CH619674A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne un appareil de traitement des eaux par exemple par floculation et/ou par précipitation cristalline avec recirculation interne de la boue, suivie d'une décantation du type lamellaire. Cet appareil s'applique en particulier au traitement des eaux chargées en sels minéraux précipitables sous forme de boues cristallines par un réactif avec lequel ils forment un composé faiblement soluble, réactif qui peut être par exemple la chaux, la soude, la baryte, etc.

Il est connu que la recirculation interne de la boue déjà formée accélère fortement les processus de floculation et/ou de précipitation cristalline et, dans l'état actuel de la technique, on trouve de nombreux appareils généralement de forme circulaire, comportant deux zones, une zone centrale où s'opère la réaction en présence de boues mises en circulation soit par des moyens mécaniques,

soit par des moyens hydrauliques appropriés, et une zone périphérique annulaire, dite zone de décantation, dans laquelle s'opère la séparation de l'eau traitée et des boues en suspension provenant de la zone centrale. Ces appareils sont dits combinés puisque la s phase de réaction et celle de décantation ont lieu dans une même enceinte.

Il est connu également que la mise en place dans un bassin de décantation de plaques parallèles, régulièrement espacées et inclinées d'un angle d'environ 60° sur l'horizontale, permet, par la io création d'un processus dit de décantation lamellaire, d'atteindre une vitesse ascensionnelle de l'eau de 2 à 4 fois supérieure à celle possible pour une même eau et un même traitement dans un simple bassin de décantation non équipé de plaques.

La mise en place de plaques dans un appareil combiné du type 15 classique afin d'en accroître les performances au niveau de la vitesse de décantation se heurte à trois difficultés majeures :

— Il est très difficile de disposer économiquement à l'intérieur d'un cercle un ensemble de plaques parallèles sans qu'une partie de la surface soit neutralisée. Une fraction non négligeable de la

20 surface possible de décantation n'est plus alors disponible. Pour pallier cet inconvénient, on a pensé substituer à la forme circulaire une forme carrée dans laquelle la première serait inscrite. Dans ce cas, les boues décantées se déposant sur le radier de l'appareil doivent être ramenées vers le centre par un dispositif de raclage 25 entraîné à partir du centre de l'appareil et dont l'extrémité décrit donc un cercle. Pour éviter des dépôts de boues dans les angles, dépôts dont l'évacuation serait impossible, la structure carrée supérieure recevant les plaques doit se raccorder à une structure inférieure circulaire. Une telle solution conduit évidemment à des 30 complications de construction et n'élimine pas la seconde difficulté exposée ci-après.

— Il est connu que, lorsqu'une réaction conduisant à une précipitation cristalline s'opère dans un milieu suffisamment concentré en boues, la précipitation se fait préférentiellement sur

35 ces boues qui constituent en quelque sorte des germes de cristallisation. On évite ainsi un entartrage des structures internes de l'appareil de traitement. Dans un appareil à zone centrale de réaction, la concentration en boues décroît normalement du centre vers la périphérie. Si la réaction de précipitation n'est pas 40 terminée à la sortie de l'eau de la chambre de réaction, elle se poursuit dans l'espace situé sous les plaques et entre les plaques elles-mêmes et, si la concentration en boues entre les plaques extrêmes n'est pas suffisante, on assiste à un entartrage progressif de leur surface, entartrage dont le nourrissement est rapide du fait 45 qu'il constitue un frein à l'écoulement descendant de la boue. Il en résulte une disparité dans l'espacement entre plaques, préjudiciable aux performances de l'appareil et, à la limite, l'apparition de problèmes mécaniques consécutifs à l'incapacité des plaques à supporter un poids de tartre trop important.

so — Dans un tel appareil, il est pratiquement impossible d'alimenter de façon uniforme les espaces entre plaques à partir de la zone centrale de réaction surtout s'il doit fonctionner à des débits variables dans le temps, ce qui réduit les performances de la zone de décantation.

