Brevet FR2229442A1 — publié le 19741213

La présente invention concerne des procédés et un appareillage de traitement de liquides, et plus particulièrement de traitement de liquides destiné à la séparation de matières en suspension. Le procédé selon l'invention peut être utilisé avantageusement au cours du traitement d'effluents industriels, bien qu'il soit possible de l'utiliser dans un plus large domaine d'application. L'invention a pour objet de proposer un procédé amélioré et un dispositif permettant de séparer des matières en suspension et des liquides. L'invention propose une unité de séparation comprenant un conteneur présentant une première section, une section intermédiaire, et une troisième section, ainsi qu'un élément dans lequel on réalise la séparation (plus brièvement ci-après : élément de séparation) situé dans la section intermédiaire, ladite unité étant caractérisi en ce qu'un déversoir (dont la partie supérieure est plane) sépare ladite première section de ladite section intermédiaire, et en ce que l'élément de séparation comprend plusieurs plaques ondulées, séparées, superposées, inclinés, des canaux permettant de rassembler les matières s'élevant le long des crêtes des ondulations desdites plaques, et des dispositifs permettant de rassembler les matières s'écoulant vers la partie inférieure des vallées desdites ondulations6 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une section dans un plan vertical de l'installation de traitement de liquide - la figure 2 représente une vue de dessus de l'installation représentée sur la figure 1 annexée, les éléments couvrants étant partiellement en position ;; et - la figure 3 représente une vue en persecbive d'un riment de séparation destiné à être utilisé dan il installation repré- sentee sur la figure l annexée. L'unité de traitement représentée sur ces figures annexées comprend un conteneur extérieur principal, formé par une structure en béton renforcée, pouvant être un récipient. La structure possède des parois latérales 10 et 11, ainsi qu'une paroi centrale de séparation 12, qui ménage en fait deux unités de séparation, côte à côte, disposant d'éléments d'entrée et de sortie communs. Les parois latérales et les parois de séparation sont verticales et parallèles, le fond de l'installation présentant le profil représenté de façon plus claire sur la figure I annexée, afin de présenter une première section 13 approximativement horizontale, qui se termine par l'obstacle-déversoir 14. La section de cet obstacle 14 est sensiblement triangulaire, ce qui crée un long fond en pente descendante 15. L'extrémité supérieure de cet obstacle 14 (16) est plane et horizontale. Le #nd 15 se poursuit par une section 17 pratiquement horizontale, l'obstacle-déversoir 18 définissant avec cette section 17 une chambre de sortie 19. L'extrémité supérieure 20 de l'obstacle 18 est au même niveau que l'extrémité supérieure 16 de l'obstacle 14, et est également plane. On dispose deux chicanes, la première (21) étant située dans la section d'entrée de l'appareillage, et la seconde (22) étant située approximativement au-dessus de l'extrémité inférieure du fond 1S en pente. La disposition des obstacles et des chicanes est la même dans les deux unités parallèles. On dispose, dans la partie centrale de chaque unité de l'installation, un-élément de séparation 23. Comme cela est indiqué sur la figure 3 annexée, un tel élément convenable comprend plusieurs plaques 50 en matériau ondulé, assemblées sur une armature 51. Le nombre, les dimensions, l'espacement de ces plaques, ainsi que le matériau dont elles sont composées, dépendent des matières à traiter ou à séparer, mais on a obtenu des résultats satisfaisants en utilisant des plaques en chlorure de polyvinyle non plastifié, ondulé, commercialisées. Les plaques sont empilées de façon que les crêtes des ondulations soient alignées. L'élément de séparation est disposé dans la section centrale du conteneur, est incliné, et repose sur le fond en pente de ladite section centrale.Les plaques ondulées sont écartées de façon appropriée, dans l'armature, au moyen de pièces d'écartement fixées sur des barreaux. Afin d'améliorer la résistance mécanique, la plaque inférieure de l'élément de séparation peut être en aluminium, et les