FR2723934A1 - Procede et dispositif pour le traitement d'un fluide, notamment des eaux residuaires, par filtration - Google Patents
Procede et dispositif pour le traitement d'un fluide, notamment des eaux residuaires, par filtration Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention se rapporte à un procédé pour le traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre. Selon l'invention, on élimine l'huile libre des eaux résiduaires, on fait passer les eaux résiduaires à travers un premier milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 200 mum ou moins, on soumet les eaux résiduaires à une filtration dynamique en utilisant un second milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 5 mum ou moins et on met les eaux résiduaires en contact avec un lit adsorbant pour former un courant d'eau purifiée. L'invention s'applique notamment au traitement des eaux résiduaires marines.
Description
i 2723934 La présente invention se rapporte à un procédé de traitement
d'un fluide. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une méthode perfectionnée pour le traitement des eaux résiduaires, en particulier des eaux grises, pour récupérer de l'eau purifiée et réduire les effluents ainsi qu'à un appareil pour effectuer ce traitement
des eaux résiduaires.
Le traitement des eaux résiduaires afin de réduire les effluents et de recycler l'eau utilisable est de la plus grande importance dans le cas de l'effort général pour la réduction de la pollution et la conservation de l'eau. Un domaine particulier est le traitement des eaux résiduaires à bord des bateaux et des navires, e.g. les eaux grises marines. Les eaux grises sont définies comme les eaux résiduaires effluentes combinées des cuisines, lavoir des cuisines, lave-vaisselle, blanchisserie, douche, évier et bassin de lavage (comprenant les bassins profonds dans les zones de travail comme les salles des machines et les eaux médicales) à bord des bateaux. Les contaminants sont typiquement des particules d'aliments pouvant atteindre des dimensions importantes (comme des tranches d'aliments), des matières grasses animales, des huiles végétales, des savons, des détergeants, des huiles corporelles, des cheveux humains, des particules métalliques provenant, des lavoirs de cuisine et des salles des machines, des solvants et des petits vêtements (comme des chaussettes) qui peuvent avoir traversé le système de blanchisserie. On différencie usuellement les eaux grises à la fois des eaux noires qui sont un rassemblement à base d'eau salée de déchets corporels et de matériaux de papier provenant des espaces à l'avant du bateau et des eaux locales qui sont une accumulation à base d'eau salée de toutes les autres eaux résiduaires du bateau et qui
peuvent contenir des solvants chimiques et analogues.
Bien que le taux de production soit très variable ainsi que la concentration et le type de contaminants, les eaux grises sont produites à raison, en moyenne, d'environ -75 litres par homme par jour à bord. Ainsi, par exemple,
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la production d'eaux grises peut être de l'ordre d'environ 000 1/jour pour une frégate navale avec un équipage de 200 hommes pour atteindre 450 000 1/jour pour un porte-avions ayant un équipage de 6 000 hommes. Les débits moyens d'eaux grises à bord de tels bateaux peuvent être compris entre environ 10 1/mn et environ 315 1/mn, avec des débits de
pointe compris entre environ 32 1/mn et environ 950 1/mn.
Les moyens de coalescence et séparateurs centrifuges classiques ne sont pas appropriés au traitement et à la purification des eaux grises car, par exemple, les viscosités et les tensions de surface des savons et de l'eau sont trop proches pour permettre une séparation satisfaisante. De nombreux bateaux évacuent directement les eaux grises, sans traitement, dans les eaux navigables, comprenant les lacs et les eaux à proximité de la côte. Certains bateaux sont équipés de réservoirs de concentration, de maintien et de transfert afin de stocker les eaux grises jusqu'à ce qu'on puisse les pomper vers un système sanitaire au port. Ces bateaux utilisent les réservoirs de concentration, maintien et transfert dans une tentative pour éviter d'évacuer les eaux grises dans les lacs et les eaux à proximité de la côte mais ils évacuent habituellement les eaux grises en haute mer ou lorsque les réservoirs sont remplis jusqu'à leur pleine capacité, dans d'autres eaux navigables. Dans les domaines de plus en plus grands o l'évacuation des eaux grises est prohibée, on utilise des moyens coûteux et encombrants tels que le déchargement des eaux grises stockées sur des bateaux
citernes ou bien on ignore tout simplement les prohibitions.
Il reste, par conséquent, une nécessité pour un moyen efficace et économique pour réduire l'effluent d'eaux résiduaires, en particulier les eaux grises évacuées des bateaux. La présente invention a pour objet de procurer un tel moyen de traitement. Elle a pour autre objet de concentrer les contaminants dans les eaux résiduaires pour les rendre plus faciles à stocker et à rejeter, tout en permettant l'évacuation de l'eau purifiée récupérée des eaux résiduaires. La présente invention a également pour objet de
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procurer un moyen pour traiter les eaux résiduaires, en particulier les eaux grises, afin de recycler l'eau
utilisable et ainsi de conserver l'eau.
La présente invention procure une méthode et un appareil pour le traitement des eaux résiduaires. La présente méthode et le présent appareil sont particulièrement bien adaptés au traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre, en particulier
les eaux grises marines.
La présente méthode pour le traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre consiste à éliminer l'huile libre des eaux résiduaires, à faire passer les eaux résiduaires à travers un premier milieu de filtration ayant un calibrage effectif des pores d'environ 200 vm ou moins, à soumettre les eaux résiduaires à une filtration dynamique en utilisant un second milieu de filtration ayant un calibrage effectif des pores d'environ 5 pm ou moins, et à mettre les eaux résiduaires en contact avec un lit adsorbant pour former un courant d'eau
purifiée.
L'appareil selon la présente invention pour le traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre comprend: (a) un moyen pour éliminer l'huile libre des eaux résiduaires, (b) un moyen pour faire passer les eaux résiduaires, après élimination de l'huile libre, vers un premier milieu de filtration, (c) un premier milieu de filtration ayant un calibrage effectif des pores d'environ 200 Mm ou moins, (d) un moyen pour faire passer les eaux résiduaires, après passage à travers le premier milieu de filtration, vers un appareil de filtration dynamique, (e) un assemblage de filtration dynamique comprenant un second milieu de filtration ayant un calibrage effectif des pores d'environ Mm ou moins, (f) un moyen pour faire passer les eaux résiduaires, après passage à travers le second milieu de
filtration, vers un lit adsorbant, et (f) un lit adsorbant.
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La présente invention est basée sur la découverte que les eaux résiduaires peuvent être traitées pour concentrer les contaminants dans les eaux résiduaires et former un courant d'eau purifiée par prétraitement des eaux résiduaires pour éliminer les grandes particules et l'huile libre, en soumettant les eaux résiduaires à une filtration dynamique en utilisant un milieu de filtration ayant un calibrage effectif des pores d'environ 5 pm ou moins puis en mettant les eaux résiduaires en contact avec un lit adsorbant approprié pour éliminer tous les contaminants qui restent. Le courant d'eau purifiée peut alors être mieux traité, recyclé et/ou évacué selon ce qui est approprié alors que les courants concentrés peuvent être encore traités ou maintenus pour un rejet approprié. Tandis que la présente invention est particulièrement bien adaptée au traitement des eaux grises, en particulier des eaux grises marines, la présente méthode et le présent appareil selon l'invention peuvent être utilisés pour traiter d'autres types d'eaux résiduaires. D'autres usages appropriés de la présente invention comprennent le traitement des eaux résiduaires provenant des installations de traitement des aliments comme les brasseries, les boulangeries, les laiteries, les installations de traitement de l'amidon des patates douces, et les installations de traitement de la volaille, les blanchisseries, les usines textiles, les usines pharmaceutiques et analogues. La présente invention est décrite ici dans le contexte du traitement des eaux grises marines, bien que l'on puisse comprendre qu'il est bien dans la compétence de toute personne d'appliquer la présente
invention à d'autres contextes.
Caractéristiques des eaux résiduaires et de l'eau purifiée. La présente invention, s'appliquant au traitement des eaux grises marines, a pour fonction de réduire la quantité et/ou les concentrations de divers contaminants à des niveaux en dessous des standards établis pour les eaux de réception, i.e., les eaux naturelles dans lesquelles peuvent être
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évacuées les eaux grises par un bateau. Les caractéristiques typiques des eaux grises et de l'eau de réception sont
données ci-dessous.
