Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~ 1567
?
La presente invention concerne l'epuration biologique des eaux, et
tout specialement les eaux residuaires telles que : eaux d'égouts et eaux in-
dustrielles.
L'epuration biologique des eaux d'egouts est actuellement effectuee
presque exclusivement au moyen de boues actives. L'epuration à l'aide de ce sys-tème est longue et onereuse. Les eaux usees d'une autre nature et en particulierles eaux industrielles ont pu être epurees dans certains cas de façon plus ou
moins satisfaisante par percolation en conditions aerobies à travers un lit de
charbon actif, dont les pores avaient ete pourvus, de facon appropriee, de co-
lonies de bacteries permettant le metabolisme ou la degradation des ;mpuretescontènues dans l'eau à epurer. Ce procede est base sur l'adsorption des impu-
retes au moyen du charbon actif et sur la degradation successive des impuretes
adsorbees. Selon le brevet britannique 1.296.233, il serait possible d'obtenir
de cette façon des reductions de DC0 (demande chimique en oxygène) de plus de
90 %, avec des debits d'eau usee correspondant à 300 litres/heure/dm2, c'est-
à-dire à une vitesse lineaire apparentè de 30 mètres/heure à travers le lit.
Cependant, en appliquant le procede ci-dessus en particulier aux eaux d'egouts
urbaines, il n'a pas ete possible jusqu'à present d'obtenir des resultats ac-
ceptables, même en utilisant trois ou plus de trois lits (ou colonnes) d'epu-
ration en serie. Une certaine amelioration a ete obtenue en utilisant des lits
constitues par un melange de granules de charbon actif et de boues actives et
en introduisant de façon continue un courant de boues actives d~ns le cou~rant
d'eau usee à epurer ; avec ce p~ocede, cependant, l'installation globale d'epu-
ration devient plus complexe, puisqu'il est nécessaire de prévoir un dispositi~
important de décantation pour la recuperation des boues de l'effluent, sans
compter les dispositifs permettant la régeneration et le recyclage de ces
dernières. `
Il est important de noter que, dans les procedes connus, l'air d'o-
xygenation est injecte sous le lit de charbon, ou bien, de façon alternative,
l'eau usee est aeree immediatement avant son passage à travers le lit.
La presente invention fournit un procede pourl'epuration biologique
des eaux par percolation à travers un lit submerge et ~ixe de charbon actif en
conditions aerobies, qui permet d'obtenir un degre d'epuration (exprime sous
forme de reductions des DC0 et DB0) incomparablement superieur a ceux qui e- ~
taient obtenus jusqu'a present. Ce procede comporte essentiellement les carac- ~ -
teristiques suivantes :
(a) la dimension des grains du charbon actif est comprise entre 1,5 et 8 mm ;
(b) l'air d'oxygenation est injecte dans le lit de charbon a un niveau inter- -
J mediaire, de facon a oxygener directement et uniquement la masse de charbon
, . . . . , . :" , : . : . . . . , . " , . . ` .
, ,., - : , : , , :, :-: . ~: . .
567
.
situee au-dessus de ce niveau intermédiaire :
(c) la vitesse linéaire de l'eau à travers le lit (c'est-à-dire
le rapport du débit en m3/heure par la section du lit en
m2) ne dépasse pas 2m/heure ;
(d~ le temps de contact de l'eau avec la masse de charbon située
au-dessus du niveau intermédiaire est d'au moins 30 minutes ;
(e) le niveau intermédiaire est choisi de façon q~er dans les
~ conditions indiquées, une couche de la masse de charbon
; située au-dessous dudit niveau intermédiaire et partant du
fond de cette dernière-.soit pratiquement dépourvue de colonies
actives de bactéries ; le lit de charbon actif après épuise-
ment, étant ensuite régénéré par lavage au moyen d'un courant
ascendant d'eau épurée.
Si on le désire, d'autres quantités d'air peuvent
être introduites dans le lit de charbon à un ou plusieurs points
situés au-dessus dudit niveau intermédiaire. `
L'expression "temps de contact", utilisée dans la -
présente description~ indique le rapport entre la moitié du
volume de la masse de charbon située au-dessus du niveau inter-
médiaire et le débit horaire de l'eau à épurer. En fait, on
peut estimer avec une excellente approximation que le volume
-occupé par l'eau dans ladite masse est sensiblement égal à la
moitié du volume de la masse elle-même.
Comme on peut le déduire facilement de la définition
ci-dessus, le procédé de l'invention fait abstraction complète
de l'activité absorbante du charbon actif. Les pores du charbon
sont importants dans la mesure où ils fournissent de larges -
surfaces pour la formation de colonies de bactéries, dont la
densité est maximale au-dessus du niveau intermédiaire mentionné
auparavant. Avec la granulométrie et la vitesse linéaire indi-
quées, les colonies de bactéries forment une sorte de tissu qui
a~lie entre eux les dirrérents grains ou particules de charbon ;
~" ~.
