Brevet FR2177055A1 — publié le 19731102

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour sdparer des solides contenus dans de l'eau afin d'obtenir continuellement de l'eau propre. Parmi les procédés connus pour séparer des solides des solutions, peuvent être citées la filtration, la séparation par sédimentation et la séparation par flottation, aucun n'étant parfait ou exempt de différents inconvénients. Avec le procédé de filtration, le colmatage du filtre réduit~ la capacité de celui-ci et nécessite un remplacement fréquent du filtre. Avec le procédé de séparation par sédimentation et le procédé de séparation par flottation, la coulée ou la flottation des solides a lieu du fait de la différence de densité de l'eau et des solides. Par suite, le rendement de séparation est excellent quand l'eau est statique, mais devient très faible quand l'eau circule ou vibre, comme c'est le cas avec un traitement en continu. La présente invention a pour objet un procédé et un appareil ayant un rendement élevé de séparation meme dans le cas d'eau circulant ou vibrant. Les solides peuvent être séparés de façon continue de l'eau pour obtenir de l'eau propre sans aucune opération compliquée. Par le procédé selon l'invention, une électrolyse est d'abord effectuée en utilisant des électrodes dont une au mois a partiellement ou complètement une structure poreuse, en tamis ou en filet. De ce fait, une mousse fine d'hydrogène ou d'oxygène gazeux est engendrée à la surface de l'électrode, toute liteau contenant les solides passe à travers cette structure de l'électrode, tous les solides sont mis en contact avec les gaz et sont absorbés par ces gaz en traversant cette structure d'électrode, les solides remontent et flottent à la surface de l'eau et l'eau seule peut sortir de l'appareil, de sorte que de l'eau propre est obtenue. L'invention concerne aussi un appareil et un procédé pour la séparation de la flottation de solides contenus dans de l'eau, par lesquels la flottation et la séparation des solides contenus dans l'eau sont provoquées par électrolyse, le procédé comportant le positionnement d'au moins l'une des électrodes verticalement par rapport à la surface du fond de la cellule électrolytique, l'utilisation d'au moins une électrode ayant au moins en partie une structure poreuse, en tamis ou en filet, et l'envoi de l'eau de façon que toute l'eau passe inévitablement à travers une ou plusieurs de ces structures. L'invention concerne aussi un appareil pour la flottation et la séparation des solides contenus dans de l'eau, cet appareil comportant une cuve de cellule électrolytique, au moins une électrode positionnée verticalement par rapport au fond de la cuve et ayant au moins une-partie à structure poreuse, en tamis ou en filet, et au moins une électrode positionnée horizontalement au voisinage immédiat du fond de la cuve ou fixée au fond de la cuve et ayant en partie une structure poreuse, en tamis ou en filet. Cet appareil est utilisé de façon que,quand l'eau est envoyée à partir d'une extrémité de la cuve de la cellule électrolytique, toute l'eau contenant des solides passe inévitablement à traversune ou plusieurs de ces structures. L'invention concerne aussi un appareil pour la flottation et la séparation des solides contenus dans de l'eau, cet appareil comportant une cuve de celle électrolytique, des électrodes positionnées verticalement par rapport à la surface du fond de la cuve et dont au moins l'une a au moins en partie une structure poreuse, en tamis ou en filet. Cet appareil est utilisé de façon que, quand l'eau contenant des solides est envoyée à partir d'une extrémité de la cuve de la cellule électrolytique, toute l'eau contenant les solides passe inévitablement à travers une ou plusieurs de ces structures. Par le procédé selon l'invention, les électrodes utilisées peuvent être positionnées soit verticalement, soit horizontalement, soit obliquement pourvu qu'au moins l'une des électrodes (qui peut être une anode ou une cathode) soit positionnée verticalement par rapport au fond de