Eau de Caractéristiques Eaux grises réception Solides totaux (TS) (mg/l) 259-11700 30-11600 Solides totaux en suspension 101-4695 30 (TSS) (mg/l) Demande biochimique en oxygène 137-2616 30 (BOD) (mg/l) Demande chimique en oxygène 304-7839 0-90 (COD) (mg/l) Huiles & graisses (O&G) (mg/l) 5-1210 0-15 Coliformes fécaux (FC) 0-104 14 (#/100 ml) pH 5,7-11,2 6,5-8,5 Chlore résiduel (RC) (mg/l) 0-10 0,0002 Oxygène dissous (DO) (mg/l) 0 2 5 Les solides totaux (TS) représentent la somme des solides totaux en suspension (TSS) et des solides totaux dissous. Les solides totaux forment le résidu qui restera après évaporation. La demande biochimique en oxygène (BOD) représente la quantité d'oxygène dissous requise pendant la stabilisation de la matière organique décomposable par action biochimique aérobie dans l'eau. La demande chimique en oxygène (COD) est une mesure de la quantité des composants
oxydables présents dans l'eau.
Ainsi, la présente invention est particulièrement bien adaptée au traitement des eaux résiduaires comprenant au moins environ 150 mg/l de solides totaux, au moins environ mg/l de solides totaux en suspension, au moins environ mg/l de BOD, au moins environ 200 mg/l de COD, et/ou au moins environ 15 mg/1 d'huiles et graisses. De telles eaux résiduaires peuvent également contenir des coliformes fécaux, e.g., à une concentration pouvant atteindre 106, 108, ou plus, de coliformes fécaux/100 ml. Les eaux résiduaires
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peuvent également contenir du chlore résiduel, e.g., à une concentration pouvant atteindre environ 20 mg/l ou plus et peuvent contenir moins d'environ 5 mg/l d'oxygène dissous, peut être même sensiblement pas d'oxygène dissous. Le pH de telles eaux résiduaires peut généralement être de toute valeur (selon la stabilité de l'équipement qui est utilisé), bien que la présente invention fonctionne mieux avec des pH
d'environ 5-12.
Le traitement des eaux résiduaires selon la présente invention implique, d'une part, la séparation successive des
plus petites particules du courant des eaux résiduaires.
Tandis qu'un tel procédé de séparation peut être efficace pour éliminer les particules en suspension dans les eaux résiduaires, il sera usuellement souhaitable de prétraiter
les eaux résiduaires pour éliminer l'huile libre et de post-
traiter l'effluent pour éliminer les autres contaminants. Le mode de réalisation préféré de la présente invention comporte
ces pré- et post-traitements.
La présente invention traite de préférence les eaux résiduaires de façon que le courant d'eau purifiée contienne moins d'environ 150 mg/l, de préférence moins d'environ mg/l de solides totaux, moins d'environ 100 mg/l, de préférence moins d'environ 30 mg/l de solides totaux en suspension, moins d'environ 100 mg/l, de préférence moins d'environ 30 mg/l de BOD, moins d'environ 100 mg/l, de préférence moins d'environ 90 mg/1 de COD, et moins d'environ mg/l d'huiles et graisses. Le courant d'eau purifiée a également de préférence moins d'environ 14 coliformes fécaux/100 ml, moins d'environ 0,0002 mg/1 de chlore résiduel, et au moins environ 5 mg/l d'oxygène dissous. Le pH du courant d'eau purifiée est de préférence d'environ 6-9, mieux d'environ 6,5-8,5. De préférence encore, le courant d'eau purifiée est approprié pour une évacuation dans des eaux restreintes de réception selon les conditions U. S., i.e., le courant d'eau purifiée contient moins d'environ mg/1 de solides totaux en suspension, moins d'environ mg/1 de BOD, moins d'environ 14 coliformes fécaux/100 ml,
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moins d'environ 0,0002 mg/l de chlore résiduel, et au moins
environ 5 mg/l d'oxygène dissous avec un pH d'environ 6,5-
8,5. Prétraitement Le prétraitement des eaux résiduaires avant de soumettre les eaux résiduaires à une filtration dynamique consiste de préférence à éliminer l'huile libre des eaux résiduaires puis à faire passer les eaux résiduaires à travers un premier milieu de filtration. L'huile libre peut être retirée des eaux résiduaires par tout moyen approprié, de préférence par mise en contact des eaux résiduaires avec un matériau tel que du coton, de préférence sous la forme de serviettes-éponges, qui absorbe l'huile libre. Le premier milieu de filtration a de préférence un calibrage effectif des pores d'environ 200 pm ou moins et mieux d'environ 160 nm ou moins. L'élimination de l'huile libre et des matières particulaires relativement plus grandes, des eaux résiduaires, avant de soumettre les eaux résiduaires à une filtration dynamique, est conçue pour garantir l'opération appropriée du procédé subséquent de filtration dynamique et pour éviter un encrassement prématuré du milieu de filtration
employé dans l'appareil de filtration dynamique.
Pour mieux faciliter le traitement efficace des eaux résiduaires, on fait de préférence passer les eaux résiduaires à travers un tamis avant passage à travers le premier milieu de filtration (et également de préférence avant l'élimination de l'huile libre bien que cela ne soit pas aussi important). Tout tamis approprié peut être ainsi utilisé, e.g., un tamis en duplex et le tamis est conçu pour éliminer les plus grandes matières particulaires (comme les cheveux, les articles de blanchisserie et analogues) et, tel quel, ce sera typiquement une plaque perforée ou de préférence une maille. Un tamis à maille approprié peut être de toute configuration appropriée, mais il aura de préférence environ 4-20 fils par cm linéaire dans chaque direction, avec tout diamètre approprié de fil, e.g, environ 50-500 Mm. De préférence, un tel tamis en maille aura environ 8-16 fils par
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cm linéaire, et mieux environ 12 fils par cm linéaire dans chaque direction, avec tout diamètre de fil approprié, e.g., environ 50-500 pm et de préférence environ 125-250 pm. Le tamis élimine de façon souhaitable les particules plus grandes qu'au moins environ 1000 Mm, de préférence plus
grandes qu'au moins environ 600 pm, de diamètre.
Le tamis est de préférence dimensionné pour réduire la fréquence du bouchage tout en éliminant autant de matières particulaires que possible, en particulier les matières particulaires qui interrompraient le fonctionnement satisfaisant du premier milieu de filtration. Pour permettre une opération continue, on utilise de préférence un tamis à commutation en duplex tel que, tandis qu'un tamis se trouve bouché, il soit mis hors ligne et que l'écoulement soit commuté vers le second tamis. Le tamis hors ligne est alors contre-lavé par tout moyen approprié, e.g., avec relativement un petit volume des eaux résiduaires l'ayant traversé ou bien de l'eau purifiée ou bien par un moyen à air pulsé, pour le nettoyer pour un usage ultérieur. On peut faire passer tout effluent vers un réservoir approprié du concentré pour un rejet ultérieur. Le contre-lavage peut être accompli automatiquement pour éviter la nécessité d'une intervention
de l'opérateur dans ce processus.
On fait également de préférence passer les eaux résiduaires dans un réservoir de maintien avant passage à travers le premier milieu de filtration (et également, de préférence avant passage à travers le tamis, si on l'utilise avant l'enlèvement de l'huile libre bien que, de nouveau, cela ne soit pas aussi important). Le réservoir de maintien est de préférence conçu afin de permettre à des matières de haute densité entraînées dans les eaux résiduaires de se déposer au fond du réservoir de maintien, pour ainsi
effectuer leur séparation par rapport aux eaux résiduaires.
Par exemple, le réservoir de maintien peut contenir des chicanes et/ou la sortie du réservoir de maintien peut être placée à une courte distance, e.g., à quelques centimètres, au-dessus du fond du réservoir de maintien pour permettre aux
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matières de grande densité, entraînées dans les eaux
résiduaires, de se déposer au fond du réservoir de maintien.
