Brevet FR2242132A1 — publié le 19750328

La présente invention est relative à un appareil cla- rificateur épaississeur d'une suspension de particules solides dans un liquide et à un procedd de clarification0 On connaît des clarificateurs epaississeurs qui com- prennent en substance une cuve de traitement alimentée par la partie centrale de son fond, en un débit de suspension.Le dé bit de suspension additionne d'au moins un agent floculant est soumis par ce dernier à une coagulation et à une floculation dans la zone axiale de la cuve de traitement, et dirigé ensuite latéralement dans la zone marginale de cette cuve de traitement, De cette zone marginale de la cuve de traitement, lesparticu- les solides floculées tombent par gravite dans la partie inférieure deb cuve pour en entre extraites sous forme de boues, tandis que le liquide clariFié est soutiré à la partie superieure de ladite cuve. Dans les clarificateurs paississeurs connus de ce genre, la conduite d'amenée du débit de suspension auquel un agent floculant a été préalablement ajouté pénètre axialement dans la partie inférieure ou dans la partie supérieure de la-cu- ve et se termine par un élargissement en regard d'une t81e horizontale déflectrice.Dans ce cas, le débit de suspension qui traverse rapidement la conduite d'amenée ne subit qu'un léger ralentissement dans la partie extr8me élargie de cette dernière et il est dirigé alors latéralement9 avec une vitesse encore. sensi ble, vers la paros latérale de la cuve de traitement, dans une zone où se déposent des particules solides floculées, Les appareils connus dont celui qui vient d28tre dvo- qué est l'un des plus récents, présentent divers inconvenients0 L'un d'eux est que l'addition de floculant à la suspension à traiter se fait dans la conduite m8me d 9 amenée de la suspension à la cuve de traitement, Même lorsque l'introduction du floculant se fait en plusieurs points de celle-ci, cette opération n'est pas satisfaisante car on assiste à des phénomènes de flo- culations locales préférentielles.Il est donc ndoessaire d'ajou- ter le bloculant à la suspension dans une cuve munie d'un agita teur pour assurer instantanement une diffusion parfaite du flo- culant dans la suspension à traiter, Toutefois, l'installation d'une cuve de diffusion spéciale accroît les frais d'établisse- mente Un autre inconvénient des appareils connus tel que celui dont on a donne une description sommaire ci-avant, est qu'il sgy produit des courants vagabonds qui viennent troubler la décantation Dans les appareils connus, il n'est possible de rem6- dier aux inconvenients précites que dans une certaine mesure et en fait en augmentant la quantite de floculant injectée, solu tion manifestement anti-économique Il serait intéressant de disposer d'un appareil capable de réaliser un compromis convenable entre un bon melange du floculant à la suspension (ce qui necessite une certaine turbu- lence)et une décantation de la suspension floculée (décantation qui doit être paisible). On doit également observer que la realisation d'une clarification rapide répond à des conditions dépendant de plusieurs facteurs, si bien qu9un appareil satisfaisant dans certaines conditions ne le sera pas dans d'autres. Il serait donc in téressant de disposer d'un appareil aisément modifiable dans certaines de ses parties9 de manière à permettre son adaptation à des conditions nouvelles sans remplacer la totalité du maté- riel investi Pour remédier aux inconvénients précités, et pour offrir les avantages envisagés ci-dessus, l'invention prévoit un clarificateur épaississeur d'une suspension de particules solides dans un liquide, comprenant une cuve de traitement alimen- tde par la partie centrale de son fond, en un débit de suspension additionné d'au moins un agent floculant, soumis par ce der- nier à une coagulation et à une floculation dans la zone axiale de la cuve de traitement et dirigé ensuite latéralement dans la zone marginale de la cuve de traitement où les particules soli- des floculées tombent par gravité dans la partie inférieure de la cuve de traitement pour en entre extraites sous forme de boues tandis que le liquide clarifié est soutiré à la partie supérieu- re de la cuve de traitement9 caractérisé en ce qu'il comprend à la base de la cuve de traitement9 et définissant au moins en part tie la 7one axiale de coagulation et de floculation9 une chambre cylindrique dans la partie inférieure de laquelle débouche tan- gentiellement le tuyau d'amenée de la suspension à traiter, et qui reçoit également,dans sa partie inférieure9 l'agent de flo- dulation Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la zone axiale de coagulation