Brevet FR2138968A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne un dispositif pour la séparation continue de la partie liquide de suspensions de matières solides à faible teneur de solides et de faible granulométrie de matière solide, en particulier de boues d'égouts et chimiques, dans lequel la suspension de matière solide est d'abord floculée avec addition d'agents de floculation. La séparation de la partie liquide, comme par exemple le dessèchement des suspensions de matière solide à faible teneur en solides et à faible granulométrie de matière solide présente des difficultés considérables. Sans additifs et sans floculants de telles suspensions de matière solide ne peuvent être effectivement filtrées avec le succès désirable. Ces suspensions de matière solide difficiles à dessécher sont constituées par les boues de décantation, ainsi que les limons chimiques. Pour des raisons économiques, il est exigé du procédé d'extraction de l'eau et des installations qui lui sont nécessaires de grands rendements spécifiques de filtrage, ainsi qu'uns haute qualité du filtrat et un très fort épaississement, en particulier dans le cas de déchets comme la boue des installations de décantation.Dans le cas de l'extraction de l'eau, par exemple par pressage# , toute l'eau libre doit autant que possible être éliminée. La qualité du filtrat présente alors une grande importance, afin que l'eau de filtrage puisse être recyclée dans le processus de fabrication ou conduite dans le canal de dérivation. Ce qui accroît ici la difficulté, c'est qu'il s'agit en général du traitement de grandes quantités. On a déjà mis au point de nombreux procédés et dispositifs pour résoudre les difficiles problèmes de dessèchement de boues de faible concentration, avec une proportion élevée de fines de matière solide et à caractère gélatineux. Dans cet ordre d'idées on peut citer les presses à filtre, les filtres à vide, les centrifutres, les presses à bande de tamis, appareils à enroulement, concentrateurs statiques et autres constructions spéciales. Pour le conditionnement de la boue on emploie des additifs tels que la cendre, le sable et en particulier les floculants et agents auxiliaires de floculation.Suivant la composition de la boue on obtient des résultats de dessèchement très différents qui en général ne sont ni techniquement ni économiquement pleinement satisfaisants. les procédés et dispositifs connus jusau' à présent sont affectés de graves défauts, COLIS~e par exemple une ex Sloitation discontinue ou une forte usure des installations, un ren- - liement trop faible ou une trop grande consonmation de floculants. Dans les dispositifs connus, l'élimination de l'eau se fait surtout statiquement sous pression ou dynamiquement, par exemple dans des centrifugeurs oh des concentrateurs. La présente inventions'est donné pour tache d'éliminer les inconvénients inhérents aux dispositifs utilisés jusqu a présent pour la séparation de la teneur en-liquide des suspensions de matière solide en ce qui concerne le mode d'action purement statique ou purement dynamique, et d'àpporter un dispositif dans lequel la suspension est soumise à une pression et également à une vigoureuse agita- tion, telle que par exemple un mouvement de révolution ou de refoulement. Ce problème est résolu suivant l'invention en premier lieu par le fait cue pour la séparation de la partie liquide il est prévu une presse à vis sans fin composée d'une vis sans fin cylindrique et d'une chemise cylindrique, perméable au liquide, entourant la vis sans fin. Dans ce but la vis sans fin présente sur toute sa longueur un canal hélicoïdal de volume constant. la chemise cylindrique de la presse à vis sans fin peut, à l'ex- trémité de déchargement, dépasser la vis sans fin à la manière d'une buse, et l'orifice de déchargement lui-même peut être fermé par un cône de pression qui peut être poussé contre l'orifice. Dans la presse à vis sans fin décrite, la séparation du liquide de la matière solide en suspension se fait par un mouvement de révolution et de refoulement de la suspension obtenu par la vis sans fin qui exerce en même temps une pression sur cette susaension. Lors de la mise en marche du dispositif la pression est obtenue par une fer met- - omentanée complète ou partielle de l'orifice de décharge de la --s sans fin au moyen du cône de pression