Brevet FR2483799A1 — publié le 19811211

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour le traitement des liquides, dans le but deen séparer, par voie gravitaire, des matières en suspension, telles que des floculats résultant du traitement d'eaux usées. La séparation de telles matières peut s'effectuer par décantation vers le fond, lorsque les boues sont plus lourdes que le liquide, ou par décantation vers la surface, généralement appelée flottation, lorsque les boues sont plus légères et en particulier chargées de bulles gazeuses t celles-ci peuvent avoir été créées artificiellement pour accélérer le phénomène, par divers moyens tels qu'injection d'air comprimé, détente d'eau pressurisée ou électrolyse : on parle alors d'aéro-flottation zutou d'électro-flottation. Le processus est mis en oeuvre dans des cuves équipées de racleurs ou suceurs destinés à recueillir et extraire les boues, tandis qu'une canalisation avec trop-plein évacue les eaux épurées. Si l'on se réfère au cas où la décantation s'effectue vers le bas, c'est-à-dire à celui des appareils généralement dénommés décanteurs, l'organe qui permet le ramassage des boues et leur extraction est bien entendu placé à la partie inférieure de la cuve. Dans les appareils destinés à séparer des boues légères, généralement dénommés flottateurs, la cuve de décantation fonctionne en sens inverse, de sorte que l'organe extracteur est alors placé à sa partie supérieure, mais le déroulement du phénomène de ségrégation est tout à fait semblable à ce qui se produit dans le cas précédent. De façon générale, la relative lenteur du processus exige des appareils d'un assez fort volume, à l'intérieur desquels se forment progressivement un flux de liquide épuré et un flux épaissi en boues. Le temps de ségrégation est proportionnel à la hauteur de la veine fluide, de sorte qu'il est inutile d'accroître celle-ci et qu'il est, par conséquent, impossible d'augmenter le débit maximal admissible sans augmenter de façon correspondante la surface au sol de l'installation. On se rend ainsi compte qu'il y a intérêt à superposer plusieurs cuves de faible hauteur, dans la mesure où il est possible de recueillir la matière solide décantée sous forme de boues dans chacune d'elles. C'est pourquoi on a développé divers types de séparateurs "lamellaires", dont chaque élément est destiné à traiter une veine liquide plus ou moins large, mais de faible épaisseur. Ces séparateurs sont constitués, par conséquent, d'une ou plusieurs batteries de plaques rapprochées, éventuellement ondulées ou nervurées, ou encore d'empilements de rayonnages en nid d'abeilles, organes montés entre des parois verticales qui servent généralement de support, pour former des séries de tubes parallèles plus ou moins aplatis. Pour permettre l'évacuation des boues, ces divers éléments sont disposés obliquement, selon une pente suffisamment faible pour ne pas empecher la formation des deux flux, l'un épuré, l'autre, le long de l'une des parois inclinées, progressivement chargé de boues t cette pente, cependant, doit être suffisante pour permettre aux matières décantées de glisser progressivement le long de cette paroi pour se séparer à l'une des extrémités.A moins d'accepter une décantation transversale ayant pour inconvénient un traitement peu homogène, la disposition, de préférence, est telle que le mouvement des matières solides se fasse en sens inverse de la direction générale d'écoulement du liquide, de façon que la séparation qui précède l'extraction se produise dans une zone collectrice opposée à celle où se trouve la conduite d'évacuation du liquide épuré. En pratique, la pente idéale, limitée à la fois par l'encombrement vertical et la baisse corrélative d'efficacité de l'appareil, est comprise entre une trentaine de degrés, dans les appareils à co-courant, et une soixantaine de degrés, dans les appareils à contre-courant, plus efficaces quant à l'épuration finale, mais plus encombrants en hauteur, ce qui peut constituer un inconvénient notable. La conception des décanteurs se heurte à une difficulté importante, du fait que l'une des connexions, celle destinée à l'évacuation du liquide épuré ou, de préférence, celle destinée à l'alimentation en liquide à traiter, doit se faire dans la région de "séparation", où les boues quittent les éléments inclinés, avant, si elles sont lourdes, de tomber vers le fond. Ceci exige, en pratique, une alimentation purement latérale de chaque batterie de plaques et conduit donc à placer latéralement, en les intercalant par conséquent entre les batteries successives, des systèmes plus ou moins complexes de conduits d'alimentation et de transfert évitant de créer des turbulences de nature à remettre les matières solides en suspension. La difficulté rencontrée sur les appareils lamellaires de flottation, à leur partie supérieure cette fois, est tout à fait analogue. L'invention a pour but de permettre la construction d'appareils exempts de ces difficultés, qui seront par conséquent de fabrication plus simple et d'utilisation plus économique. Leur structure leur confèrera en outre, à volume égal, un rendement d'extraction supérieur pour un encombrement vertical réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de séparation par décantation de matières solides en suspension dans une veine liquide lamellaire en mouvement selon un trajet incliné par rapport à l'horizontaleOOn impose à ladite veine liquide un coude inversant