reçoit les informations provenant du débitmètre et de la sonde, et commande la vitesse de la pompe d'alimentation pour maintenir sensiblement constant le flux massique d'alimentation.
De préférence, les moyens de régulation de la concentration des boues pré-épaissies à partir du flux massique entrant comprennent :
- une pompe d'extraction des boues pré-épaissies à vitesse variable,
- un débitmètre de boues pré-épaissies,
- une sonde de mesure de la concentration de matières en suspension dans les boues pré-épaissies, et - un régulateur qui reçoit les informations provenant du débitmètre et de la sonde, et commande la vitesse de la pompe d'extraction pour maintenir sensiblement constante la concentration des boues pré-épaissies extraites, le débit d'extraction initial étant calculé à partir du flux massique entrant et d'une consigne de concentration de la boue pré-épaissie extraite. Avantageusement, le décanteur comporte des moyens de régulation du niveau du voile de boue propres à maintenir ce niveau le plus bas possible, avec optimisation de consommation du polymère.
Les moyens de régulation du niveau du voile de boue peuvent comprendre une sonde de mesure de la hauteur du voile de boue, une pompe d'alimentation en polymère à vitesse variable, un débitmètre sur la conduite d'injection du polymère, et un régulateur ou variateur de vitesse recevant les informations de la sonde de mesure de la hauteur du voile de boue et du débitmètre, et propre à commander la vitesse de la pompe pour optimiser la consommation de polymère. Le décanteur est prévu pour que le temps de séjour de la boue dans le décanteur ne dépasse pas deux heures. De préférence, le décanteur comporte un fond tronconique de section décroissante vers le bas, l'angle d'inclinaison (α) des génératrices du fond sur l'horizontale étant compris entre 20° et 45°. Le niveau du voile de boue est avantageusement maintenu sensiblement au niveau de la grande base du fond tronconique. La vitesse périphérique du racleur peut être comprise entre 10 et 20 cm/s. Avantageusement, le racleur comprend au moins une lame racleuse et une herse.
L'invention concerne également une installation de traitement d'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte un décanteur tel que défini précédemment, et en ce que la sortie d'extraction du décanteur est reliée directement à un appareil d'épaississement des boues, en particulier une centrifugeuse ou un filtre à bande, sans bâche tampon de boue entre le décanteur et l'appareil d'épaississement de boues.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins :
Fig. 1 est une coupe verticale schématique d'un décanteur selon l'invention, avec ses équipements.
Fig. 2 est une coupe verticale diamétrale, à plus grande échelle, montrant des détails du racleur tournant avec ses lames racleuses et sa herse.
Fig.3 est une coupe horizontale schématique du racleur de Fig.2.
Fig.4 est un schéma sommaire d'une installation de traitement d'eau avec décanteur selon l'invention.
Fig. 5 est un diagramme illustrant la correction de l'ajustement du débit d'extraction, et
Fig.6 est un diagramme illustrant le principe du calcul du taux de polymère appliqué.
En se reportant à Fig. 1 et 4, on peut voir un décanteur statique rapide D pour une installation de traitement d'eaux usées schématiquement illustrée sur Fig.4. L'installation comprend un bassin d'aération 1 de traitement par boues activées, suivi d'un clarificateur 2 dont les eaux clarifiées sont extraites en partie supérieure 2a, tandis que les boues liquides sont dirigées, pour partie, vers le décanteur D, et pour l'autre partie sont recyclées en tête du bassin 1.
La concentration en matières en suspension des boues liquides qui arrivent dans le décanteur D peut être d'environ 1 à 8 g/L. La concentration en matières en suspension de la boue pré-épaissie sortant du décanteur D est généralement comprise entre 15 et 20 g/L. L'effluent sortant du décanteur D est dirigé vers un appareil d'épaississement, notamment une centrifugeuse 3. La concentration en matières en suspension à la sortie de la centrifugeuse 3 peut être comprise entre 50 et 60 g/L (voire de 200 à 300 g/L). L'effluent de sortie de la centrifugeuse est envoyé soit à un dispositif 4 de digestion des boues, soit à un appareil 5 de déshydratation, soit à un dispositif 6 de séchage.
Afin de faire fonctionner à l'optimum de ses performances l'appareil d'épaississement, notamment la centrifugeuse 3, le décanteur rapide D selon l'invention est prévu pour permettre d'obtenir en sortie une boue pré-épaissie ayant une concentration sensiblement constante en matières en suspension, malgré les variations de concentration à l'entrée. Comme visible sur Fig.1 , le décanteur rapide D est constitué par un réacteur 7 d'axe vertical, avec un fond 8 incliné sur l'horizontale selon un angle α, qui peut être compris entre 20 et 45°.