décrit.En marche per rane çe, ce cône de r.aintien de pression peut ne pas être utilisé à l'c -2ice de la presse à vis sans fin, car la forte proportion de mat e solide de la suspension suffit à maintenir la pression à 1' int# 1 sur du canal de la vis. Une diminution du volume du canal hé lic -# vers l'extrémité de sortie n'est pas nécessaire, car on obtiens --à avec une vis sans fin de profondeur de filet constante, c'est à dire avec un canal hélicoïdal de volume constant, un effet de presse suffisant pour une séparation du liquide.Un avantage par- ticulier réside dans le fait qu'à l'entrée dans la presse t vis sans fin, l'effet de pressage n'est pas encore assez fort pour que les flocons formés lors de la floculation soient détruits. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, la chemise cylindrique entourant la vis sans fin présente, dans le canal annulaire entre cette chemise et l'arbre de la vis au moins un anneau de retenue en saillie sur la face intérieure de la chemise, le filet de la vis étant interrompu à ces endroits. Ces anneaux de retenue peuvent être conçus de façon que leur diamètre intérieur soit réglable. Selon l'invention, les anneaux de retenue servent à empêcher un rapide écoulement de la suspension de matière solide et à provoquer un refoulement. La vis sans fin peut aussi être plusieurs fois divisée par de tels anneaux de retenue, pour obtenir sur ces anneaux une plus forte séparation du liquide. la constitution géométrique de la vis sans fin doit être approximativement détermihée par les valeurs de ,5 pour le rapport du pas au diamètre de la vis, de G,25 pour le rapnort de la profondeur du filet au diamètre de la vis, et une valeur numérique de plus de 10 pour le rapport de la longueur au diamètrc de la vis sans fin. Outre la presse à vis sans fin nécessaire à la séparation du liquide de la suspension de matière solide, le dispositif selon 1' invention colporte aussi une partie dans laquelle la surtension de matièr solide est, avant son introduction dans la presse à vis sans fin, mélangée et traitée avec des floculants.Suivant l'invention, on peut disposer, avant la presse a vis Z, sans fic, un mélangeur en cascades constitué d'étages superposés pour la floculation de la suspension te ratière solide; ce mélangeur en cascades est muni, à son extrémité supérieure, d1une trie our l'introduction simulta- née de la suspension et des floculants, et àson extrémité inférieure il débouche dans une trémie conduisant à l'entrée du canal de vis ana fin de la ressue. ns le mélangeur a cascaxescasca#es un mélange ^ la suspension et du @@@culant peut re faire de façon si soigneuse que le floculant pénètre la suspension de matière solide de manière aue les flocons qui se forment ne sont pas détruits par l'effet des forces exté rieures. Sur les différents étages du mélanigeur, sur lequel la suspension de matière solide se déplace sous l'effet de sa propre pesanteur sans emploi d'aucune force supclémentaire, on obtient par le mouvement de mélange qui s'y produit une formation particulièrement favorable des flocons. On peut obtenir un résultat favorable semblable avec l'emploi d'un mélangeur a vis à la place d'un mélangeur à cascades. La chemise cylindrique perméable au liquide, qui entoure la vis sans fin de la presse, est constituée pour l'obtention de résultats particulièrement favorables, par un tissu de tamisage à mailles fines, qui s'appuie extérieurement contre un châssis de soutien cylindrique rigide, perméable au liquide. Sur le tamis on peut placer encore un tissu de filtre. le châssis de soutien cylindrique perméable au liquide peut être une enveloppe cylindrique en tôle perforée à grande section transversale libre, afin que la surface la plus faible possible de tamis soit recouverte. Le tamis lui-même doit présenter une surface la plus lisse possible. Il consistera, de façon appropriée, en fils métalliques de même diamètre.La finesse du tamis se règle d'après les différents états de la suspension de matière solide le long de l'axe d'acheminement de lavis sans fin. Comme directive pour la densité des mailles on peut donner environ 900 mailles par centimètre carré. Des tamis beaucoup plus fins ou plus gros ne conviennent pas, par exemple, pour les boues d'égouts. Pour d'autres boues, la finesse du tamis se règle d'après la gros- seur des particules