De ce point de vue, le fond du réservoir de maintien peut avoir un couvercle d'accès amovible pour faciliter l'élimination occasionnelle périodique des contaminants de grande densité. Le tamis et/ou le moyen pour effectuer l'élimination de toute huile libre peut être contenu dans le réservoir de maintien, et cela est préférable. En particulier, le réservoir de maintien contient de préférence des surfaces en pente de manière que les eaux résiduaires doivent alternativement s'écouler vers le haut et vers le bas, lesquelles surfaces en pente, non seulement aident à l'enlèvement des matières de grande densité des eaux résiduaires mais également aident à la séparation de toute
huile libre, et des eaux résiduaires.
En plus de faciliter l'élimination des matières de grande densité des eaux résiduaires, le réservoir de maintien permet un certain équilibrage pour les eaux résiduaires qui entrent. Le volume et la concentration en contaminant dans les eaux résiduaires peuvent varier au cours de la journée dans des usages terminaux particuliers, comme à bord des bateaux et, par conséquent, un traitement subséquent produira un résultat plus consistant tandis que la moyenne des variations du débit et des concentrations sera faite ou bien qu'on équilibrera par le réservoir de maintien. Cet équilibrage peut avoir un effet particulier sur des excursions possibles de BOD, pH, et autres paramètres de sortie. Par ailleurs, dans de nombreux usages terminaux, en particulier sur les bateaux, le réservoir de maintien est de manière souhaitable dimensionné pour recueillir et contenir un volume équivalent à l'écoulement de pointe pendant une certaine période raisonnable de temps, e.g. environ une heure à plusieurs heures, pour garantir que le système de traitement ne sera pas submergé pendant des moments de production excessive d'eaux résiduaires (bien que le volume du réservoir de maintien puisse être plus petit ou plus grand
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selon la production spécifique d'eaux résiduaires ainsi que
la capacité du système de traitement).
En tout point dans le procédé de prétraitement, de façon souhaitable avant passage des eaux résiduaires à travers le premier milieu de filtration et de préférence après passage à travers un réservoir approprié de maintien pour éliminer les matières de grande densité, les eaux résiduaires peuvent être soumises à toute action appropriée qui réduit la grandeur des matières particulaires dans les eaux résiduaires, e.g., un contact avec des pales rotatives, afin de faciliter l'élimination de telles matières particulaires sans affecter de façon indue les milieux subséquents de filtration. Le moyen par lequel la grandeur des particules est réduite peut également être le moyen par lequel les eaux résiduaires sont retirées du réservoir de maintien pour les faire passer en aval à un plus ample traitement, e.g., vers le tamis et le premier milieu de filtration. Ainsi, par exemple, la sortie du réservoir de maintien peut être connectée par un trajet approprié de fluide, vers une pompe de macération. La pompe de macération attirera les eaux résiduaires hors du réservoir de maintien, réduira les matières solides à de plus petites particules et fournira la pression pour forcer les eaux résiduaires à travers le restant du système de traitement. La pompe de macération peut être placée en dehors du réservoir de maintien ou bien dans le réservoir de maintien. Si l'on utilise une pompe de macération, elle est de préférence pourvue d'un écran intégral d'entrée, qui est placé dans le réservoir de maintien, permettant aux débris collectés sur l'écran d'être contre-lavés, selon la nécessité, vers le fond
du réservoir de maintien pour une élimination subséquente.
L'écran d'entrée est de préférence dimensionné pour réduire la fréquence du nettoyage tout en éliminant toutes les matières particulaires d'une grandeur suffisante qui
autrement submergeraient la pompe de macération.
Pendant le procédé de prétraitement, des produits chimiques appropriés pour le traitement peuvent être fournis l 12723934 aux eaux résiduaires, bien que cela ne soit généralement pas nécessaire. De tels produits chimiques peuvent être ajoutés aux eaux résiduaires par tout moyen approprié, e.g., par des systèmes d'alimentation en produits chimiques. De tels systèmes d'alimentation en produits chimiques comprendront de préférence une pompe à piston et un contrôleur électronique tel que des capteurs installés en aval soient capables d'envoyer des signaux au contrôleur électronique pour réguler automatiquement le taux de l'alimentation en produits chimiques. Les pompes d'alimentation en produits chimiques peuvent être directement connectées à des conteneurs appropriés de stockage ou des bombonnes contenant les produits chimiques à ajouter aux eaux résiduaires par tout
moyen approprié, e.g., par des tuyaux flexibles d'aspiration.
En particulier, de l'acide peut être ajouté aux eaux résiduaires pour les neutraliser et un agent coagulant peut être ajouté aux eaux résiduaires pour améliorer l'efficacité
de séparation de l'assemblage de filtration dynamique.
Filtration dynamique.
Après le prétraitement des eaux résiduaires, on les soumet à une filtration dynamique en utilisant un second milieu de filtration ayant un calibrage effectif des pores d'environ 5 pm ou moins. Le procédé de filtration dynamique est destiné à éliminer sensiblement la totalité des matières particulaires qui restent dans les eaux résiduaires, de préférence sans la nécessité d'une plus ample filtration,
e.g., une ultrafiltration.
A ce niveau de filtration dans un système efficace et pratique de traitement des eaux grises à bord d'un bateau, on a trouvé qu'une filtration effective ne pouvait être
accomplie que par l'utilisation d'une filtration dynamique.
Plus particulièrement, les grandeurs effectives des pores des milieux formant filtres sont si petites et les aires effectives des milieux formant filtres sont si limitées que le bouchage des pores des milieux formant filtres et la formation de couches de pain à proximité de la surface des milieux formant filtres se présentent comme des problèmes
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avec l'utilisation d'éléments formant filtres du type
barrière ordinaire.
Pour le traitement des eaux grises, une filtration par barrière avec un seul passage n'est pas aussi satisfaisante qu'une filtration dynamique pour une grande variété de raisons. Certaines de ces raisons sont que les volumes et les concentrations des contaminants sont généralement trop élevés pour un usage effectif des filtres à un seul passage, qu'un système effectif de contre-rinçage sera trop grand et qu'une pré- enduction (qui est nécessaire pour maintenir les contaminants compressibles ou collants au loin du milieu formant filtre) nécessite l'introduction de produits chimiques additionnels qu'il faut éventuellement évacuer avec
les déchets concentrés.
La filtration dynamique est une extension du concept de filtration en écoulement croisé. Le principe de fonctionnement consiste à maintenir un milieu formant filtre sans bouchage ni encrassement en repoussant les matières particulaires de l'élément de filtre et en interrompant la formation des couches formant pain à proximité du milieu formant filtre. Ces résultats sont attteints en déplaçant le fluide qui est filtré suffisamment rapidement relativement au milieu de filtration pour produire des taux élevés de cisaillement ainsi que des forces importantes de levée sur les particules, comme par l'utilisation d'un moyen rotatif, oscillant, à va-et-vient ou vibratoire. Le cisaillement à l'interface fluide/milieu formant filtre est presqu'indépendant de toute vitesse du fluide en écoulement croisé contrairement aux techniques de filtration tangentielle ou en écoulement croisé (qui souffrent d'autres problèmes tels qu'un bouchage prématuré du filtre du fait de
l'adsorption du composé et des chutes importantes de non-
uniforme de pression associées aux grandes vitesses tangentielles sur la longueur du filtre, provoquant éventuellement un retour d'écoulement à travers le milieu de
filtration et réduisant la filtration).
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La filtration dynamique offre un certain nombre d'avantages de performance dans le contexte de la présente invention. On peut produire des taux très élevés de cisaillement dans l'assemblage de filtration dynamique afin de produire une meilleure levée pour repousser les petites particules et/ou permettre des débits élevés du perméat. Des augmentations du taux de flux du perméat ont été observées comme étant à peut près linéaires avec l'augmentation du taux de cisaillement dans certains systèmes. Cela signifie que l'aire du filtre requise peut être dramatiquement réduite par rapport à tout autre moyen de filtration. Comme le cisaillement peut être délivré uniformément à travers le système, des taux uniformément élevés de flux peuvent être obtenus et maintenus à travers le système de manière que l'encrassement progressif soit éliminé et que l'on puisse réaliser des temps étendus de filtration. Par ailleurs, de fortes concentrations de matières particulaires agglomérées peuvent être obtenues pour l'élimination, du fluide traité,
en utilisant une filtration dynamique.