la cuve de la cellule électrolytique, et les électrodes doivent être positionnées pour permettre le passage de toute l'eau contenant les solides à travers au moins l'une des structures. Les électrodes utilisées doivent être au moins en nombre suffisant pour assurer ltélectrolyse. Cependant, des rendements supérieurs de séparation peuvent être obtenus en augmentant le nombre d'électrodes.La dimension de perforations dans la partie de l'électrode ayant la structure poreuse, en tamis ou en filet,n'est pas impérative, bien qu'habituel- lament cette dimension soit comprise entre 0,01 et 30 mm. Les matières uti lisées pour les électrodes peuvent être métalliques ou non métalliques pourvu qu'elles soient conductrices de l'électricité, et elles peuvent être, par exemple, de l'aluminium, du graphite, de ltoxyde de fer magnétique ou de la fonte contenant du silicium pour une anode, et du fer, de l'acier inoxydable, du nickel, du cuivre ou du graphite pour une cathode. Le procédé classique précité de flottation et de séparation utilise la caractéristique d'ascension et de flottation de l'hydrogène ou de l'oxygène gazeux engendrés par l'électrolysa de l'eau, de sorte que les solides contenus dans l'eau viennent en contact avec cas gaz et les absorbent. Ce procédé peut réduire la densité apparente des solides à une valeur bien plus faible que la densité normale afin qu'ils deviennent plus légers que l'eau et remontent à la surface de l'eau. Cependant, le faible rendement de contact entre les solides et les gaz est un obstacle important à effet de flottation. Si l'eau est maintenue immobile, les solides remontent, flottent et sont séparés de l'eau , mais si l'eau circule comme c'est le cas avec un traitement en continu, les gaz engendrés sont perturbés, ce qui ne permet pas une flottation satisfaisante des solides. Par contre, quand l'électrolyse est conduite par le procédé selon l'invention, l'eau contenant les solides doit passer à travers l'une des parties d'électrode ayant la structure poreuse, en tamis ou en filet et les solides contenus dans l'eau sont inévitablement captés par la mousse fine couvrant toute la surface de cette partie d'électrode pendant leur passage d'une façon continue à travers cette partie d'électrode, même si l'eau circule ou est agitée.Les solides deviennent ainsi plus légers que l'eau et ils remontent et flottent à la surface de l'eau, tandis que l'eau ayant traversé l'électrode est seulement de l'eau propre ne contenant pas de solides. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel - les figures 1 à 4 représentent des appareils selon quatre modes de mise en oeuvre de l'invention. Les appareils représentés à titre d'exemples de l'invention sur les figures 1 à 4 comportent une cuve de cellule électrolytique 1, des anodes 2, des cathodes 3 et des plaques de guidage 4. La figure 1 représente un appareil dans lequel toutes les électrodes sont positionnées verticalement à partir du fond de la cuve. L'eau contenant les solides est envoyée dans une extrémité de la cuve 1 dans laquelle elle est guidée par une première plaque de guidage 4 en matière telle que du bois, une matière plastique ou du métal, et elle atteint ensuite la première anode 2 qui a entièrement une structure poreuse, en tamis ou en filet et qui occupe toute la largeur et toute la hauteur de la cuve 1 afin que l'eau passe inévitablement à travers cette anode 2 et qu'au moins une partie des solides remontent jusqu'à la surface de l'eau avec les gaz engendrés par l'électro- lyse, l'eau s'écoulant ensuite vers l'électrode consécutive, c'est-à-dire la première anode 3, qui a une structure similaire à celle de la première anode 2.L'eau traverse ainsi successivement les électrodes qui sont alternativement des anodes et des cathodes, représentées au nombre de trois anodes et de trois cathodes, en étant traitée de façon similaire, et finalement l'eau échappe de l'appareil en étant guidée par la seconde plaque de guidage 4. Bien entendu, l'arrangement des anodes et des cathodes n'est pas limité à cet exemple. Il