CH622228A5 - - Google Patents

Description

L'invention consiste en un procédé de filtration au moyen d'un filtre biologique comportant un lit de matériaux filtrants, tels qu'argile cuite, chamotte par exemple, pouvant être de faible granu-lométrie (de 0,5 à 4 mm, de préférence 2 mm) dont la surface présente, d'une part, des sites limités pour permettre la fixation du film bactérien et son maintien, même sous des conditions de lavage intense et répété et, d'autre part, un aspect lisse pour permettre l'élimination par lavage de toute culture bactérienne sur cette partie lisse de la surface.

Le filtre est utilisé en aérobiose dans une installation d'épuration biologique d'eaux résiduaires; l'eau entrant sur le filtre est portée à une concentration élevée en oxygène aussi proche que possible de la saturation par préaération au moyen d'un dôme ou tube poreux à haut rendement de diffusion ou tout autre moyen quelconque convenable. Dans ce cas, on peut atteindre des valeurs de 7 à 8 mg/1 d'oxygène dissous selon la température de l'eau. Si, au lieu d'injecter de l'air, on injecte de l'oxygène pur ou de l'air enrichi en oxygène, on peut porter cette valeur à 25-30 mg/1.

Il a été observé que la pollution, exprimée par sa demande biologique en oxygène en 5 j ou DBOs, demande une quantité relativement réduite d'oxygène pour être épurée dans les conditions d'utilisation du filtre.

On détermine aisément que l'élimination de 1 mg de DB05 demande au maximum la dissolution de 0,5 à 0,7 mg d'oxygène dans l'eau avant percolation à travers le filtre.

Cela signifie que, par une préaération à l'air, on peut éliminer, en utilisant le filtre, de 10 à 16 mg de DB05 par litre d'eau filtrée. Si l'on utilise l'oxygène pur, cette quantité de pollution éliminée peut être portée de 40 à 50 mg/1.

Lorsque l'eau résiduaire urbaine ou industrielle à traiter subit une épuration préalable au moyen d'un apport de réactifs floculants et d'une séparation des produits floculés ou lorsque l'on veut épurer directement une eau résiduaire industrielle peu chargée, il arrive fréquemment que la pollution dissoute à l'entrée du filtre atteigne, voire dépasse, 100 mg/1 de DBOs.

Si l'on veut réduire cette pollution à une valeur voisine de, ou inférieure à, 30 mg/1 par l'emploi du filtre, on constate que la quantité d'oxygène disponible est insuffisante.

On peut alors effectuer un recyclage d'une partie de l'eau filtrée en amont du dispositif de saturation en oxygène afin d'accroître par ce biais la quantité d'oxygène disponible.

Cependant, les vitesses de filtration sont alors limitées entre 8 et 13 m3/m2/h. Le fait de recycler conduit donc, si l'apport d'eau recyclée risque de faire dépasser ces valeurs, à accroître les dimensions du filtre.

La quantité de pollution éliminable par unité de volume de matériau filtrant, pour une hauteur de couche comprise entre 1,5 et 2 m, est donc limitée à une valeur de l'ordre de 2 kg de DBOs/m3/j avec une préaération à l'air et à 4-5 kg de DBOs/m3/j si on utilise une injection d'oxygène pur ou d'air enrichi en oxygène.

Le but de la présente invention est d'amener le filtre biologique à traiter une eau résiduaire dont on a porté la concentration en oxygène dissous à une valeur supérieure à la concentration de saturation en oxygène à la pression atmosphérique (concentration qui peut varier effectivement de 7 à 35-40 mg/1 selon la pression partielle en oxygène à la pression atmosphérique du gaz injecté), de façon à accroître les performances de ce filtre tant en quantité de DB05 éliminée par litre d'eau traitée qu'en quantité de DBO 5 éliminée par mètre cube de matériau filtrant.. En outre, il est ainsi possible de supprimer éventuellement le recyclage d'eau filtrée.

La présente invention concerne un procédé de filtration au moyen d'un filtre biologique immergé, dont le matériau filtrant est disposé dans une enceinte fermée sous pression, étanche aux gaz, ce procédé étant caractérisé en ce que l'eau résiduaire est amenée sur le filtre, après suroxygénation dans une enceinte située en amont du filtre et dans laquelle l'oxygène est dissous dans l'eau résiduaire sous une valeur supérieure à la valeur de la solubilité de l'oxygène correspondant à la pression partielle de l'oxygène dans le gaz utilisé à la pression atmosphérique.

