Brevet FR2367526A1 — publié le 19780512

La présente invention a pour objet un procédé de traitement de particules solides présentes en suspension liquide sous forme d'une boue à traiter dont on veut extraire au moins une partie des particules solides. L'invention se rapporte également à une installation assurant la mise en oeuvre d'un tel procédé. Il existe de nombreux cas dans l'industrie où l'on désire à un moment donné traiter des boues formées par des particules solides présentes dans une suspension liquide en vue d'en extraire au moins la majeure partie des particules solides présentes dans la suspension. A titre d'exemple on citera le traitement des eaux usées dans lequel on passe habituellement après des processus de concentration à un stade de production de boues dont letraitment final est extrémement difficile. On a souvent recours à des processus biologiques, les boues étant envoyées dans des champs à'épandage lesquels sont une source de lourdes charges d d'investissement, d'infrastructure et de pollution microbienne. Ces boues contenant pour la plus grande partie des particules solides extrêmement fines, notamment colloîdales, il n'est pratiquement pas possible de leur faire subir des opérations efficaces de filtration qui permettraient de séparer les produits solides de la solution liquide, essentiellement constituée par de l'eau, qui pourrait être rejetée dans le milieu naturel. Lorsqu'on utilise des filtres, quelle que soit leur nature, ils s'encrassent très rapidement et deviennent en grande partie inefficaces. A cdté du problème de traitement des eaux usées, d'origine aussi bien domestique qu'industrielle, il existe dans l'industrie de nombreux processus de fabrication qui passent par une étape de mise en suspension liquide de particules solides constituant un bain de préparation d'où l'on extrait, habituellement par la technique des filtres-presses les particules solides mises en suspension. Tel est le cas notamment des industries de la papeterie et du caoutchouc dans lesquelles, en vue de préparer la påte à papier ou la solution de caoutchouc, on extrait à un moment donné de la suspension liquide les particules solides qu'on y a mis à réagir au préalable .Cette séparation s'effectue habituellement par des opérations de filtrage sur des filtres-presses qui permettent d'extraire du bain la plus grande partie des particules solides mises en suspension, ne contenant plus que quelques pour cent de la solution liquide du bain, habituellement une solution aqueuse. La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de particules solides présentes en suspension liquide sous forme d'une boue à traiter dont on veut extraire au moins une partie des particules solides, se caractérisant en ce qu'on soumet ladite suspension à l'action d'un champ électrique entre des électrodes de signes contraires : anodes et cathodes plongeant au moins en partie dans la suspension, on laisse se former au moins sur les électrodes d'une polarité donnée, des dépits électrophorétiques de particules, on racle les dépôts ainsi formés et on les extrait de la suspension sous forme de boues sensiblement asséchées.Ainsi selon l'invention on assure, sans l'utilisation d'aucun filtre mécanique ou chimique (diatomées) sujet à colmatage, une extraction par un procédé électrophorétique des particules solides contenues dans la boue à traiter et qui sont séparées du milieu de la suspension liquide. Le procédé de l'invention peut s'appliquer en continu sur des boues nouvelles amenées en permanence dans l'installation, ou de façon discontinue sur dehors successifs de boues, par exemple contenus dans des bacs de décantation. Ainsi selon l'invention on peut, sans l'utilisation d'aucun filtre et sans avoir à utiliser la solution pleine d'inconvénients des champs d'épandage traiter des boues, quelle que soit leur nature et en extraire d'un côté les particules solides et de l'autre côté une solution liquide épurée qui pourra être soit rejetée dans le milieu naturel soit recyclée totalement ou partiellement dans l'installation. Les particules solides extraites selon le procédé de l'invention se présentent sous forme de dépôts piteux relativement cohérants qu'il sera facile de reprendre à la pelleteuse pour toute utilisation appropriée. Il est à noter que ces dépôts ne contiennent plus que quelques pour cent de la solution liquide dans laquelle ils étaient au préalable en suspension, ce qui correspond habituellement au dégré de séparation souhaité mais très difficile ou impossible à obtenir selon les techniques classiques. L'invention se rapporte également à une installation de traitement de particules solides présentes en suspension liquide sous forme d'une boue à traiter dont on veut extraire au moins une partie des