Brevet FR2349645A1 — publié le 19771125

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant l'élimihation des déchets liquides d'usinage qui se présentent en général sous forme d'6mulsion d'huiles et d'eau et peuvent contenir une proportion importante d'huiles solubles accompagnée de divers résidus solides. D'une manière générale, les liquides qui sont utilisés pour refroidir les outils-lors de l'usinage des pièces métalliques contiennent environ 90% d'eau et 10% d'une phase huileuse partiellement soluble dans l'eau. L'élimination de ces liquides d'usinage après leur utilisation pose un certain nombre de problèmes en particulier lorsque le volume de ces déchets liquides est important et qu'il est nécessaire de réduire dans toute la mesure du possible la pollution des eaux rejetées ainsi que la pollution de l'environnement d'une manière générale. On a déjà proposé un certain nombre de procédés pour l'élimination de ces déchets liquides. C'est ainsi que l'on a déjà pensé à utiliser des procédés d'ultrafiltration ou à procéder à une dissociation chimique des éléments qui constituent ces déchets afin de pouvoir mieux les éliminer. Les procédés de dissociation chimique nécessitent des modifications de dosages des produits ou même l'utilisation de produits différents selon la composition des déchets liquides à traiter. On a également songe à incinérer les déchets liquides d'usinage en récupérant partiellement la chaleur decombustion au moyen d'échangeurs de chaleur. La pollution de l'environnement et notamment la pollution de l'air qui en résulte constitue cependant un inconvénient important de ce type de procédé. On a également pensé à opérer à haute température de façon à vaporiser l'eau contenue dans les déchets liquides d'usinage dans des évaporateurs à couche mince, dans lesquels le liquide est maintenu sous forme de pellicule de faible épaisseur sur la surface interne d'un tube chauffé à la vapeur. Ce type de procédé qui met en oeuvre une évaporation à haute température associée à une dissociation thermique partielle présente l'inconvénient de fournir après condensation, de l'eau contenant encore des produits volatils tels que le kérosène. De plus, il est nécessaire de disposer d'une source d'énergie importante pour l'élévation de température en vue de la vaporisation. La présente invention a pour objet un procédé d'élimi- nation des déchets liquides d'usinage dont l'exploitation est nettement moins onéreuse que celle des procédés déjà connus et évitant toute pollution de l'environnement. Le procédé d'élimination des déchets liquides d'usinage selon 11 invention permet le traitement de déchets se présentant sous la forme d'émulsion d'huiles partiellement solubles et d'eau. Selon l'invention le procédé consiste à soumettre un ruissellement du liquide d'usinage à l'action d'un courant d'air chaud à une température comprise entre 80 et 2500C et de préférence entre 90 et 2000C de façon à provoquer une action de séchage par évaporation de l'eau contenue dans le liquide à traiter. Les huiles non solubles contenues dans les déchets à traiter peuvent être avantageusement éliminées avant la phase d'évaporation par un processus de décantation. Afin de réduire les coûts d'exploitation, la phase huileuse récupérée après l'opération de séchage par évaporation est utilisée de préférence comme source d'énergie thermique pour l'obtention de l'air chaud servant à l1évapo- ration. L'invention a également pour objet une installation d'élimination de déchets liquides d'usinage se présentant sous la forme d'une émulsion d'huile et d'eau permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'installation comporte une tour d'évaporation comprenant une pluralité de plaques légèrement inclinées par rapport à l'horizontale et d'inclinaisons alternées pour permettre un ruissellement en zig-zag du liquide d'usinage qui est alimenté dans la partie haute de la tour. La tour d'évaporation comporte une tubulure d'admission à sa partie haute pour l'air chaud qui est introduit dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle du ruissellement du liquide d'usinage.Des caissons sont prévus sur les parois latérales de la tour d'évaporation pour permettre plusieurs passages alternés de l'air chaud avant son extraction à la partie basse de la tour. Dans un mode de réalisation préféré de l'installation de l'invention une série de bacs de décantation est placée en amont de la tour d'évaporation. Chaque bac comporte dans sa partie basse un conduit d'extraction remontant dans le bac suivant jusqu'à un niveau légèrement inférieur au niveau du liquide dans ce bac. Des moyens de pompage sont disposés dans chaque bac à ras du liquide qui s'y trouve contenu afin