55 Dans certains appareils connus, la répartition de l'eau sortant de la zone de réaction est assurée en créant une perte de charge hydraulique au passage de l'eau au travers d'un plus ou moins grand nombre d'orifices alimentant la zone de décantation. Cette disposition ne permet cependant d'obtenir une bonne répartition 60 de l'eau qu'au voisinage du débit nominal de l'appareil. En effet, la vitesse d'entrée de l'eau dans la zone de décantation doit rester suffisamment faible pour ne pas y créer des turbulences qui pourraient perturber le phénomène de décantation. Ainsi, par exemple, il n'est guère possible de dépasser une vitesse d'entrée de 65 1,4 m/s correspondant sensiblement à une perte de charge de 10 cm de colonne d'eau au passage au travers des orifices de distribution, valeur permettant une équirépartition convenable. Si, par suite d'impératifs d'exploitation, l'appareil doit fonction

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ner à la moitié de son débit nominal, cette perte de charge qui varie comme le carré de la vitesse d'écoulement ne sera plus que de 2,5 cm de colonne d'eau, valeur nettement insuffisante pour conserver la distribution uniforme recherchée.

Les dispositions hydrauliques adoptées dans la conception de l'appareil permettent de pallier ce grave inconvénient en assurant, pour une large variation du débit d'eau à traiter, une bonne répartition hydraulique de l'eau à son entrée dans la zone de décantation. Il est par ailleurs remarquable, ainsi que la description et l'exposé de fonctionnement de cet appareil le feront apparaître, que ces dispositions assurent également, ou contribuent à assurer, le transfert des boues déjà précipitées de la zone de décantation vers la zone de réaction où elles vont accélérer le processus de floculation et/ou de précipitation des sels minéraux de l'eau.

L'appareil de traitement des eaux, objet de la présente invention, consiste en un appareil combiné comportant dans une même enceinte au moins deux zones, l'une de réaction, l'autre de décantation, ces zones étant en communication sur toute la largeur de l'appareil, cet appareil étant caractérisé en ce que la zone de réaction dans laquelle sont introduits l'eau à traiter et les réactifs de traitement reçoit en outre une partie des boues provenant de la zone de décantation, et est munie dans sa partie supérieure d'une cheminée centrale entourée de deux chambres latérales communiquant avec elle, la cheminée centrale contenant un impulseur hydraulique réalisant, dans une zone de turbulence, un mélange complet eau/réactifs/boues, amené dans les deux chambres latérales et en partie recyclé de ces chambres dans la cheminée centrale, en partie amené à la base de la zone de décantation sur toute la longueur de celle-ci, cette zone de décantation étant une zone de décantation lamellaire, les boues concentrées qui se déposent dans la zone de décantation lamellaire étant ramenées vers l'orifice de communication des deux zones, d'où une partie de ces boues est amenée dans la zone de turbulence créée par l'impulseur hydraulique, les boues en excès étant évacuées périodiquement d'une fosse de concentration prévue à la partie inférieure de la zone de réaction.

Dans l'appareil, l'efficacité de la décantation est améliorée grâce à une répartition hydraulique de l'eau sortant de la zone de réaction sur toute la surface de la zone réservée à la décantation, de façon à assurer une alimentation uniforme des espaces entre plaques.

Suivant un mode de réalisation, le débit de l'impulseur hydraulique, hélice ou turbine, par exemple, est tel que le débit du mélange eau/boues obtenu sortant de la cheminée centrale soit très supérieur — de 3 à 4 fois — au débit d'eau à traiter entrant dans l'appareil.

Suivant un autre mode de réalisation, les chambres latérales extérieures à la cheminée centrale de la zone de réaction contenant l'impulseur hydraulique, sont en communication avec cette zone, d'une part, normalement à leur partie supérieure et, d'autre part, à leur partie inférieure, par des lumières réglables permettant le recyclage d'une partie du mélange eau/boues obtenu; ces chambres latérales sont également en communication à leur partie inférieure avec des canaux bordant la zone de décantation et débouchant dans celle-ci par des orifices uniformément répartis sur toute la longueur desdits canaux et permettant l'amenée dans la zone de décantation d'un débit déterminé et homogène du mélange eau/boues. Ce débit est réglé au moyen de déflecteurs disposés sur les orifices que comportent les canaux d'amenée du mélange eau/boues.