suffit qu'une seule des électrodes ait la structure précitée (autrement dit, les autres anodes pouvant avoir une structure moins perforée). Ainsi qu'il apparat sur les figures 2 et 3, l'une des électrodes qui peut être une anode ou une cathode, peut etre placée au voisinage immédiat de la surface du fond de la cuve 1 ou étre fixée à cette surface en position horizontale, les autres électrodes étant disposées verticalement par rapport à la surface du fond. Dans le cas de la-figure 2, la cathode fixée à la surface du fond a une partie à structure poreuse, en tamis ou en filet, de sorte que toute l'eau envoyée dans la cellule doit passer initialement à travers la partie de la cathode ayant cette structure. Dans le cas de la figure 2, les électrodes positionnées verticalement sont des anodes et l'électrode positionnée horizontalement est une cathode. Cependant, les polarités peuvent être changées, bien que la combinaison de la figure 2 soit plus efficace. Bien entendu, toute la cathode 3 peut avoir une structure poreuse, en tamis ou en filet. La partie de la cathode 3 ayant cette structure peut avoir n'importe quelle forme du moment que toute l'eau peut la traverser. Les électrodes selon l'invention peuvent aussi être utilisées avec les dispositions représentées sur les figures 3 et 4 Dans le cas de la figure 4, trois anodes 2 sont utilisées à titre d'exemple. Cependant, une anode unique couvrant toute la surface du fond de la cuve 1 peut aussi être utilisée. Avec le procédé selon l'invention, les conditions normales d'électrolyse sont une température ambiante (150C à 35 C) et un courant de 1 à 10 ampères par litre par minute daleau d'alimentation. Le procédé selon l'invention assure que la: circulation de l'eau à traiter ne constitue pas un obstacle à la séparation des solides de l'eau et il permet un résultat hautement satisfaisant pour la séparation en continu des solides d'un volume important d'eau, et d'autre part une utilisation continue pour l'appareil n'entraine aucune diminution des perfor-mances parce que les solides remontent à la surface de l'eau sans être accumulés sur les électrodes. Le procédé selon l'invention peut être utilisé dans de nombreux domaines pour l'élimination partielle des solides en suspension des eaux résiduaires industrielles de différents types ainsi que pour des traitements de fabrication. L'invention est illustrée plus particulièrement par les exemples suivants Exemple l Suivant cet exemple, les anodes sont formées par trois grilles de 200 x 250 mm en filet à ouvertures de 1 mm, et les cathodes sont formées par trois grilles de 200 x 250 mm en acier inoxydable à ouvertures de 1 mm Ces grilles sont placées dans une cuve d'électrolyse de 200 x 250 x 300 mm et les anodes et les cathodes sont placées alternativement à 50 mm les unes des autres de façon que chaque électrode soit verticale à partir du fond de la cuve. Une suspension est préparée par neutralisation d'une solution de chlorure de cuivre contenant 100 ppm d'ions cuivre par addition de soude caustique pour que le pH de la solution soit égal à 8,0.De ce fait, tous les ions cuivre de la solution sont convertis en hydroxyde de cuivre à l'état solide, insoluble dans l'eau. Cette suspension est ensuite envoyée dans la cuve de façon continue avec un débit de 1 litre/minute. L'électrolyse est provoquée avec un courant de 5 ampères par application d'une tension en courant continu entre les anodes et les cathodes. Cette électrolyse provoque l'ascension de tous les solides et leur flottation à la surface de l'eau à l'intérieur de la cuve d'électrolyse, tandis que l'eau propre est évacuée. L'analyse de l'eau propre pour déterminer la teneur en cuivre donne une valeur inférieure à 1 ppm, ce qui montre de façon évidente l'excellant rendement de séparation des solides. Exemele 2 Une plaque de charbon (200 x 300 mm) est placée horizontalement en tant qu'anode pour couvrir toute la surface du fond d'une cuve d'électrolysa (200 x 300 x 250 mm). Trois grilles en acier (200 x 200 mm) à ouvertures de 1 mm sont placées