et de floculation de la suspension est délimitée inférieurement par un cylindre de coagulation pour vu d'un cône central évasé vers le bas, et alimenté en suspen- sion par une conduite d'amende y débouchant tangentiellement près de son fond, l'agent floculant étant introduit dans la suspension par une conduite d'injection aboutissant dans la conduite d'amenée ou dans le cylindre de coagulation pres de son fond, la suspension additionnée de l'agent floculant montant dans le cylindre de coagulation autour du cône central suivant un mouvement tourbillonnaire à vitesse de croissante, en sorte que les particules solides de cette suspension y soient essentiellement coagulées;; et supérieurement, par un cylindre de répartition coaxial au cylindre de coagulation et de diamètre plus grand que ce dernier, la suspension essentiellement coagule passant dans le cylindre de répartition et montant dans ce dernier suivant un mouvement tourbillonnaire lent, en sorte que les particules solides coagulées les plus lourdes traversent l'espace ce compris entre le bord supérieur du cylindre de-coagulation et le bord inférieur du cylindre de répartition pour tomber dans la partie inférieure de la cuve de traitement9 extérieurement au cylindre de coagulation, tandis que les particules solides restantes sont essentiellement floculées lors de leur passage à travers le cylindre de répartition à la sortie supérieure duquel la suspension à la fois coagulée et floculée est dirigée latérale- ment vers la zone marginale de la cuve de traitement0 L'invention concerne également un procédé de sépara- tion continue de particules fines d'une suspension de particules solides dans un liquide dans lequel on injecte dans une masse de de ladite suspension un débit de cette suspension additionné d'au moins un agent floculant, caractérisé en ce qu'on fsft pé- nétrer la suspension injectez dans la partie inférieure de cette masse, centralement, sous forme d'un tourbillon ascendant0 L'appareil suivant l'invention sera décrit ci-après dans sa forme de réalisation actuellement préférée, en s'aidant des dessins sur lesquels - la figure 1 est'une coupe axiale schématique d'une forme de réalisation du clarificateur suivant l'invention;; - la figure 2 est une vue en perspective, avec arra -chement, d'une partie inférieure du clarificateur suivant l'in- vention, esquissée à plus grande échelle0 Le clarificateur suivant l'invention est constitué par une cuve de traitement unique 100 La cuve 10 se compose d'une chambre de décantation 1 et d9une cuve 3 La chambre 1, comme il est connu, se compose d'une série de viroles supérieu- res -1, 1o'o munies de couronnes- annulaires déflectrices intérieu- res 2, 2.... dirigées vers le centre de la cuve et vers le bas 9 le long desquelles glisseront les matières qui se séparent de la partie de la suspension contenue dans la chambre de décantation 1. Ces matières qui sont en fait des flocons agglomérés tombent au fond de la cuve 3 d'où elles sont évacuées par le tuyau 4 Le fond conique 5 de la cuve 3 est surmonté d'un appareil de raclage 6 animé d'un mouvement de rotation par un moteur extérieur 7, à l'intervention d'une transmission comprenant l'arbre 8 et un bâti support 9 calé sur cet arbre. L'alimentation de la chambre de décantation se fait par un t@yau 11 d'amenée de la suspension sous pression à la base d'un cylindre 12 monté dans la partie inférieure de la cuve 3 Le cylindre 12 contient un cône axial 13 dont la grande base placée en bas, est d'un diamètre infra rieur à celui du cylindre 12. C'est dans l'espace annulaire compris entre la partie inférieure du cône 13 et le bas du cylindre 12 que péntre, tangentiellement, le tuyau 11 d'amenée de la suspension, La suspension sous pression s'en échappe suivant la flèche f1. C'est aussi dans cet espace annulaire que pénètre en 20 le floculant0 Au-dessus de la chambre cylindrique 12, ou entourant éventuellement le dessus ouvert de cette chambre, se situe un cylindre 14, dit cylindre de répartition, ouvert aux deux bouts. Le cylindre 14 est monté sur le châssis 6 du mécanisme de racla- ge et il est entraîné en rotation avec fuf, Un dispositif (non représente permet de régler la position en hauteur du cylindre 14 par rapport au cylindre inférieur 12 qui est fixe, A sa partie inférieure, le cylindre 14 présente des découpages en cré- naux 15. L'appareil est complété par un certain nombre de dispositions auxiliaires. Des couronnes tubulaires perforées telles que 22, 220 000 communiquent avec un tuyau 23 qui assure le départ du liquide clarifié. Une prise 11 e sur le tuyau 11, comportant une vanne de réglage 16, débouche dans un chapeau 17 placé au sommet du cône 