Un assemblage de filtration dynamique a l'aptitude de traiter une grande variété de contaminants, d'obtenir une concentration remarquablement élevée de solides retenus, de pouvoir fonctionner continuellement sur de longues périodes de temps sans nécessiter d'auxiliaires de filtration et/ou de contre-rinçage et d'obtenir une performance uniformément élevée du filtre pour minimiser la grandeur totale du système. L'assemblage de filtration dynamique peut être de toute configuration appropriée et il comprendra typiquement un logement qui contient une unité de filtre comprenant un ou plusieurs milieux de filtration et un moyen pour effectuer un mouvement relatif entre le milieu de filtration et les eaux résiduaires. Les milieux de filtration de l'unité formant filtre ainsi que le moyen pour effectuer le mouvement relatif entre le fluide qui est filtré et le milieu de filtration peuvent avoir l'une d'une grande variété de configurations appropriées. On peut utiliser une grande variété de moyens moteurs appropriés pour effectuer ce mouvement relatif,
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comme, par exemple, des moyens de rotation, d'oscillation, de
va-et-vient ou vibratoires.
L'assemblage de filtration dynamique peut être de tout dispositif approprié. Des systèmes cylindriques appropriés de filtration dynamique sont décrits dans les brevets U.S. 3 797 662, 4 066 554, 4 093 552, 4 427 552, 4 900 440 et 4 956 102. Des systèmes de filtration dynamique à disque rotatif appropriés sont décrits dans les brevets U.S. 3 997 447 et 5 037 562, ainsi que dans la demande de brevet
U.S. No. 07/812 123. Des assemblages oscillants, à va-et-
vient ou vibratoires pour la filtration dynamique, qui sont appropriés, sont généralement décrits dans les brevets U.S. 4 872 988, 4 952 317, et 5014 564. D'autres dispositifs de filtration dynamique sont décrits par Murkes, "Fundamentals of Crossflow Filtration", "Separation and Purification Methods, 19(1), 1-29 (1990). De plus, de nombreux assemblages de filtration dynamique sont commercialisés. Par exemple, des assemblages appropriés pour la filtration dynamique comprennent BDF-LAB de Pall, le filtre CROT rotatif de ASEA Brown Bovery et V-SEP de New Logic. Tandis que l'élimination souhaitée des matières particulaires peut être obtenue par tout assemblage approprié de filtration dynamique, on a trouvé que l'utilisation d'une filtration dynamique vibratoire, telle que généralement représentée par la New Logic V-SEP, était particulièrement bien adaptée dans le
contexte de la présente invention.
De manière souhaitable, la filtration dynamique crée des forces de cisaillement d'au moins environ 20 000 s-1, de préférence d'au moins environ 100 000 s-1. Les meilleurs taux de filtration seront obtenus à des taux élevés de cisaillement et comme la dégradation, par cisaillement, du concentré, n'est pas un problème dans le traitement des eaux résiduaires, on préfère un cisaillement maximum, dans les
limites pratiques de l'équipement.
Tout milieu approprié de filtration peut être utilisé dans l'assemblage de filtration dynamique. En général, on préfère des milieux de filtration ayant des dimensions
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nominales effectives des pores assez fines afin de minimiser ou d'éviter la nécessité d'un post-traitement des eaux résiduaires. Ainsi, tandis que le milieu de filtration a des pores nominaux effectifs d'environ 5 pm ou moins, le milieu de filtration a de préférence des pores nominaux effectifs
d'environ 1 pm ou moins et mieux d'environ 0,5 pm ou moins.
Le milieu de filtration dynamique a tout à fait de préférence une coupure de poids moléculaire d'environ 200 daltons ou moins, et, ce qui est particulièrement souhaitable, c'est un milieu de filtration dynamique qui est une membrane d'osmose inverse capable d'un rejet de sel d'au moins 97% (ce que l'on considère comme étant équivalent à une membrane ayant une coupure de poids moléculaire d'environ 50 daltons). La membrane d'osmose inverse capable d'un rejet de sel d'au moins 97% est la membrane ayant les pores les plus fins qui soit d'une utilité pratique dans le contexte de la présente invention. Après passage des eaux résiduaires à travers l'assemblage de filtration dynamique, les eaux résiduaires ne doivent pas obligatoirement être soumises à une plus ample filtration par passage à travers un milieu de filtration, mais on peut au contraire les soumettre simplement à un lit
adsorbant (et éventuellement à d'autres traitements post-
filtration comme l'ozonisation et l'exposition aux UV) pour
éliminer tous les contaminants restants.
L'assemblage de filtration dynamique est connecté, par un trajet, approprié de fluide, à un réservoir approprié du concentré. Les contaminants concentrés provenant de l'assemblage de filtration dynamique sont de préférence périodiquement évacués dans le réservoir du concentré. Tout moyen approprié peut être employé pour contrôler l'assemblage
de filtration dynamique, comme un moyen approprié à contre-
réaction. Il est préférable que le contrôle par contre-
réaction soit employé en association avec le mécanisme à moteur de l'assemblage de filtration dynamique pour détecter les conditions de couple accru associées à l'augmentation de viscosité des contaminants concentrés et actionner les vannes de contrôle pour évacuer automatiquement les contaminants
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concentrés dans le réservoir de concentré. Dans le traitement des eaux résiduaires, l'assemblage de filtration dynamique retirera une grande partie de la charge particulaire. Plus particulièrement, l'assemblage de filtration dynamique retirera la grande majorité des solides totaux en suspension et réduira la portion de BOD et COD qui est associée aux matières particulaires. L'assemblage de filtration dynamique élimine également, de préférence, des molécules et agglomérats non souhaitables, par exemple, ceux ayant des poids moléculaires d'au moins environ 500 daltons (jusqu'à environ 30 000 daltons ou plus), et mieux ceux ayant des poids moléculaires d'au moins environ 200 daltons et encore mieux ceux ayant des poids moléculaires d'au moins environ daltons. Dans le traitement des eaux résiduaires, l'assemblage de filtration dynamique élimine de préférence un grand nombre de petits composés organiques, en particulier ceux qui sont liés dans les micelles de savon, ce qui a pour effet de réduire BOD et d'abaisser le pH par le fait qu'un pH élevé est du aux solutions de savon. L'assemblage de filtration dynamique a également de préférence pour effet d'éliminer presque totalement les solides en suspension et
les coliformes fécaux.
Tandis que le concentré de l'assemblage de filtration dynamique passe finalement par un trajet approprié de fluide vers un réservoir approprié du concentré, cela peut être accomplit après recyclage du concentré pour une plus ample concentration. Comme le procédé de filtration dynamique est amélioré par les vitesses supérieures de fluide qui ont tendance à réduire le taux d'encrassement du milieu formant filtre, il est préférable que l'assemblage de filtration dynamique emploie une pompe de recirculation pour prendre l'aspiration de l'extrémité de sortie de l'assemblage de filtration dynamique et l'évacuer dans l'extrémité d'entrée de l'assemblage de filtration dynamique. Des taux de recirculation entre une et dix fois la vitesse de sortie sont préférés avec des taux plus élevés de recirculation étant tout à fait préférés dans le traitement des fluides fortement
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contaminés. Deux assemblages de filtration dynamique ou plus peuvent être assemblés en un système multiplex pour permettre la commutation à un assemblage de filtration dynamique propre
lorsque l'autre se trouve encrassé.
Post-traitement Le filtrat de l'assemblage de filtration dynamique peut être essentiellement de l'eau stérilisée, selon la nature précise et la quantité des contaminants dans les eaux résiduaires ainsi que la grandeur nominale des pores
particuliers dans l'assemblage de filtration dynamique.
