Brevet FR2436755A1 — publié le 19800418

La présente invention concerne 1 'épuration des eaux usées dans les industries chimique, métallurgique et dans d'autres secteurs industriels, et a notamment pour objet un procédé -d'abaissement de l'alcalinité des eaux de lavage. L'invention peut être utilisée avec le plus grand succes, par exemple, dans les systemes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des ateliers de convertisseurs. On sait qu'au cours de la fabrication de l'acier dans les convertisseurs, on utilise de la chaux pour la formation du laitier. Lors du chargement de la chaux, ses particules les plus petites sont entraînées hors du convertisseur par les gaz d'échappement résultant du processus et renfermant des constituants acides (C02, Se2). Lors de l'épuration humide des gaz dans les appareils épurateurs de gaz il se forme des dépôts de carbonate dt calcium a la suite du contact de Liteau, saturée en chaux, en cas de sa réutilisation, avec le gaz carbonique: L'importance des dépôts de carbonates est proportionnelle a la concentration de la chaux dissoute dans l'eau. Les dépôts compacts de sels compliquent ltexploitation des appareils épurateurs de gaz, par exemple des #tubes de Venturi, ainsi que celle des systemes d'alimentation en eau. A la suite de la diminution de la section de passage des tubes de Venturi, provoquée par la formation de dépôts compacts, la capacité de passage des appareils épurateurs vis-a-vis des gaz et de l'eau diminue, ce qui affecte le processus d'epuration des gaz. Cette derniere circonstance nécessite des arrêts imprévus des convertisseurs en vue de leur entretien. Etant donné que les dépôts se forment lorsque les épurateurs de gaz sont alimentés en eau par un systeme de recirculation, les accumulations exessives des dépôts peuvent entraîner la mise des épurateurs de gaz des convertisseurs en régime d'alimentation en eau par écoulement direct, c'est- -dire qu'ils empêcfient la création de systemes- d'alimentation en eau de recirculation. Actuellement, l'intensification du procédé au convertisseur a oxygene et la mise en exploitation de convertisseurs dont la capacité est de 300 tonnes, ont pour conséquence une augmentation des quantités de poussières de chaux entrarlnées à l'extérieur, ainsi qu'une augmentation de la consommation d'eau pour l'épuration des gaz. L'épurateur de gaz d'un convertisseur de 300 t consomme 2000 m3/heure d'eau. Compte tenu de l'importance actuelle du problème de la protection des bassins ou pièces d'eau contre la pollution, il est indispensable de créer des systèmes fermés d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des ateliers de convertisseurs. De ce fait, le problème de la prévention des dépôts de sels dans les systèmes d'alimentation en eau et dans les appareils épurateurs de gaz des convertisseurs est devenu très important. Le procédé le plus répandu de traitement stabilisé de l'eau en vue de prévenir la formation de dépôts consiste à traiter l'eau au moyen de réactifs. Ordinairement on utilise deux procédés de traitement de l'eau à l'aide de réactifs: 1. Elevation de la stabilité de l'eau par modification de sa composition chimique: élimination de l'alcalinité initiale et de la dureté de l'eau, provoquant la formation des dépôts de sels. 2. Diminution du pouvoir adhésif des cristaux de carbonate de calcium se formant lors de l'adoucissement de l'eau dans le système d'alimentation en eau. L'expérience acquise au cours de leur exploitation a montré que pour les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs caractérisés#par un degré élevé d'entratnement des poussières de chaux, le premier procédé précité est le plus efficace. En cas d'épuration humide des gaz d'échappement se dégageant au cours du procédé au convertisseur il se forme des eaux usées. On connaît largement un procédé de réduction de la dureté permanente des eaux usées par traitement desdites eaux au carbonate de soude anhydre. Le processus se déroule de la maniere suivante: ledit procédé prévoit d'éliminer de l'eau les sels dissous provoquant la formation des dépôts. Cependant, ce procédé est inutilisable pour le traitement de l'eau de lavage dans les systemes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs, et ce, pour les raisons suivantes. L'utilisation de ce procédé nécessite des