~ - 3
~o~t~6~
ce tissu contribue de façon substantielle à l'épuration et d.es
vitesses linéaires supérieures à 2m/heure nuiraient de façon
sensible à son existence et à son efficacité Ce tissu de
liaison sert en outre à retenir les particules qui sont dispersées
dans l'eau à épurer et qui, autrement, échapperaient à l'action
des bactéries.
La formation des colonies de bactéries ne présente
- pas de difficultés. Avec une charge fraiche de charbon actif,
il suffit de faire circuler l'eau à épurer (en cycle fermé ou
ouvert) à travers le lit, en injectant simultanément de l'air,
jusqu'à ce que l'effluent soit pratiquement clair, c'est-à-dire
dépourvue de turbidité collo~dale ; cette phase préliminaire
dure quelques heures, au maximum 12 heures.
Dans la masse de charbon actif située au-dessous du
niveau d'injection de l'air, la population bactérielle est réduite
: progressivement, en direction du bas, avec un gradient r~lati-
vement élevé, en partie à cause ~e
'' !
"
St~7
l'absence d'elements nutritifs dans le flux d'eau descendant, et en partie à
- cause du manque d'oxygène dissous dans ledit flux. La masse de charbon située
au-dessous dudit niveau intermediaire fonctionne donc comme une sorte de ~olon-
ne d'epuration et en même temps comme filtre. En particulier, les colonies de
bacteries entraînees vers le bas hors de la masse situee en dessus, sous forme
de flocons ou de micro-flocons, sont retenues par la masse situee en-dessous
et mineralisees par l'oxygène diffus entraîne par l'eau.
Après environ une semaine de fonctionnement, le lit de charbon
doit être nettoye. Pour cela, il suffit de le laver à l'aide d'un courant as- -
cendant d'eau epuree, de préference à l'aide d'un courant ayant une intensitetelle (vitesse lineaire de 30m/heure ou plus) que tout le lit puisse être reme-
lange. On elimine de cette façon toutes les boues, qui sont desormais pratique-
ment complètement mineralisees et sans effet, et on reforme ensuite les coloniesde bacteries de la façon qu; a ete decrite.
De preference, la granulometrie du charbon est de 3 à 5 mm. En
outre, avantageusement, la vitesse lineaire de percolation est de 0,5 à 1 m/
heure et le temps de contact est de 40 à 70 minutes. Le procede de l'invent;on
peut être effectue de façon avantageuse à l'aide d'un lit de charbon dont la
partie situee au-dessus du niveau d'injection a une hauteur allant de I m à
1,5 m et dont la partie situee au-dessous dudit niveau a une hauteur d'au moins
lO cm, et de preference 15-20 cm ~des hauteurs superieures à 20 cm, bien que
possibles, ne donneraient aucune amelioration). En termes pratiques, pour e-
purer 1 m3/heure d'eau d'egouts, il faut 1 à 1,5 m3 de charbon actif> ce qui
permet de reduire la DCO de plus de 90 % et la DBO de plus de 95 %.
Sur les dessins annexes :
la figure 1 represente, en section verticale, un appareil pour
- la mise en oeuvre du procede, et :
la figure 2 represente une section transversale de la figure 1,
suivant la ligne II-II.
On a indique en 10 un recipient cylindrique vertical d'une hau-
teur de 1,9 m et d'un diamètre interne de 0,6 m, ouvert vers le haut et se
terminant vers le bas par un fond conique 10A. A l'interieur, entre le fond
et la partie cylindrique du recipient, est interposee une pla4ue perforee 129
qui soutient un lit fixe 13 forme par 370 litres de charbon actif ayant une
granulometrie de 3,3 à 4,7 mm (6 à 4 mesh).
A un niveau A, situe à une hauteur h = 20 cm par rapport à la
plaque 12, penètre diametralement dans le recipient un tube 14 d'adduction
d'air, sur lequel s'embranchent en direction horizontale une pluralite de tubes
perfores 16. Le tube 14 est relie au moyen du conduit 18 à un compresseur 20.
-'
'
' ' ! ~ . , ' ' ' , ~
:, ' '- :: : , '., :': ~ ' ' , ` , :',
- ',, .: :: ,::, ` .
' - : . .: ,: '' ' ., , ' :' - '-' , ` '' , ' :
- : ' :-: , :: , : :':. : : ' .' :
~ 1567
Les tubes perforés 16 sont immergés dans le lit 13. La masse M de charbon si-
tuée au-dessus du niveau A a une hauteur H d'environ 1,1 m et un volume d'en-
viron 0,310 m3, le volume de la masse M1 située au-dessous du niveau A étant
d'environ 0,060 m3. Dans la partie superieure du recipient 10 débouche un tube
24 d'alimentation de l'eau usée, dont le débit est contrôlé par une vanne 26
de façon que, en cours de fonctionnement, l'eau usée submerge le lit 13 d'une
hauteur h' d'environ 40 cm. Le récipient 10 est muni au-dessus du niveau de
l'eau d'une ouverture 28 pour le trop-plein.