L'assemblage de filtration dynamique peut éliminer les bactéries, les levures, les champignons et analogues, des eaux résiduaires, et permet de réduire, s'il ne les enlève pas, les endotoxines des eaux résiduaires. Tandis que le filtrat de l'assemblage de filtration dynamique ne doit pas nécessairement subir un plus ample traitement, le filtrat est de plus encore traité pour réduire et préférentiellement éliminer tous les micro-organismes, virus et composés organiques et inorganiques résiduels. Ainsi, après avoir soumis les eaux résiduaires à la filtration dynamique, les eaux résiduaires sont mises en contact avec un lit adsorbant approprié pour éliminer tous ces contaminants possibles restants dans les eaux résiduaires, en particulier les contaminants organiques et inorganiques tels que les ions de chlore et de métaux (en particulier l'arsenic qui est utilisé à bord en tant que poison pour les rats et qui peut passer dans les eaux grises marines), ainsi que certains contaminants microbiens, qui peuvent avoir traversé le milieu
de filtration dynamique.
Le lit adsorbant peut se composer de tout matériau adsorbant approprié et il comprendra typiquement un ou plusieurs composants choisis dans le groupe consistant en sorbant carboné, alumine activée, hydrogel de silice, zéolite, et composants métalliques qui génèrent des cations métalliques. Le sorbant carboné peut être à base de charbon, de coquilles de fruit comme l'enveloppe de noix de coco, à base de bois, des charbons activés à base de pétrole, des
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charbons synthétiques et leurs mélanges. Le sorbant carboné est de préférence du charbon activé. Les composants métalliques qui produisent des cations métalliques sont, de préférence, choisis dans le groupe consistant en cuivre, zinc, laiton, manganèse, argent, et leurs mélanges, et mieux
ce sont des particules de laiton.
Comme la nature précise des eaux résiduaires peut être inconnue et peut varier d'un jour à l'autre, le lit adsorbant est de préférence un lit adsorbant mixte contenant une grande variété de matières adsorbantes pouvant traiter une grande variété de contaminants potentiels. Un tel lit adsorbant mixte préféré peut contenir, par exemple, environ 40-80% en poids du sorbant carboné, environ 5-20% en poids de l'alumine activée, environ 5-20% en poids d'hydrogel de silice, environ 5-20% en poids de zéolite, et environ 0-10% en poids de
composants métalliques qui génèrent des cations métalliques.
Le lit adsorbant se compose tout à fait préférentiellement de charbon active, d'alumine activée, d'hydrogel de silice, de zéolite, et de particules de laiton. Des lits adsorbants préférés sont décrits par exemple dans le brevet
U.S. 5 178 768 et la demande de brevet U.S. No. 08/118 998.
Quand le lit adsorbant se trouve chargé des contaminants et que son aptitude à éliminer d'autre contaminants est affectée de façon néfaste, le lit adsorbant peut être remplacé ou de préférence régénéré et réutilisé. Le lit adsorbant peut être régénéré en utilisant tout moyen approprié, e.g., avec de l'eau à environ 93 C, selon le procédé décrit dans le brevet
U.S. 5 281 344.
Tandis que le filtrat de l'assemblage de filtration dynamique passe de préférence, par un trajet de fluide approprié, directement vers le lit adsorbant, le filtrat provenant de l'assemblage de filtration dynamique peut passer à travers un trajet de fluide approprié vers un système d'ozonisation avant contact des eaux résiduaires avec le lit adsorbant. Le système d'ozonisation produit de l'ozone pour polir les eaux résiduaires filtrées par le fait que l'ozone est capable de stériliser les eaux résiduaires et d'oxyder de
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nombreux composés organiques ainsi que de tuer des micro-
organismes et des virus qui peuvent s'être échappés des filtres en amont. Une telle action sanitaire peut typiquement être effectuée avec une concentration en ozone d'au moins environ 0,5 mg/l, de préférence d'au moins environ 1 mg/l, dans l'eau. L'ozone ne produit aucun effet secondaire néfaste et disparaît rapidement de l'eau traitée. L'ozone peut être
fourni par tout moyen approprié.
Le système d'ozonisation comprend de préférence un séchoir à air à adsorption à oscillation de pression, un générateur d'ozone, un contacteur d'ozone, et tout à fait préférentiellement, une lampe UV et un autre contacteur d'ozone. Le générateur d'ozone peut être tout dispositif approprié, e.g., un dispositif conventionnel qui produit de
l'ozone en accélérant des électrons entre deux électrodes.
L'alimentation du générateur d'ozone est soit de l'air filtré sec ou bien de l'oxygène. Une alimentation en oxygène produit plus d'ozone et une plus forte concentration. Les concentrations sont typiquement comprises entre 1 et 8% en poids, 2% en poids étant typique d'une alimentation en air,
et 3% en poids étant typique d'une alimentation en oxygène.
Dans le cas de l'alimentation en air, de l'air comprimé est séché par un sécheur d'air à adsorption à oscillation de pression à lit double. Avec les filtres appropriés, cette unité donne de l'air de la qualité requise en traitant l'air, de préférence, de l'air comprimé qui passe par une entrée appropriée vers le séchoir à air à adsorption à oscillation de pression. Dans le cas d'une fourniture d'oxygène, l'oxygène dans l'air comprimé est concentré par un adsorbeur à balayage de purge. Un tel système est similaire à celui pour le séchoir à air à adsorption à oscillation de pression
à l'exception de l'adsorbant et des détails du cycle.
L'utilisation d'un système de fourniture d'oxygène nécessite bien plus d'air et un système plus grand d'adsorption et, par conséquent, on préfère le système d'alimentation en air. Le séchoir à air à adsorption à oscillation de pression est utilisé pour purifier et sécher l'air à un faible point de
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rosée, e.g. environ -57 C de point de rosée, de manière que le générateur d'ozone reçoive de l'air filtré, très sec, pour bien fonctionner et produire de fortes concentrations d'ozone
sur de longues périodes de temps.
Le contacteur d'ozone laisse le temps du contact pour la réaction du résidu organique dans les eaux résiduaires
filtrées avec l'ozone produit par le générateur d'ozone.
L'ozone est généré en phase gazeuse et il faut le dissoudre dans les eaux résiduaires filtrées. De nombreuses méthodes de transfert ou de contact sont disponibles pour accomplir la dissolution de l'ozone dans les eaux résiduaires. Par exemple, on peut faire barboter l'ozone à travers une colonne
d'eaux résiduaires avec ou sans matériaux de garnissage.
L'ozone peut également être injecté dans un tuyau transportant les eaux résiduaires. Le transfert de l'ozone dans les eaux résiduaires est amélioré par l'utilisation d'un
mélangeur en ligne sans mouvement.
Le système de traitement des eaux résiduaires comporte de préférence également un second contacteur d'ozone avec une source de lumière UV. La lumière ultraviolette, en particulier à 254 nm, produira des radicaux hydroxyles dans l'eau ozonée, lesquels radicaux fonctionneront avec l'ozone pour oxyder la plus grande partie des composés organiques. Le second contacteur d'ozone avec source de lumière UV garantit que toute oxydation nécessaire ou souhaitable par l'ozone
dans les eaux résiduaires sera complète.
On peut laisser l'ozone résiduel se décomposer naturellement en oxygène car sa demi-vie est d'environ 20 minutes dans l'eau à environ 21 C. La décomposition de l'ozone peut être accélérée en le chauffant. Une autre méthode, qui présente d'autre bénéfice comme on l'a décrit ci-dessus, est l'utilisation d'une irradiation d'une lumière UV. Un lit adsorbant peut être également utilisé pour éliminer l'ozone, en particulier parce que la surface du lit adsorbant peut former un site pour la décomposition de l'ozone. Ainsi, puisque les eaux résiduaires sont contactées par l'ozone, ce contact se produit de préférence avant le
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contact des eaux résiduaires avec le lit adsorbant. Un analyseur d'ozone peut être utilisé pour analyser les eaux résiduaires traitées ou bien les gaz d'évent pour vérifier l'élimination complète de l'ozone hors de l'eau. Les eaux résiduaires traitées passent alors du système de traitement à
travers une sortie appropriée en un courant d'eau purifiée.
Un réservoir du concentré peut être conçu pour contenir le concentré produit dans tout le procédé de traitement pour son rejet en un point plus tard et plus commode dans le temps. Par exemple, pour les eaux grises marines produites à bord des bateaux, le concentré peut être pompé lorsque le bateau est à quai et que l'on dispose d'installations sur la rive ou bien d'installations avec barge ou en mer en dehors
des eaux restreintes.
