Brevet FR2339575A1 — publié le 19770826

La présente invention concerne un procédé de traitement des eaux par précipitation cristalline et décantation et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé v applicables en particulier au traitement par précipitation à la chaux des eaux riches en bicarbonates , chargées ou non en collordes, ainsi qu'au traitement des eaux résiduaires industrielles contenant des sels minéraux , notamment des sulfates , des phosphates ou des fluorures On sait qu'un certain nombre de réactions chimiques utilisées en traitement des eaux, provoquant la précipitation de cristaux sont considérablement accélérées lorsque le mélange de l'eau brute à traiter et du réactif nécessaire pour obtenir la précipitation , a lieu au sein même d'une masse de cristaux déjà fermés lors des réactions antérieures et maintenus dans la zone de décantation . C'est le cas bien connu de la décarbonatation à la chaux des eaux riches en bicarbonates. Dans des procédés connus, dits "' à action catalytique on accélère la réaction de cristallisation en amenant le mélange d'eau à traiter et de réactifs de précipitation à traverser à grande vitesse une masse compacte de cristaux de même nature que ceux que l'on désire obtenir .Ces procédés présentent l'inconvénient de n'être pas toujours applicables avec efficacité par exemple dans le cas d'eaux chargées en colloïdes minéraux ou organique s lesquels , par enrobage des germes , freinent la cristallisation On a d'autre part tenté d'opérer dans des conditions optimales de précipitation en amenant l'eau à traiter à percoler, par exemple dans un décanteur à lit de boue, avec un débit ascensionnel convenablement réglé, à travers une masse de germes maintenus en suspension homogène, cette masse étant telle que les réactions chimiques sont terminées à la sortie du lit de boue. Ce procédé présente des inconvénients: : ou bien les réactifs sont introduits avant la traversée du lit de boue et on obtient un entartrage rapide de la zone de mélange et du système de répartition qui précèdent cette traversée, par suite du dépit progressif de cristaux sur les parois ; ou bien, pour éviter ce risque, les réactifs sont introduits à la base du lit de boue et leur répartition homogène présente de grosses difficultés, surtout dans les appareils de grande dimension n en résulte des inégalités locales de dosage et des résultats insuffisants sur l'ensemble .Un autre inconvénient avec ce type d'appareil est la difficulté de la régulation automatique du dosage des réactifs introduits, nécessitant une détermination du pH ou de la conductivité de l'eau traitéewtrès délicate à opérer dans les conditions de marche d'un appareil faisant application du procédé considéré La présente invention concerne un procédé permettant de pallier ces inconvénients, tout en conservant les avantages que procure pour la décantation, l'utilisation d'un bassin de décantation à lit de boue, ou à contact de boues, lamellaire ou non : vitesse, efficacité, etc... Il permet en outre de réaliser simultanément la cristallisation des sels minéraux précipitables et la floculation des colloïdes minéraux ou organiques éventuellement présents dans l'eau à traiter, ce qui le rend applicable à toute précipitation cristalline dans la préparation des eaux potables ou industrielles ou le traitement des eaux résiduaires industrielles Le procédé de traitement des eaux par précipitation cris invention talline et décantation , objet de la Présentefist essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une dispersion homogène d'eau à traiter , de réactifs nécessaires à la précipitation cristalline et de boues séparées de l'eau traitée, et à opérer la décantation de cette dispersion, celle-ci étant suffisamment concentrée en germes cristallins pour que la réaction de précipitation cristalline, presque achevée avant la décantation, se termine pendant la décantation Le procédé est mis en oeuvre dans une installation comportant deux éléments distincts constitués l'un par une enceinte de mélange et l'autre par un bassin de décantation. La dispersion homogène d'eau à traiter , des réactifs de précipitation et éventuellement de coagulation, et de la partie des boues provenant du bassin de décantation est réalisée dans une enceinte fermée ou non, de volume réduit, séparée du bassin de décantation, munie d'un dispositif de mélange énergique .L'eau à traiter, les réactifs et les boues sont introduits dans la zone de plus forte agitation de cette enceinte de façon à ce que le mélange : eau-réactifs-boue soit