L'eau à filtrer peut être oxygénée en continu, par exemple dans une enceinte fermée et mise sous pression. L'oxygène, ou l'air enrichi en oxygène, est introduit dans l'atmosphère gazeuse qui règne dans la partie supérieure de l'enceinte soit directement, soit en traversant la masse liquide. L'eau à oxygéner est injectée par une pompe, à une pression élevée, dans cette même enceinte. Le temps de contact est déterminé pour qu'au débit maximal d'alimentation et à la pression maximale de fonctionnement on obtienne une dissolution donnée d'oxygène dans le liquide qui transite dans l'enceinte. Ce temps de contact est de l'ordre de une à quelques minutes selon le dispositif d'injection de gaz utilisé et la turbulence, favorable à la dissolution, maintenue dans la masse liquide contenue dans l'enceinte.

De cette enceinte, et sans rupture de pression, l'eau résiduaire suroxygénée est introduite de préférence dans la partie supérieure d'une (ou de plusieurs) enceinte contenant un matériau filtrant, faite en un matériau résistant à la pression et rendue étanche.

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L'eau résiduaire suroxygénée peut être introduite directement dans la masse filtrante.

Il est possible, pour une installation donnée, alimentée à un débit fixé, de faire varier la quantité d'oxygène dissous introduite dans l'eau à filtrer en faisant varier la pression régnant dans l'enceinte et dans le filtre.

Il est même possible de faire varier, au cours d'ûn cycle de filtration, la teneur en oxygène dissous dans l'eau en fonction des variations possibles de sa teneur en DBOs.

L'installation peut comporter un dispositif d'analyse en continu de l'oxygène dissous résiduel dans l'eau filtrée disposé immédiatement à la sortie du filtre. Ce dispositif, en comparant la valeur mesurée à un instant donné à des valeurs fixes de consigne, détermine et commande par tout moyen quelconque approprié d'augmentation ou la diminution de la pression d'injection du gaz dans l'enceinte.

Si la teneur en oxygène dissous dépasse une certaine valeur dans l'eau filtrée, c'est que la demande en oxygène du système est faible parce que la DBOs de l'eau à traiter est faible, on pourra donc réduire la pression, donc la teneur en oxygène dissous. Réciproquement, si la teneur en oxygène dissous descend en dessous d'une valeur minimale dans l'eau filtrée, c'est que la demande en oxygène du système s'est accrue parce que la DB05 de l'eau à traiter a augmenté, et il sera nécessaire d'accroître la pression d'injection de gaz et donc d'augmenter la quantité d'oxygène dissous en amont du filtre, toutes autres choses étant égales par ailleurs (température, débit d'eau, etc.).

La description qui va suivre, en référence à la figure unique du dessin annexé, représentant schématiquement un exemple de réalisation de l'installation de filtration pour la mise en œuvre du procédé suivant l'invention, permettra de mieux comprendre l'invention.

L'installation est composée principalement d'un filtre biologique comportant une ou plusieurs cuves 1 étanches, fermées, susceptibles d'être mises sous pression.

Chaque cuve contient:

- un double fond 2 muni de buselures 3 ou constitué par une plaque perforée;-

- - une couche de matériau-support 4;

- une certaine quantité de matériau filtrant 5, dont la hauteur est comprise entre 0,5 et 4 m, par exemple comprise entre 2 et 3 m pour une vitesse de percolation de 10 à 20 m3/h/m2 d'eau contenant 30 à 50 mg/1 d'oxygène dissous;

- une vasque d'introduction de l'eau et de départ des eaux de lavage 6.

Le filtre est équipé d'accessoires de contrôle et de sécurité tels que une ou plusieurs prises d'échantillons 7, une soupape de sécurité 8, un purgeur de gaz 9, un manomètre 10.

L'eau à épurer entre dans le filtre par la tuyauterie 12 après ouverture de la vanne 13 et est répartie sur la surface du filtre au-dessus du matériau filtrant par la vasque 6.

L'eau passe ensuite à travers le matériau filtrant puis éventuellement à travers une ou plusieurs couches d'un autre matériau pouvant réaliser un traitement complémentaire.

Plusieurs filtres peuvent être montés en série.

La dissolution de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène pur, sous pression, s'effectue dans une enceinte fermée, telle que ballon 14, distincte dans l'exemple du filtre, mais pouvant être incorporée au filtre lui-même, au-dessus du matériau filtrant.