consommations considérables d'un réactif dont les quantités disponibles sont limitées (carbonate de soude anhydre). Par exemple, pour l'adoucissement de l'eau utilisée dans un atelier de convertisseurs (#pour une consommation d'eau par épurateur de gaz de 800 m /heure, et une concentration de l'eau en chaux dissoute de 40mg-éq/l), il faut consommer 1,7 t/heure de Na2C03 (produit a 100%). Outre cela, il est avantageux d'adoucir liteau par le carbonate de soude avant son arrivée dans les installations d'epuratiot, afin que les cristaux de carbonate de calcium perdent leur pouvoir adhésif au cours de leur séjour dans les installations d'épuration. Un temps insuffisant de séjour dans les installations d'épuration entraîne un risqu#e d"'engorgement" des canalisations de pression par le carbonate de calcium. Afin d'éviter ce phénomène et pour achever le processus de "vieillissement" des cristaux de carbonate de calcium, il est nécessaire de prévoir des réservoirs complé -mentaires, ce qui augmente les frais et rend plus compliquée l'exploitation. On connais un procédé d'adoucissement de l'eau de lavage au moyen de silicates de métaux alcalins, par leur introduction dans l'eau en quantité stoechiométrique. Le procédé se déroule de la façon suivante: Ce procédé prévoit d'éliminer sous forme de silicates insolubles les sels rendant l'eau dure. Cependant ce procédé est inutilisable pour l'adoucissement de l'eau de lavage dans les systemes d'alimentation en eaux des épurateurs de gaz des convertisseurs, et ce, pour les raisons suivantes: - Il néeessite une consommation#considérable de silicates. Par e mples pour l'adoucissement de l'eau dans un atelier de convertisseurs (la consommation d'eau pour l'épuration des gaz étant de 800 m3/h, et, la concentration de liteau en chaux dissoub etant de 40 mg-éq/l), il faut employer 1,7 t/heure de silicate de sodium (produit a 100%). - Le silicate de calcium qui se forme a la suite de l'adoucissement de liteau est colloidal, ce qui ne permet pas d'éliminer des eaux usées les particules de poussières arrivant avec le gaz. La présence-dans l'eau du silicate de calcium à des concentrations supérieures à 200 mg/l, comme c'est le cas dans le procédé considéré, est préjudiciable à la clarification de l'eau, ce qui affecte le fonctionnement des installations d'épuration et exerce une influence défavorable sur la qualité de l'eau réutilisée pour l'épuration du gaz. Il est universellement connu un procédé d'abaissement de l'alcalinité des eaux usées par traitement de celles-ci aux acides. Normalement on utilise à cette fin de l'acide sulfurique. Toutefois, ce procédé n'est pas utilisable pour le traitement d'eaux usées saturées en chaux dans les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz, à cause du risque de formation de dépôts de gypse dû à l'accumulation de sulfate de calcium dans l'eau lors de son traitement à l'acide sulfurique. De plus, il n'est pas avantageux d'utiliser ce procédé du fait de la consommation considérable d'acide (1,6 t/heure de H2S04 pour l'épuration 3 de gaz de convertisseur avec un débit d'eau de 800 m /heure et à une concentration en chaux de 40 mg-éq/l), On connais en outre un procédé -d'abaissement de la dureté des eaux de lavage due aux-carbonates. Ledit procédé consiste à faire passer l'eau à travers une substance acide échangeuse de cations, ce qui entraîne son adoucissement. Cependant, ce procédé n'a pas trouvé une large application dans les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs, étant donné le coût élevé des installations et des agents chimiques, ainsi que la faible efficacité desdits agents chimiques lorsque la dureté d'eau est supérieure à 10 mg-éq/l. On connaît un procédé de ralentissement de l'extinction de la chaux (de son interaction avec l'humidité contenue dans l'air) en cas de stockage de celle-ci à ciel ouvert: CaO + H20 ACa(OH)2 Un processus analogue de formation d'hydroxyde à partir de l'oxyde de calcium a lieu dans les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs en cas de contact entre les gaz contenant de la poussière de chaux et l'eau de lavage Ce procédé consiste à traiter la chaux avec du silicofluorure de sodium. L'efficacité du silicofluorure de sodium en cas d'utilisation pour limiter la dissolution de la chaux entraînée hors du convertisseur a été