Brevet FR2351683A1 — publié le 19771216

La présente invention concerne un dispositif pour séparer de l'.ai des hydrocarbures non dissous et les recueillir qui comprend une cuve dans laquelle le mélange d'eau et d'hydro- carbures non dissous est introduit d'un côté par une chambre d'entrée dans une chambre de tranquillisation, et d'où l'eau sort sur le côté opposé en passant sous une cloison plongeante. On connut dF des dispositifs de ce tpe qui sont appelés séparateurs d'hyièe par gravité et qui sont principale ment utilisés pour séparer les hydrocarbures non dissous des eaux usées des installations de lavage d'automobiles de type privé, commercial ou public. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient que leur efficacité de séparation est insuffi- sante en raison des turbulences qui apparaissent au moment de la pénétration au mélange d'eau et d'hydrocarbures dans le ré oipient et de la vitesse relativement élevée de circulation des fluides i l'intérieur de la cuve.Le mélange liquide n'est pas suffisamment tranquillisé dans la cuve pour que tous les hydrocarbures non dissous puissent remonter sous l'effet de leur différence de densité avec l'eau. Il en résulte que la concentration de sortie de tel séparateur risque facilement d'être supérieure 4 la valeur admissible. Par ailleurs, lorsque les séparateurs connus ont travaillé pendant un certain temps, en particulier lorsque le volute d'eau est important après une pluie, on observe un effet d'entraînement par l'eau. Le but de l'invention est essentiellement de réaliser un dispositif du genre cité dans lequel la vitesse de l'écoule- ment A l'intérieur de la cuve soit suffisamment réduite pour que les fractions légères du mélange se séparent entièrenent de l'eau A l'intérieur de la cuve gracie à la tranquillisation réalisée. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que la cuve est divisée par une barrière en matière fibreuse qui s'étend transversalement au courant circulant de l'entrée v la sortie, et qui ralentit et redresse suffisamment l'écoule- ment et tranquillise suffisamment le mélange d'eau et d'hydrocarbures non dissous pour que les bydrocarbures non dissous se séparent de l'eau aussi bien dans la chambre d'entrée, que dans la chambre de tranquillisation et qu'â l'intérieur meme de la barrière. Suivant une caractéristique préférée de l'invention, la barrière comprend plusieurs zones de matière fibreuse qui traversent la cuve verticalement et sont disposées les unes A la suite des autres dans le sens de l'écoulement, avec un certain écartement entre elles, et dans la dernière zone, la vitesse de circulation du fluide est environ 250 fois plus faible qu' & BR d'un redresseur de filets qui assure l'égalisation des vitesses des différents filets fluides, vitesses qui, autrement, varieraient considérablement sur la section de l'écoulement et seraient beaucoup plus fortes au centre de la cuve qu'è proximité des parois de cette cuve.Le barrière ne doit pas être considérée comme un filtre qui retient les hydrocarbures non dissous car, en effet, ces hydrocarbures s'élèvent également vers la surface dans l'espace situé en aval de la barrière. Le processus de séparation est au contraire accéléré par des phénomènes de coalescence qui se manifestent i l'intérieur de la barrière. Le matière fibreuse de la barrière est de préférence une laine minérale qui, choisie entre différentes autres matières essayées, s'est révélée particulièrement avantageuse pour l'application considérée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Sur les dessins annexés, donnés uniquement A titre d'exemples, la Piu.1 est une coupe longitudinale d'un dispositif suivant l'invention; la Fiv.2 est une coupe transversale suivant la ligne I-I de la Fig.1; la Piu.3 est une coupe longitudinale d'un dispositif suivant l'invention, suivant la ligne Il-Il de la Pig.2. Le dispositif suivant l'invention comprend une cuve 10 cylindrique v axe vertical, munie d'un fond plat, qui est fermée t son extrémité supérieure par un couvercle 11. Une entrée 12 et une sortie 13 ouvrent dans cette cuve au droit de deux côtés opposés, l'entrée et la sortie étant constituées par des tubes qui traversent la paroi verticale de la cuve & une certaine distance du bord supérieur de cette dernière.Une cloison 14 qui s'étend en travers de la cuve mais uniquement dans la partie supérieure de celle-ci, sépare une chambre de réception 15, qui est adjacente a' l'entrée 12, du reste du volume intérieur de la cuve. le aélange d'eau et d'hydrocarbures non dissous qui pénètre dans la cuve entre tout d'abord dans cette chambre de réceptien 15. Â une certaine distance de la sortie 13, qui se trouve sur le côté opposé de la cuve, s'étend une cloison 16 qui plon ge plus profondément