Les eaux résiduaires traitées peuvent être encore traitées, recyclées et/ou évacuées selon ce qui est approprié. Le système de traitement est de préférence conçu pour purifier les eaux grises au point qu'on puisse les
évacuer dans des eaux réceptrices autrement restreintes.
L'efficacité du système de traitement est telle qu'il peut avoir une empreinte d'environ 6 m de long x 3 m de large x 3 m de haut tout en étant capable de traiter jusqu'à environ 19 litres d'eaux grises par minute à bord du bateau,
avec un entretien minimum.
Appareil Tout appareil approprié peut être utilisé pour mettre en oeuvre la présente méthode selon l'invention. En général, un tel appareil pour le traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre comprendra (a) un moyen pour éliminer l'huile libre des eaux résiduaires, (b) un moyen pour faire passer les eaux résiduaires, après en avoir enlevé l'huile libre, vers un premier milieu de filtration, (c) un premier milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 200 pm ou moins, (d) un moyen pour faire passer les eaux résiduaires, après passage à travers le milieu de filtration, vers un appareil de filtration dynamique, (e) un
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assemblage de filtration dynamique comprenant un second milieu de filtration ayant une dimension effective nominale des pores d'environ 5 pm ou moins, (f) un moyen pour faire passer les eaux résiduaires, après passage à travers le second moyen de filtration, vers un lit adsorbant, et (g) un
lit adsorbant.
L'appareil comprendra de préférence de plus un tamis par o on fait passer les eaux résiduaires avant passage à travers le premier milieu de filtration. Un tel tamis sera de préférence une maille comme décrit cidessus dans le contexte de la présente invention. Le premier milieu de filtration a de préférence une grandeur nominale effective des pores d'environ 160 pm ou moins, et le moyen pour l'élimination de l'huile libre se compose de préférence d'un moyen pour mettre les eaux résiduaires en contact avec un matériau qui absorbe
l'huile libre, comme le coton (e.g., des serviettes-éponges).
Comme on l'a expliqué en plus de détails en se référant à la présente méthode de l'invention, l'assemblage de filtration dynamique est de préférence capable de créer des forces de cisaillement d'au moins environ 20 000 s-1, et de préférence des forces de cisaillement d'au moins environ 000 s-1. L'assemblage de filtration dynamique est de
préférence un assemblage de filtration dynamique vibratoire.
Le second milieu de filtration a de préférence une coupure de poids moléculaire d'environ 200 daltons ou moins et mieux est une membrane pour osmose inverse capable d'au moins 97% de
rejet de sel.
Comme on l'a également expliqué ci-dessus en plus des détails en se référant à la présente méthode de l'invention, le lit adsorbant peut contenir tous les matériaux adsorbants appropriés conçus pour éliminer des contaminants qui pourraient éventuellement passer à travers le milieu de filtration dynamique. Le lit adsorbant se compose de préférence d'un sorbant carboné (en particulier du charbon activé), d'alumine activée, d'hydrogel de silice, de zéolite, et de composants métalliques qui produisent des cations
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métalliques (comme cuivre, zinc, laiton, manganèse, argent,
et leurs mélanges, en particulier des particules de laiton).
L'appareil peut de plus comprendre un contacteur d'ozone pour mettre les eaux résiduaires en contact avec de l'ozone avant contact avec le lit adsorbant (que l'on peut utiliser pour éliminer l'ozone résiduel et/ou faciliter sa décomposition ainsi qu'éliminer tous les produits réactionnels d'ozone). L'appareil peut de plus comprendre une source d'irradiation de lumière ultraviolette pour soumettre les eaux résiduaires ozonées à une irradiation par une lumière ultraviolette, de préférence avant contact des eaux
résiduaires avec le lit adsorbant.
Dans la plupart des applications, comme on l'a décrit ci-dessus pour la méthode de la présente invention, l'appareil comprendra de plus un réservoir de maintien qui permet le dépôt des matières de haute densité entraînées dans les eaux résiduaires, au fond du réservoir de maintien, avant passage des eaux résiduaires à travers le tamis. L'appareil peut également comprendre un moyen pour réduire la grandeur des particules dans les eaux résiduaires avant passage des
eaux résiduaires à travers le premier moyen de filtration.
L'appareil comprendra typiquement de plus des vannes appropriées (pour contrôler l'écoulement des eaux résiduaires), un réservoir du concentré (pour le stockage temporaire du concentré), des évents (comme un filtre des évents de carbone pour désodoriser les gaz éventés du réservoir de maintien des eaux résiduaires et du réservoir du
concentré), et analogues, comme on le sait.
Exemples Les exemples qui suivent illustreront mieux la présente invention, en particulier l'utilisation d'une filtration dynamique pour traiter les fluides. Ces exemples ne doivent bien entendu pas être considérés comme limitant d'une
quelconque façon le cadre de la présente invention.
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Exemple 1
Deux ballons d'environ 210 litres d'eaux grises ont été prélevés au David Taylor Research Center à l'Académie Navale voisine. On pensait que les eaux grises provenaient à 45 % des douches et des cuves de lavage, à 33 % des cuves et des lavoirs de cuisine et à 22 % de la blanchisserie. Les tests ont été terminés dans les 72 heures à partir du moment o
l'échantillon a été prélevé.
L'échantillon, tel que reçu, n'a pas semblé contenir de grandes particules. On a prélevé environ 210 litres des eaux grises à travers un écran en maille en acier inoxydable d'environ 9 fils/cm linéaire dans les deux directions avec un diamètre du fil d'environ 356 Mm. On a utilisé pour réduire encore la taille des grandes particules, une installation de poubelles domestiques. On a filtré environ 57 litres de l'eau filtrée en utilisant un microfiltre dynamique BDF-LAB (Pall Corporation). L'élément de filtre était un cylindre équilibré Pall S050- 3 PSS qualité H, en acier inoxydable poreux, série
S, avec une grandeur nominale absolue de 5 Mm.
On a concentré la moitié de l'écoulement de sortie et
la moitié de l'écoulement de sortie était formée du filtrat.
Le filtre a été mis en marche en utilisant de l'eau claire pour établir les paramètres de fonctionnement. L'entrée a été alors commutée pour les eaux grises et les paramètres de
fonctionnement ont été ajustés selon ce qui est approprié.
Les débits ont été maintenus constants pendant tout le test en augmentant légèrement la pression de fonctionnement pendant le cours du test. Bien que le filtre ne soit testé que pendant un court temps il était évident que le filtre ne s'est pas encrassé aussi rapidement qu'un filtre standard. Le turbidité apparente dans le filtrat était considérablement plus faible que celle de l'influent, tandis que la turbidité
du concentré était plus importante que celle de l'influent.
Les débits du perméat et les pressions des anneaux à 10 et
30 minutes dans le test sont donnés ci-dessous.
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Temps Ecoulement filtrat Pression anneau (mn) (1/mn) (kPa)
0,34 47
0,42 52
On a ozonisé environ 8 litres du filtrat pendant 200 minutes. L'appareil d'ozonisation employait une boucle de recirculation avec 9,1 mètres d'un tube de cuivre. Un générateur d'ozone Clean Air Corporation, produisant environ 30 1/h d'ozone, a été utilisé pour fournir l'ozone. Un aspirateur a été utilisé pour introduire l'ozone. La turbulence aux environs de 180-240 cm/mn a produit le contact
et le mélange de l'air ozonisé et de l'eau.
Les caractéristiques des eaux grises en divers stades
du traitement sont données ci-dessous.
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tamisé filtré ozone ozone ozone ozone ozone ozone (1 mn) (3 mn) (10 mn) (30 mn) (100 mn) (200 mn)
TS 1900 1700
(mg/1)
TSS 26 6
(mg/1)
BOD 170 120 100 130 140 130 110 150
(mg/1)
COD 560 490 450 460 450 420 430 360
(mg/1)
O&G < 1 < 1
(mg/1)
FC 1 1
(#/100
ml) pH 10,3 10,3
*RC < 0,1 < 0,1
(mg/1) Tandis que l'on n'a pas mesuré les solides totaux en suspension (TSS) après filtration, on pense que la microfiltration dynamique était uniquement responsable de la réduction de TSS de 26 mg/l à 6 mg/l. L'augmentation de BOD de l'eau filtrée par ozonisation a été considérée comme étant le résultat de l'ozonisation qui convertissait la matière non biodégradable en matière biodégradable. Au bout de 200 minutes d'ozonisation, l'eau est restée mousseuse, indiquant que les savons n'étaient pas supprimés. Le pH est resté non
affecté par la microfiltration dynamique et l'ozonisation.