verifiee au laboratoire, où on a créé des conditi#ons identiques à celles régnant dans les épurateurs de gaz des convertisseurs en cours de fonctionnement. Une capacité de 4 litres a été remplie d'eau traitée préalablement au silicofluorure de sodium à une concentration de 100 mg/l. On a fait passer à travers l'eau du gaz carbonique et on y a ajouté de la chaux à raison de 5 g de Cas par 1 d'eau à étudier. On a agité d'une façon intense le mélange durant 5 mn et ensuite on a comparé l'alcalinité hydratée résultante de l'eau traitée préalablement au silicofluorure avec l'alcalinité hydratée d'une eau non traitée.Comme les essais l'ont montré, le procède de traitement de l'eau au silicofluorure de sodium dans le but de limiter le degré de dissolution de la chaux est inutilisable pour les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs, à cause de la faibleefficacité de ce procédé (ne dépassant pas 13%). On connaît en outre un procédé d'abaissement de l'alcalinité des eaux de lavage. Ce procédé concerne l'épuration des eaux usées utilisées dans les systèmes d'élimination hydraulique des cendres, par exemple dans les centrales électriques de production simultanée d'énergie électrique et thermique, où lteau, une fois les cendres éliminées est envoyée dans un bassin d'eau. Le-but dudit procédé est dtabaisser l'alcalinité des eaux de lavage avant leur évacuation dans un bassin. Ce but visé est atteint du fait que l'on introduit dans l'eau, avant son mélange avec les cendres, des sels solubles de magnésium qui, en se mélangfflant avec les constituants alcalins, forment des dépôts difficilement solubles qui enveloppent les particules de cendres et empêchent la lixiviation des constituants solubles contenus dans les cendres, de continuer. On introduit additionnellement dans l'eau du chlorure de magnésium après saturation de l'eau en sels soumis à une hydrolyse (par exemple en silicates), en vue de faire précipiter les anions des acides faibles, ce qui empêche leur hydrolyse ultérieure avec formation d'hydrate d'ions. L'efficacité de l'utilisation du chlorure de magnésium pour l'abaissement de l'alcalinité des eaux de lavage dans les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs a été vérifiée au laboratoire, où on a simulé les conditions dans lesquelles fonctionnent les épurateurs de gaz des convertisseurs. Les résultats des études ont montré que le traitement de l'eau au chlorure de magnésium à une concentration comprise entre 100 et 200 mg/l permet de diminuer dans une proportion de 10 à 20% la dissolution de la chaux. Un tel procédé n'est pas acceptable pour les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs, à cause de son efficacité insuffisante. La présente invention vise à limiter l'alcalinité et la dureté des eaux usées résultant de l'épuration humide des gaz chargés de poussières provenant des installations métallurgiques. La mise en oeuvre de la présente invention permet d'effectuer l'alimentation en eau des épurateurs de gaz (par exemple ceux des convertisseurs) en circuit fermé. On s'est proposé pour cela de créer un procédé d'abaissement de l'alcalinité et de la dureté des eaux usées utilisées pour l'épuration de gaz, en employant à cette fin un agent chimique qui freinerait la lixiviation des constituants solubles contenus dans les poussières. Ce problème est résolu du fait que le procédé d'abaissement de l'alcalinité des eaux de lavage dans un système d'alimentation en eau, notamment d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des installations métallurgiques, dans lesquelles l'eau, après avoir été séparée de la boue, est réutilisée pour l'épuration des gaz d'échappement charges de poussières, est caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on introduit dans l'eau, avant son utilisation pour l'épuration du gaz, du verre soluble à raison de 30 à 100 mg par litre d'eau, la température de l'eau étant maintenue à une valeur ne dépassant pas 25 à 280C. Il est nécessaire de maintenir une telle température afin de conserver les propriétés de sorption du verre soluble après le chauffage de l'eau au contact du gaz. Il est avantageux d'utiliser un verre soluble dont le poids spécifique n t est pas inférieur à 1,4. L'utilisation d'un produit ayant une telle caractéristique lui assure un pouvoir de sorption maximal. Le