Brevet FR2377972A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne essentiellement l'amélioration des procédés d'épuration de solutions, par exemple d'eauxvannes, mais aussi de toutes autres solutions dont il est possible de provoquer la sédimentation des matières qu'elles contiennent en y mélangeant divers produits chimiques, puis en les faisant passer dans des tubes clarificateurs ou d'épuration. Elle concerne aussi d'autres procédés destinés à séparer d'une solution les solides qu'elle contient, par exemple en appliquant des techniques de refroidissement. Il est classique de faire subir aux eaux-vannes dans des bassins de décantation un pré-traitement qui provoque la sédimentation des solides qu'elles contiennent, puis de les faire passer dans deux groupes de réservoirs filtrants ou appareils analogues afin d'essayer d'en extraire les matières solides qu'elles contiennent encore. On laisse alors passer l'effluent dans des conduits d'évacuation, par exemple dans des cours d'eau. Malheureusement, cet effluent contient encore une assez grande quantité d'impuretés. En outre, le procédé en question prend beaucoup de temps et nécessite de disposer de grandes étendues de terrain pour réaliser les bassins de décantation. Le procédé et l'appareil d'épuration selon l'invention présentent l'avantage de produire, aussi rapidement que possible et sans avoir à utiliser d'ouvrages de pré-traitement d'eau résiduaire, un effluent qui satisfait aux conditions requises pour la consommation humaine, au moyen d'une part de produits chimiques, qui font floculer les impuretés que contient la solution, et d'autre part d'un cloisonnage interne qui provoque la séparation du précipité floculeux. L'effluent épuré peut alors traverser deux groupes de réservoirs filtrants classiques qui constituent une installation peu volumineuse de traitements secondaire et tertiaire afin de réduire la pollution des cours d'eau. Sous un de ses aspects, la présente invention consiste en un ensemble modulaire qui, destiné à traiter une solution, comprend un premier élément dans lequel la solution subit un traitement destiné à provoquer la solidification des matières qu'elle contient, le contenu ainsi traité de ce premier élément passant ensuite dans au moins un décanteur mecanique tubulaire. Ce dernier est constitué d'une enveloppe qui, comportant une entrée et deux sorties, contient un transporteur hélicoïdal rotatif qui chasse les sédiments vers une première de ces deux sorties, tandis que le liquide sort par la seconde. L'invention concerne aussi le décanteur tubulaire précité dont l'entrée est proche d'une des extrémités de son enveloppe tandis que ses deux sorties sont proches de son autre extrémité. L'invention concerne enfin un procédez de traitement d'une solution polluée, qui consiste d'abord à provoquer dans cette solution la séparation des solides et du liquide qui la composent, puis à faire passer ce mélange dans un décanteur tubulaire où se déposent ces sédiments, puis à déplacer longitudinalement ces derniers dans ce décanteur, enfin à faire sortir de ce dernier, par des orifices de décharge différents, d'une part l'effluent clarifié et d'autre part les sédiments. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel de l'ensemble d'épuration selon l'invention - la figure 2 représente schématiquement, de profil et partiellement en coupe, une première forme de réalisation du décanteur tubulaire - la figure 3 est une coupe transversale du décanteur de la figure 2 - la figure 4, analogue à la figure 2, montre une autre forme de réalisation du décanteur tubulaire - la figure 5, analogue à la figure 5, concerne cette dernière forme de réalisation ; - la figure 6, analogue aux figures 2 et 4, représente une autre variante du décanteur tubulaire ;; - la figure 7, analogue aux figures 5 et 5, concerne cette dernière forme de réalisation - la figure 8, analogue aux figures 2, 4 et 6, concerne une autre variante du décanteur tubulaire selon l'invention - la figure 9, analogue aux figures 3, 5 et 7, concerne cette dernière forme de réalisation - la figure 10 représente schématiquement, de profil et partiellement en coupe, le compartiment mélangeur de l'ensemble selon l'invention - la figure 11 représente en plan un des déflecteurs du compartiment mélangeur - la figure 12 est une coupe transversale du compartiment mélangeur, qui montre les déflecteurs en forme de secteurs circulaires. - la figure 13, analogue à la figure 2, montre les injee- teurs de produits chimiques, qui débouchent en l'occurrence dans le décanteur tubulaire et non dans le compartiment mélangeur - la figure 14, analogue à la figure 1, concerne une forme avantageuse de réalisation de l'ensemble selon l'invention - la figure 15 représente schématiquement, de profil et partiellement en coupe, le collecteur postérieur de cette