13, à l'intérieur de la chambre de coagulation 12. Le cha peau 17 présente des ouvertures latérales 179 limitées par des aubages orientés en sorte que le liquide qui s'échappe des ou- vertures 170 suive la direction des flèches f2 dirigées en sens contraire de la flèche fXO Le cylindre 12 comporte latéralement une entrée de matière schématisée en 18 à la figure 1, et dont le détail apparatt à la figure 2o Il s'agit d'une boîte en forme de quart de lune 19S fermée de toutes parts sauf en haut en 18, et en bas en 21, Les matières qui y pénètrent par 19 suivant la flèche f3 quittent la botte en 21 suivant la flèche f4 dirigée dans le mb- me sens circonférentiel que la flèche f10 On donnera à présent une description du fonctionnement de l'appareil. La disposition tangentielle de la conduite 11 par rap- port au cylindre 12 fait que le liquide qui pénètre dans ce cy- lindre suivant la flèche f1 prend un mouvement giratoire. Le li- quide arrivant s'élève dans le cylindre 12, dans l'espace compris entre la surface intérieure de ce cylindre et la surface extérieure du cône 13 et comme cet espace annulaire va en largissant la vitesse de rotation du liquide va en diminuant. C'est dans la partie inférieure du cylindre où la rotation est la plus rapide que pénètre l'agent de floculation. Emporte par le tourbillon, cet agent se mélange immédiatement à la suspension à traiter, et on produit la coagulation, c'est-à-dire que les polyélectrolytes minéraux ou organiques qui constituent le floculant mobilisent les charges électrostatiques superficielles des particules de la suspension.A cette coagulation fait suite la floculation ou formation d'agglomérats, laquelle se produit principalement dans la partie supérieure du cylindre 12 et se poursuit au-dessus de celui-ciO Les agglomérats formés qui s96- chappent des partie supérieure du cylindre 12, se divisent en trois fractions0 Les plus lourds, suivant le trajet de-la flè- che f6, tombent le long de la surface extérieure du cylindre 12 dans le fond de la cuve 3. Les particules moins lourdes suivent le trajet de la flèche f70 Elles rencontrent la surface intérieu- re du cylindre 14 le long de laquelle elles descendent pour passer par les créneaux 15 de ce cylindre et parvenir dans la ré- gion moyenne de la cuve 30 Comme le cylindre 14 est animé d'un mouvement de rotation, les créneaux répartissent les flocons auxquel@ ils livrent passage ans la cuve 3p en leur permet tant de tomber en des endroits variés En l'absence de créneaux mobiles, les particules auraient une tendance à suivre dans la masse liquide des trajets préférentiels.La rotation du cylin dre 14 et de ses créneaux inférieurs s'oppose à la formation de ces trajets préférentiels et assurent une distribution uniforme des flocons dans la région où ils peuvent se déposer La fraction la moins lourde s'élève suivant les flèches f8' gagne éga lement l'intérieur de la cuve 3, pour partie, le reste parve- nant dans l'intérieur de la cuve 1 où se déroule le processus de décantation connu des cuves de ce genre, L'appareil tel qu'ainsi conçu permet également le recyclage d'une partie des boues qui passeront suivant la flèche f3 dans la chambre 19 et, de là seront mêlées au liquide arrivant par le tuyau 110 L'ensemble constitué par la prise 119 et par le cha peau 17 introduit dans l'appareil une première possibilité d'a- daptation.En effet,l'ouverture de la vanne 16 admettra dans le chapeau 17 une quantité variable de suspension qui en s'échap- pant par les ouvertures orientées 179 s'écoulera suivant les flèches X2 en contrariant l'action du tourbillon principal s'ex erçant encore à ce niveau suivant la flèche f50 Grâce à cette disposition, il est possible sans changer les dimensions de l'appareil, de faire face à certains changements des conditions de travail0 Une autre possibilité d'adaptation est créée par la disposition décrite (mais non représentée pour ne pas compliquer le dessin) du cylindre t4 réglable en hauteur par rapport au cylindre 12.Ce réglage permet de faire face à des conditions de travail différentes, notamment en modifiant la répartition des flocons qui suivent les flèches f69 f7 et f8 @ Si ce réglage n'était pas suffisant, il serait possible de remplacer le cylinm dre 14 par un autre de hauteur et/ou de diamètre différents0 Il, est bien évident que le remplacement de cette seule partie de l'appareil est relativement peu onéreux, de sorte que leinstalz lation sera en mesure de faire face à des variations de débit allant du simple au double sans nécessiter des frais d'établis- sement importants nouveaux.Une possibilité de variation réalisable de façon simple consisterait à munir l'intérieur du