procédé conforme à l'invention prévoit de limiter la dissolution de la chaux dans l'eau de lavage de 98 à 100%. Le traitement de l'eau au verre soluble empêche l'apparition dans liteau, lors-de son contact avec le gaz, de la composante hydratée de l'alcaîinité, qui, lors de la réutilisation de liteau, participe au processus de formation de dépôts: L'autre forme-d-'alcalinité, celle bicarbonatée, caractérisée par la présence dans l'eau du bicarbonate d'ions (ho03), ne présente dans le cas considéré aucun risque du point de vue de la formation de dépôts. L'action du verre soluble consiste en ce qui suit. Le verre soluble (polysilicate) se dépose sur les particules de chaux et réduit sa dissolution de 30 à 40%. La présence des polysilicates intensifie très fortement l'activité du gaz carbonique se dissolvant dans l'eau au cours de l'épuration humide, en augmentant sa capacité réactionnelle. La composante hydratée de l'alcalinite, apparaissant à la suite de la dissolution partielle de la chaux et d'une hydroly#se des polysilicates, entre en réaction avec l'excédent de gaz carbonique et-se transforme en composante bicarbonatée: OH' + C02 r HIC0' 3 De la sorte, la présence des polysilicates dans lteau eRpêhe l'accumulation d'hydrate d'ions et de sels causant la dureté de l'eau, partiellement grâce a la limitation de la dissolution de la chaux et partiellement grâce à la transformation de l'aîcalinité hydratée en celle bicarbonatée. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé illustrant schématiquement le déroulement du procédé de traitement des eaux au moyen de verre soluble conformément à l'invention, par exemple dans les systèmes d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des ateliers de convertisseurs. L'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs s'effectue en circuit fermé. Les gaz d'échappement provenant des convertisseurs dans le sens montré par la flèche A arrivent le long d'une canalisation de gaz dans les-appareils d'épuration de gaz 1 (figure 1), par exemple dans des tubes de Venturi, où ils entrent en contact avec l'eau. Les gaz épurés sont évacués dans le sens montré par la flèche A' et sont ensuite soit évacués à l'atmosphère soit utilisés. A la suite de l'épuration des gaz il se forme des eaux usées qui sont envoyées dans le sens nontré par la flèche B aux installations d'épuration 2, par exemple à des décanteurs radiaux, dans lesquels elles sont débarrassées des impuretés mécaniques. A partir des installations d'épuration 2, l'eau clarifiée acheminée dans le sens montré par la flèche B' arrive dans la chambre de réception 3 d'eau chaude, d'où, à l'aide d'une pompe 4, elle est amenée à un dispositif de refroidissement 5. L'eau refroidie est acheminée dans le sens de la flèche B" et s'accumule dans une chambre de réception 6 d'eau froide, pour être ensuite réutilisée pour l'épuration du gaz. Le verre soluble est introduit par doses dans liteau clarifiée suivant la flèche K. L'eau traitée au verre soluble et prête à la réutilisation est amenée à l'épurateur de gaz à l'aide d'ume pompe 7 dans le sens montré par la flèche B"'. Pour assurer une action efficace du verre soluble, la température de l'eau arrivant à l'épuration de gaz ne doit pas dépasser 25 à 28=C. La consommation minimale d'eau pour l'épuration du gaz provenant de chaque 3 convertisseur est de 300 à 400 m /heure. La boue s'accumule au fond du décanteur radial 2, d'ou elle est refoulée par une pompe à boue 8 dans le sens de la flèche C vers un appareil d'épaississement 9. Le traitement de l'eau au verre soluble ne diminue pas la lixiviation de la chaux dans la pulpe de boue qui se dépose au fond des décanteurs radiaux, de sorte qu'au cours de l'exploitation du procédé il n'est pas recommandé de permettre une recirculation de la boue et son mélange avec les eaux usées. La boue qui a subi un épaississement dans l'appareil 9 est envoyée par la pompe 8 dans le sens de la flèche C' vers un dispositif de filtrage 10, par exemple vers un filtre à vide. La boue humide après le filtrage est évacuée dans le sens de la flèche D-, et est ensuite séchée et utilisée, L'excédent de pulpe de boue arrivant au dispositif de filtrage 10 retourne dans le sens de la flèche C' à l'appareil d'épaississement 9. Le mélange de la pulpe de boue en excès venant du dispositif de filtrage 