dans la cuve et sépare une chambre de sortie 17 du reste du volume intérieur de cette cuve. La cuve est en outre divisée dans se zone médiane par une barrière 18 qui est perpendiculaire au courant circulant entre 1' entrée et la sortie. Le compartiment qui est situé en avant de cette barrière, du côté de l'entrée, se prolonge jusqu'à la hauteur du bord inférieur 14a de la cloison 14, est appelé chambre de tranquillisation 19.Les matières étrangères qui en trent avec le mélange et sur lesquelles les hydrocarbures se fixent partiellement, tombent au fond dans une chambre A boue 20 qui se trouve entre le fond du récipient et la chambre de tranquillisation, et se prolonge également du côté de la @ortie, c'est-4-dire de l'autre côté de la barrière, l'épaisseur de la couche de boue étant naturellement plus faible de ce côté. Dams l'exemple de réalisation représenté, la barrière 18 est composée de trois zones successives 18a, 18b, et 18e qui traversent la cuve verticalement et se suivent dans la direction de l'écoulement à une certaine distance les unes des autres. Les intervalles 19a et 19b existant entre ces zones censtituent également des chambres de tranquillisation pour le liquide qui traverse la barrière et forment pratiquement us prolongement de la chambre de tranquillisation 19. Â la place des trois zones successives 18a, 18b et 18c, la barrière peut également être composée d'une seule ou de deux zones. La Fig.2 montre que la barrière 18 est composée de trois segments juxtaposés constitués chacun par des panneaux 18, 18b, et 18@ disposés verticalement dans une cage 21, plus précisé- ment par un panneau en matière fibreuse qui fait partie de la première zone 18a, considéré dans le sens de l'écoulement, un autre panneau qui fait partie de la zone 18b traversée ensuite par le courant et, finalement, un panneau qui fait partie de la zone 18c qui est traversée en dernier lieu par le courant. Les trois cages 21 sont emmanchées dans un cadre composé de barres 22. Les barres 22 sont fixées rigidement à la cuve. Grâce à cette construction, les cages 21 peuvent être facilement rempla- cées lorsque les panneaux de matière fibreuse contenus dans ces cages sont tellement remplies d'hydrocarbures non dissous qu' elles ne peuvent plus remplir leur fonction. Le meilleur moyen d'éliminer la matière fibreuse consiste à la brûler. Pour remplacer les barrières, on soulève une plaque 23 du couvercle de la cuve, ce qui dégage une ouverture de dimensions légèrement supérieures & celles de la cage centrale. Après avoir introduit les cages i travers cette ouverture, on les pousse latéralement contre la paroi de la cuve A intérieur du cadre 22. Les hydrocarbures séparés de l'eau se rassemblent dans toute la région de la cuve située entre les cloisons 14 et 16, qui constitue une chambre collectrice d'huile 24, qui s'étend aussi bien en amont de la barrière 18 qu'en aval de cette bar rière et également A l'intérieur même de la barrière. La limite inférieure de cette chambre se trouve au niveau du bord intérieur 14a de la cloison 14. La matière fibreuse de la barrière 18 est constituée par de la laine minérale en forme de panneaux distincts. La laine minérale qui s'est révélée la plus efficace est une substance contenant 44,8% de SiO2, 18% de Al2O3, 12,5% de Fe2O3, 12,5% de Fe2O3, 12,01% de CaO, 9,83% de MgO et 1,5% de EiO2. Le cuve 10 est de préférence constituée par un élément en béton préfabriqué. Dans le cas d'une cuve A section circulai- re, cette cuve est composée de plusieurs viroles. Les cloisons 14 et 16 peuvent être d'une seule pièce avec la cuve mais elles peuvent également être constituées par des éléments séparés et être fixées aux parois de la cuve par collage. Âu lieu d'une cuve de section circulaire, on peut également utiliser une cuve de section rectangulaire. L'avantage du dispositif décrit ci-dessus comparativement aux dispositifs déjà connus consiste en ce que l'écoulement turbulent produit par l'introduction des eaux usées est trans formé par la barrière jouant le rôle de redresseur d'écoulement en un écoulement laminaire, extrêmement ralenti, de sorte qu'on obtient une vitesse d'écoulement 250 fois plus faible que la vitesse d'entrée, grâce å laquelle le processus de séparation des hydrocarbures non dissous se déroule de la façon optimale. On peut ainsi obtenir avec ce dispositif une concentration de 5 mg d'hydrocarbures par litre d'eau sortant du dispositif, concentration qui est très inférieure à la valeur de 20 mg d'hydrocarbures par litre admissible lorsque les eaux usées doivent être déversées dans une installation de clarification, et qui est également inférieure à la valeur admissible de 10 mg dth > - drocarbures par litre, exigée lorsque les eaux usées sont en s es dans un égout