La quantité d'oxygène dissous dépendant de la surface de contact entre l'oxygène gazeux et l'eau, on crée à l'intérieur de cette enceinte 14:

- soit une division du gaz dans l'eau par création de bulles au sein du liquide à l'aide de dispositifs connus tels que: formation d'un jet d'eau 15 frappant la surface du liquide 16, agitation mécanique de l'eau, diffusion du gaz dans l'eau à travers un matériau poreux, introduction de gaz dans l'eau par barbotage;

- soit une division de l'eau dans le gaz par des procédés connus tels que : pulvérisation de l'eau dans l'atmosphère gazeuse, fractionnement d'un jet d'eau, ruissellement de l'eau dans l'air, agitation mécanique de l'eau;

- soit une combinaison de plusieurs des procédés ci-dessus.

L'installation comporte des éléments de régulation et de sécurité tels que soupape de sécurité 8a et manomètre 10a. Dans le cas de l'exemple traité, une ou plusieurs pompes 17 aspirent l'eau à traiter dans la bâche 18, la refoulent à la partie supérieure du ballon d'oxygénation 14 formant à une vitesse déterminée un jet 15 dans la phase gazeuse.

Le jet frappe la surface de la phase liquide 16 de façon à créer la turbulence nécessaire à la dissolution de l'oxygène dans l'eau.

L'eau ainsi suroxygénée est dirigée vers le ou les filtres.

Le gaz est amené dans le ballon 14, par une tuyauterie 21, soit dans la phase gazeuse, soit dans la phase liquide ou dans les deux à la fois. Ce gaz peut être plus particulièrement de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou, mieux, de l'oxygène pur, et est supposé disponible à une certaine pression connue.

La pression peut être maintenue constante par un régulateur 19 prévu sur la canalisation 19a d'amenée du gaz. Une vanne d'isolement 20 permet de couper l'arrivée de gaz au ballon 14 en cas de besoin, par exemple si le détecteur de niveau bas 22 que comporte le ballon indique que la quantité de la phase liquide est trop faible.

Un détecteur de niveau haut 23 indique de la même manière que la quantité de la phase gazeuse est trop faible et peut arrêter la ou les pompes d'alimentation 17.

L'eau résiduaire suroxygénée est admise dans le filtre, lequel se trouve à une pression dépendant directement de la pression dans le ballon 14 et du débit. A la sortie du filtre, une vanne de régulation 25 maintient le filtre en pression.

Un détecteur de niveau 24 contrôle le niveau 16 de la phase liquide dans le ballon 14 et commande la vanne 25.

Si le niveau 16 monte, la vanne 25 s'ouvre et inversement.

Les organes assurant les mesures de niveau 22, 23,24 sont disposés dans un endroit calme de l'enceinte 14 ou dans une enceinte séparée.

Un analyseur d'oxygène dissous 26 est disposé à la sortie du filtre ou la prise d'échantillon 7, de façon à réguler la quantité d'oxygène utilisée et à la limiter à la quantité nécessaire au traitement. Cet appareil commande le régulateur 19: si la concentration en oxygène de l'eau sortant du ou des filtres, ou de l'eau en un point quelconque de la masse filtrante, dépasse une valeur de consigne, par exemple 2 mg/1, le régulateur 19 fait diminuer la pression de la phase gazeuse à l'intérieur de l'enceinte 14; le niveau 16 monte, le détecteur de niveau 24 fait ouvrir un peu plus la vanne 25, ce qui provoque une diminution de la pression de fonctionnement de l'installation, donc de la quantité d'oxygène dissous et consommé.

Si l'analyseur d'oxygène 26 indique une concentration inférieure à une valeur de consigne par exemple 1 mg/1, l'inverse se produit.

L'eau filtrée sort du filtre par la canalisation 27a sur laquelle est prévue la vanne 25. Elle est recueillie dans la bâche 27.

Un recyclage de l'eau traitée est possible, mais, grâce à l'invention, non nécessaire.

Exemple

Des essais effectués sur appareils pilotes ont montré qu'en maintenant une pression de 1 bar au-dessus de la pression atmosphérique normale, il était possible, avec un dispositif très simple, suivant l'invention, d'atteindre des valeurs d'oxygène effectivement dissous dans une eau résiduaire urbaine préalablement floculée et décantée, comprises entre 25 et 50 mg/1, la valeur exacte obtenue à un moment donné dépendant des conditions de milieu régnant à ce moment: pression atmosphérique, température de l'eau, salinité et teneur en pollution de cette eau.

