Brevet FR2321456A1 — publié le 19770318

Certaines industries et, en particulier, les papeteries ainsi que les installations de traitenent des eaux urbaines obtiennent, après clarification des eaux traitées à rejeter dans le domaine public, des boues fluides contenant des matières minérales et des fibres végétales ou organiques. Ces boues sont généralement peu concentrées, suivant les matières minérales contenues et le type de fibres rejetées, la concentration de ces boues est gêné- ralement très faible, quelques grammes par litre, et leur manipulation difficile. Les boues, dans cet état, ne peuvent être manipulées par des moyens conventionnels de transport : camions, wagons, bandes transporteuses, etc. Elles doivent etre disposées dans des bassins d'épandage pour obtenir la concentration des boues et, après un certain temps plus ou moins long, leur essorage final. Les industries et les installations de traitement des eaux urbaines emploient dans certains cas certains procédés pour accélérer l'essorage final des boues. Ces procédés classiques, essorage sur filtres ou centrifugation, demandent généralement des investissements importants et un cout d'exploitation élevé. Avant de décrire le procédé, objet du brevet, il est utile de rappeler quelques considérations générales qui caractérisent le terme de boue cité dans le texte : boue chargée de matières sèches formée de matières minérales fines et de fibres en partie plus ou moins égale. Lorsque la concentration en matières sèches est inférieure à 1 g/l, on parle d'une eau ou d'une liqueur sale ou chargée, Si la concentration dépasse quelques grammes par litre, on parle d'une boue de décantation fluide ; à quelques dizaines de grandies par litre, la boue est pâteuse, Lorsque la concentration en matières solides atteint~250 à 300 g/l, on obtient alors une masse solide. Le présent brevet a pour objet un perfectionnement à la demande de brevet français n0 72 42 253 du 28.11.72 en vue d'adapter l'appareil présenté dans ce brevet, prévu pour le compactage des boues chargées de matières minérales fines, à des boues pouvant contenir des matières minérales mais fortement chargées en matières fibreuses, soit minérales, soit organiques. Rappelons brièvement les notions principales décrites dans le brevet NO 72 42 253. Lorsque l'on veut décanter rapidement des matières sèches fines minérales ou organiques, on a intérêt à introduire dans le liquide chargé certains produits en petite quantité tels que : sels minéraux, floculants organiques ou de synthèse de façon à regrouper les matières sèches dispersées sous la forme d'agglomérats, beaucoup plus gros que les matières unitaires de façon à activer la décantation. On a, grâce à la formation de ces flocons, déclenché un phénomène de floculation primaire et formé de petits flocons fins, peu denses et peu solides. Si l'on ajoute de nouveau des floculants appropries on obtient une seconde floculation avec des flocons plus gros et plus solides appelés floculation secondaire. L'invention décrite dans le brevet n0 72 42 253 consiste, après avoir effectué la floculation primaire et secondaire décrite ci-dessus, à réaliser une agitation contrôlée des boues dans un bac de forme appropriée, en vue d'en assurer le tassement. L'eau ou le liquide obtenu au cours du tassement étant évacué dans la partie haute de l'appareil, les mottes de boue tassées sont évacuées par des moyens appropriés au bas de l'appareil. Selon ce brevet, l'agitation contrôlée de la boue est faite mécaniquement de façon lente en tous points par des pales inclinées de façon judicieuse dans le bassin contenant les boues et portant des orifices pour obtenir le tassement mécanisé primaire des flocons. Le liquide extrait des flocons remonte dans le haut de l'appareil, tandis que les flocons tassés sont poussés vers le bas. Les flocons tassés venant de la partie supérieure vers le bas du bassin sont repris par une vis conique à une ou plusieurs pales tournant lentement dans un logement conique dont la pointe dirigée vers le bas constitue l'orifice de sortie des boues. Cette disposition permet de parfaire l'effet de tassement amorcé dans la partie supérieure de l'appareil. En effet, du fait de la forme de la vis, le débit de la boue diminue au fur et à mesure que l'on approche de l'orifice d'extraction de l'appareil de façon à renvoyer vers le haut le liquide interstitiel se trouvant encore entre les flocons, et faire sortir ceux-ci en masse comptacte par l'orifice d'extraction. Une telle disposition fonctionne industriellement de façon judicieuse telle