son mouvement vertical, la ségrégation des matières solides en suspension s'effectuant à co-courant dans la première partie du trajet, puis à contre-courant dans sa seconde partie, la séparation des boues obtenues en vue de leur extraction intervenant à la partie extérieure du coude, après une phase de décantation transversale. La veine liquide est donc pliée en sa partie médiane et, de façon typique, on fait suivre à cette veine liquide, descendante sur les décanteurs de boues lourdes lors de la première partie du traitement, et montante dans la seconde, deux directions de circulation successives inverses, en la repliant entièrement à 1800, en une épingle à cheveux dont les deux branches, situées côte à côte et en règle générale de longueurs voisines, voire égales, sont avantageusement disposées symétriquement par rapport à un plan vertical. L'écoulement des matières solides décantées s'effectue ainsi le long de l'une des faces inclinées de l'épingle et leur séparation à l'extérieur du coude qui relie les deux branches. Par souci de clarté des explications, la suite de la présente description se réfèrera essentiellement aux décanteurs de boues lourdes, étant entendu que les explications données se transposent immédiatement aux flottateurs. Sur un tel décanteur, le liquide, pour passer de la veine aller à la veine retour correspondante, placées côte à côte, tourne de 1800 à la partie inférieure, autour d'un axe situé dans un plan vertical, tandis que les matières solides continuent à décanter vers la face inférieure de l'épingle, pour se séparer verticalement à partir de l'extrémité inférieure du tournant en direction d'une zone collectrice d'où pourra se faire leur extraction. Avantageusement, une succession de circuits en épingles sont superposés le long d'un même plan vertical, pour former une rangée dont toutes les ouvertures homologues sont situées à un même niveau. Chaque canal de décantation possède une section aplatie plus ou moins rectangulaire, dont la largeur ne soit pas excessive. Le dispositif de mise en oeuvre est donc constitué d'une ou plusieurs batteries de passages tubulaires conjugués en séries de deux canaux contigus inclinés, raccordés entre eux et disposés de manière à former un trajet en épingle, dont l'une des branches est en communication avec l'alimentation en liquide chargé de matières en suspension et l'autre avec l'évacuation en liquide clarifié, ceci à des niveaux voisins, l'épingle formée par deux canaux contigus communiquant, au voisinage de son coude et au bout de la paroi de glissement des matières solides, avec un bassin collecteur muni d'un moyen d'extraction des matières solides décantées. D'une façon avantageuse, le coude de l'épingle peut être, sur la partie de sa face externe ou périphérique opposée à ladite paroi de glissement, fermé par une paroi isolant dans une large mesure le courant liquide en circulation du bassin collecteur avec lequel l'épingle ne communique plus que par une fente relativement étroites Chaque circuit en épingle se trouve ainsi bien isolé. Le canal amont et le canal aval correspondant étant placés côte à c8te, les rangées successives engendrent des nappes obliques superposées, dont les épingles dessinent les lignes de plus grande pente. Les nappes successives débouchant à un même niveau, tant à leur partie inférieure qu'à leur partie supérieure généralement noyée dans le liquide, une batterie de tubes se présente donc, en quelque sorte, sous forme d'un faisceau oblique de passages tubulaires, sectionné selon deux plans horizontaux.Ces passages sont reliés séparément au voisinage du premier de ces plans à deux circuits de circulation du liquide et, au voisinage du second plan, à leur débouché sur le bassin collecteur muni par exemple d'un racleur de boues, communiquent au contraire deux à deux, L'ensemble de l'appareil sera avantageusement constitué par une batterie de canaux lamellaires à section rectangulaire engendrés par un réseau constitué de parois parallèles superposées obliquement, formant le toit et le plancher de chaque élément et coupées transversalement, à intervalles réguliers, de cloisons verticales.Ces dernières sont raccourcies, une fois sur deux, de façon à dessiner plusieurs nappes superposées d'épingles analogues, dont les canaux de même nature seront de préférence alignés selon des plans verticaux et reliés les uns à des chenaux d'alimentation, les autres à des chenaux d'évacuation du liquide. Il est encore possible de constituer les canaux ou passages tubulaires à l'aide d'éléments coulissants démontables, insérés par exemple entre des parois verticales parallèles espacées d'une distance correspondant à la largeur d'une ou de plusieurs épingles. On peut aussi envisager d'utiliser des réseaux de forme hexagonale plus ou moins aplatie, ou triangulaire, pour drainer les boues le long d'une ligne de la paroi inférieure de chaque tube. En raison de la forme plate des canaux, cette solution est toutefois relativement peu intéressante : elle aboutit à compliquer la construction de l'appareil; d'autre part, elle conduit en règle générale à décaler en quinconce les ouvertures de séparation, ce qui peut avoir tendance à augmenter la perturbation apportée à l'écoulement des boues sortant d'une épingle par la proximité des coudes appartenant aux épingles voisines. Enfin, le sens de la circulation du liquide dans deux épingles successives d'une même nappe sera avantageusement inversé. Chaque