particules solides, l'installation se caractérisant en ce qu'elle comprend - au moins un bac recevant un bain de boue à traiter, - au moins deux plaques d'électrodes de polarités opposées plongeant au moins en partie dans la boue à traiter, - un générateur d'électricité maintenant lesdites électrodes sous une tension relative voulue, - un racleur venant porter contre la ou les faces de la plaque d'électrode sur laquelle se produit un dépôt électro phorAtique, - des moyens pour faire parcourir audit racleur toute la surface de la ou desdites faces de plaques d'électrode et guider en dehors du bac les dépôts électrophorétiques formés et raclés.Selon un mode de réalisation préféré 11 installation utilise au moins une plaque d'électrode de polarité donnée en forme de disque circulaire tournant autour de son axe entre deux électrodes de polarités opposées, lesdites électrodes plongeant au moins en partie dans la boue à traiter, et le racleur précité est fixe et vient porter contre les faces opposées du disque en guidant en dehors du bac les dépôts électrophorétiques formés sur ledit disque. De cette façon l'invention réalise sous la forme d'une installation très simple et de faible encombrement, et également pour une faible énergie électrique consommée, le traitement de quantités de boue, aussi importantes qu'on le veut. Il suffira de dimensionner les électrodes et de les prévoir en nombre suffisant pour le traitement des quantités voulues de boues qui seront, de façon avantageuse amenées en permanence dans le bac de traitement, duquel ressortira une solution liquide appauvrie en particules solides, cette solution appauvrie pouvant Entre recyclée dans l'installation, en totalité ou en partie selon le but poursuivi. L'invention apparattra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant à titre d'illustration un mode de mise en oeuvre de l'invention. Dans ces dessins - la figure 1 montre en vue perspective, schématique, avec éclatement un bac contenant des boues à traiter et équipé pour former une installation de traitement conforme à l'invention - la figure 2 montre, vue de côté avec arrachements partiels de la paroi du bac,l'installation de la figure 1 en position d'utilisation - la figure 3 est une vue par dessus de l'installation - la figure 4 montre de façon schématique comment doit être de préférence conformé le racleur. Selon le mode de réalisation illustré aux dessins une installation conforme à l'invention comprend essentiellement un bac 10 recevant un bain de boue 11 à traiter. La boue à traiter arrive dans le bac 10 par une entrée 12, la solution de boue en partie épurée après traitement sortant du bac en 13, qui forme également trop plein maintenant automatiquement le remplissage du bac au niveau voulu. Le traitement électrophorétique des boues prévu selon l'invention se fait au moyen de plaques d'électrodes de polarités opposées qui plongent en partie dans la boue à traiter (figure 2). Ces plaques d'électrodes comprennent selon l'exemple illustré trois disques tournants 14a, 14b, 14c montés sur un axe commun 15, ces disques tournants entre quatre demi-disques fixes 16a, 16b,16c, 16d. Les disques 14 sont reliés électriquement par l'intermédiaire de leur axe commun conducteur 15 (figure 3) à la borne positive d'un générateur d'électricité 17, tandis que les demi-disques 16 sont reliés à la borne négative de ce meme générateur. Dans l'exemple illustré la connexion électrique entre le générateur électrique 17 et les disques tournants 14 se fait au moyen d'une bague de contact 18 permettant la rotation de l'arbre 15 et d'une connexion électrique de type classique 19 relié à la bague 18 et assurant la liaison avec le fil électrique 20. De façon semblable la liaison entre le générateur 17 et les disques 16 est assurée par une bague de liaison 21 assurant le contact entre le fil électrique 22 et une tige 23 conductrice, par exemple métallique formant également entretoise de positionnement des disques 16. Dans exemple illustré trois entretoises de montage 23, 24, 25 sont utilisées pour assurer une bonne cohésion mécanique à l'enseible. Les demi-disques 16 sont échancrés dans leur partie centrale en 26 (figure 2) pour laisser passer l'arbre 15 sans contact. L'arbre 15 qui porte les disques tournants 14 est monté en rotation à travers les parois latérales 10a, lOb du bac par l'intermédiaire de deux palliers isolants électriques et auto-lubrifiants formés d'un demi-palier 27 et d'un chapeau de palier 28 convenablement fixés par exemple par des écrous 29 se vissant sur des goujons 30 noyés dans les parois 10a, 10b du bac. Les disques tournants sont entra#nés en rotation, dans le sens de la flèche F (figure 2) par l'intermédiaire d'un moteur électrique 31 et d'un réducteur de vitesse 