d'éliminer et de récupérer les huiles non solubles remontant à la surface. Dans une variante permettant de faciliter la mise en route de l'installation une série de bacs de décantation identiques aux précédents est également placée en aval de la tour d'évaporation. Après son passage dans la tour d'évaporation, le liquide d'usinage, qui à ce stade est constitué principalement par de l'huile est repris par un appareillage de traitement procédant à une séparation des résidus solides et des goudrons et à une préparation des produits combustibles restant. Un brûleur muni d'une soufflante d'air chaud procède à la combustion de ces produits et alimente la tour d'évaporation comme il a été dit précédemment Il en résulte que les coûts d'exploitation du procédé de l'invention sont remarquablement bas puisque le brûleur est alimenté en totalité ou en partie importante par l'huile combustible provenant du traitement par évaporation des déchets liquides d'usinage que le procédé de l'invention permet d'éliminer, l'autre partie étant, le cas échéant, fournie par les huiles de vidange de différents engins, machines, véhicules en fonctionnement dans l'usine ou à l'extérieur. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins, sur lesquels: la fig. 1 est un schéma synoptique montrant ensemble des éléments essentiels d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention; et la fig. 2 est une section selon Il-Il de la fig. I montrant la structure interne de la tour d'évaporation. Telle qu'elle se trouve représentée sur la fig. 1, l'installation conforme à l'invention comporte tout d'abord si l'on suit le trajet des déchets liquides d'usinage à traiter, un bassin de stockage 1 qui est alimenté par une pompe 2 reprenant les liquides d'usinage provenant d'un certain nombre d'opérations d'usinage qui sont schématisées par les postes 3. Le liquide d'usinage est à ce stade constitué par un mélange émulsionné renfermant une forte propor tion d'eau pouvant aller jusqu'à 90 à 95%, la proportion restante étant constituée par de l'huile en grande partie soluble qui peut être de l'huile minérale, des huiles synthétiques ou semi-synthétiqueB et une faible proportion d'huiles lourdes non solubles ainsi qu'un certain nombre de déchets solides provenant de l'opération d'usinage elle-même. Le bassin de stockage 1 est de préférence de faible profondeur et de grande surface et se trouve situé à l'air libre de façon à permettre une première élimination d'eau par évaporation naturelle. Le rôle principal de ce bassin de stockage est cependant de permettre une alimentation régulière de l'ensemble de l'installation même dans le cas où le débit de déchets liquides est irrégulier et dépend des conditions de travail en amont de l'installation. Une pompe 4 reprend les déchets liquides d'usinage se trouvant dans le bassin de stockage 1 et les introduit dans un appareil de décantation référencé 5 dans son ensemble et qui comprend plusieurs bacs reliés en série dont seulement trois ont été représentés sur la fig. 1. Chacun de ces bacs comporte dans sa partie basse un conduit d'extraction 6 qui remonte à l'intérieur du bac suivant, l'extrémité supérieure du tube 6 référencée 6a restant au-dessous du niveau 7 du liquide dans le bac considéré. Un dispositif d'aspiration matérialisé par un conduit unique 8 sur le schéma de la fig. 1 se trouve placé juste au niveau du liquide dans chacun des bacs et permet l'extraction des huiles non solubles qui remontent à la surface de chacun des bacs de décantation. Un dispositif d'aspiration non représenté sur la figure transporte ces huiles non solubles dans un bac d'alimentation 9. Après son passage dans l'ensemble des bacs de décantation 5, le liquide d'usinage extrait par le bas du dernier bac de décantation est introduit a la partie haute d'un bac d'alimentation 10 à partir duquel la pompe 11 l'envoie dans une gouttière d'alimentation 12 muni d'un trop plein et d'une canalisation de retour 13 au bac d'alimentation 10. La gouttière 12 que l'on voit en particulier sur la fig. 2 est reliée par une pluralité de conduits 13 situés dans sa partie basse à une goulotte 14 s'étendant sur toute la largeur d'une tour d'évaporation référencée 15 dans son ensemble. La goulotte 14 présente sur toute sa longueur et du côté opposé aux conduites d'alimentation 13 une pluralité d'échancrures 16 permettant le débordement du liquide d'usinage à traiter.Ce liquide tombe tout d'abord sur une première plaque inclinée 17 dont la pente est faible et sur laquelle il s'écoule en ruisselant. Lorsque le liquide a ainsi parcouru toute la surface de la plaque supérieure 17 et est parvenu au bord extrême opposé à la goulotte 14 il tombe sur une deuxième plaque 18 