réalisée en quelques secondes Dans cette enceinte, dans laquelle se produisent des réactions très rapides, il est possible de régler en continu le dosage des réactifs en fonction d'un paramètre rpH, conductivité ou turbidité de l'eau par exemplue, le temps s'écoulant entre l'injection du réactif et la mesure choisie n'étant que de quelques minutes La dispersion se trouve suffisamment concentrée en germes cristallins pour que, au contact de ces germes, la réaction soit déjà pratiquement terminée avant l'introduction de cette dispersion dans le bassin de décantation et s'achève dans ledit bassin de décantation, sans affecter les surfaces métalliques ou autres en présence desquelles elle se trouve au cours de la mise en oeuvre du procédé . Les risques d'entartrage sont donc totalement éliminés, même à long terme, ce qui représente un avantage très important par rapport aux procédés connus . Les organes et tuyauteries de distribution à l'entrée du bassin de décantation et tous les organes internes destinés à améliorer la séparation de l'eau et des boues : déflecteurs, Jupes, plaques parallèles, dispositifs de sortie ... sont à l'abri de tout entartrage .Le procédé permet ainsi l'utilisation des bassins de décantation les plus perfectionnés, lamellaires ou non, à contact ou à lit de boues pulsés ou non, pouvant opérer à de grandes vitesses de décantation, et d'encombrement réduit L'addition dans l'enceinte de mélange d'un coagulant et d'un floculant si nécessaire, permet de réaliser simultanément la floculation des colloïdes minéraux et organiques, la boue obtenue étant alors constituée par des agglomérats facilement décantables de précipités cristallins et de flocons coagulés La description qui va suivre, en référence au dessin annexé représentant un schéma de principe donné à titre d'exemple non limitatif, d'une installation pour mettre en oeuvre le procédé, permettra de mieux comprendre l'invention Le bassin de décantation 1 est alimenté par une tuyauterie débouchant latéralement dans la partie inférieure de ce bassin de décantatison, en dispersion homogène eau-réactifs-boues à partir d'une enceinte fermée 2 dans laquelle steffectue le mélange rapide des constituants de la dispersion. Dans l'enceinte 2 sont introduits, dans la zone 4 de mélange énergique, l'eau à traiter en 5, les réactifs de précipitation 6, éventuellement les réactifs de coagulation en 7 et les boues recyclées provenant du bassin de décantation, par une tuyauterie 8 munie éventuellement d'une pompe 8a .La dispersion homogène formée dans la zone dite " de contact primaire " passe, par la canalisation 3 sur laquelle peut être piquée une canalisation 3a d'introduction d'adjuvants de coagulation( polyéle ctrolyte s par exemple ) dans le bassin de décantation au niveau d'une zone 10 dite de de contact secondaire " dans laquelle se termine la précipitation cristal lino, située au dessus d'une zone 11 dite " de concentration " dans laquelle se déposent les boues dont une partie est recyclée par 8, une autre partie étant extraite par 12 . La décantation finale se réalise dans la zone supérieure 13. L'eau traitée sort par débordement en 14. Les exemples suivants illustrent l'invention, sans la limiter Exemple 1 Dans une telle installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention , on a traité une eau de rivière ayant une teneur en bicarbonate de calcium, équivalente à 250 mg/litre de CaCO3 , et une turbidité de 50 à 60 UJ. Dans une enceinte pour mélange rapide, on a introduit 20 m3/h de cette eau additionnée de 30 mg/l de chlorure ferrique, un lait de chaux à 2 % constituant un apport de 180 mg/l de Ca(OH)2 et 4 à 6 m3/h deboues recyclées à partir de la base du bassin de décantation La dispersion homogène formée dans l'enceinte de mélange, et au sein de laquelle se poursuit la précipitation cristalline, a été amenée en régime pulsé après addition de façon connue de O, 5 mg/l d'un polyélectrolyte dans un bassin de décantation lamellaire à lit de boue .Dans la zone inférieure du bassin, la dispersion se concentre en boues dont la majeure partie, 4 à 6 m3/h , est recyclée ; l'autre partie (100 à 150 l/h) étant purgée à l'égout pour évacuer les précipités formés . Dans la partie supérieure du lit de boue dans laquelle se trouvent disposées des plaques parallèles inclinées améliorant de façon connue la formation des agglomérats de cristaux et leur décantation, la réaction de précipitation cristalline se termine en présence des germes restants, apportés dans la dispersion initiale par les boues recyclées .Dans la zone