Généralement, le réacteur 7 est cylindrique et le fond 8 est tronconique, de section décroissante vers le bas, convergent vers une fosse centrale de récupération 9. Le décanteur D est équipé d'un racleur tournant 10 de fond avec un bras 11 en forme de V épousant, suivant le diamètre, le fond 8 du décanteur. Le bras 11 est équipé de lames racleuses 12 disposées en jalousie (Fig.2 et 3), de manière à ramener efficacement et rapidement les boues décantées vers la fosse centrale de récupération 9, elle aussi raclée, et d'une herse 12a favorisant le pré-épaississement de la boue. La herse 12a présente des lames verticales réparties suivant la direction radiale. La fosse centrale 9 est spécialement étudiée pour éviter les courts-circuits d'extraction des boues. Le décanteur D est prévu pour limiter à moins de deux heures les temps de séjour de la boue.
Le décanteur D est équipé d'une pompe 13 à vitesse variable, pour l'alimentation en boues liquides, qui débite sur une conduite de refoulement 14 équipée d'une sonde 15 de mesure de la concentration D1 en matières en suspension. La sonde 15 est généralement du type optique. Un débitmètre 16, notamment de type électromagnétique, est installé sur la conduite 14. En aval du débitmètre un mélangeur 17 est disposé sur la conduite pour permettre l'injection dans la boue liquide de polymère favorisant la décantation des boues. La solution de polymère injectée est préparée dans une cuve B avec addition d'eau potable 18. Une pompe à vitesse variable 19 est prévue pour assurer l'alimentation en polymère du mélangeur 17. Un débitmètre 20 est installé sur la conduite de refoulement de la pompe 19 pour fournir le débit de solution de polymère envoyé au mélangeur 17. Les boues liquides, mélangées avec le polymère, sont introduites en partie haute 21 du décanteur D qui est équipé, dans sa partie supérieure intérieure, d'une goulotte 22 pour récupérer la surverse évacuée par un rejet 23 extérieur.
Le décanteur D est en outre équipé, en partie haute, d'une sonde 24 de mesure de la hauteur du voile de boue V dans le décanteur. La sonde 24 est généralement du type à ultrasons. Des vannes 25 sont prévues à différents niveaux sur la paroi extérieure du décanteur pour permettre des prises d'échantillons.
L'extraction des boues pré-épaissies, à partir de la fosse 9 de récupération, est assurée à l'aide d'une pompe à vitesse variable 26 dont le refoulement débite dans une conduite 27 sur laquelle est installée une sonde 28 de mesure de la concentration D2 en matières en suspension et un débitmètre 29.
A titre d'exemples numériques, non limitatifs, la pompe d'alimentation 13 peut avoir un débit compris entre 9 et 53 m3/h tandis que la pompe d'extraction 26 peut avoir un débit compris entre 3 et 16 m3/h. Le décanteur D peut avoir un diamètre d'environ 3 mètres et une hauteur d'environ 4 mètres.
Les informations provenant de la sonde 15 et du débitmètre 16 sont envoyées à un régulateur PID 30 dont la sortie commande la vitesse de rotation de la pompe 13. Les informations provenant de la sonde 28 et du débitmètre 29 sont envoyées sur un régulateur PID 31 dont la sortie commande la vitesse de rotation de la pompe d'extraction 26.
Les informations provenant de la sonde 24 et du débitmètre 20 sont envoyées sur un régulateur PID, ou un variateur de vitesse, 32 dont la sortie commande la vitesse de rotation de la pompe 19 d'alimentation en polymère.
Les régulateurs 30, 31 , avec les sondes de mesure 15, 28, les débitmètres 16, 29 et les pompes à vitesse variable 13, 26, constituent des moyens M de régulation de la concentration en matières en suspension des boues extraites du décanteur D. Le régulateur 30, la sonde de mesure 15, le débitmètre 16 et la pompe à vitesse variable 13 constituent des moyens M1 de régulation du flux massique FM1 de matières en suspension entrant dans le décanteur D.
Le régulateur 31 , la sonde de mesure 28, le débitmètre 29 et la pompe à vitesse variable 26 constituent des moyens M2 de régulation de la concentration des boues extraites, à partir du flux massique entrant FM 1.
Le régulateur ou variateur 32, la sonde 24 de mesure de la hauteur du voile, le débitmètre 20 et la pompe à vitesse variable 19 constituent des moyens M3 de régulation du débit de polymère injecté dans le décanteur D.