plaques peuvent être fixées aux parois latérales 10 du conteneur entre lesquelles est disposé ltélé- ment de séparation. La plaque supérieure Ma de l'empilement de plaques formant l'élément de séparation présente une longueur supérieure à celle des autres plaques, dépasse donc le niveau de la partie supérieure de l'obstacle-déversoir 14, et stélève donc au-dessus du niveau du liquide contenu dans l'unité. On dispose,à chaque extrémité de l'élément de séparation, une série de canaux verticaux, disposés de façon qu'ils soient tournés vers le centre de l'élément de séparation, les canaux 52 situés à l'extré- mité supérieure étant disposés sur les crêtes de la plaque ondulée supérieure, et les canaux 53 situés à l'extrémité inférieure de l'élément de séparation étant placés contre les vallées des plaques de l'élément de séparation. Des orifices 54 sont prévus dans la plaque supérieure 5osa, afin de permettre au liquide contenu dans les canaux 52 de quitter l'élé- ment de séparation. L'angle d'inclinaison de l'élément de séparation dans la section centrale du conteneur s'est révélé être important en ce qui concerne l'obtention d'un rendement optimal de l'élément de séparation. Il est souhaitable que l'angle d'inclinaison de l'élément de séparation soit d'environ 400, et ne s'écarte de préférence de cet angle que de quelques degrés. Un angle de 450 se révèle être trop élevé, et un angle de 350 trop faible ; ces résultats ont été obtenus par utilisation d'un élément de séparationS dans le cas d'une séparation effectuée sur un mélange composé principalement d'huile dans l'eau, et la séparation d'autres matières d'avec l'eau peut nécessiter d'autres angles d'inclinaison, qui peuvent être facilement déterminés par ltexpérience. il s'est également révélé souhaitable que le plan de la plaque inférieure de l'élément de séparation intercepte le niveau du liquide contenu dans la section centrale, afin d'assurer un écoulement laminaire dans cette section, et particulièrement dans l'élément de séparation. Dans un mode de réalisation particulier (non limitatif) de l'invention, l'élément de séparation présente les dimensions hors tout suivantes : environ 121,9 cm de large, environ 120,6 cm de profondeur, et environ 244 cm de long, la plaque supérieure dépassant d'environ 22,9 cm. L'#lément consiste en 58 plaques en chlorure de polyvinyle rigide, non plastifié, transparent, brut. Ces plaques sont des plaques ondulées d'environ 7,62 cm. Chaque plaque présente une longueur d'environ 244 cm, une largeur d'environ 121,6 cm, avec des ondulations dont le pas est d'environ 1,98 cm, la distance de crête à crête étant d'environ 7,30 cm. L'épaisseur ne dépasse pas 1,59 mm environ, et le poids ne dépasse pas 2,2 kg/m2 environ, tandis que le coefficient de dilatation linéaire ne dépasse#pas 3,68 x 10 5/oC. La résistance à la traction est supérieure à environ 1250 kg/cm. La quantité d'eau absorbée s'élève à environ 0,10 a. L'eolément est assemblé au moyen de cornières f (de dimensions 2,54 x 2,54 x 0,476 cm) sur les côtés et sur les bords, et par deux éléments d'armature (d'environ 3,81 cm de largeur et d'environ 0,476 cm d'épaisseur) e, situés à environ 60,96 cm de chaque extrémité de l'élément, sur les côtés et le fond, et disposés de manière analogue en ce qui concerne la partie supérieure de l'élément. Les éléments d'armature intermédiaires consistent en membrures en U (r), dont les dimensions sont 3,81 x 3,81 x 0,476 cm, qui traversent la partie supérieure de l'élément, chaque membrure comportant deux anneaux de levage, chacun d'entre eux étant capable de lever environ 227 kg. Les côtés de l'élément sont fermés par une plaque plane ffi en chlorure de polyvinyle rigide, non plastifié > d'épaisseur 1,02 mm environ, disposée entre les bords des plaques ondulées et les cornières ou éléments d'armature. Les canaux de récupération de liquide consistent en canaux en U entièrement en acier, dont la base mesure environ 2,54 cm, les ailes mesurent environ 1,27 cm, et ltépaîsseur mesure environ 0,238 cm, ces canaux étant fixés aux éléments d'armature par soudure, au niveau de la partie supérieure et du fond. On dispose 17 de ces canaux, leur position correspondant à celle des crêtes à la partie supérieure de l'élément, et à celle des vallées à la