dernière forme de réalisation ; et - la figure 16 est une coupe transversale de l'élément représenté sur la figure 15. Comme le montre la figure 1, une conduite 11 fait, soit par gravité soit au moyen d'une pompe 13, passer des eaux-vannes ou bien la solution quelconque à épurer dans un compartiment mé- langeur 10 où cette solution se mélangeàcertains produits chimiques injectés dans le compartiment pardes ajutages 12A, 2, C, D, etc. Le contenu chimiquement traité de ce compartiment passe alors dans un décanteur mécanique tubulaire 14 à la sortie duquel un tuyau 16 dirige l'effluent dans des réservoirs filtrants 17 d'où sort en 18 le liquide épuré. En l'occurrence, il est possible de mélangerla solution à traiter à divers produits chimiques qu'injectent successivement et suivant un ordre déterminé dans le compartiment 10 les ajutages 12A, etc. La quantité de produits chimiques et l'ordre suivant lequel ils sont injectés doivent obligatoirement etre déterminés de manière à obtenir les résultats désirés, cet ordre et cette quantité dépendant de paramètres qui n'entrent pas dans le cadre de la présente invention. Il faut toutefois que ces prcdtilts chi- miques provoquent la floculation, la cristallisation ou la soli- dification des matières dissoutes dans le liquide à traiter Les réactions chimiques, en se développant, ont poai effet de provoquer la solidification précitée et, lorsque le contenu traité du récipient 10 passe ensuite danr le décanteur tubu- laire 14, la boue ou les sédiments résultant de ces réactions se déposent dans la partie basse de ce décanteur. 'les figures 2 à 9 montrent diverses conformations de ce décanteur. Sur les figures 2 et 3, il s'afflit d'un tube 13 dans lequel tourillonne un arbre 20 supportant un +m crible hélicoïdal perforé 21.Le diamètre de cette hélice transporteuse 2 faisant fonction de crible est sensiblement égal au diamètre intêriecr du tube 19, de sorte qu'elle arène progressivement les sédiments précités jusqu'à un tuyau de décharge 15 communiquant avec un récipient convenable à l'autre extrémité du décanteur 44. il va de soi que l'hélice transporteuse tourne assez lentement afin de laisser aux sédiments le temps de se déposer par gravité ai fond du décanteur tubulaire en évitant de les agiter pour gu'ils ne se remélangent pas au liquide.La pompe 13 règle aussi la vitesse de circulation dans le décanteur tubulaire de l'effluent afin de laisser à la plus grande partie des sédirents le temps de se déposer au fond de ce tube où les fait avancer l'hélIce transporteuse. Une source d'énergie convenable, indiquée schématiquement par la référence 14A, fait tourner l'hélice transporteuse en question. Les figures 4 et 5 montrent une autre forme de réalisa- tion du décanteur tubulaire qui comporte en l'occurrence un tube 19 contenant une suite de cloisons perforées 22, espacées, parallèles, fixes ou réglables. Ce tube 19 contient aussi un arbre rotatif 20A auquel est assujettie, comme représenté, une hélice périphérique transporteuse perforée 21A. Cette forme de réalisation fonctionne comme la précédente. La variante du décanteur tubulaire qv représentent les figures 6 et 7 comporte un tube 19 à l'intérieur duquel sont assujetties des cloisons fixes perforées 25 qui, espacées et parallèles, ne cloisonnent que sa partie supérieure, sa partie inférieure 24 contenant une hélice transporteuse perforée 21B montée sur un arbre 203 et fonctionnant comme les précédentes. Les cloisons précitées 25 sont de préférence inclinées comme le montre la figure 6, c'est-à-dire de haut en bas et d'arrière en avant, dans le sens du déplacement de l'effluent, sens indiqué par la flèche 19A. Les figures 8 et 9 montrent une autre variante du décanteur tubulaire selon l'invention, variante dont le tube 19 contient en son centre des plaques circulaires perforées et réglables 25 qu'entoure une hélice transporteuse rotative 21C qui assure la même fonction que les précédentes. Les figures 10, Il et 12 montrent une forme de réalisation avantageuse du compartiment mélangeur 10, en l'occurrence constitué d'une enceinte cylindrique dans laquelle une tige longitudinale 27 supporte plusieurs déflecteurs 26. Chacun de ces derniers a la forme d'un secteur circulaire percé près de sa pointe 29 d'un trou 28 par lequel passe la tige 27. Ces déflecteurs, qui comportent plusieurs perforations 30, sont disposés en hélice le long de la tige 27 à laquelle ils sont assujettis, par exemple soudés. La figure 12 montre bien, en un point donné de l'enceinte, leurs positions relatives. Il est évident que la disposition de ces déflecteurs peut être différente, leur fonction essentielle consistant à agiter et mélanger à la solution qui traverse le compartiment mélangeur dans le sens indiqué par la flèche 10A les produits chimiques injectés en 12A, 12B, etc. il est aussi possible