Suivant un autre mode de réalisation, la partie inférieure de la zone de décantation est constituée par un radier dont la pente est légèrement inclinée vers la zone de réaction, de façon que le recyclage des boues concentrées qui se déposent s'effectue sans qu'il soit besoin d'utiliser, sauf dans le cas de boues trop lourdes, par exemple de boues de carbonate de calcium, un dispositif de raclage, prévu à la partie inférieure de la zone de décantation.

L'appareil peut comporter des dispositions permettant:

— l'obtention d'une floculation et/ou d'une précipitation de sels, tels que sels métalliques dans une zone dite de réaction où une forte concentration en boues est maintenue ainsi qu'une agitation suffisante pour que l'eau entrant se mélange bien avec les boues recyclées;

— l'obtention d'une décantation accélérée dans une zone de décantation dite lamellaire où l'eau filtre au travers d'un lit de boues en cours de décantation;

— le maintien d'une distribution uniforme du débit d'eau sur toute la surface de décantation pour une large variation du débit d'eau à traiter;

— le maintien d'une concentration en boues suffisante à la partie inférieure de la zone de décantation ;

— le retour des boues précipitées et concentrées de la zone de décantation vers la zone de réaction.

La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, permettra de mieux comprendre l'invention. Il est bien précisé qu'il s'agit uniquement d'un exemple de réalisation, non limitatif.

Au cours de cette description, on se réfère aux dessins ci-joints sur lesquels :

La fig. 1 est une vue en plan de l'appareil.

La fig. 2, une coupe en élévation suivant II-II de la fig. 1.

Les fig. 3 et 4 sont des vues en coupe transversale de l'appareil, respectivement suivant III-III et IV-IV de la fig. 2.

La fig. 5 est une vue en plan par-dessus d'un appareil comportant une zone de réaction commune à deux zones de décantation.

La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 5 d'un appareil comportant deux zones de réaction et quatre zones de décantation.

L'appareil suivant la fig. 1 se présente sous la forme d'une enceinte de section carrée ou rectangulaire divisée en deux zones généralement de volumes inégaux, une zone 1, dite zone de réaction, et une zone 2, dite de décantation.

Comme on le voit sur la fig. 2, la zone 1 est en communication à sa partie inférieure avec la zone 2 par une lumière 3 de largeur égale à celle de l'appareil. La partie inférieure de cette zone de réaction est aménagée en fosse de concentration de boues 4 reliée à l'extérieur par une ou plusieurs tuyauteries 5. La tuyauterie d'amenée d'eau à traiter 6 dans l'appareil traverse verticalement cette fosse 4, son débouché se situant par exemple à la moitié de la profondeur de cette fosse.

Dans la zone 2 de décantation, une série de plaques 20 régulièrement espacées et inclinées, par exemple à environ 60° par rapport à l'horizontale, est disposée au-dessus d'orifices 16 dont on verra le rôle plus loin, formant ainsi une zone de décantation lamellaire.

A la partie supérieure de la zone de décantation 2, et donc au-dessus des plaques 20, une série de tuyauteries perforées 21, uniformément réparties dans un même plan horizontal sur toute la longueur de l'appareil, débouchent dans deux goulottes latérales 22 et 23.

Comme on le voit sur la fig. 3, un impulseur hydraulique 7, du type hélice ou turbine par exemple, est disposé à une hauteur convenable dans la zone de réaction 1 à l'intérieur d'une cheminée 8 et délimite ainsi dans cette zone de réaction une partie centrale formant zone de turbulence 9 encadrée par deux chambres latérales 10 et 11 qui sont normalement en communication à leur partie supérieure avec la zone centrale de turbulence. A leur partie inférieure, elles sont également en communication avec la zone centrale par des lumières 12 dont l'ouverture libre peut être réglée par des masques 13. Ces deux chambres 10 et 11 sont en communication à leur partie inférieure avec deux canaux 14 et 15 bordant chacun la zone de décantation 2.