de matière solide dans la boue et d'après la structure de la boue. Le tissu de filtre sera, de façon appropriée, composé avec le cnâssis de soutien de :parties divisibles dans le plan axial, afin de rendre possible un échange rapide et commode. Afin de permettre le nettoyage, durant le fonctionnement du dis pos-##f, de l'enveloppe cylindrique perméable au liquide, il est prévu #-la périphérie extérieure de lenvel-oppe cylindrique un système de =-.oyage déplaçable longitudinalement. de système de nettoyage peu suivant l'invention, être constitué par une buse en forme d'annea- -ans laquelle on fait arriver de l'air comprimé ou de leau sous pre Dn. amenée d'air comprimé peut aussi avoir lieu à travers l'arbre de ie s sans fin. Dans ce but, l'arbre de la vis sans fin présente un alésage longitudinal, d'où des trous percés radicalement conduisent dans le canal de la vis sans fin. Une autre forme de réalisation re l'invention consiste à pré- voir le long d'un axe plusieurs vis sans fin ayant chacune un canal de dimensions constantes, cependant que le volume du canal de la vis sans fin diminue d'une vis z l'autre. De cette façon il s'établit une sorte de presse à vis sans fin a étages me volume du canal de vis sans fin allant en diminuant d'étage à étage tient compte de la diminution de volume de la suspension qui s'enrichit en ratière solide. De plus, dans les canaux de vis sans fin plus petits, la suspension fortement enrichie arrivant vers l'extrémité de sortie de la presse à vis sans fin est plus facile à transporter.Cela est particulièrement désirable dans les canaux de vis sans fin du dernier étage, où la matière à transporter est compacte. Une diminution du volume total du canal de la vis sans fin en étages successifs peut, par exemple, être obtenue en réduisant le diamètre extérieur de la vis sans fin, le diamètre de l'arbre de celle-ci restant le même, pour la diminution de la profondeur de filet du canal de la vis sans fin, cependant que l'enveloppe cylindrique entourant la vis sans fin de la presse doit naturellement être réduit dans la même mesure.Une autre solution peut être trouvée en conservant le diamètre extérieur de la vis sans fin et en augmentant simplement le diamètre de l'arbre de la vis sans fin. zinzin il peut apparaître inctiqué de conserver dans les différents étages les rapports géométriques du pas de la vis au diamètre de la vis, de la profondeur de filet au diamètre et à la longueur de la vis.Dans ce cas, toutes les dimensions doivent être réduites dans la même procortion. Jans une telle presse à vis sans fin à étages, les anneaux de retenue frisant saillie dans le canal de la vis sans fin sont disposés - préférence chaque fois ans la partie Initiale d'un nouvel étage. #ats as crases à vis sans fin a étages, les vis ans îin -- monter les u-zes 1 suite des stras des différents étages sont assemblées d rès d'après le principe c#e construction ar blocs en éléments standardisés. L'enveloppe cylindrique perméable u -i,juide entourant la ou les as ~za:s aln est constituée, suivant 'inventicn, de façon que le filtrat contenu dans les sections successives puisse être soutiré séparément. bn particulier dans les presses à vis sans fin à étages, le filtrat peut être soutiré séparément de chaque étage. Par le soutirage, séparé par étage, du filtrat, on peut obtenir des filtrats de pureté différente. Il se forme ainsi dans la première section, immédiatement après l'introduction de la suspension de matière solide dans la presse à vis sans fin, par suite de la floculation et de la faible pression dans la presse, un filtrat de grande pureté. La pollution du filtrat augmente ensuite dans les zones sul- vantes, de sorte que dans la dernière zone, lors du pressage terminal, des particules de matière solide peuvent encore être exprimées. Ce filtrat peut alors être remis dans la presse après une floculation renouvelée. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté au dessin, dans lequel: La fig.l représente une presse à vis sans fin à étages avec un mélangeur à cascades pour le mélange de la suspension avec des floculants. La fig.2 représente- un mélangeur à vis pour le mélange de la suspension de matière solide avec des floculants, installé avant la presse à vis sans fin. la suspension de- matière solide à traiter 1 est amenée avec des floculants 2 dans un mélangeur à cascades 3. Dans ce mélangeur 3, la suspension de matière solide 1 et les floculants 2 tombent sous l'influence de la pesanteur sur les étages 4 du mélangeur 3 et parviennent, par la trémie 5, dans la presse à vis sans fin 6. La floculation nécessaire de la suspension de matière solide 1 se forme sur les étages 4 du mélangeur à cascades 3. La presse à vis sans fin 6 est, en tant que presse dite à étages, constituée par les étages 7, 7' et 7". La suspension de matière solide floculée 1 est acheminée à travers la presse à vis sans fin 6 à l'aide de la vis sans fin 8 également constituée en étages. La vis sans fin 8 est composée de l'arbre de vis sans fin 9 réduit par étages et des filets de vis 10. La périphérie extérieure de la vis sans fin 9 est entourée par une enveloppe de soutien 11 perméable au liquide, dont le diamètre est adapte à la vis sans fin 8 dans les différents étages 7, 7' et 7". Ê'envaDa#:e dc- soutien 11 est constituée de tôle perforée, à travers la: lle le filtrat séparé peut s'écouler. Entre l'enveloppe d'appui cylindrique 11 et les filets 10 de la vis 8 se trouve encore, appliqué contre l'enveloppe d'appui 11, un tissu de filtre à mailles fines 12 pour tenir à l'écart du filtrat les particules de ratière solide. l'acheminement de la suspension de matière solide se fait dans le canal de vis sans fin 13 qui se forme sans cesse de deux filets de vis 10 de la vis sans fin 9 et de l'enveloppe d'appui cylindrique 11; Dans 11 exemple de réalisation représenté, le canal de vis sans fin 13 diminue d'étage en étage.Ainsi l'étage 7' présente un volume total de canal de vis sans fin inférieur à celui de l'étage initial 7, tandis que ce volume de l'étage 7" est à son tour plus petit que celui de l'étage 7'. les rapports géométriques entre le pas de la vis, le diamètre de la vis et la longueur de celle-ci sont, dans le cas de la vis sans fin 8 de l'exemple représenté, choisis comme étant à peu près égaux dans les divers étages 7, 7'- et 7". Dans les divers étages 7, 7' et 7, les anneaux de retenue 14 faisant saillie dans le canal de vis sans fin 13 provoquent chacun un tassement de la matière solide de la suspension, par refoulement de celle-ci. Quand les anneaux de retenue 14 ne sont pas placés au début d'un étage, le filet de vis sans fin 10 doit être interrompu à cet endroit. Par le refoulement de la suspension de matière solide contre les anneaux de retenue 14, il se produit à ces endroits une séparation du liquide particulièrement importante. Le filtrat peut être évacué séparément de chaque étaye par les cloisons de sé paration 15 prévues entre les différents étages.Dans l'étage séparé 7 l peut aussi être prévu, à la hauteur de l'anneau de retenue 14, u-È autre cloison de séparation 16, afin de permettra a'-alement l'évacuation du filtrat séparément avant et après l'anneau de retenue 14. Dans l'étage 7' on 2 prévu le long de la nériBnérie extérieure de l'enveloppa d'appui cylindrique 11, un canal annulaire 17. Dans ce canal annulaire, ce flair 25 est envoyé par impulsions. Par le déplacement du canal annulaire 17 il se produit un effet de nettoyage le long de l'enveloppe d'appui cy cylindrique 11. De lus, par i'insufflation d'air comprimé dans la suspension e matière solide ~'lnlérieur des diverses sections du canal de vis sans fin 13, on oC#t#e- - une nouvelle amélioration W la séparation du liquide.Cn présent nt pour l'intrcduction d'air comprimé dans le canal de vis sans fin , dans l'arbre de vis sens fin 9, un alésage longitudinal 18, d'où des trous 19 percés radialement conduisent l'air dans les di verses sections du canal de vis sans fin lj. Gracie à l'air comprimé introduit de cette façon dans le canal de la vis sans fin on facilite le mouvement de la suspension de matière solide, surtout à l'état enrichi de matière solide, et l'on augmente l'action de pressage sur la suspension. A l'orifice de décharge 20 de la presse à vis sans fin 6 il est prévu un cône de pression 21. Avant qutun état de fonctionnement permanent soit atteint dans la presse à vis sans fin, 1' orifice 20 est, à l'aida du cône d'obturation 21, fermé entièrement ou partiellement pour la constitution de la pression à l'intérieur du canal de vis sans fin 13. Une fois que l'état de fonctionnement permanent est atteint, le cône de pression 21 n'a plus d'utilité. La presse à vis sans fin est à la figure 1 placée horizontalement; elle peut aussi bien être placée verticalement ou dans toute autre position intermédiaire. La figure 2 montre un mélangeur à vis qui, pour la floculation de la suspension de matière solide 1 avec les floculants 2, peut être monté en avant de la presse à vis sans fin 6, à la place du mé langeur à cascades 4. RE ICATIONS 1.