comme cathodes verticalement et à 50 mm au-dessus de l'anode, les cathodes étant espacées de 70 mm les unes des autres. Une plaque en chlorure de polyvinyle est placée dans l'espace compris entre l'anode et les cathodes. Suivant cet exemple, la même suspension que celle de l'exemple 1 est envoyée de, façon continue dans la cuve d'électrolyse avec un débit de 2 litres/minute et une tension en courant continu est appliquée à l'anode et aux cathodes pour obtenir une intensité de 10- ampères.Il est constaté un excellent rendement de séparation des solides comparable à celui de l'exemple l, la solution propre contenant moins de 0,2 ppm de cuivre. Exemple 3 Une cathode est utilisée en plaçant un tamis en laiton (200 x 300 mm à ouvertures de 0,01 mm horizontalement à 50 mm au-dessus de la surface du fond d'une cuve d'électrolyse (200 x 300 x 250 mm) de façon que la cathode occupe toute la largeur et toute la longueur de la cuve. Les anodes sont constituées par quatre plaques de charbon (200 x 150 mn) verticales à 50 mm les unes des autres et à 50 mm au-dessus de la cathode. La suspension utilisée suivant l'exemple 1 est envoyée de façon continue dans cette cuve d'électrolyse avec un débit de 1 litre par minute par un point situé en dessous de la cathode. Une tension en courant continu est appliquée entre la cathode et les anodes pour obtenir un courant de 5 ampères. Il est constaté un excellent rendement de séparation des solides, comparable au rendement de l'exemple 1, la solution propre contient moins de 0,1 ppm de cuivre. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. R E V E N D I C A T I 0 N S V E N D I C A T I S 1 Procédé pour la séparation par flottation par électrolyse des solides d'eau contenant ces solides, caractérisé par le positionnementd'au moins une électrode verticalement à la surface du fond d'une cuve d'électrolyse en utilisant au moins une électrode ayant au moins une partie à structure soit poreuse, soit en tamis, soit en filet, et l'envoi de l'eau contenant les solides de façon que toute l'eau passe inévitablement à travers au moins l'une de ces structures. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ltélec- trolyse est conduite à la température ambiante et avec un courant de 1 à 10 ampères par litre par minute d'eau d'alimentation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les ouvertures de l'électrode sont comprises entre 0,01 et 30 mm. 4. Appareil pour la séparation par flottation des solides contenus dans de l'eau, caractérisé par une cuve d'électrolyse, au moins une électrode positionnée verticalement par rapport à la surface du fond de la cuve et ayant au moins une partie à structure soit poreuse, soit en tamis, soit en filet, et au moins une électrode positionnée horizontalement soit près du fond de la cuve, soit fixée au fond de la cuve et comportant au moins une partie 9 structure soit poreuse, soit en tamis, soit en filet, de façon que, quand l'eau contenant les solides est envoyée dans une extrémité de la cuve de la cellule électrolytique, toute l'eau passe inévitablement à travers au moins une structure, soit poreuse, soit en tamis, soit en filet. 5. Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dimension des ouvertures de la structure soit poreuse, soit en tamis, soit en filet est comprise entre 0,1 et 30 mm. 6. Appareil pour la séparation par flottation des solides contenus dans de l'eau, caractérisé par une cuve de cellule électrolytique et des électrodes positionnées verticalement par rapport à la surface du fond de la cuve, au moins l'une des électrodes ayant au moins une partie à structure soit poreuse, soit en tamis,soit en filet, de façon que, quand l'eau contenant les solides est envoyée dans une extrémité de la cuve, toute cette eau passe inévitablement à travers au moins une structure d'électrode soit poreuse, soit en tamis,soit en filet. 7 Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce que la dimension des ouvertures de la structure soit poreuse, soit en tamis, soit en filet9est comprise entre 0,01 et 30 mn.