Comme représenté à la fig. 4, qui est une coupe de l'appareil sur la zone de décantation suivant IV-IV de la fig. 2, chaque canal 14 et 15 est en communication à sa partie inférieure avec la zone de décantation 2 par une série d'orifices 16 uniformément répartis sur toute la longueur du canal et débouchant à la partie

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inférieure de ladite zone de décantation. Chaque orifice est muni à sa partie supérieure d'un déflecteur 17,

L'espace 18 situé entre les orifices 16 et le radier de l'appareil constitue une zone de concentration de boues qui peut ou non être équipée d'un dispositif de raclage classique, par exemple du 5 type à chaîne 19. Ce radier est généralement en légère pente vers la zone de réaction.

Le fonctionnement de l'appareil est le suivant: l'eau à traiter est admise par la tuyauterie 6 dans la zone de réaction 1. Elle reçoit dans un ordre déterminé, soit avant son entrée dans cette io zone ou à l'intérieur même de cette zone, en des points convenablement choisis pour qu'un mélange efficace soit assuré, les produits chimiques nécessaires à la réaction. Dans son mouvement ascendant dans la zone de réaction, l'eau traverse une zone de turbulence 9 créée par l'impulseur 7 et est ainsi intimement 15 mélangée aux réactifs et à de la boue en provenance de la zone de décantation 2. En effet, le débit de l'impulseur 7 est bien supérieur à celui de l'eau alimentant l'appareil, de telle sorte que le débit du mélange d'eau et de boues sortant de la cheminée centrale 8 de la zone de réaction peut être, par exemple, égal à quatre fois le débit 20 d'eau à traiter. Ce mélange sortant à la partie supérieure de la cheminée 8 pénètre dans les deux chambres latérales 10 et 11 et une fraction revient par les lumières 12 dans la partie centrale 9, le recyclage interne ainsi créé entraînant une forte turbulence favorisant le mélange eau/réactifs/boues, et s'opposant à un passage 25 direct de l'eau sortant de la tuyauterie 6 dans la cheminée 8.

Le réglage de l'importance de ce recyclage interne se fait en obstruant plus ou moins les lumières 12 par les masques 13.

Une autre partie du mélange eau/boues correspondant au débit d'eau à traiter, augmentée d'une fraction du débit total 30 recyclé, est amenée par les canaux 14 et 15 percés des orifices 16 à la base de la zone de décantation 2.

L'impulseur 7 est de préférence entraîné en rotation par un dispositif motovariateur de vitesse. La valeur totale du débit de recyclage peut ainsi être réglée à la valeur convenable en agissant 35 sur la vitesse de rotation de l'impulseur, tandis que le réglage de la valeur des deux fractions de ce débit s'opère en modifiant la position des masques 13.

Le mélange eau/boues pénètre dans la zone de décantation 2 sur toute sa longueur par les orifices 16, les déflecteurs 17 dont ils 40 sont munis permettant sa distribution sur toute la largeur du bassin.

Dans cette zone, un débit d'eau égal au débit à traiter s'écoule de bas en haut entre les plaques 20 pour être repris à la partie supérieure du bassin uniformément sur toute sa surface par les 45 tuyauteries perforées 21 qui le déversent dans les goulottes latérales 22 et 23. Suivant le principe connu de la décantation lamellaire, une séparation de phase s'opère entre les plaques 20, les boues suivant un chemin descendant vers le fond du bassin, tandis que l'eau claire s'échappe des plaques à leur partie supérieure. so

Les boues décantées sont ramenées par le débit de recirculation dans la zone de réaction 1 où une partie est remise en suspension, sous l'effet de la turbulence créée par l'impulsion, de façon à maintenir leur concentration à une valeur favorable à l'accélération de la réaction, tandis que l'excès s'accumule et se concentre ss dans la fosse à boues 4 d'où elles sont périodiquement évacuées à l'extérieur par la tuyauterie 5.

De la description de l'appareil et de l'exposé de son fonctionnement, il ressort que son utilisation permet de diminuer largement les volumes nécessaires au traitement d'une eau par 60 floculation et/ou par précipitation cristalline.