- Dispositif pour la séparation continue de la partie liquide de suspensions de matière solide de faible teneur en matière solide et de faible granulométrie de matière solide, en particulier de boues d'égouts et chimiques, dans lequel la suspension de matière solide est d'abord floculée par addition de floculants, caractérisé par le fait que pour la séparation de la partie liquide on prévoit une presse à vis sans fin composée d'une vis sans fin cylindrique et d'une chemise cylindrique perméable au liquide et entourant la vis sans fin. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la vis sans fin présente sur toute sa longueur un volume constant de canal de vis sans fin. 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'enveloppe cylindrique de la presse dépasse la vis sans fin à l'extrémité terminale pour former une sorte de buse, et que l'orifice de décharge peut être fermé par un cône de pression pouvant être poussé de extérieur contre l'orifice. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'enveloppe cylindrique entourant la vis sans fin porte au moins un anneau de retenue faisant saillie dans le canal annulaire formé entre l'enveloppe cylindrique et 1 'ar- bre de la vis sans fin, le filet de la vis sans fin étant interrompu à ces endroits. 5.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le diamètre des anneaux de retenue est réglable. 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte en avant de la presse à vis sans fin, pour la floculation de la suspension de matière solide, un mélangeur à cascades constitué d'étales de débordement qui, à son extrémité supérieure est muni d'une trémie pour la réception simultanée de la suspension de matière solide et des floculants, et à son extrémité inférieure débouche dans une trémie conduisant dans le commencement du canal de vis sans fin de la presse à vis sans fin. 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte,en avant de la presse à vis sans fin, un mélangeur à vis disposé obliquement et aboutissant dans une trémie conduisant dans la partie de début du canal de vis sans fin de la presse à vis sans fin, pour le mélange de la suspension de matière solide et des floculants amenés simultanément. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la chemise cylindrique entourant la vis sans fin est constituée par un tissu de filtre à mailles fines, qui s'applique contre un châssis de soutien cylindrique rigide perméable au liquide. 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le tissu de filtre à mailles fines présente une densité de mailles d'environ 900~ mailles par centimètre carré. 10.- Dispositif suivant l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que le tissu de filtre peut, en même temps que le châssis de soutien, être divisé dans le plan axial. 11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que sur la périphérie extérieure de l'enveloppa cylindrique entourant la vis sans fin il est prévu un système de nettoyage déplaçable longitudinalement. 12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que le dispositif de nettoyage est une buse annulaire dans laquelle peut être amené de l'air comprimé ou de l'eau. 13.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'arbre de la vis sans fin est muni d'un alésage longitudinal, d'où des trous percés radialement conduisent dans les différentes sections du canal de la vis sans fin. 14.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que sur un même axe sont prévues plusieurs vis sans fin ayant chacune des dimensions de canal constantes sur leur longueur, cependant que le volume de canal total de vis sans fin va en diminuant, dans le sans du transport, d'une vis sans fin à l'autre. 15.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que l'enveloppa d'appui cylindrique entourant la ou les vis sans fin est constituée de telle façon que le filtrat peut être soutiré en plusieurs sections séparées les unes des autres le long de la ou des vis sans fin.