L'automatisme de pilotage des flux traités sur le décanteur D repose sur ces différentes régulations :
- le contrôle du flux constant FM1 d'alimentation en boue liquide du réacteur,
- le contrôle du maintien de la concentration D2 des boues extraites pré-épaissies, - le maintien au plus bas du niveau du voile V de boue dans le réacteur
D avec une optimisation de la consommation du polymère.
L'ensemble de ces trois régulations permet d'assurer : - l'optimisation de la consommation du polymère injecté, dés que la nécessité d'ajouter le polymère apparaît ;
- la surveillance de la qualité de l'eau clarifiée en surverse.
- le maintien du voile de boue à un niveau le plus faible possible pour éviter des temps de séjour élevés, un vieillissement et une dégradation de la boue pré-épaissie (dénitrification des boues, relargage du phosphore).
- le maintien de la concentration constante des boues de sortie, ce qui permet de réduire, voire de supprimer, une bâche tampon de récupération des boues pré-épaissies, habituellement placée en amont de la centrifugeuse 3 et en aval du décanteur D.
Le fonctionnement du décanteur D et des moyens de régulation est le suivant.
Régulation du flux massique d'entrée des boues Le flux massique FM 1 de matières en suspension dans l'eau à traiter arrivant dans le décanteur D est fixé par un opérateur. La concentration D1 de matières en suspension, dans l'eau à traiter, est délivrée par la sonde, ou capteur, 15. Soit F1 le débit d'eau à traiter, le flux massique est F1 *D1 qui doit être égal à la valeur fixée FM1. La consigne de débit F1 à assurer est déterminée par : F1 = FM1 / D1
Le régulateur PID 30 positionne la vitesse de la pompe d'alimentation 13 pour maintenir la consigne de débit F1 en utilisant la mesure du débitmètre 16.
Régulation de la concentration des boues extraites à partir du flux massique entrant FM1.
La consigne de concentration de la boue extraite (Cons D2) est fixée par l'opérateur. Un premier débit d'extraction F2 est calculé en supposant en première approximation que la concentration effective de la boue extraite est égale à la valeur choisie de consigne. Dans ce cas, en écrivant que le flux massique extrait est égal au flux massique entrant : F2* Cons D2 = FM 1 , on déduit :
F2 = FM1 / Cons D2
Le régulateur PID 31 positionne la vitesse de la pompe d'extraction 26 pour maintenir la consigne de débit Q = F2, en utilisant la mesure du débitmètre 29. Toutefois, la concentration D2 de la boue extraite, mesurée par la sonde 27, ne sera pas égale à Cons D2, mais en sera voisine. Une correction périodique (toutes les 30secondes à 300secondes) de débit est effectuée pour ajuster le débit afin d'obtenir une concentration de sortie égale à la consigne fixée.
Cette correction de débit est expliquée avec référence au diagramme de Fig.5. La correction de débit ΔQ est portée en abscisse et les écarts ± d ConsD2 entre la valeur mesurée D2 et la valeur de consigne Cons D2 sont portés en ordonnée. L'origine des corrections de débit, correspondant à ΔQ = 0, est située au point 33 qui correspond au débit permettant d'obtenir effectivement la valeur Cons D2. Les corrections ΔQ sont positives ou négatives selon que le débit doit être augmenté ou diminué par rapport au débit correspondant au point 33. L'origine des écarts ± d ConsD2 est située à la valeur ConsD2, et les écarts sont positifs lorsque la mesure D2 est supérieure à ConsD2, et négatifs dans le cas inverse. Les courbes 34, 35 de correction de débit sont établies expérimentalement. La courbe 34 à plus forte pente correspond à une déconcentration d'un effluent trop chargé en matières solides extrait du décanteur D, tandis que la courbe 35, de pente plus faible, correspond à un épaississement d'un effluent pas assez chargé en matières solides, extrait du décanteur D. Les réactions du système sont différentes à la déconcentration et à l'épaississement d'où les pentes différentes.
Dans l'exemple illustré sur Fig.5, le premier débit d'extraction F2 calculé donne une valeur de concentration mesurée par la sonde 28 égale à : mes D2 qui est supérieure à D2. A cette mesure, la courbe 34 fait correspondre le point 36 sur l'axe des abscisses. Le débit initial calculé F2 est augmenté de ΔQLLa régulation assurée par le régulateur 30 permet de rapprocher la concentration mesurée de la consigne Cons D2.