A titre d'exemple, on trouvera ci-dessous les résultats expérimentaux obtenus au cours de quatre essais différents "dans un dispo-

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sitif pilote conçu selon la présente invention et comprenant essen- de granulés d'argile expansée d'une hauteur de 1,8 m. Le volume tiellement un filtre fermé d'une surface de 0,125 m2 avec une couche de matériau filtrant était donc de 0,225 m3.

Débit

Vitesse

Oxygène

DBOs

SBOs

DB05

DBOs

Oxygène

Mg

Matières d'eau de dissous avant après

éliminée

éliminée dissous d'oxygène en suspension m3/h filtration avant filtre filtre mg/1

kg/m3/j après utilisé

eau filtrée

m3/m2/h filtre mg/1

mg/1

filtre par mg mg/1

mg/1

DBOs

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Il apparaît bien des données numériques du tableau que l'in- gène, d'une part, et en modifiant la vitesse de filtration et la hauteur vention permet, dans les conditions de l'expérience, d'éliminer de de la couche de matériau, d'autre part, il est en fait possible, pour un 40 à plus de 60 mg/1 de DBOs et d'atteindre, avec des vitesses de fil- 20 dispositif réalisé selon l'invention, d'atteindre des charges de 10 tration dépassant 13 m/h, des charges exprimées en pollution élimi- à 15 kg de DB05 éliminée par m3/j sur la moyenne d'un cycle avec née égales ou supérieures à 12 kg de DBOs par m3/j tout en mainte- des valeurs horaires de pointe de 20 kg/m3/j.

nant un effet de filtration très correct puisque les teneurs en matières Les vitesses de filtration moyennes peuvent varier alors de 10 à

en suspension dans l'effluent filtré ne dépassent jamais 10 mg/1. 20 m/h avec des valeurs horaires de pointe de 25 à 30 m/h. Ces

En augmentant la pression dans le dispositif d'injection d'oxy- 2s résultats peuvent être obtenus lorsque la quantité de pollution à éliminer varie de 50 à 70 mg de DB05 par litre d'eau à épurer.

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1 feuille dessins

Claims (8)

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1. Procédé de filtration, au moyen d'un filtre biologique immergé, pour l'épuration des eaux résiduaires dont le matériau filtrant est disposé dans une enceinte fermée sous pression, étanche aux gaz, caractérisé en ce que l'eau résiduaire est amenée sur le filtre, après suroxygénation dans une enceinte située en amont du filtre et dans laquelle l'oxygène est dissous dans l'eau résiduaire sous une valeur supérieure à la valeur de la solubilité de l'oxygène correspondant à la pression partielle de l'oxygène dans le gaz utilisé à la pression atmosphérique.

2. Procédé de filtration suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de la couche de matériau filtrant va de 0,5 à 4 m.

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REVENDICATIONS

3. Installation pour la mise en œuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de suroxygénation de l'eau résiduaire à traiter, constitué par une enceinte dans laquelle l'oxygène est dissous dans l'eau à traiter sous une valeur supérieure à la valeur de la solubilité de l'oxygène correspondant à la pression partielle de l'oxygène dans le gaz utilisé à la pression atmosphérique.

4. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de suroxygénation dissout dans l'eau résiduaire à traiter une quantité d'oxygène allant de 30 à 100 mg/1.

5. Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens, coopérant avec des moyens prévus à la sortie du filtre ou dans le matériau filtrant lui-même et servant à mesurer, à ce point, la quantité d'oxygène résiduel en vue du réglage de la pression régnant dans l'enceinte de suroxygénation et dans le filtre et donc du réglage de la quantité d'oxygène dissous dans l'eau, en fonction de cette quantité d'oxygène résiduel.

6. Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de réglage de la pression dans l'enceinte de suroxygénation et dans le filtre consistent en un analyseur d'oxygène (26), disposé à la sortie du filtre, couplé à un régulateur de pression (11) relié à l'enceinte de suroxygénation, laquelle comporte un détecteur de niveau (24) agissant sur une vanne (25) prévue sur la canalisation de sortie (27a) de l'eau traitée.

7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que le dispositif de suroxygénation est placé dans l'enceinte du filtre.

8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que l'enceinte de suroxygénation comporte des détecteurs de niveau haut (23) et bas (22), permettant de faire varier les quantités d'eau et de gaz admis dans l'enceinte.