que décrite par le brevet de base, mais s'avère trop efficace pour les matières minérales chargées de matières fibreuses. En effet, de telles boues forment des flocons qui, du fait des fibres qui s'enchevêtrent: par enroulement des flocons dans l'appareil, deviennent très solides dans l'étage supérieur de l'appareil. Ces flocons sont alors tellement tassés par la vis d'extraction que le débit d'extraction diminue dans de trop forte proportion, la matière sèche devenant solide et ne pouvant plus dans certains cas être extraite au bas de l'appareil. Le présent brevet est relatif à un perfectionnement quant au mode d'extraction des boues compactes et durcies sortant de l'appareil et consiste, d'une part à donner à la vis d'extraction située dans la partie conique du bassin une forme constituée par une ou plusieurs pales à grand pas, perforées ou non, pour réaliser un tassemnt modéré des flocons et, d'autre part, à introduire les flocons ainsi modérément tassés dans une chambre inférieure cylindrique où ils sont compactés plus fortement par un moyen mécanique approprié avec évacuation latérale du liquide, ce même moyen mécanique, par exemple une vis, évacuant lesdits flocons compactés à travers un orifice de section automatiquement réglable en fonction de leur densité de compactage. On réalise ainsi un compactage en trois stades, premièrement une agitation dans le haut de l'appareil pour augmenter le volume des flocons et les durcir, puis une compression modérée des flocons dans la partie conique de l'appareil avec renvoi d'une partie de l'eau interstitielle vers le haut, et enfin un compactage final dans une chambre cylindrique avec évacuation latérale de l'eau interstitielle restante. Ciaprès, à titre d'exemple, une forme non limitative pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est donnée par la figure n0 1 qui est une vue en coupe axiale de l'appareil. Les boues obtenues après floculation primaire et secondaire et décantation obtenue par la méthode décrite dans le préambule sont introduites tangentiellement dans l'appareil par la tubulure I, à mi-hauteur du bassin 5. Il est nécessaire d'injecter des floculants organiques par le point 2 placé sur la tubulure I de façon à déclencher dans le corps cylindrique 5 de l'appareil une grosse floculation. Les gros flocons créés se déposent alors dans le fond du bassin et le liquide ou l'eau qui se dégage des floncons remonte vers le déversoir 10 du bassin 5 et se déverse de façon régulière par les échancrures en V placées sur le déversoir pour être évacuées par la goulotte de récupération 11. Les flocons qui se sont déposés sur le fond du bassin sont alors poussés par un ou plusieurs étages de pales tournant lentement dans le bassin. Les pales sont commandées par un arbre 8 et un motb reducteur 9 permettant d'obtenir la vitesse désirée. Un des points importants de l'invention est qu'il est nécessaire - de brasser les flocons à une faible vitesse de façon à ne pas les briser, cette vitesse maximale, au point le plus rapide des pales, ne doit pas dépasser une dizaine de centièmes à la seconde, - les pales doivent avoir une certaine largeur, être plus ou moins inclinées suivant le type de flocons et la longueur des fibres contenues dans les boues de façon à provoquer des mouvements lents des boues de faible ampleur. Sous effet de la pression mécanique des pales sur les flocons et des mouvements des boues, on constate un enroulement des flocons primaires qui durcissent, une diminution de la distance entre flocons et un regroupement des flocons primaires qui s'enchevêtrent entre eux. Toutes ces actions s'accompagnent par une extrusion du liquide ou de liteau claire qui remonte vers le haut du bassin 5 et par une augmentation de la concentration des matières sèches dans les boues. Les pales sont généralement prévues- avec des trous de dimensions appropriées 7'. La présence de ces orifices améliore pour certaines boues fibreuses l'ex- trusion du liquide ou de l'eau contenu dans les flocons. L'appareil peut comporter une ou plusieurs pales par étage, le nombre n'est pas limitatif. L'appareil peut comporter un étage au moins, mais quelquefois plusieurs étages sont nécessaires pour parfaire l'effet désire. Dans le cas des boues fibreuses, -celles-ci sont dejä très concentrées en volume lorsqu'elles arrivent dans la partie cylindrique 6 placée au bas du bassin 5. La vis conique de compression 12 doit être dans ce cas constituée par une ou plusieurs pales à grand pas pour éviter le tassement trop rapide des flocons qui peuvent entraîner le