également légèrement inclinée mais dans une direction opposée à celle de la plaque 17. La plaque 18 présente avantageusement sur son bord antérieur un rebord incurvé 18a qui permet d'éviter tout débordement du liquide provenant de la première plaque 17 et assure ainsi une circulation correcte du ruissellement de liquide d'usinage à traiter. Comme on peut le voir sur la fig. 2, la tour d'evapora- tion 15 présente ainsi une multitude de plaques inclinées d'inclinaison~chaque fois alternée de telle sorte que# le liquide à traiter s'écoule en ruisselant en zig-zag depuis la partie haute de la tour jusqu'a la partie basse. Les différentes plaques inclinées 18 sont fixées de manière appropriée sur les parois de la tour d'évaporation 15 et sont soutenues par des entretoises telles que 19 au voisinage de leurs extrémités et 20 au voisinage de leurs parties médianes.Des dispositifs d'espacement 21 maintiennent un écartement convenable entre les bords extrêmes des différentes plaques inclinées 18 tout en permettant le passage du liquide. I1 y a lieu de noter que l'inclinaison des plaques 18 est faible et doit simplement être suffisante pour permettre un écoulement convenable du liquide. Dans la pratique, l'inclinaison est comprise entre 2 et 6%. L'inclinaison des différentes plaques peut être égale ou différente selon leur position à l'intérieur de la tour d'évaporation 15 compte tenu de la température de l'air chaud qui varie selon la hauteur dans la tour d'évaporation comme on le verra plus loin. Le liquide d'usinage après avoir parcouru de haut en bas les différentes plaques 18 de la tour d'évaporation 15 est repris par une gouttière d'extraction 22 placée à la partie basse de la tour 15. Une canalisation 23 amène le liquide traité dans le bac d'alimentation 9 du brûleur. A ce stade, le liquide traité qui est contenu dans le bac d'alimentation 9 est constitué exclusivement par de l'huile, l'eau contenue dans le mélange initial ayant été éliminée dans la tour d'évaporation 15 comme on le verra plus loin. Pour faciliter le démarrage de l'installation au cours duquel la montée en température de la tour d'évaporation est progressive il est préférable de remplacer le bac d'alimentation 9 par un appareil de décantation non représenté sur la figure comprenant plusieurs bacs reliés en série par des conduits restant sous le niveau liquide de la même manière que pour l'appareil de décantation 5. Le bac d'alimentation 9 est relié par une canalisation 24 à un appareillage 25 de type connu qui permet le traitement des huiles usagées ou des huiles de vidange présentant une composition analogue à celle des huiles du bac d'alimentation 9. Ces huiles sont traitées par l'appareillage 25 de façon à séparer les résidus solides et les goudrons des produits combustibles qui sont alors envoyés à un brûleur 26 coopérant avec une soufflante d'air 27.L'air chaud ainsi obtenu traverse une conduite 28 qui est reliée à l'une des parois latérales de la tour d'évaporation 15.par l'intermédiaire d'un caisson 28a occupant toute la largeur de la tour. L'arrivée de la canalisation 28 et du caisson 28a sont également figurées en traits fins sur la fig. 2. On voit que l'arrivée de l'air chaud dans la partie haute de la tour d'évaporation 15 se fait sur toute la largeur de ladite tour et dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle du ruissellement de liquide à traiter provenant de la goulotte 14 et s'écoulant sur la plaque supérieure 17 et les plaques 18 immédiatement placées audessous de ladite plaque 17. Le courant d'air chaud dont la température au moment de son entrée dans la tour d'évaporation peut être d'environ 250 à 1800C traverse toute la largeur de- la tour d'évaporation 15 de la gauche vers la droite par rapport à la fig. 1 c'est-à-dire perpendiculairement au plan de la fig. 2. Le courant d'air chaud est repris par un caisson 29 occupant toute la largeur de la tour 15 et opposé au caisson 28a l'air faisant ainsi un nouveau passage à l'intérieur de la tour d'évaporation en direction contraire. Les caissons 30 et 31 placés de chaque côté de la tour d'évaporation 15 et de même configuration que le caisson 29 permettent chacun la même inversion du sens de circulation de l'air chaud.Après un certain nombre de passages à l'intérieur de la tour d'évaporation endirection perpendiculaire à celle du ruissellement du liquide d'usinage à traiter, l'air chaud qui s'est refroidi au contact de ce liquide et qui s'est chargé en vapeur d'eau est extrait par le caisson 32a identique au caisson 28a et par la tubulure 32 reliée à la cheminée 33 munie d'un ventilateur d'extraction 34. Selon la position des diverses plaques 18 dans la tour d'évaporation 15 on voit que le