cylindre 14 de baffles déflecteurs de dimensions et diorien- tations variées. D'autres possibilités d'adaptation réalisables dans des conditions relativement économiques se situent dans la partie supérieure de l'appareil0 Il est possible de modifier sans grands frais le nombre des viroles 1', In 0 il est possible encore de faire varier les débits d'évacuation partiels qui se cumulent dans le tuyau d'évacuation 23 en agissant sur des vannes 24, 249 placées entre les couronnes 22, 22' et le départ général.Cette disposition permet de régulariser le débit de chaque plateau 2, 29, 2".. en fonction de son efficacité, pour améliorer encore le rendement de l'appareil0 il va de soi que bien des changements peuvent entre envisagés sans sortir du cadre de l'invention. Coest ainsi que, par exemple, les créneaux 15 peuvent avoir une forme quelconque, triangulaire par exemple au lieu de rectangulaire. C'est ainsi aussi que l'on peut supprimer par exemple le dispositif 17 à contre-courantO il y a cependant avantage à prévoir celui-ci des l'origine car si l'on veut demander au clarificateur épais- sisseur un débit supérieur sans modifier les dimensions de la chambre de coagulation, il sera nécessaire d'augmenter la vîtes se d'arrivée. de la suspension par le tuyau ilo Le tourbillon ainsi créé pourrait devenir alors trop énergjqie et la manier naturelle de le combattre consisterait alors à ouvrir plus lar- gement la vanne 16 pour absorber l'énergie excédentaire au niveau de la partie supérieure du cylindre 12, dans la région du chapeau 17. Au lieu d'équiper la chambre de coagulation d'un cône central, il est possible de lui substituer un corps cylindrique; le ralentissement du mouvement tourbillonnaire ne s'en opérerait pas moins dans la cuve, puisqu'au dessus de ce cylindre, la section transversale de passage offerte à la suspension montante s'élargit notablement. t'appareil que l'on vient de décrire est destiné à la séparation ou à l'extraction des phases solides et liquides d'une suspension de matières solides colloidales et semi-colloï- dales, minérales et/ou organiques en suspension dans une phase liquide, Son champ d'application s'étend à l'ensemble des extrac- tions par sédimentation des particules solides en suspension dans un milieu liquide, dans le domaine de la chimie minérale et dan celui de la chimie organique, Aussi entre-t-il dans le ca dre des procédés d'épuration des eaux d'alimentation9 des eaux résiduaires urbaines et industrielles. Il trouve également son application dans le traitement des suspensions résultant de la réaction de precipitation réalisée dans divers procédés indus= triels 9 qu'il y ait lieu de recueillir le liquide, le solide ou même les deux, Il se Justifie partout où l'on cherche à réduire l'encombrement des appareils de clarification, étant donne qu'il présente un rendement élevé, son volume actif étant pratiquement égal à son volume total. REVENDICATIONS. 1.- Clarificateur épaississeur d'une suspension de particules solides dans un liquide, comprenant une cuve de trai- tement alimentée par la partie centrale de son fond9 en un débit de suspension additionné d'au moins un agent floculant, soumis par ce dernier à une coagulation et à une floculation dans la zone axiale de la cuve de traitement et dirigé ensuite latérale- ment dans la zone marginale de la cuve de traitement où les parC tipules solides floculées tombent par gravité dans la partie in- férieure de la cuve de traitement pour en être extraites sous forme de boues, tandis que le liquide clarifié est soutiré à la partie supérieure de la cuve de traitement 9 caractérisé en ce qu'il comprend à la base de la cuve de traitement, et définis- sant au moins en partie la zone axiale de coagulation et de flo culation, une chambre cylindrique dans la partie inférieure de laquelle débouche tangentiellement le tuyau d'amenée de la sus- pension à traiter, et qui reçoit, également dans sa partie infé- rieure, l'agent de floculation. 2 e Clarificateur épaississeur suivant la revendica tlon 1, caractérisé en ce que la chambre cylindrique de coagulation content un cylindre coaxial fixe autour duquel la suspension introduite s'élève 3o Clarificateur épaississeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre cylindrique de coagulas tion contient un cône coaxial fixe évasé vers le bas, autour du- quel la suspension introduite s'élève. 4.