En effet, dans le cas par exemple d'un traitement par précipitation cristalline, le maintien d'une concentration élevée en boues, de l'ordre de 10 à 20 g/1, dans une zone de réaction turbulente conçue pour éviter tout court-circuit du débit d'eau à traiter, 65 permet de réduire à 2-3 mn son temps de séjour dans cette zone. En outre, l'alimentation de la zone de décantation par une eau à forte concentration en boues sensiblement égale à celle de la zone de réaction permet d'éviter tout risque d'entartrage, même si la réaction de précipitation se trouvait ne pas être terminée dans Ja zone de réaction. Cela permet donc d'assurer une distribution uniforme de l'eau dans la zone de décantation par des orifices dont le débit unitaire pour une même charge ne risque pas de se trouver modifié par suite de leur entartrage. Pour la même raison et pour le même type de traitement, il est possible d'assurer une décantation accélérée du type lamellaire, par suite de l'absence sur les plaques de dépôts de tartre préjudiciables à la bonne marche de l'appareil. Dans ces conditions, la vitesse possible de décantation se trouve être multipliée par 3 ou 4 par rapport à celle admissible dans un appareil du type classique.

Ainsi que déjà mentionné, les dispositions adoptées dans l'appareil pour l'alimentation de la zone de décantation permettent d'assurer une bonne répartition sur toute la surface de décantation pour de larges variations du débit nominal de l'appareil. Ainsi, par exemple, on déterminera l'impulseur 7 pour que le débit le traversant soit égal à quatre fois le débit nominal de l'appareil et les masques 13 seront positionnés de telle sorte que le débit de recirculation interne soit égal à celui dirigé vers la zone de décantation. Ce dernier débit sera donc égal, l'appareil fonctionnant à son débit nominal, à deux fois la valeur de ce débit. L'appareil étant alimenté à la moitié de son débit nominal, le débit transitant vers la zone de décantation sera encore égal à une fois et demie la valeur de ce débit nominal. Ainsi, en reprenant l'exemple précédent, si les orifices d'entrée dans la zone de décantation ont été calculés pour créer au débit nominal une perte de charge de 10 cm de colonne d'eau, cette perte de charge sera encore de 5,6 cm lorsque l'appareil fonctionnera à mi-débit, c'est-à-dire plus du double (2,5 cm) de celle obtenue dans les mêmes conditions dans le cas d'un appareil classique, et elle demeure dans ce cas suffisante pour assurer une bonne répartition dans un appareil dont la zone de décantation peut atteindre 20 m de longueur d'écoulement. En outre, la valeur de la vitesse de l'eau dans les canaux de distribution ne sera pas, en fonctionnement à mi-débit, divisée par deux comme dans un appareil classique mais seulement réduite de 33%, ce qui limite les risques d'obstruction de ces canaux par formation de dépôts de boues.

Il est remarquable que l'appareil décrit se prête plus facilement que les appareils connus à une construction modulaire, ce qui en facilite la construction et simplifie considérablement les problèmes que peut poser une extension de débit.

Ainsi, par exemple, la fig. 5 représente un appareil comportant une zone de réaction commune à deux zones de décantation.

Dans l'hypothèse de départ d'un doublement ultérieur du débit, une seule zone de décantation peut être construite en première étape; la réalisation d'une seconde zone permettra, en seconde étape, de satisfaire aux besoins d'un débit double de sa valeur initiale.

L'appareil à 2 zones de réaction et 4 zones de décantation représenté à la fig. 6 est capable d'un débit quadruple de celui de la cellule élémentaire.

Exemple

On a réalisé des essais comparatifs de traitement de décarbo-natation à la chaux d'une eau de surface dans un appareil suivant l'invention et un appareil classique à recyclage de boues. L'eau à traiter avait une teneur en bicarbonates de calcium et de magnésium de 30° français et contenait 50 mg/1 de matières en suspension. Le débit d'eau entrant dans chaque appareil était de 2600 m3/h.

Les dimensions des appareils étaient les suivantes:

(Tableau en page suivante)

Dans l'appareil suivant l'invention, la vitesse de décantation était de 15,2 m/h; dans l'appareil classique, elle se maintenait à 6 m/h.

5

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Appareil sui

Appareil clas

vant l'inven sique de dia

tion de mètre 23,5 m

38,5 x 5 m

Surface au sol

192,5 m2

435 m2

Hauteur

5,25 m

5 m

Volume total

1000 m3

2150 m3

Volume de la zone de réaction

130 m3

130 m3

Surface de la zone de décantation

170 m2

400 m2

L'eau traitée obtenue à la sortie des deux appareils avait les mêmes caractéristiques, soit un TAC (titre alcalimétrique complet) de 3 à 4° et une teneur en matières en suspension de 4 à is 5 mg/1.