10 avec les eaux usées du cycle fermé n'est pas admissible, puisque le verre soluble ne limite pas la lixiviation de la pulpe de boue. Depuis la partie supérieure de l'appareil 9, la phase liquide séparée de la pulpe de boue dans le sens montré par la flèche N et le filtrat provenant du dispositif de filtrage 10 dans le sens de la flèche N' sont dirigés vers la chambre de distribution du décanteur radial 2. Les courants mentionnés ci-dessus, qui sont constitués par la phase liquide de la pulpe de boue, ont une alcalinité hydratée élevée, car la lixiviation de la chaux contenue dans la pulpe de boue n'est pas limitée par le verre soluble. L'eau à alcalinité hydratée arrivant dans le circuit fermé d'alimentation en eau doit etre meiangée à l'eau de recirculation avant d'atteindre les installations d'epuration, afin de prévenir la formation de dépôts dans les canalisations et les appareils d'épuration de gaz. Lè procédé proposé de traitement de l'eau au verre soluble a été essayé dans un systeme d'alimentation en eau des épurateurs de gaz des convertisseurs dans une entreprise métallurgique. Au cours des essais industriels le fonctionnement du système d'alimentation en eau a été caractérisé par les facteurs suivants: - la consommation totale d'eau pour l'épuration du gaz provenant de l'atelier de convertisseurs a été de 500 à 700 m3/heure; - les pertes d'eau, sans compter celles dues à l'évaporation, n'ont pas été supérieures-à 1,5%. On a utilise, pour le traitement de liteau, du verre soluble sous forme d'un produit marchand dont le poids spécifique était de 1,4 à 1,46. La dose de verre soluble a été de 75 à 100 mg/l d'eau de recirculation. La consommation totale de verre soluble a été de 40 à 70 heure, et elle variait en fonction du nombre de convertisseurs fonctionnant simultanément. L'exploitation d'essai, dans des conditions industrielles, du cycle fermé d'alimentation en eau avec utilisation de verre soluble a montré l'efficacité du procédé. A la suite des essais on a constaté ce qui suit: 1. L'alcalinité hydratée de l'eau arrivant aux appareils d'épuration de gaz des convertisseurs a été de O à 1 mg-éq/l, contre 44 mg-éq/l en cas de fonctionnement sans traitement de l'eau; ainsi, l'efficacité technologique du procédé conforme à l'invention a été de 97,7 à 130%. 2. Les essais ont montré que la présence de verre soluble dans l'eau exerce une influence positive sur le fonctionnement des installations d'épuration et sur le filtrage de la boue: a) la clarification de liteau est devenue meilleure, la concentration de la suspension dans l'eau après le décanteur a été réduite de 120 mg/l à 70 mg/l; b) l'humidité de la boue après les filtres à vide a été réduite de 35 à 28%. 3. Un examen périodique visuel (unefastous les 3 à 5 jours) des tiges métalliques montées pour le contrôle dé la quantité de dépôts dans les tubes de Venturi, et la vérification des surfaces intérieures des tubes de Venturi à l'achèvement des essais, ont montré l'absence de dépôts compacts de sels. Cela a été aussi prouvé par les indications des manomètres en U qui, au cours d'une exploitation de 4 mois, ont montré qu'il n'y avait pas d'augmentation de la résistance des épurateurs de gaz, qui peut être provoquée par les dépôts. Tous les facteurs mentionnés ci-dessus témoignent d'une influence positive du verre soluble sur le fonctionnement du système d'alimentation en eau et des appareils épurateurs de gaz des ateliers de convertisseurs. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n' a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'abaissement de l'alcalinité des eaux de lavage dans un système d'alimentation en#eau, notamment d'alimentation en eau des appareils épurateurs de gaz des installations métallurgiques, du type dans lequel l'eau, après séparation de la boue, est réutilisée pour l'épuration des gaz d'échappement chargésde poussières, caractérisé en ce que, avant-de procéder à l'épuration de l'eau pour la débarrasser des gaz, on y introduit du verre soluble à raison de 30 à 100 mg par litre d'eau, la température de l'eau étant maintenue à une valeur ne dépassant pas 25 a 28 C. 2. Procédé d'abaissement de l'alcaîinité des eaux de lavage selon la revendication#l, caractérisé en ce que l'on utilise du verre soluble dont le poids spécifique n'est pas inférieur à 1,4.