- Clarificateur épaississeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone axiale de coagulation et de floculation de la suspension est délimitée inférieurement par un cylindre de coagulation pourvu d'un cône central évasé vers le bas et alimenté en suspension par une conduite d'amenée y débouchant tangentiellement près de son fond, l'agent floculant étant introduit dans la suspension par une conduite d'injection aboutissant dans la conduite d'amenée ou dans le cylindre de coagulation près de son fond ,la suspension additionnée de leaç gent floculant montant dans le cylindre de coagulation autour du cône central suivant un mouvement tourbillonnaire à vitesse dd-- croissante, en sorte que les particules solides de cette suspension y soient essentiellement coagulées, et supérieurement, par un cylindre de répartition coaxial au cylindre de coagulation et de diamètre plus grand que ce dernier, la suspension essentiellement coagulée passant dans le cylindre de réparttion et montant dans ce dernier suivant un mouvement tourbillonnaire lent, en sorte que les particules solides coagulées les plus lourdes traversent espace compris entre le bord sbpérJ.cx du cylindre de coagulation et le bord inférieur du cylindre de ré- partition pour tomber dans la partie inférieure de la cuve de traitement, extérieurement au cylindre de coagulation, tandis que les particules solides restantes sont essentiellement fîccu- lées lors de leur passage à travers le cylindre de répartition à la sortie supérieure duquel la suspension à la fois coagulée et floculée est dirigée latéralement vers la zone marginale de la cuve de traitement. 5. Clarificateur épaississeur suivant l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que dans la partie supérieure du cylindre de coagulation, le mouvement tourbillonnai- re de la suspension est freiné par un système de baffles- dispCS dans la partie supérieure du cylindre de coagulation. 6.- Clarificateur épaississeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la partie supérieure du cylindre de coagulation, le mouvement tourbillonnaire de la suspension est freiné par au.moins un courant antagoniste de cette suspension prélevé sur la conduite d'amenée à travers une conduite dérivée et réglé par une vanne de cette conduite dé- rivée. 7.- Clarificateur épaississeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cylindre de coagulation présente une ouverture latérale localisée de préférence dans sa partie inférieure et permettant le recyclage d'une quantité de particules solides déjà coagulées dans le courant ascensionnel de la suspension, cette quantité de particules solides étant amenée dans le cylindre de coagulation par une poche latérale appropriée aboutissant à l'ouverture susdite. 8.- Clarificateur épaississeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le cylindre de répartition est réglable en hauteur par rapport au cylindre de coagulation. 9.- Clarificateur épaississeur suivant l'une quelconque des revendications l à 8, caractérisé en ce que le cylindre de répartition est monté rotatif autour de son axe. 10.- Clarificateur épaississeur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le bord inférieur du cylindre de répartition est denté ou grenelé. quelconque 110Clarificateur épaississeur suivant l'une/des re vendications 1 à 10, caractérisé en ce que la cuve de traitement comporte plusieurs plateaux superposés inclinés tous vers sa partie centrale et situés au moins au niveau du cylindre de répartition, ces plateaux délimitant des compartiments superpo-- sés, recueillant respectivement des parties de suspension à den sités de particules solides décroissantes vers le haut, ces pla- teaux ramenant vers la partie inférieure de la cuve de traitement ces particules solides, tandis que le liquide clarifié est extrait sélectivement des compartiments correspondants0 12.- Clarificateur épaississeur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les plateaux et les parties cor respondantes de la paroi latérale de la cuve de traitement sont montés les uns au-dessus des autres d'une manière amovible et en nombre variable, tandis que le cylindre de répartition est tinter changeable et présente une hauteur qui est fonction du nombre de ces plateaux0 13o Procédé de séparation continue de particules fi- nes d'une suspension, de particules solides dans un liquide dans lequel on injecte dans une masse de ladite suspension un débit de cette suspension-additionné d'au moins un agent floculant, caractérisé en ce qu'on fait pénétrer la suspension injectez dans la partie inférieure de cette masse, centralement, sous forme d'un tourbillon ascendants 1400 Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'on ralentit la vitesse de la masse liquide en rotation, dans la partie supérieure de la suspension au sein de laquelle se fait l'injection, en sorte d'obtenir dans cette partie.supé- rieur un écoulement faiblement turbulent qui favorise la flo- culationO