partie inférieure de l'élément. La longueur des canaux de la partie supérieure est d'environ 1,372 m, et la longueur des canaux de la partie inférieure est d'environ 1,230 m. Il est nécessaire de ménager des fentes dans les ailes, d'environ 1,59 mm de largeur à environ 19,05 mm des centres, sur une profondeur d'environ 6,35 mm. Les canaux de la partie supérieure dépassent d'environ 15,24 cm (c) tandis que la plaque supérieure dépasse d'environ 22,9 cm (d). Sur la figure 3 annexée, seule la plaque en chlorure de polyvinyle supérieure (p) est représentée. L'écartement des plaques en chlorure de polyvinyle est obtenu par des vis de diamètre 6,35 mm environ, associées à des pièces d'écartement creuses,en acier, de longueur 19,05~mu environ, et de diamètre intérieur 7,14 mm environ. Ces vis h sont disposées alternativement au niveau des crêtes, sur la structure inférieure en acier, et alternativement au niveau des vallées sur la structure supérieure. Les éléments d'armature sont percés pour permettre le passage des vis, à la partie supérieure et à la partie inférieure. Lorsque L'unité fonctionne, le fluide que l'on veut traiter est introduit par un tube d'introduction 24 dans la première section du conteneur, qui sert de chambre de sédimentation. Un orifice non représenté communique avec une chambre de déversement. Il est possible de disposer dans chaque section d'introduction, si on le désire, un plateau 26 de retenue des matières solides, afin d'éliminer les sédiments solides et les différents corps étrangers solides. Dans la section d'introduction, le niveau du liquide atteint le niveau du déversoir formé par l'extrémité supérieure 16 de l'obstacle 14. Le fonctionnement de l'unité s'est révélé être très influencé par les conditions d'écoulement existant au niveau de ce déversoir. Par exemple, le déversoir est large : c'est-à-dire que la lon gueur d'écoulement sur le déversoir est suffisamment élevée pour que l#écoulement soit laminaire lorsque le fluide quitte la partie a v a 1 d u déversoir.La demanderesse a découvert selon l'invention que lorsque l'écoulement est laminaire, la pénétration de ce courant à écoulement laminaire dans la masse de liquide située derrière le déversoir, cette masse étant relativement inerte, augmente l!agglomération des particules d'huile, et la formation d'agrégats à partir de ces particules d'huile retenues en suspension dans le liquide que l'on traite ; ceci se traduit par une amélioration de l'efficacité de l'unité, en ce qui concerne la séparation des matières en suspension. Après avoir franchi le déversoir formé par le sommet de l'obstacle 14, le liquide s'écoule au travers de l'élément de séparation, les conditions d'écoulement correspondant à un écoulement laminaire. .Nu sein de ce courant liquide traversant l'élément de séparation, toute partie du liquide plus légère que l'eau a tendance à s'élever vers les crêtes des ondulations des plaques, et, par un phénomène de flottation, s'élève le long des plaques inclinées, contre le courant du liquide, jusqu'à la partie supérieure de l'élément de séparation, au niveau de laquelle les parties plus légères que lteau,ainsi séparées, pénètrent dans les canaux des membrures en U 52, et continuent à s'élever par flottation, traversent les orifices 54 ménagés dans la plaque supérieure, pénètrent ainsi dans la partie de la section centrale du conteneur située au-dessus de l'élément de séparation, y sont retenues par la partie supérieure de la chicane 22 et par le prolongement d de la plaque supérieure de l'élément de séparation.De façon ana#logue, toute fraction ou matière notablement plus lourde que l'eau est entraînée le long des vallées des ondulations, pénètre dans les canaux des membrures inférieures, les matières de même type se rassemblant à l'extrémité inférieure du fond en pente, au niveau de la section 17. Les composants légers tels que l'huile s'élèvent vers la surface, quittent l'unité grâce à un dispositif d'écrémage 28, pour huile, pivotant, consistant en un conduit horizontal situé au niveau du liquide, et comportant une fente longitudinale dans laquelle l'huile surfacique peut pénétrer, et être ainsi dirigée vers le réservoir 29 de récupération. Les particules les plus lourdes qui se rassemblent à l'extrémité inférieure du