supérieure du bassin de décantation on a obtenu une eau ayant une teneur en carbonate de calcium soluble de 25 à 30 mg/l , une turbidité comprise entre 1 et 2 UJ et une teneur en matières en suspension inférieure à 5 mg/l . fl ne s'est produit aucun entartrage Exemple 2 Dans une installation de principe identique à la précé denté, mais de conception légèrement différente dans sa forme de réa libation, on a traité , pour la neutraliser et la défluorer, une eau résiduaire acide provenant du lavage des gaz émis au cours de 1'électrométallurgie de l'ahminium et contenant des vapeurs d'acide fluorhydrique, des oxydes de soufre et des poussières d'alumine .Cette eau à traiter contenant 70 à 80 mg/l d'acide fluorhydrique, 10 à 15 mg/l d'alumine en suspension et dont le pH était de 4 , a été introduite dans l'enceinte de mélange rapide avec addition simultanée drun lait de chaux à 1 % et d'eau boueuse provenant de la base du bassin de décantation . Cette eau boueuse contenait 50 g/l d'un précipité complexe formé dans l'enceinte de mélange, et constitué par du fluorure et du sulfate de calcium associés à de l'alumine .La quantité d'eau boueuse introduite dans l'enceinte de mélange représentait 10 % du volume d'eau à traiter . Le temps global de séjour dans l'enceinte où s'est constituée la dispersion homogène a été de deux minutes . Le bassin de décantation utilisé était un bassin de décantation à contact de boues de forme cyli#ndro- conique . La concentration en boues a été maintenue à la base de ce bassin à 50 g/l de façon à recycler de l'eau boueuse à cette concentration, le reste des boues étant purgé . Ala sortie du bassin de décantation on a obtenu une eau limpide, contenant de 15 à 18 mg/l de fluor, 3 à 5 mg/l de matières en suspension et ayant un pH-de 8 . La régulation du pH a pu autre réalisée de façon précise dans l'enceinte de mélange par action sur la quantité de chaux introduite . Dans ces conditions, on a pu récupérer 95 % des eaux traitées en fabrication et, ceci, sans aucun entartrage des installations Outre les avantages précédemment cités : pas d'entartra ge , application efficace à diverses sortes d'eaux, chargées ou non en col loides, le procédé objet de l'invention permet d'opérer à des vitesses beaucoup plus rapides, -4 à 5 fois - que les procédés connus et dans des appareils de dimensions réduites REVENDICATIONS 1 . Procédé de traitement des eaux par précipitation cristalline et décanta tion, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une dispersion homogène d'eau à traiter, de réactifs nécessaires à la précipitation cristalline et de boues séparées de l'eau traitée, et à opérer la décantation de cette dispersion, celle-ci étant suffisamment concentrée en germes cristallins pour que la réaction de précipitation cristalline, presque achevée avant la décantation J se termine pendant la décantation 2. Procédé suivant 1) caractérisé en ce que la dispersion soumise à décantation contiens, outre les réactifs nécessaires à la précipitation cristalline, des réactifs nécessaires à la coagulation des collofdes pré sents dans l'eau à traiter 3 .Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la décantation a lieu avec séparation simultanée de l'eau traitée et des boues formées lors de la décantation, une partie de ces boues étant utilisée pour réaliser la dispersion 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la dispersion homogène formée au préalable, d'eau à traiter, de réactifs nécessaires à la précipitation cristalline ainsi qu'à la coagulation des colloïdes et d'une portion des boues séparées de l'eau traitée dans le bassin de décantation est réalisée en un temps très court pouvant etre inférieur à 2 minutes 5 .Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte séparée d'un bassin de décantation mais communiquant avec lui, une enceinte dans laquelle est réalisée sous agitation énergique , la dispersion soumise à décantation. 6. Installation suivant 5 caractérisée en ce que le bassin de décantation dans lequel est introduite la dispersion soumise à décantation est un bassin de décantation lamellaire à lit de boue, de préférence pulsé 7 . Installation suivant 5 caractérisée en ce que le bassin de décantation dans lequel est introduite la dispersion à décanter est un bassin de décantation à contact de boues 8 . Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7 , caractérisée en ce que la régulation du dosage de réactifs nécessaires à la précipitation est réalisée dans l'enceinte de mélange par mesure d'un paramètre approprié tel que pH, conductivité.