Dans la pratique les valeurs maximales de correction de débit ± ΔQ maxi sont ddee ll''oorrddrree ddee ±± 00..55 mm33//hh.. LLee ssiiggnnaall ddee mmesure correspond à une moyenne sur 10 minutes, rafraîchie toutes les minutes.
Régulation de l'injection du polymère La pompe 19 de polymère est pilotée par le régulateur 32 ou variateur de vitesse, et la consigne de vitesse est calculée à partir du flux massique d'alimentation FM1 = F1 *D1 et de la position du niveau de voile de boue V. Calcul du débit de polymère.
La consigne de polymère est calculée avec les éléments suivants :
Tpoiym = Taux de traitement de polymère {dose optimale de polymère à injecter dans l'eau à traiter) C Poiym = concentration du polymère {concentration du polymère dans la solution injectée)
FMA calculé = Calcul du flux (F1 rée|XD1 réei)
Cons Q poiym =Consigne du débit de polymère (consigne du débit de la solution de polymère injectée) COnS Q poiym x C Poiym = Tpolym x FMA calculé
d'où la consigne de débit de polymère :
COnS Q poiym = Tpolym X FMA calculé X 1 / C po|ym
Calcul du débit de polymère modulé en fonction du niveau du voile de boue
Les explications qui suivent sont données avec référence à Fig.6 qui représente une courbe d'ajustement du taux de polymère. Le niveau du voile de boue est porté en ordonnée, et le taux de polymère est porté en abscisse.
L'origine O des ordonnées correspond au niveau de voile de boue le plus bas possible, c'est à dire situé au fond du décanteur D. S1 ou « Seuil 1 » correspond au niveau du voile de boue obtenu avec le taux de polymère considéré comme minimum. Ce taux mini de polymère peut être de l'ordre de 0.5 mg/L. S2 ou « Seuil 2 » correspond au niveau du voile de boue obtenu avec le taux de polymère considéré comme maximum. Ce taux maxi peut être de l'ordre de 2 mg/L. La courbe 37 représente la variation du niveau du voile de boue en fonction du taux de polymère à appliquer.
Sur l'axe des ordonnées, le point E correspond au niveau théorique le plus haut possible du voile, c'est-à-dire au sommet au niveau de la sonde 24 ; le point Niveau LSL, situé au-dessous de « Seuil 1 » correspond à l'arrêt de l'injection du polymère.
Le signal indiquant le niveau du voile de boue V est fourni par la sonde 24 à ultrasons. Une moyenne sur 10mn est effectuée et rafraîchie toutes les minutes. Le débit de la pompe 19 de polymère reste calculé à partir du flux massique d'alimentation calculé FMA calculé Ce débit est corrigé périodiquement si nécessaire pour maintenir le niveau du voile de boue V dans une plage donnée comprise entre S1 et S2, et le plus bas possible. Cette correction est effectuée dans les conditions suivantes.
Périodiquement toutes les T3 secondes, avec 1 s < T3 < 1800 s, la position du voile du niveau du voile de boue V est surveillée. Au « Niveau (t) », à l'instant t correspond le « taux appliqué ».
Le taux de traitement TpOιym appliqué pour calculer le débit de polymère sera corrigé en fonction de la mesure de niveau du voile de boue pris à la fin de la temporisation T3 écoulée.
Tant que « Niveau(t) » reste dans la fourchette comprise entre S1 et S2, le taux de polymère appliqué est ajusté, conformément à la portion de droite 37.
Dés que le niveau du voile de boue devient inférieur au seuil S1 , le taux de polymère injecté est maintenu au Taux mini. Si le niveau du voile descend en dessous du Niveau LSL, l'injection est arrêtée.
Lorsque le niveau du voile de boue devient supérieur au seuil S2, le taux de polymère injecté est maintenu au Taux maxi, pour faire descendre le voile de boue.
Les limites du TPθiym appliqué sont par exemple (0,5 mg/L en mini et 2,0 g/L en maxi.). Au démarrage le premier calcul se fait avec un taux initial (T init pOιym) paramétrable. Les seuils S1 et S2 sont paramétrables.
L'invention permet de maintenir sensiblement constante la concentration des boues extraites et d'optimiser ainsi le fonctionnement des machines, notamment centrifugeuses, en aval du décanteur. Il en résulte un meilleur rendement de l'installation et une diminution de l'énergie consommée.
L'invention permet également de réduire la consommation de polymère, qui est divisée pratiquement par deux, tout en conservant, et même améliorant, la qualité des boues extraites. Les lames racleuses 12 du racleur 10 permettent de ramener rapidement les boues vers la zone 9 pour diminuer leur temps de séjour dans le décanteur D.