public.Le remplacement de la barrière divisée en plusieurs segments s'effectue sans difficultés et en dépit de la présence de cette barrière, la chambre collec trice d'huile, qui serait entièrement libre en l'absence de cette barrière, reste cependant utilisable en totalité dans le dispositif suivant l'invention. Par ailleurs, l'utilisation de ce dispositif exclut & peu près totalement le risque d'entrai novent des fractions hydrocarbures déjà séparées par l' & oule- ment des eaux de pluie, etc. Pour simplifier le remplacement de la barrière, on peut également subdiviser cette barrière en un plus grand nombre d'éléments. Dans une variante de la forme de réalisation, décrite en regard des Fig.1 à 3, qui comprend trois cages qu'on peut extraire du récipient et dont chacune renferme trois panneaux de laine minérale 18a, 18b et 18c disposées l'une à la suite de l'autre avec un certain écartement dans la direction de l'écou- liement, on prévoit au total neuf éléments distincts qui peuvent être remplacés individuellement.Chaque élément est alors co- posé d'une cassette garnie de laine minérale. Afin que ces cassettes soient maintenues immobilisées dans la cuve et qu'entre les cassettes susassives dans la direction de l'écoulement subsiste un certain écartement, ces cassettes sont montées dans un cadre, fixé an fond de la cuve ainsi qu'aux parois opposées de cette cuve, dans lequel elles sont guidées latéralement comme des tiroirs.Afin que l'eau contenant des hydrocarbures non dissous circule uniquement A travers les cassettes, les Joints de celles-ci sont fermés hermétiquement sur leurs bords paral ribles et perpendiculaires à la direction de l'écoulement, entre les deux cassettes adJacentes, ou entre les côtés opposés des cassettes et le cadre. On utilise pour cela un profilé spécial en caoutchouc qui est encastré sous pression dans un rail en U et on enfonce les barrettes d'étanchéité ainsi obtenues dans les intervalles entre deux cassettes adjacentes, les cassettes présentant i cet effet une configuration appropriée. Lorsqu'on a enlevé les barrettes d'étanchéité, le remplacement individuel des cassettes est une opération simple et sans problème. Par ailleurs, on a constaté que l'on peut obtenir un rendement optimum de séparation entre les hydrocarbures non dissous et l'eau lorsque les cassettes, qui possèdent chacune deux parois en métal déployé qui sont fixées face i face A un cadre et entre lesquelles sont maintenus plusieurs couches de nappes de laine minérale 4 longues fibres, aussi bien que le cadre destiné A fixer les cassettes dans la cuve sont en aluminium. De cette façon, le dispositif ne comporte aucune pièce en métal ferreux. Par ailleurs, il s'est révélé très avantageux de munir d'un enduit 4 base de résine époxy toutes les surfaces de la cuve,-de préférence en béton, qui sont destinées A être mouil- lées par le mélange d'eau et d'hydrocarbures non dissous, Pour la même raison, on protège les nappes de laine minérale contenue dans les cassettes au moyen d'un brouillard de résine époy. Les nappes de laine minérale à longues fibres qui sont fabri tuées par fusion de basalte, sont découpées exactement 4 la largeur et & la longueur d'une cassette et recouvertes sur leurs deux faces d'une nappe de fibre en verre. La matière fibreuse est alors légèrement liée et forme une nappe dont chaque cassette renferme trois couches. Le poids voluaique de cette nappe est de 50 /m3. On a constaté que l'utilisation des trois matériâmx aluminium, laine mitrale et résine époxy avec lesquels l'eau contenant les hydrocarbures non dissous entre en contact, permet d'atteindre un rendement exceptionnel dont l'obtention n'est pas entièrement expliquée. Les charges électrostatiques dues & BR binaison avec l'écoulement laminaire engendré, conduisent & une agglomération des gouttelettes d'huile 4 l'intérieur de la bar rière et & la séparation entre ces gouttelettes d'huile et 1' eau. Le rendement exceptionnellement bon ressort des données quantitatives de deux exemples d'essais qui sont indiqués cidessous. Exemple 1: simulation d'une perte d'huile constante, par exemple issue d'un réservoir, pendant une forte pluie. Pour cet essai, on a utilisé un séparateur d'huile d'un diamètre de 200 cm, renfermant une hauteur d'eau de 110 cm. On a utilisé un mazout extra léger (0,822 g/cm3). Addition d'huile (pendant 30 minutes) : débit 1 l en 3 nm. Débit d'eau (fourni par une prise d'eau) : 7,6 l/S. Température de l'eau : 9 C. Pendant l'essai, on a prélevé quatre échantillons de 2 1. 1er échantillon 4 mn après le début de l'addition d'huile continue. 2ème échantillon 6 an après le début de l'addition d'huile continue. 3ème échantillon 8 mn après le début de l'addition d'huile continue. 