fond en pente 15, au niveau de la section 17, peuvent être éliminées grâce à un conduit d'aspiration. Le liquide s'accumule derrière le déversoir formé par l'extrémité supérieure de l'obstacle 18. La demanderesse a découvert selon l'invention que lorsque le liquide que l'on traite contient des huiles légères telles que du kérosène, celles-ci ont tendance à se rassembler dans cette partie de l'unité, derrière l'obstacle 18. Il est possible d'empêcher le passage de telles huiles légères par-dessus le déversoir, au moyen de chicanes ; sur la figure 1 annexée, deux telles chicanes sont utilisées, disposées en 32 et en 33. Les chicanes sont en aluminium anodisé, et s'étendent sur toute la largeur de l'unité de séparation. L'aluminium anodisé "repousse" le kérosène, qui s'accumulederrière les chicanes. En pratique, ces huiles du type kérosène s'évaporent, mais il est possible, si cela est nécessaire, de les éliminer au moyen d'un dispositif d'écrémage. Le liquide passant par-dessus le déversoir formé par l'extrémité de l'obstacle 18 se rassemble dans le réservoir de sortie 19, et est éliminé par le conduit de sortie 34. La demanderesse a découvert selon l'invention qutil est avantageux de maintenir le liquide en mouvement ondulatoire ou résonnant, dans la chambre de sortie 19 ; Ceci peut être réalisé en utilisant une chambre 19 de volume approprié, et en choisissant les conditions d'écoulement convenables. Une installation telle que celle décrite s'est révélée être hautement efficace dans la pratique et, dans les conditions d'essai, une telle installation réduit couramment la teneur d'un effluent en matière polluante de 400 ppm à environ 1 ppm à la sortie. La vitesse d'écoulement du liquide dans l'unité est soigneusement réglée afin d'assurer une vitesse optimale en ce qui concerne le mouvement descendant du liquide entre les plaques de l'élément de séparation 23. La vitesse optimale permettant la meilleure séparation dépend des liquides à traiter, et des dimensions des éléments, mais en ce qui concerne les matières mentionnées ci-dessus, des vitesses comprises entre 5 et 15 mm/s se sont révélées être satisfaisantes. La demanderesse a découvert selon l'invention que le mélange du type huile-dans-l'eau est séparé plus rapidement lorsquril traverse l'unité en écoulement laminaire, que lorsqu'il traverse l'unité en écoulement turbulent. Afin d'obtenir un écoulement laminaire, le courant pénétrant dans l'unité passe au-dessus du déversoir large, dont les dimensions sont telles qu'elles conviennent audit écoulement. Il est également souhaitable de faire passer le courant de sortie par-dessus un déversoir semblable, à la sortie, afin que l'écoulement soit uniforme de l'entrée à la sortie de l'unité. Il est possible de définir un déversoir à "partie supérieure large" comme étant un obstacle régulier dont la partie supérieure (crête) est large, et par-dessus lequel un écoulement se produit.Les dimensions de la crête large doivent être telles que le profil de la surface du fluide se déversant par-dessus la crête soit parallèle à la surface du déversoir. Les conditions d'écoulement au niveau de ce déversoir peuvent être déduites de l'équation générale d'énergie des fluides. Dans la mise en oeuvre particulière décrite, le déversoir formé par la crête plane 16 de l'obstacle 14 présente une largeur (c'est-à-dire la dimension dans la direction d'écoulement) de 250 mm. Dans certaines conditions, une largeur inférieure, telle qu'une largeur de 170 mm, suffit. La partie 20 à crête plane de l'obstacle 18 présente une largeur de 200 mm, ce qui assure un écoulement laminaire dans l'unité. Dans la présente demande les dimensions ne sont données qu'à titre d'exemple non limitatif illustrant une mise en oeuvre particulière de l'invention. Sur la figure 1 annexée, a désigne encore des orifices d'aération de 50 mm de diamètre, b des grillages, s des fers mk(a), et w désigne enfin des fers mk(a) situés dans les parois. Sur la figure 2 annexée, t désigne des fers m'k'c'. Entre les bords extrêmes des cornières f, la distance 1 est de 122 cm environ. Au niveau du déversoir 16 à crête large, le courant d'entrée subit des variations d'énergie : passage d'un écoulement lent à un écoulement rapide, puis retour à un écoulement lent. Durant cette