Le temps de séjour des boues dans le décanteur est de préférence inférieur à 2 heures.
La herse 12a permet de mettre en mouvement les flocs, favorisant un dégazage et une concentration des boues.

Claims

REVENDICATIONS
1. Décanteur statique pour pré-épaissir les boues liquides dans une installation de traitement d'eau, en particulier d'eaux usées, en vue d'optimiser le fonctionnement d' appareils d'épaississement installés en aval du décanteur, comportant un fond incliné, et étant équipé d'une pompe d'alimentation en boues liquides, d'un dispositif d'injection de polymère dans les boues liquides, d'un rejet de surverse et d'une pompe d'extraction des boues pré-épaissies du décanteur, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens pour accélérer la décantation des boues,
- des moyens de régulation (M) de la concentration en matières en suspension en sortie, des boues pré-épaissies, propres à maintenir sensiblement constante la concentration des boues pré-épaissies extraites du décanteur, malgré les variations de concentrations en entrée,
- et des moyens de régulation (M3) du niveau du voile de boue (V) propres à maintenir ce niveau le plus bas possible.
2. Décanteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens pour accélérer la décantation des boues comprennent un angle d'inclinaison (α) du fond du décanteur sur l'horizontale compris entre 20°et 45°, et un racleur tournant de fond (10).
3. Décanteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le racleur (10) comporte un bras (11 ) équipé de lames racleuses (12) disposées en jalousie de manière à ramener efficacement et rapidement les boues décantées vers une fosse centrale (9) qui est aussi raclée.
4. Décanteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bras (11 ) est équipé d'une herse (12a) favorisant le pré-épaississement de la boue.
5. Décanteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de régulation (M) de la concentration des boues pré-épaissies comprennent des moyens de régulation (M1 ) du flux massique (FM1 ) de matières en suspension entrant dans le décanteur, et des moyens de régulation (M2) de la concentration des boues pré-épaissies à partir du flux massique entrant.
6. Décanteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de régulation (M1 ) du flux massique de matières en suspension entrant dans le décanteur comprennent :
- une pompe d'alimentation en boues liquides à vitesse variable (13), - un débitmètre (16) de boues liquides,
- une sonde de mesure (15) de la concentration (D1 ) de matières en suspension dans les boues liquides, et
- un régulateur (30) qui reçoit les informations provenant du débitmètre (16) et de la sonde (15), et commande la vitesse de la pompe d'alimentation (13) pour maintenir sensiblement constant le flux massique d'alimentation (FM1 ).
7. Décanteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de régulation (M2) de la concentration des boues extraites à partir du flux massique entrant comprennent : - une pompe d'extraction de boues pré-épaissies à vitesse variable (26),
- un débitmètre (29) de boues pré-épaissies,
- une sonde de mesure (28) de la concentration (D2) de matières en suspension dans les boues pré-épaissies, et
- un régulateur (31 ) qui reçoit les informations provenant du débitmètre (29) et de la sonde (28), et commande la vitesse de la pompe d'extraction (26) pour maintenir sensiblement constante la concentration des boues pré-épaissies, le débit d'extraction initial étant calculé à partir du flux massique entrant (FM1 ) et d'une consigne de concentration de la boue extraite (Cons D2).
8. Décanteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de régulation (M3) du niveau du voile de boue comprennent une sonde (24) de mesure de la hauteur du voile de boue, une pompe d'alimentation en polymère à vitesse variable (19), un débitmètre (20) sur la conduite d'injection du polymère, et un régulateur (32) ou vahateur de vitesse recevant les informations de la sonde (24) de mesure de la hauteur du voile de boue et du débitmètre (20), et propre à commander la vitesse de la pompe (19) pour optimiser la consommation de polymère.
9. Décanteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu pour que le temps de séjour de la boue dans le décanteur ne dépasse pas deux heures.
10. Décanteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le niveau du voile de boue (V) est maintenu sensiblement au niveau de la grande base d'un fond tronconique.
11. Décanteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse périphérique du racleur (10) est comprise entre 10 et 20 cm/s.
12. Installation de traitement d'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte un décanteur selon l'une quelconque des revendications précédentes et en ce que la sortie d'extraction du décanteur est reliée directement à un appareil d'épaississement des boues, en particulier une centrifugeuse (3) ou un filtre à bande, sans bâche tampon de boue épaissie entre le décanteur (D) et l'appareil d'épaississement des boues.
PCT/IB2009/055928 2008-12-24 2009-12-23 Decanteur statique rapide pour pre-epaississement des boues de traitement d'eau, et installation comportant un tel decanteur. WO2010073222A1 (fr)

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