blocage du système. Cette vis conique 12 représentée sur la figure 1 par un système à deux pales qui reprend les boues tassées par les pales supérieures, les comprime légèrement et augmente leur concentration puis les pousse par orifice placé au bas de la partie conique 6 dans une chambre de compactage finale 14. Cette chambre de compactage finale 14 de forme cylindrique est ellelaeme équipée d'une vis sans fin, type vis d'Archimède, 13 qui tourne à vitesse lente. Les boues contenant les matières fibreuses et minérales sont alors composées de gros flocons durcis contenant encore du liquide interstitiel qu'il est nécessaire d'enlever pour obtenir des matières sous forme solide à la sortie de la vis d'extraction. La vis d'llrchimède 13 commandée par le groupe moto-réducteur 19 pousse la boue qui commence à se solidifier vers orifice 17. La chambre de compactage 14 comporte vers sa partie aval une grille d'essorage de forme appropriée 15. Cette grille d'essorage peut être constituée de fentes de faible dimension de l'ordre du mm, lisse vers l'interieur ou forme d'écailles ouvertes vers l'extérieur. Les formes de grilles à employer sont à adapter au type de matières fibreuses et à la longueur moyenne des fibres. La grille d'essorage se termine par une partie conique d'un diamètre plus faible que celui de la chambre 14. Sous l'effet de la vis 13 les boues poussées dans la grille rejettent l'eau interstitielle et se concentrent à leur arrivée dans la partie conique 20 de la grille, le débit de la vis diminue et la vis pousse mécaniquement les fibres et les matières solides vers l'avant et les comprime, ce qui a pour effet de repousser Liteau vers l'arrière qui sort par la grille 15. Les matières solides compactées et devenues dures sont renvoyées dans un orifice conique 17 formé d'une matière couple et déformable, par exemple du caoutchouc de plus forte épaisseur, vers la partie de plus grand diamètre et de faible épaisseur au plus petit diamètre. Cet orifice 17 est l'orifice de régulation du système d'extraction, régulation qui pourrait être obtenue d'une façon plus complexe par d'autres systèmes. En effet, en installation industrielle la quantité de matieres sèches entrant dans l'appareil est variable, aussi serait-il nécessaire de réguler la vitesse de la vis d'iirchimede 13 pour obtenir une marche normale ainsi que la dimension de l'orifice 17 si ce dernier était par exemple métallique. Iine mesure du couple sur l'arbre de la vis serait nécessaire ainsi que la niesure de la longueur du bouchon en matières solides compactes formé à l'amont de l'orifice 17, ces deux mesures devraient télécommander, d'une part l'ouverture ou la fermeture du diaphragme 17, d'autre part la vitesse de la vis d'Archimède 13. Grâce au diaphragme souple 17 placé en bout de la chambre 14, toutes ces mesures et régulation ne sont plus necessaires, l'autorégulation est faite directement par le diaphragme souple 17. En effet, lorsque le débit solide en matière seche augmente, la longueur du bouchon compressée à l'extrémité de la chambre 14 augmente et le couple sur l'arbre de la vis 13 augmente. Le débit solide poussé par la vis 13 augmente. Si la section du diaphragme 17 est constante la vis compresse encore plus le bouchon qui se bloque dans l'orifice. Avec le diaphragme souple la vis comprime le bouchon qui ouvre la section du diaphragme de façon à obtenir un équilibre entre le débit solide d'extraction et le débit solide entrant dans la vis. Lorsque le débit solide diminue pour devenir nul, la longueur du bouchon est égale à la distance comprise entre la fin de la vis 13 et l'orifice de sortie du diaphragme 17, le couple sur la vis est nul, la vis 13 ne pousse plus le bouchon qui obture l'extrémité de la chambre 14 et maintient le niveau hydrostatique dans le bassin 5 à la hauteur du déversoir 10. La grille 15 de la chambre 14 est entourée par une chambre ou une goulotte 6 qui recueille 11 eau ou le liquide sortant de la grille. Ces eaux chargées de boues avec des fibres sont rassemblées au bas de l'orifice 18 puis remontées par des moyens appropriés pour être mélangées au liquide chargé à traiter entrant dans la tubulure 1. La vis d'llrchimède 13 porte sur sa périphérie dans sa partie en contact avec la grille 15 des éléments souples 13J qui frottent sur la grille et qui permettent son nettoyage automatique et permanent et évitent tout colmatage possible par les fibres. En exploitation normale, le débit solide pouvant etre extrait par le diaphragme souple 17 est prévu supérieur au débit solide maximum pouvant etre