d'injecter directement les produits chimiques en question dans le décanteur tubulaire, comme le montre schématiquement la figure 13. Cela peut être avantageux dans certains cas, mais normalement la forme de réalisation 10 que montrent les figures 1 et 10 convient parfaitement. Les figures 14, 15 et 16, sur lesquelles les éléments qui correspondent à ceux de la figure 1 portent les mêmes réfé rences, montrent la forme de réalisation la plus avantageuse. Elle comprend en l'occurrence deux compartiments mélangeurs 10 qui se suivent et dont la fonction est la même que celle du compartiment 10 de la figure 1. Les décanteurs tubulaires 14, qui sont parallèles et espacés, communiquent avec la sortie du second compartiment mélangeur 10 par l'intermédiaire d'un conduit 33 et d'un collecteur transversal 31 dans lequel s'engagent leurs extrémités d'admission 32. De même, leurs extrémités de sortie 34 communiquent, à distance les unes des autres, avec un collecteur transversal d'évacuation 35. Chacun des décanteurs tubulaires 14 fonctionne de la même façon que ceux qui ont été décrits précédemment. Toutefois, la boue ou les sédiments ainsi que le liquide épuré passent dans le collecteur 35 au fond duquel se déposent ces sédiments, tandis que le liquide épuré en sort par en haut dans un conduit 16 qui l'amène en définitive dans un dernier filtre 17. Le collecteur tubulaire 35 contient un transporteur 36 à deux hélices directe et rétrograde situées coaxialement dans le prolongement l'une de l'autre. La rotation de ce transporteur est assurée par un moteur 37 à vitesse variable que montre schématiquement la figure 15. il est à noter que ce transporteur tangente le fond du collecteur, son diamètre étant plus petit que celui de l'enveloppe de ce dernier. Le transporteur hélicoïdal 36 prend les sédiments qui sortent des décanteurs tubulaires et les amène jusqu'à un orifice inférieur de sortie 38 situé au milieu et dans la partie basse du collecteur 35, comme le montrent bien les figures 14, 15 et 16. Le moteur 37 règle la vitesse de ce transporteur 36 en fonction des circonstances, c'est-à-dire afin d'éviter une agitation indésirable des sédiments pendant leur déplacement. Dans toutes les formes de réalisation de l'ensemble selon l'invention, il faut évidemment un séparateur ou un accumulateur de boues ou de sédiments afin d'empêcher le liquide épuré de s'échapper par en bas du collecteur 35. Sur la figure 15, cet appareil est représenté schématiquement sous la référence 39, et il peut avoir toute conformation convenable. il doit évidemment comporter des vannes 40 et 41 (représentées schématiquement en pointillé). Lorsque la première 40 est ouverte et que la seconde 41 est fermée, le liquide commence par remplir l'accumulateur. A mesure que la boue se dé- pose dans ce dernier, elle en chasse le liquide par en haut et finit par le remplir. On ferme alors la vanne 40 et l'on ouvre la vanne 41 en mettant en marche une pompe 42 qui chasse la boue vers un conduit d'évacuation 43, après quoi on replace les vannes 40 et 41 dans leur état primitif pour répéter l'opération. Cette ouverture et fermeture des vannes est de préférence automatique, et tout système convenable peut être utilisé à cette fin. Comme le montrent schématiquement les figures 4 et 8, il est possible de régler l'inclinaison des-cloisons 22 et 25 des décanteurs tubulaires en question. La figure 4 montre un premier procédé de réglage au moyen d'un tringlage 44 : en l'occurrence, les cloisons 22 s'articulent en 46 à la partie supérieure de l'enveloppe 19 du décanteur, et des bielles 44 les relient à une tige de commande 45 dont le mouvement longitudinal permet de régler à volonté leur inclinaison. Le dispositif représenté sur la figure 8 est à peine différent, bien qu'en l'occurrence l'hélice transporteuse périphérique 21C empêche d'articuler les disques 25 à l'enveloppe 19 du décanteur. il est toutefois possible d'articuler l'un des disques extrêmes à l'une des extrémités de l'enveloppe 19 (cette articulation n'étant pas représentée), ou bien d'utiliser bien d'autres dispositifs permettant d'effectuer le réglage de l'inclinaison de ces disques. En résumé, bien qu'il existe déjà, dans la tecimique considérée, des décanteurs tubulaires capables de cribler et de diriger de haut en bas une matière floculeuse, il n'existe pas encore de dispositifs capables d'extraire convenablement les sédiments. La présente invention se caractérise en ce que 1) Elle assure simultanément le criblage ou tamisage et l'extraction des sédiments au moyen dtune hélice transporteuse perforée 2) Cette hélice peut coopérer dans un tube cylindrique avec des cribles, grilles ou tamis, soit fixes, soit orlentables, de manière à assurer la meilleure décantation possible l'hélice en question pouvant traverser la partie inférieure des cribles et assurer ainsi