4ème échantillon 12 an après le début de l'addition d'huile continue. On a constaté comme résultat que la teneur en mazout dans l'écoilement était inférieure à 1 ig/l. Exemple 2 simulation d'un mélange huile-eau très fortement émulsi- fié mécaniquement par refoulement au moyen d'une pompe (2 1 d'huile + 6 1 d'eau). Addition d'huile : (mélange) en 4 secondes. Débit d'ean (fourni par une prise d'eau): 7,6 l/s. Température de l'eau : 90a. On a prélevé quatre échantillons de 2 1. 1er échantillon 1 fl après la fin de l'addition d'huile 2ème échantillon 3 mn après la fin de l'addition d'huile 3ème échantillon 6 an après la fin de l'addition d'huile 4ème échantillon 8 mn après la fin de l'addition d'huile On a constaté que la teneur en huile de l'écoulement était de moins de 1 mg/l. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour séparer de l'eau, les hydrocarbures non dissous et les retenir, comprenant une cuve dans laquelle le mélange d'eau et d'hydrocarbures non dissous est introduit d'un côté par une chambre d'entrée dans une chambre de tranquillisation et dtot l'eau sort sur le côté opposé en passant sous une cloison plongeante, caractérisé en ce que la cuve (10) est divisée en deux par une barrière (18), en matière fibreuse, perpendiculaire au courant circulant de ltentrée (12) à la sortie (13), qui ralentit et redresse l'écoulement et qui tranquillise suffisamment le mélange d'eau et d'hydrocarbures non dissous pour que ces hydrocarbures non dissous se séparent de l'eau aussi bien dans la chambre d'entrée (15) que dans la chambre de tranquillisation (19, 12 9b) et qu' l'intérieur mème de la barrière (18). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière (18) comprend plusieurs zones (18a, 18b 18c) de matière fibreuse qui traversent verticalement la cuve (10) et sont disposées les unes B la suite des autres dans le sens de l'écoulement, avec un certain écartement. 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la barrière (18) est composée de plusieurs segments Juxtaposés en formant entre eux des plans de Joints perpendiculaires et parallèles i la direction de l'écoulement du mélange, en ce que chaque segment est composé de panneaux (18a, 18b, 18c) de matière fibreuse disposés verticalement dans une cage (21), les panneaux des segments adJacents étant I peu près Jointifs et en ce que les cages sont disposées entre des barres rigidement solidaires de la cuve, de manière & pouvoir être remplacées. 4.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière fibreuse de la barrière (18) est constituée par une laine minérale présentée sous la forme de nappes A longues fibres formées à partir de basalte fondu et en ce que la laine minérale est composée de 44,8% de S402, 18% Al2O3, 12,5% Fe2O3, 12,0% CaO, 9,83% MgO et 1,5%de i02. 5*- Dispositifsuivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve est formée d'éléments préfabriqués en béton. 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la cuve présente une section circulaire et est essentiellement composée d'éléments annulaires. 7.- Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les cloisons plongeantes (14, 16) de la cuve sont d'une seule pièce avec les parois de cette cuve. 8.- Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les cloisons plongeantes (14, 16) de la cuve sont fixées entre les parois de cette cuve par collage. 9.- Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la barrière (18) est composée de cassettes garnies de laine minérale et juxtaposées en une rangée dans chacun. des zones successives (18, 18b, 18c), qui sont montées dans un cadre fixé au fond et aux parois opposées de la cuve, les espaces, entre les cassettes adJacentes ainsi qu'entre les cassettes et le cadre, perpendiculaires et parallèles & la direction de l'écoulement étant fermés hermétiquement. 10.- Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que chaque cassette comprend deux parois opposées en métal déployé entre lesquelles sont montées plusieurs couches de nappe de laine minérale i longues fibres. 11.- Dispositif suivant les revendications 9 et 10, ca ractérisé en ce que le cadre et les cassettes sont en aluminium. 12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que toutes les surfaces de la cuve qui sont destinées & être mouillées par le mélange d'eau et d'hydrocarbures non dissous sont recouvertes d'un enduit & BR époxy et en ce que les nappes de laine minérale sont protégées par projection d'un brouillard de résine épozy. 13.- Dispositif suivant les revendications 2 et 9, ca ractérisé en ce que l'espace intercalaire séparant les sones 18a, 18b, 18c de la barrière (18), ainsi que l'espace séparant deux cassettes, est inférieur A l'épaisseur d'une zone, mesurée dans la direction de l'écoulement, et est au moins égal à 5 cm.