Du fond du récipient sort un tube 30 qui se subdivise en trois
embranchements 32, 34, 36 contrôlés respectivement par les vannes 3~, 40, 42.
L'embranchement 36 débouche dans le tube 24 en un point situé entre la vanne
26 et le récipient, et la communication entre ces deux tubes est contrôlee au
moyen d'une vanne 44 interposée dans le tube 36. Entre les vannes 44 et 42 est
interposée sur le tube 36 une pompe de circulation P, à débit variable et de
préférence réversible. Immédiatement au-dessus de la plaque perforée 12, le
récipient 10 est muni d'une ouverture latérale, fermee hermetiquement au moyen
d'un couvercle 46, à travers laquelle peut être dechargée, si on le désire, la
masse de charbon. -
Avec l'appareil illus~ré ci-dessus, fraîchement rempli de charbon
actif, le procedé de l'invention se déroule comme suit :
Les vannes 30 et 40 sont fermées, le recipient 10 est rempli d'eau ~ -
usee à l'aide du conduit 24, la vanne 26 est fermée et la pompe P est mise en
route en régulant son débit de façon a faire passer dans le lit 13, un courant
descendant (fleche F) d'eau usée a une vitesse inférieure a 2 m/heure et de
preference inférieure a 1 m/heure. Le compresseur 20 est mis en marche et sa
puissance est régulée de façon que l'eau surnageante au-dessus du lit renferme
de l'oxygene ceci sans altérer la compacité du lit de charbon. Ces conditions
sont maintenues jusqu'a ce que l'eau recyclée soit substantiellement dépourvue
~ de turbidite colloldale.
; 30 Le lit 13 est alors biologiquement actif. En consequence, la pompe
P est arrêtee, les vannes 42 et 44 sont fermees et les vannes 40 et 26 sont
ouvertes a nouveau, le débit de ces dernieres étant régulé de façon à etabl;r
dans le récipient un débit d'eau usée d'environ 0,250 m3/heure. Etant donné
que la section transversale du récipient est de 0,2B2 m2, alors que la mo;tie
du volume de la masse M de charbon actif est de 0,155 m3 environ, la vitesse
lineaire de percolat;on est donc de 0,9 m/heure et le temps de contact est d'en-viron 37 minutes. L'eau épurée est dechargée en continu au moyen du tube 34.
L'effet d'épuration typique peut être résumé au moyen du tableau
suivant :
~l~V~S6~
.
Eau usée Eau epuree Reduction
DCO (mgll) 330 26 92 %
., ~ ,
DBO (mg/l) 220 7 97 %
NH3 (mg/l) 40 12 70 %
Nitrites (mg/l) ~,6 0,06 90 %
Turbidite (SiO2 mg/l) 70 5 93
Produits en suspension 3 cc non detectables
(cône Imhoff~
Lorsque, après une certaine periode de fonctionne-
ment, la perte de charge ~ travers le lit devient importante,atteignant par exemple 70 cm de colonne d'eau, on effectue
une regeneration. Pour cela, on ferme la vanne d'alimentation
26 et la vanne de decharge 40, on augmente pendant quelques ;
minutes le debit d'air du compresseur 20 et on arrête le
compresseur.
Ensuite, la vanne 38 etant ouverte, on envoie dans
le conduit 32 un courant ascendant d'eau epuree, à un debit
tel (par exemp7e lO m3/heure) que le lit 13 soit fluidise.
De cette façon, les boues sont dechargees au moyen du courant
d'eau qui s'ecoule a travers le trop-plein 28 dans un canal
d'ecoulement (non illustre). De preference, une fois effectuee
une première elimination des boues de cette façon, on ferme
la vanne 38, on ouvre à nouveau les vannes de circulation 42
et 44 et on remet en marche la pompe P dans le sens inverse
(flèche F') et au debit maximum, de façon à maintenir le lit 13
i'en fluidisation" pendant une dizaine de minutes, et on ef-
fectue ensuite un rinçage final en ouvrant à nouveau la vanne
38 et en dechargeant les boues à travers le trop-plein 28.
Le lit 13 est alors reactive par circulation d'eau usee en
cycle ferme ou ouvert, de la façon qui a dejà ete decrite au- ?
paravant.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitee au mode
~ ' .,
.. . . . . . . . . . . .s .... ~ . ~ . . . . . . . . . .
lS6~
de mise en oeuvre illustrati~ dans l'appareillage susvi~é,
decrit à titre de simple exemple, et s'e-tend à tous les moyens
équivalents. Par ailleurs, le procéde susdecrit peut être ap-
pllque, seul ou en combinaison avec d'autres moyens, au trai-
tement de tous types d'eaux à epurer, quelles que soient leur
origine et leur teneur en souillures.l~
. _ . . . . .. . . . .. ... ., _ ... . _ . . _ _ _ _ . . ~ _ . _ _ _ . _ _ _
-.