au mieux l'extraction des sédiments 3) Au décanteur tubulaire normal peut être incorporé un tube cylindrique de plus petit diamètre qui contient lthélice transporteuse 4) Les cribles ou tamis peuvent être des disques perfores qu'entoure une étroite hélice transporteuse g et 5) Il est possible, alors que l'ensemble fonctior~e, de faire varier l'orientation des cribles ou tamis ain d'obtenir le meilleur rendement de l'opération. Il faut enfin souligner qu'il est possible d'appliquer le principe de l'invention et d'utiliser des décanteurs tubu- laires réalisés suivant ce principe dans 61autres applications industrielles et avec différents produis chimiques capables de solidifier les matières dissoutes soit par floculation, soit par précipitation, soit par cristallisation. in est en outre possible d'appliquer des techniques de refroidissement pour provoquer la sédimentation des matières dissoutes au cours de leur passage dans les décanteurs tubulaires, ces sédiments étant alors chassés vers l'extrémité de sortie 15 du décanteur, le liquide clarifié passant de son coté dans le réservoir filtrant 17. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble d'épuration décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble modulaire destiné à traiter une solution et caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément dans lequel la solution subit un traitement destiné à provoquer la coalescence des matières qu'elle contient ; et au moins un décanteur tubulaire constitué d'une enveloppe qui, comportant une entrée et deux sorties et communiquant par son entrée avec le premier élément dont le contenu traité passe ainsi dans cette enveloppe, contient un transporteur hélicoïdal rotatif qui chasse les sédiments vers une première des deux sorties, tandis que le liquide sort par la seconde. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltenveloppe contient un crible destiné à séparer au moins partiellement du liquide qui la traverse les solides qu'il contient et à provoquer par gravité leur sédimentation dans l'enveloppe. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transporteur est constitué d'un arbre rotatif que contient et supporte l'enveloppe et auquel est assujettie une hélice périphérique perforée qui fait aussi fonction de crible. 4. Ensemble selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'enveloppe contient aussi une suite de cloisons espacées et perforées qui, faisant partie du crible, sont percées chacune, dans leur partie basse, d'un trou rond par lequel passe le transporteur hélicoïdal. 5. Ensemble selon l'une des revendications 2 et 5, caractérisé en ce que l'enveloppe contient aussi une suite de cloisons espacées et perforées qui font partie du crible et sous les bords inférieurs desquelles tourillonne le transporteur hélicoldal. 6. Ensemble selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que 11 enveloppe contient aussi une suite de cloisons espacées et perforées qui, faisant partie du crible et montées coaxialement sur un support, sont entourées et séparées de l'enveloppe par une hélice transporteuse. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément comporte un compartiment mélangeur par une extrémité duquel pénètre la solution qui en sort par son autre extrémité pour pénétrer dans ladite enveloppe par l'entrée de cette dernière, ce compartiment contenant, d'un bout à l'autre, un support axial auquel sont assujettis, par leur extrémité pointue, une suite de déflecteurs perforés qui ont chacun la conformation d'un secteur circulaire et qui sont décalés axialement et radialement en hélice les uns par rapport aux autres. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce qu'un dispositif permet de déplacer les cloisons dans certaines limites afin de faire varier leur inclinaison par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs décanteurs tubulaires dont les sorties respectives communiquent avec un collecteur transversal le long de ce dernier ; et ce collecteur, qui comporte deux sorties, la première supérieure par laquelle sort le liquide et la seconde centrale et inférieure, con tiens un ensemble tourillonnant de deux hélices transporteuses coaxiales, l'une directe et l'autre rétrograde, qui prennent les sédiments sortant des décanteurs tubulaires et les chassent vers sa seconde sortie par où ils passent dans un accumulateur. 10. Procédé de traitement d'une solution polluée, caractérisé en ce qu'il consiste d'abord à provoquer dans cette solution la séparation des solides et du liquide qui la composent, puis à faire passer ce mélange dans un décanteur tubulaire où se déposent ces solides, puis à déplacer longitudinalement ces derniers dans ce décanteur, enfin à faire sortir de ce dernier par des orifices de décharge différents d'une part l'effluent clarifié et d'autre part les sédiments solides.