introduit dans la tubulure 1. flans tous les cas de fonctionnement, le niveau de boue précompactée dans le bassin 5 se situe au-dessous du niveau des pales supérieures 7. REVENDICATIONS 1/ procédé de compactage ou de tassement de boues fluides contenant des matières minérales fines et des matières fibreuses, organiques ou minérales, après traitement préalable par floculation primaire et secondaire de ces boues dans leur liquide support initial, caractérisé en ce que ladite boue est agitée mécaniquement de façon lente dans la partie supérieure (5) d'un appareil de façon à ce que les flocons stenroulent en augmentant en volume et en densité, la vitesse d'agitation étant choisie pour que les flocons ne soient jamais brisés, ces flocons étant ensuite pressés par un moyen mécanique approprié dans une partie intermédiaire (6) de l'appareil vers un orifice, ce pressage ne dépassant pas une certaine limite qui correspond au seuil où la boue commence à se solidifier, une partie du liquide interstitiel se trouvant entre les flocons étant renvoyée vers le haut, les flocons comprimés sortant de l'orifice étant ensuite compactés dans la partie inférieure (14) de l'appareil par un moyen mécanique (13) approprié avec évacuation latérale du liquide, ce même moyen mécanique évacuant lesdits flocons compactés à travers un orifice (17) de section automatiquement réglable en fonction de leur densité de compactage. 2/ Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps cylindro-conique vertical, une conduite d'amenée (1) des boues à traiter, débouchant tangentiellement à environ mi-liauteur de la partie cylindrique supérieure (5) de ce corps, des pales rotatives (7) à axe vertical percées de trous (7') étant installées dans cette partie cylindrique au-dessous de l'arrivée des boues, une vis rotative conique (12) à axe vertical étant installée dans la partie inférieure conique (6) du corps, laquelle comporte à son extrémité inférieure un orifice de sortie pour la boue comprimée, l'extrémité supérieure de la partie cylindrique du corps comportant un déversoir (10) pour l'évacuation d'une partie de l'eau interstitielle contenue dans la boue, Orifice étant en communication avec une chambre cylindrique (14), dont la partie aval de la paroi est constituée par une grille (15), pour l'éva- cuation du restant de l'eau interstitielle contenue dans la boue, une vis rotative (13) étant installee dans cette chambre, ladite chambre étant munie, à son extrémité, d'un orifice conique de sortie de la boue compactée formé par un diaphragme souple (17) de forme cylindro-conique. 3/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vis conique (12) dans le corps cylindro-conique comporte au moins une pale avec un pas adapté à la boue fibreuse à traiter de façon telle que la boue pressée à ce niveau ne soit pas solidifiée. 4/ Disposition selon la revendication 3, caractérisée en ce que la vis conique (12) comporte des perforations (12'). 5/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre cylin drique (14) de compactage est équipée d'une grille (15) de forme cylindrique. 6/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre cylindrique (14) de compactage est équipée d'une grille (15) de forme cylindrique terminée par une partie conique 20. 7/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diaphragme souple (17) de forme cylindro-conique est d'une épaisseur variabe, plus épaisse dans sa grande section et plus fine dans sa petite section. 8/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la grille (15) de la chambre cylindrique de compactage (14) est du type à toile métallique, 9/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la grille (15) de la chambre cylindrique de compactage (14) comporte des fentes. 10/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la grille (15) de la chambre cylindrique de compactage (14) comporte des fentes en forme d'écailles ouvertes vers l'extérieur. 11/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vis sans fin (13) dans la chambre cylindrique de compactage (14) est équipée à sa périphérie d'éléments souples (13') qui assurent le nettoyage permanent de la grille (15). 12/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la section du diaphragme souple 17 est choisie de façon à assurer un débit solide a extraire de boue solidifiée supérieur au débit solide d'entrée. 13/ Disposition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vitesse de la vis (13) dans la chambre cylindrique de compactage (14) est à vitesse variable adaptée au débit solide dtentree.