Du tableau ci-dessus, il résulte que, pour une même qualité d'eau traitée, la vitesse de décantation, dans un appareil suivant l'invention, est plus du double de celle d'un appareil classique,

alors que, pour un même volume de la zone de réaction et une 20

surface de la zone de décantation beaucoup plus considérable, un décanteur classique occupe une surface au sol et présente un volume total doubles de celle et de celui, correspondants, d'un appareil suivant l'invention.

On juge ainsi de l'intérêt d'un appareil suivant l'invention par les économies très importantes de génie civil, d'infrastructure, etc., qu'il permet de réaliser.

Par ailleurs, il est très important de noter que, par rapport aux appareils connus, l'appareil de l'invention permet de réaliser et d'achever, dans des conditions optimales de rapidité, les réactions de cristallisation et/ou de floculation auxquelles est soumise l'eau à traiter.

Ën ce qui concerne l'introduction des réactifs dans l'appareil, si, dans le cas le plus général, ils étaient introduits, comme dans l'exemple traité, dans la zone de réaction, elle pourrait être également opérée, dans certains cas, dans une autre zone, ou dans une autre partie de l'appareil.

Enfin, la décantation peut être de toute nature ou suivant toute méthode quelconque convenable: à lit de boues, puisé ou non, à contact de boues, lamellaire ou non, etc.

R

1 feuille dessins

Claims (8)

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1. Appareil de traitement des eaux comportant dans une même enceinte au moins deux zones, l'une de réaction, l'autre de décantation, ces zones étant en communication sur toute la largeur de l'appareil, caractérisé en ce que la zone de réaction dans laquelle sont introduits l'eau à traiter et les réactifs de traitement reçoit en outre une partie des boues provenant de la zone de décantation, et est munie dans sa partie supérieure d'une cheminée centrale entourée de deux chambres latérales communiquant avec elle, la cheminée centrale contenant un impulseur hydraulique réalisant, dans une zone de turbulence, un mélange complet eau/réactifs/boues, amené dans les deux chambres latérales et en partie recyclé de ces chambres dans la cheminée centrale, en partie amené à la base de la zone de décantation sur toute la longueur de celle-ci, cette zone de décantation étant une zone de décantation lamellaire, les boues concentrées qui se déposent dans la zone de décantation lamellaire étant ramenées vers l'orifice de communication des deux zones, d'où une partie de ces boues est amenée dans la zone de turbulence créée par l'impulseur hydraulique, les boues en excès étant évacuées périodiquement d'une fosse de concentration prévue à la partie inférieure de la zone de réaction.

2. Appareil suivant la revendication 1, dans lequel l'impulseur hydraulique — turbine, hélice par exemple — a un débit tel que le débit du mélange eau/réactifs/boues obtenu et sortant de la cheminée centrale est de trois à quatre fois supérieur au débit d'eau à traiter entrant dans l'appareil.

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REVENDICATIONS

3. Appareil suivant la revendication 1, dans lequel les chambres latérales extérieures à la cheminée centrale sont en communication avec cette dernière, à leur partie inférieure, par des lumières réglables permettant le recyclage d'une partie du mélange eau/boues obtenu.

4. Appareil suivant la revendication 1, dans lequel les chambres latérales extérieures à la cheminée centrale sont en communication à leur partie inférieure avec des canaux bordant la zone de décantation.

5. Appareil suivant la revendication 4, dans lequel les canaux d'amenée du mélange eau/boues dans la zone de décantation sont percés d'orifices uniformément répartis sur la longueur de ces canaux et munis de déflecteurs permettant le réglage du débit et sa distribution uniforme quelles que soient les variations du débit d'eau à traiter entrant dans l'appareil.

6. Appareil suivant la revendication 1, dans lequel la zone de décantation est munie d'un dispositif de raclage des boues de fond.

7. Appareil suivant la revendication 1, comportant une zone de réaction commune à deux zones de décantation.

8. Appareil suivant la revendication 1, comportant deux zones de réaction communes à quatre zones de décantation.