liquide à traiter ne se trouve pas soumis à de l'air chaud à la même température, on peut donc envisager de varier l'inclinaison des plaques selon leur position de façon à améliorer le rendement de l'appareil. A la sortie de la tour d'évaporation 15 l'air chaud dont la température n'est plus alors que d'environ 80 à 900C peut être rejeté dans l'atmosphère puisqu'il s'est simplement chargé en vapeur d'eau lors de son passage dans la tour d'évaporation 15. Il y a lieu de noter que grace à la faible température de l'air chaud dans la tour d'évaporation 15 et au simple contact superficiel, l'élévation de température du liquide huileux à traiter reste faible et la température maximale est inférieure à la température d'évaporation des constituants les plus volatils de ce liquide d'usinage. I1 en résulte que l'air rejeté dans l'atmosphère est effectivement exempt de tout composé volatil dangereux ou polluant. L'utilisation de l'huile récupérée à la sortie de la tour d'évaporation 15 pour l'alimentation du bruleur 26 permet par ailleurs de réduire considérablement les frais d'exploitation d'une telle installation de traitement. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élimination des déchets liquides d'usinage se présentant sous forme d'émulsiond'huiles principalement solubles et d'eau par séparation de phase d'un ruissellement de liquide d'usinage, caractérisé par le fait qu'il consiste à soumettre ledit ruissellement du liq#uide d'usinage à l'action d'un courant d'air chaud à une température comprise entre environ 80 et 2506C de façon à provoquer une action de séchage par évaporation de l'eau contenue dans le liquide d'usinage, la température maximale de l'émulsion d'huiles restant inférieure à la température d'évaporation des constituants huileux les plus volatils. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que d'une manière connue en soi, les huiles non solubles sont tout d'abord éliminées par décantation. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que, pour l'obtention de l'air chaud précité, l'huile récupérée après séchage est utilisée de manière connue en soi comme source totale ou partielle d'énergie thermique. 4. Installation- d'élimination de déchets liquides d'usinage se présentant sous forme d'émulsion d'huiles' principalement solubles et d'eau permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte une tour d'évaporation comprenant une pluralité de plaques légèrement inclinées par rapport à l'horizontale et d'inclinaisons alternées pour permettre un ruissellement en zig-zag du liquide d'usinage alimenté dans la partie haute de la tour. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'air chaud est soufflé dans la partie haute de la tour d'évaporation dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle du ruissellement du liquide d'usinage, des caissons étant prévus sur les parois latérales de la tour pour permettre plusieurs passages alternés de l'air chaud avant son extraction à la partie basse de la tour. 6. Installation selon les revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que l'alimentation en liquide d'usinage sur la plaque supérieure de la tour d'évaporation est réalisée au moyen d'une goulotte s'étendant sur toute la largeur de la tour d'évaporation et munie d'une pluralité d'échancrures par lesquelles le liquide d'usinage peut déborder. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la goulotte est alimentée en liquide d'usinage par une gouttière munie d'un trop plein. 8. Installation permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend un appareil de décantation comprenant plusieurs bacs reliés en série, chaque bac comportant dans sa partie basse, un conduit d'extraction remontant dans le bac suivant jusqu'à un niveau inférieur au niveau du liquide dans ce bac, des moyens de pompage étant disposés dans chaque bac au niveau du liquide pour éliminer les huiles non solubles remontant à la surface. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, permettant notamment la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le liquide d'usinage provenant de la tour d'évaporation est, -après décantation éventuelle, repris par un appareillage de traitement procédant à une séparation des résidus solides et des goudrons et à une préparation des produits combustibles restants avant leur combustion dans un brûleur relié à une soufflante d'air chaud pour la tour d'évaporation. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisée par le fait qu'elle comprend un bassin de stockage placé en amont de l'installation, de faible profondeur et de grande surface pour stabiliser l'alimentation de la tour d'évaporation et procéder à une première évaporation à l'air libre.