opération, les particules d'huile ont tendance à se regrouper facilement, et lorsque la densité de l'huile par rapport à l'eau s'est considérablement modifiée au niveau du déversoir, l'huile rassemblée se dirige vers l'élé- ment de séparation. La taille des particules d'huile rassemblée s'est révélée être considérablement supérieure à la taille des globules d'huile contents dans le cour; t d'entrée, la séparation s'effectuant donc beaucoup plus rapidement. il est nécessaire de concevoir chaque unité pour chaque courant d'entrée particulier. Les paramètres à retenir sont les paramètres concernant l'écoulement, la taille des globules, la taille des particules d'huile rassemblée, la température, la densité, la viscosité, et le degré de pollution. Dans le procédé selon l'invention, chaque paramètre a son importance-propre. La vitesse d'ascension dans l'élément de séparation dépend de la taille des globules, de la densité, et de la viscosité, qui dépend à son tour de la température et des conditions d'écoulement. La dimension du déversoir à crête large est déterminée à partir du débit maximal, de la viscosité et de la densité du courant d'entrée. Les dimensions et l'angle d'inclinalson de l'élément de séparation sont déterminés par la vitesse d'ascension et le taux de pollution. Dans certaines circonstances, il peut être commode d'inverser l'écoulement du fluide dans l'élément de séparation, le fluide s'écoulant du fond vers la partie supérieure. Dans ce cas, les résultats peuvent être améliorés par utilisation d'un dispositif de déversement, consistant en une surface inclinée, présentant des ondulations horizontales sur lesquelles le liquide passe après être sorti de l'élément de séparation. Le long des ondulations, il est possible de ménager des fentes dans une région correspondant, pour une vitesse appropriée de l'écoulement du liquide, à une pression réduite, de l'air pouvant être introduit dans la phase liquide par ces fentes, en utilisant le phénomène de dépression engendré par l'écoulement liquide. Il convient d'utiliser un tel dispositif lorsque le liquide à traiter contient des matières organiques nécessitant la présence d'oxygène. Au cours des essais, il s'est révélé avantageux de disposer un autre dispositif formant chicane à l'entrée de l'élément de séparation. Il est également souhaitable d'utiliser une chicane à l'en- trée, lorsque l'on met en oeuvre lfopération à écoulement inversé. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre dtexemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Unité de séparation comprenant un conteneur composé essentiellement d'une première section, d'une section intermédiaire, et d'une troisième section, et d'un élément de séparation situé dans la section intermédiaire, caractérisée en ce qu'un déversoir dont la partie supérieure est plane sépare ladite première section de ladite section intermédiaire, et en ce que l'élément de séparation comprend plusieurs plaques ondulées, séparées, superposées inclinées, des canaux permettant de rassembler les substances s'élevant le long des crêtes des ondulations desdites plaques, et des dispositifs permettant de rassembler les substances s'écoulant le long des vallées desdites ondulations. 2. Unité de séparation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur, c'est-à-dire la dimension dans le sens de l'écou- lement, dudit déversoir dont l'extrémité supérieure est plane est suffisante pour que l'écoulement du fluide passant par-dessus ce déversoir soit laminaire. 3. Unité de séparation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un déversoir supplémentaire dont la partie supérieure est plane, de largeur suffisante pour que l'écoulement du fluide passant par-dessus ce déversoir soit laminaire. 4. Unité de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que 11élément de séparation est disposé de telle façon que lesdites plaques ondulées fassent avec l'horizontale un angle compris entre 35o et 450. 5. Unité de séparation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément de séparation est disposé, dans ladite section intermédiaire, de telle façon que le prolongement de la plaque inférieure coupe dans ladite section intermédiaire le plan du niveau du liquide à l'intérieur de la section intermédiaire.