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Il est clair, de ce test, que l'ozone est efficace pour réduire COD des eaux grises. Bien que l'on n'ait appliqué qu'une petite quantité d'ozone, il y avait une réduction appréciable de COD. On a ajouté l'ozone à une concentration de 72 ppm pendant 200 minutes. Pendant ce temps, des échantillons ont été prélevés du réservoir, réduisant le volume total des eaux grises et en augmentant la
concentration d'ozone avec chaque nouvelle période de temps.
A la fin de ce temps, la concentration en ozone aurait été réduite de 43 mg/l si il n'y avait pas eu consommation d'ozone par la réaction. Si la totalité de l'ozone appliqué avait réagi avec les composés de COD, COD aurait été réduite de 43 mg/l. Cependant, le niveau de COD a été réduit de 490 mg/l à 360 mg/l, diminution de 130 mg/l. Cette diminution est trois fois plus importante que la réduction de COD
pouvait être attribuée à l'action de l'ozone seul.
L'ozone a été transféré à l'eau par un courant d'air.
Celui-ci représentait environ 3 000 fois plus d'oxygène que l'ozone dans l'air. L'oxygène serait efficace pour oxyder les composés qui s'oxydent facilement et l'air s'écoulant à travers l'eau pourrait également extraire les composés organiques volatils. Ces mécanismes peuvent être pris en
compte pour l'efficacité ajoutée du procédé d'ozonisation.
Bien que l'ozone se soit révélé efficace pour réduire COD et peut être BOD, il est clair qu'une quantité importante d'ozone sera nécessaire pour réduire COD et BOD à des niveaux acceptables après une simple filtration dynamique en utilisant un milieu de filtration ayant des pores nominaux de Mm. Tandis que ce test a démontré la possibilité d'une filtration dynamique et d'une ozonisation dans le traitement des eaux grises, ce test a également démontré la nécessité d'une filtration dynamique utilisant un milieu de filtration
ayant des pores nominaux de moins d'environ 5 Mm.
Exemple 2 Un ballon d'environ 210 litres d'eaux grises a été prélevé du David Taylor Reserarch Center et filtré à travers
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une série de filtres caractérisés par une grandeur décroissante des pores. Le premier filtre était un écran en mailles tricotés simulant un tamis duplex. Les deuxième, troisième et quatrième filtres ont simulé la filtration de l'assemblage de microfiltration dynamique. Le deuxième filtre était un filtre absolu Ultipor GF de 3 Mm (Pall Corportion), tandis que le troisième filtre était un Filtre Sanitaire avec une membrane en nylon et une norme absolue de 0,04 pm (Pall Corporation), et le quatrième filtre était un Ultrafiltre modèle VIP-3017 (Asahi) avec un poids moléculaire de coupure
de 6 000 daltons.
Le quatrième filtre a été rincé avec de l'eau désionisée absolue à 3 pm pendant environ 20 heures puis drainé avant de tester. Le tambour des eaux grises a été mis sous pression à environ 34 kPa avec de l'air, ce qui a forcé les eaux grises à travers les filtres à un débit total de moins de 1,9 1/m. Le débit du concentré de l'ultrafiltre représentait à peu près un quart de celui du filtrat (eau purifiée). Des échantillons du filtrat ont été prélevés en trois emplacements différents sur le système de test: (i) en aval du filtre formant écran, (ii) en aval des deux filtres simulant la microfiltration dynamique, et (iii) en aval du quatrième filtre. On alaissé le filtrat s'écouler des deux premiers robinets d'échantillon pendant 30 secondes avant que les échantillons ne soient prélevés puis le quatrième filtre a été rincé avec le fluide de traitement pendant 10 minutes
avant de recueillir les échantillons.
Le système de filtration a définitivement amélioré la clarté des eaux grises et l'odeur et la formation de mousse des eaux grises ont également été réduites. Le débit a graduellement baissé à travers le test tandis qu'une pression constante était maintenue dans le tambour. L'examen du système indiquait que le deuxième ou troisième filtre ou bien les deux se trouvaient bouchés. L'utilisation d'un assemblage
de microfiltration dynamique réel empêchera ce bouchage.
L'examen du concentré dans le logement du deuxième filtre a
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révélé qu'il était bien plus foncé que dans les eaux grises
d'origine. Les résultats de test sont donnés ci-dessous.
l1er filtre 2e et 3e filtres 4e filtre TS (mg/l) 1100 980 580 TSS (mg/l) 26 2 1 BOD (mg/l) 220 74 47 COD (mg/l) 540 210 120 O&G (mg/l) 110 9 1 FC (#/100 ml) 19 < 1 < 1 pH 10,1 10,1 9,9 Les résultats de test indiquent que divers filtres permettent de répondre aux conditions nécessaires pour les solides totaux en suspension et les coliformes fécaux, tandis que l'addition d'une alimentation acide peut être requise pour corriger la condition fortement alcaline. L'utilisation d'un coagulant en amont améliorera l'effet de filtration obtenu par la microfiltration dynamique. Les résultats de test indiquent également que l'ozone et l'irradiation par une lumière ultraviolette seront utiles pour mieux réduire le
niveau de BOD.
Exemple 3 On a obtenu deux ballons d'environ 210 1 d'eaux grises de l'Académie Navale U.S. à Annapolis, Maryland. Chaque ballon d'eaux grises contenait environ 102 1 d'eau de blanchisserie, environ 68 1 d'eau des cuves et environ 19 1
d'eau des douches.
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En utilisant une pompe à barillet, on a fait passer les eaux grises à travers un écran d'environ 12 fils/cm linéaire dans les deux directions avec un diamètre de fil d'environ pm, vers des seaux pour éliminer les grands débris. Les débris retirés consistaient en cheveux, matières filamentaires épaisses, paillettes et autres agents mous. Le fond d'environ 5-8 cm de chaque ballon d'eaux grises
contenait une substance épaisse huileuse et noire.
Les eaux grises dans les seaux ont alors été versées à travers un filtre à écran en métal de 160 pm. Les eaux grises ainsi filtrées étaient opaques, noires comme de l'encre et ne contenaient ni trace de savon, ni d'eau du savon. Une odeur forte et acre était émise par les eaux grises fraîchement
versées, mais disparaissait en quelques heures.
Les eaux grises ont alors été soumises à une filtration dynamique en utilisant l'assemblage de filtration dynamique à vibrations PALL-SEP VMF Série L (Pall Corporation) et l'un des deux milieux de filtration, soit une membrane de nanofiltration d'une coupure de poids moléculaire de 200 (avec un taux de rejet minimum de sel de 80%) ou bien une membrane d'osmose inverse calibrée avec un rejet de sel de %. Les conditions de fonctionnement de l'assemblage de filtration dynamique étaient les suivantes:
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Membrane Membrane osmose nanofiltration inverse Pression alimentation 1380 kPa 35 kPa 1380 kPa 7 kPa eaux grises Température alimentation 22 C O,8 C 22 C 0,2 C eaux grises Débit eaux grises de 1,5 1/m 0,04 1/m 1,5 1/m 0,11 1/m retour Déplacement oscillant 3,18 cm 3,18 cm
PALL-SEP VMF
Fréquence d'oscillation 63,25 cps 0,10 cps 63,25 cps 0,05 cps
PALL-SEP VMF
En utilisant la membrane de nanofiltration, on a traité, sur une période de trois semaines, environ 300 1 d'eaux grises. A la fin de cette période, 99,31% du fluide avait été éliminé du système sous la forme d'un perméat. Le perméat total recueilli, i.e., 287,53 1, a indiqué une perte de 13,3 1 d'eaux grises. La perte des eaux grises était attribuée à l'évaporation des composés organiques volatils qui étaient émis et à la vapeur d'eau. Les quantités totales d'eaux grises enregistrées ont été réduites de 4,4% pour tenir compte de la perte par évaporation. Tandis que le pourcentage perméat/eaux grises totales a progressé vers 99,31%, le débit du perméat a diminué d'environ 73 ml/mn à
environ 47 ml/mn.