32. Les demi-disques 16 sont montés fixes dans le bac au moyen des entretoises 23, 25 qui sont reçues dans chaque paroi latérale du bac 10a lOb dans des paliers isolants électriques 33, 34. Sur la paroi d'extrémité 10c du bac est fixé par des pattes 35, sur des goujons 36 un racleur 37 qui comporte trois fentes 38a, 38b, 38c dans lesquelles viennent s'insérer chacun des disques tournants 14a, 14b, 14c avec un très faible jeu, de préférence inférieur au millimètre, permettant la libre rotation des disques dans ces fentes mais assurant le raclage et la réception sur le racleur 37 de tout dépôt électrophorétique formé sur les disques 14. Ce racleur doit étre suffisamment rigide, pouvant btre constitué par exemple en une matière plastique dure non conductrice de l'électricité. Deux parois latérales 39 forment en outre raidisseurs et guides pour les dépôts raclés extraits du bac comme il sera expliqué ci-après. De l'autre côté des disques tournants 14 par rapport au racleur 37 est prévu un dispositif essuyeur 40 qui dans l'exemple illustré est monté par deux pattes latérales 41 sur des goujons 42 noyés dans les parois latérales 10a, lOb du bac. L'essuyeur 40 peut entre constitué par exemple par une lame de caoutchouc comportant trois fentes 43a, 43b, 43c laissant passer les disques 14a, 14b, 14c avec un jeu suffisamment grand pour ne pas racler les dépôts électrophorétiques formés sur les disques mais simplement les débarrasser de la boue qui mouille extérieurement ces dépôts. En 44, entraîné par un moteur 45 a été montré un dispositif pour le brassage et l'homogénéisation de la boue admise en 12 dans le bac 10. L'installation ci-dessus décrite fonctionne de la façon suivante. Lorsque sous l'action du moteur électrique 31 et du réducteur de vitesse 32 on fait tourner à faible vitesse dans le sens de la flèche F (figure 2) les disques 14 formant anodes entre lesdemi-disques 16 formant cathodes on crée, au sein du bain de boue, entre les anodes et les cathodes de polarités opposées des champs électriques qui forment, par le phénomène connu d'anaphorèse, des dépôts électrophorétiques sur les disques tournants 14 des particules solides contenues dans les bacs. Ces dépôts électrophorétiques présentent une consistance piteuse et ne retiennent plus que quelques pour cent, par exemple 10 à 2096 de la solution liquide de suapension. Lorsque les disques 14 tournent lentement selon la direction de la flèche F, les dépôts électrophorétiques formés sur les disques tournants dans le bain sont dtabord essuyés dans les fentes 43 de l'essuyeur 40 qui les débarrasse de la boue mouillant la surface des dépôts. Ensuite les disques passent entre les fentes étroites 38 du racleur 37 qui assure le décollement des dépôts électrophorétiques qui glissent sur la surface du racleur 37 pour tomber dans un réceptacle schématisé en 46. Evidemment la vitesse de rotation des disques 14, l'intensité et la tension du courant traversant le générateur 17 et admis aux anodes et aux cathodes seront fonction de la nature du bain et de la dimension des disques. Le demandeur a pu se rendre contre sur une machine prototype que le rendement électrophorétique du procédé était excellent, de l'ordre de 8,5 kwh par tonne de produit solide extrait de la suspension liquide sous forme pâteuse parfaitement manipulable à la pelleteuse. Avantageusement, pour faciliter le- décollement par le racleur 37 des dépôts électrophorétiques formés sur les disques tournants on donnera à la surface du racleur une forme curviligne comme plus particulièrement visible à la figure 2 et à la courbe C de la figure 4. Pour assurer un bon décollement on constate que l'angle de décollement doit étre suffisamment aigu. De façon précise cet angle se mesure en chaque point comme étant formé entre le vecteur vitesse de défilement du disque tournant 14 et la trace sur le plan du disque de la- surface du racleur. Ainsi à la figure 4 la courbe C correspond à un racleur sensiblement conformé comme celui de la figure 2 dans lequel l'angle de décollement y est sensiblement constant quelque soit le rayon RI, R2, R3, R4 du point de décollement du disque considéré. La courbure du racleur allant d'abord en s'élevant permet de faire passer plus facilement les dépôts électrophorétiques en dehors du bac dans le réservoir récepteur 46. Le racleur correspondant à la courbure de la courbe B est également satisfaisant, l'angle de raclageJ31, /3 #2, A# /t 4 étant lui aussi sensiblement constant et aigu tout le long du racleur. Par contre un racleur rectiligne correspondant au segment A ne serait pas satisfaisant car plus l'on s'éloigne vers la périphérie du disque, plus l'angle de décollement est grand, atteignant sensiblement 900 à la périphérie du disque en oye 1. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation et d'application illustré et décrit qui nta été donné qu'à titre d'exemple,ltnvention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. Ainsi en particulier la forme des anodes et des cathodes peut être autre que plate circulaire. De mdme le racleur au lieu d'entre fixe peut être mobile. En outre, selon les techniques connues d'électrophorèse on traitera les bains au moyen d'adjuvants propres à leur conférer les qualités requises d'isolation électrique et d'ionisation permettant à l'action d'électrophorèse d'être conduite dans les meilleurs conditions. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de particules solides présentes en suspension liquide sous forme d'une boue à traiter dont on veut extraire au moins une partie des particules solides, caractérisé en ce qu'on soumet ladite suspension à l'action d'un champ électrique entre des électrodes de signes contraires : anodes et cathodes plongeant au moins en partie dans la suspension, on laisse se former au moins sur les électrodes d'une polarité donnée des dépôts électrophorétiques de particules, on racle les dépôts ainsi formés et on les extrait de la suspension sous forme de boues sensiblement asséchées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour effectuer le raclage des dépôts électrophorétiques on fait défiler en continu au moins les électrodes sur lesquelles se forment les dépôts en les faisant passer successivement et alternativement dans la suspension et hors d'elle et on racle les dépôts formés hors de la suspension. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en vue d'éliminer la plus grande partie de la suspension mouillant les dépôts électrophorétiques, on essuie lesdits dépôts, hors de la suspension, avant de les racler. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au fur et à mesure que l'on retire de la suspension desdites boues sensiblement asséchées, on réintroduit dans la suspension de nouvelles boues à traiter et on élimine les boues appauvries en les recyclant éventuellement avec les nouvelles. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on opère de façon discontinue sur des quantités de boues en suEpension jusqu'à un degré d'épuisement donné de la suspension, puis l'on rejette la suspension partiellement épurée, appauvrie en matières solides et l'on admet de nouvelles quantités de boues à traiter. 6. Installation de traitement de particules solides présentes en suspension liquide sous forme d'une boue à traiter dont on veut extraire au moins une partie des particules solides, caractérisée en ce qu'elle comprend - au moins un bac recevant un bain de boue à traiter, - au moins deux plaques d'électrodes de polarités opposées plongeant au moins en partie dans la boue à traiter, - un générateur d'électricité maintenant lesdites électrodes sous une tension relative voulue, - un racleur venant porter entre la ou les faces de la plaque d'électrode sur laquelle se produit un dépôt électrophorétique, - des moyens pour faire parcourir audit racleur toute la surface de la ou desdites faces de plaques d'électrodes et guider en dehors du bac les dépôts électrophorétiques formés et raclés. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une plaque d'électrode de polarité donnée en forme de disque sensiblement circulaire tournant autour de son axe entre deux électrodes de polarités opposées, lesdites électrodes plongeant au moins en partie dans la boue à traiter, ledit racleur étant fixe et venant porter contre les faces opposées du disque en guidant en dehors du bac les dépôts électrophorétiques formés sur ledit disque. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les disques tournants sont en partie immergés dans la boue et en partie hors d'elle, le racleur étant situé dans sa plus grande partie au moins hors du bain. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le racleur forme avec le disque un angle aigu sur sensiblement toute sa longueur facilitant le décollement du dépôt électrophorétique. 10. Installation selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que plusieurs disques tournants sont montés sur un meme axe parallèlement les uns aux autres formant électrode d'une polarité donnée entre des disques fixes de polarité opposée. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les disques fixes sont sensiblement semi-circulaires faisant face aux disques tournants sur sensiblement toute leur surface immergée dans le bain. 12. Installation selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce qu'il est prévu un dispositif essuyeur à la sortie des disques tournants hors du bain faisant retomber dans le bain la couche superficielle de boue qui mouille les dépôts électrophorétiques formés sur lesdits disques.