En utilisant la membrane d'osmose inverse, on a traité environ 72 1 d'eaux grises avec un récupération du perméat d'environ 68 1, ou entre environ 94,31%. Tandis que le pourcentage perméat/eaux grises totales a progressé d'environ 89% à environ 94%, le débit du perméat a diminué d'environ
24,4 ml/mn à environ 21,3 ml/mn.
Les caractéristiques des eaux grises avant et après la filtration dynamique sont données ci-dessous:
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Eaux grises Eaux grises Eaux grises avant après filtration après filtration filtration dynamique (Membrane dynamique (Membrane dynamique de nanofiltration) d'osmose inverse) Solides totaux 14,600 {6833 [15] (mg/i) Solides totaux en 85,8 [1,5] [2] suspension (mg/l) Demande ND (<60) [11] [8,8] biochimique en oxygène (mg/l) Demande chimique 111 40,2 ND (<2) en oxygène (mg/1) Huiles & Graisses 33,1 1,7 2,7 (mg/1) Coliformes fécaux ND (<4) NT NT (#/100 ml) pH 8,55 8, 41 6,56 ND: rien de détecté NT: non testé []: niveau probablement de base - échantillons recueillis dans des conteneurs en plastique non stérilisés {}: résultats doutables (valeur réelle probablement plus faible) Le perméat dérivé de la membrane de nanofiltration a présenté une odeur acre et douce et avait une teinte très légèrement jaune. Le perméat dérivé de la membrane d'osmose inverse était clair comme le cristal et n'émettait aucune odeur. Les deux perméats répondaient aux conditions U.S. pour l'évacuation dans des eaux profondes; cependant, le perméat dérivé de la membrane d'osmose inverse était généralement plus exempt de contaminants que le perméat dérivé de la membrane de nanofiltration. Le perméat dérivé de la membrane de nanofiltration sera de préférence de plus traité par mise en contact du perméat avec un lit adsorbant approprié pour garantir l'accord avec les lois applicables d'évacuation, tandis que le perméat dérivé de la membrane d'osmose inverse permettrait éventuellement d'éviter la nécessité d'un tel
autre traitement.
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Toutes les références citées comprenant les brevets, demandes de brevet, publications et analogues sont
incorporées ici à titre de référence.
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Claims (24)
1. Procédé de traitement d'eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre, caractérisé en ce qu'il consiste à éliminer l'huile libre desdites eaux résiduaires, à faire passer lesdites eaux résiduaires à travers un premier milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 200 Mm ou moins, à soumettre lesdites eaux résiduaires à une filtration dynamique en utilisant un second milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 5 mm ou moins et de mettre lesdites eaux résiduaires en contact avec
un lit adsorbant pour former un courant d'eau purifiée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer les eaux résiduaires à travers un tamis avant de faire passer lesdites eaux résiduaires à travers
ledit premier milieu de filtration.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tamis est un écran à mailles comprenant 4-20 fils par cm linéaire dans chaque direction, lesdits fils ayant un
diamètre d'environ 5-500 um.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 3, caractérisé en ce que le premier milieu de filtration a une grandeur nominale effective des pores d'environ 160 pm ou moins.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 4, caractérisé en ce que l'huile libre est éliminée desdites eaux résiduaires par mise en contact desdites eaux
résiduaires avec un matériau qui absorbe l'huile libre.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 5, caractérisé en ce que la filtration dynamique est une
filtration dynamique vibratoire.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 6, caractérisé en ce que le second milieu de filtration a une coupure de poids moléculaire d'environ 200 daltons ou moins.
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8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit second milieu de filtration est une membrane
d'osmose inverse capable d'un rejet de sel d'au moins 97%.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 8, caractérisé en ce que le lit adsorbant comprend un ou plusieurs composants choisis dans le groupe consistant en sorbant carboné, alumine activée, hydrogel de silice, zéolite et composants métalliques qui produisent des cations métalliques.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les eaux résiduaires passent dans un réservoir de maintien avant de passer à
travers ledit tamis.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 10, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont soumises à une action qui réduit la grandeur des matières particulaires dans lesdites eaux résiduaires avant de faire passer lesdites eaux résiduaires à travers ledit premier
milieu de filtration.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont
des eaux résiduaires marines.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 12, caractérisé en ce que les eaux résiduaires comprennent au moins environ 150 mg/l de solides totaux, au moins environ mg/l de solides totaux en suspension, au moins environ mg/l de BOD, au moins environ 200 mg/l de COD, au moins environ 15 mg/l d'huiles et graisses, des coliformes fécaux, du chlore résiduel, et/ou moins d'environ 5 mg/l d'oxygène
dissous.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1
à 13, caractérisé en ce que le courant d'eau purifiée contient moins d'environ 150 mg/l de solides totaux, moins d'environ 100 mg/l de solides totaux en suspension, moins d'environ 100 mg/l de BOD, moins d'environ 200 mg/l de COD, moins d'environ 15 mg/l d'huiles et graisses, moins d'environ 14 coliformes fécaux/100 ml, moins d'environ 0,0002 mg/l de
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chlore résiduel, et au moins environ 5 mg/l d'oxygène dissous.
15. Dispositif pour le traitement des eaux résiduaires contenant des matières particulaires et de l'huile libre, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un moyen pour éliminer l'huile libre desdites eaux résiduaires, (b) un moyen pour faire passer lesdites eaux résiduaires, après élimination de l'huile libre, vers un premier milieu de filtration, (c) un premier milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 200 pm ou moins, (d) un moyen pour faire passer lesdites eaux résiduaires, après passage à travers ledit premier milieu de filtration, vers un appareil de filtration dynamique, (e) un assemblage de filtration dynamique comprenant un second milieu de filtration ayant une grandeur nominale effective des pores d'environ 5 pm ou moins, (f) un moyen pour faire passer lesdites eaux résiduaires, après passage à travers le second milieu de filtration, vers un lit adsorbant, et
(g) un lit adsorbant.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un tamis à travers lequel passent les eaux résiduaires avant passage à travers ledit premier milieu de filtration, ledit tamis étant un écran à mailles comprenant environ 4-20 fils par cm linéaire dans chaque direction, lesdits fils ayant un diamètre d'environ
-500 pm.
17. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que le premier
milieu de filtration a une grandeur nominale effective des
pores d'environ 160 pm ou moins.
18. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le moyen pour
éliminer l'huile libre comprend un moyen pour mettre les eaux
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résiduaires en contact avec une matière qui absorbe l'huile libre.
19. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 à 18, caractérisé en ce que l'assemblage de
filtration dynamique est un assemblage de filtration
dynamique vibratoire.
20. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 à 19, caractérisé en ce que le second
milieu de filtration a une coupure de poids moléculaire
d'environ 200 daltons ou moins.
21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que le second milieu de filtration est une membrane
d'osmose inverse capable d'un rejet de sel d'au moins 97%.
22. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 à 21, caractérisé en ce que le lit
adsorbant comprend un ou plusieurs composants choisis dans le groupe consistant en sorbant carboné, alumine activée, hydrogel de silice, zéolite et composants métalliques qui
produisent des cations métalliques.
23. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 à 22, caractérisé en ce qu'il comprend de
plus un contacteur d'ozone pour mettre lesdites eaux résiduaires en contact avec de l'ozone avant contact avec ledit lit adsorbant et une source d'irradiation de lumière ultraviolette pour soumettre ladite eau ayant contacté
l'ozone à une irradiation par une lumière ultraviolette.
24. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 15 à 23, caractérisé en ce qu'il comprend de
plus un réservoir de maintien qui permet à la matière de haute densité entraînée dans lesdites eaux résiduaires de se déposer au fond dudit réservoir de maintien, avant passage desdites eaux résiduaires à travers ledit tamis, et un moyen pour réduire la grandeur des matières particulaires dans les eaux résiduaires, avant passage des eaux résiduaires à
travers ledit premier milieu de filtration.
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