tube aller ou retour pourra alors communiquer à la fois avec les deux tubes voisins, sauf bien entendu aux extrémités de l'appareil, regroupant ainsi en quelque sorte deux canaux juxtaposés qu'il est devenu inutile de séparer par une paroi. Dans une variante avantageuse, le tracé des épingles est gaucho: leurs branches descendantes et leurs branches ascendantes, toujours alignées respectivement dans des plans verticaux parallèles, restent inclinées dans le même sens,mais selon des pentes différentes, adaptées l'une à la décantation à co-courant, l'autre à la décantation à contre-courant. On se rend compte que la surface au sol d'un dispositif conforme à l'invention est quelque peu supérieure à celle d'un appareil de type classique,mais que son encombrement vertical est très diminué, ce qui peyp constituer un avantage très important. La structure d'un tel dispositif sera expliquée cidessous de façon détaillée dans son application à des décanteurs à plaques parallèles e Dans cette description, on se réfèrera aux dessins annexés, sur lesquels Les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques, en perspective, illustrant le procédé de 11 invention dans son application à deux types de décanteurs à plaques parallèles t Les figures 3 et 4 représentent les plaques utilisées dans le décanteur de la figure 1 ; Les figures 5 et 6 sont des vues, respectivement de dessus et en coupe longitudinale suivant la ligne VI-VI de la figure 5, d'un décanteur comportant plusieurs batteries de plaques parallèles ;; Les figures 7 et 8 sont des vues, respectivement de dessus et en coupe longitudinale suivant la ligne Vili-Vili de la figure 7, d'un autre type de décanteur comportant plusieurs batteries de plaques parallèles ; La figure 9 est une coupe transversale partielle illustrant l'évacuation des matières solides décantées dans un décanteur à trémies 2 La figure 10 illustre un autre mode d'alimentation latérale, en liquide à clarifier, d'un décanteur conforme à l'invention : La figure la est une coupe suivant la ligne Xl-Xl de la figure 10. On se réfèrera d'abord à la ligure 1, qui représente, sous forme schématique, un bassin de décantation 1, équipé d'une seule série de plaques parallèles 2 qui, dans cet exemple, sont des plaques planes, représentées en détail sur la figure 30 Ces plaques 2 sont inclinées par rapport à l'horizon tale et elles comportent une échancrure 3, dans laquelle est engagée une cloison 4, qui divise le bassin 1 en deux biefs parallqles, l'un 5, raccordé à l'alimentation en liquide contenant des matières solides en suspension, des eaux usées par exemple, l'autre 6, connecté à l'évacuation du liquide clarifié. Le liquide à clarifier s'écoule donc suivant la flèche F1, dans le bief 5,et pénètre dans les passages tubulaires définis par les différentes plaques 2, la cloison 4 et la paroi latérale 7 du bassin 1, dans lesquels il s'écoule vers le bas, suivant la flèche F2, tandis que les particules solides qu'il contient s'écoulent également vers le fond, à co-courant par conséquent, le long des plaques inclinées. Arrivée à la base de la cloison 4, le liquide à clarifier passe dans le bief 6, où il remonte suivant la flèche F3 dans les passages tubulaires formés par les #laques 2, la cloison 4 et la paroi latérale 8 du bassin 1 parallèle à la paroi 7, tandis que, dans ces passages, les produits solides continuent à descendre vers le fond, la séparation s'effectuant par conséquent à contre-courant. Le liquide clarifié s'écoule ensuite suivant la flèche F4 vers l'évacuation, en direction de tout autre dispositif, tandis que les solides ainsi séparés, des boues par exemple, sont repris par un système de raclage tel qu'un convoyeur à palettes 9, qui les entraîne vers un ensemble d'extraction. Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, les veines de liquide qui s'écoulent entre les plaques 2 subissent donc un changement de direction à 1800 et suivent un trajet en épingle, dont le coude se situe à la base de la cloison 4, les matières solides se séparant, par gravité, d'abord à co-courant, puis à contre-courant du liquide à clarifier, après une phase de décantation transversale. Les plaques 2 pourront être supportées par des taquets fixés sur les parois latérales 7 et 8. La cloison 3 sera amovible et pourra être réalisée en un matériau quelconque0 Les plaques 2 pourront avantageusement comporter, à leur partie inférieure, en retrait sur le nez des plaques une partie en saillie 10, formant déflecteur et ne iaisg qu'un passage étroit pcssr l'écoulement des matières solides, Les deux parties 2a et 2b des plaques 2, séparées par l'échancrure 3, peuvent être dans un meme plan ou non, suivant que l'on veut donner ou non une meme inclinaison aux plaques dans les deux biefs 5 et 6.Si l'inclinaison désirée doit etre différente, on utilisera avantageusement une plaque telle que la plaque 12, représentée sur la figure 4, dans laquelle les parties 123 et éventuellement l2b1séparées par l'échancrure 13, sont gauchies par rapport à la partie 12c qui correspond au coude0 La figure 2 illustre une autre forme de mise en oeuvre de l'invention. Dans cette forme de mise en oeuvre, on utilise précisément des plaques comportant des parties d'inclinaison différente, c'est-à-dire non coplanaires. Ces plaques 13, disposées comme précédemment en parallèle dans un bassin de décantation 14,équipé dans sa partie inférieure d'un racleur 15, comportent deux échancrures, dans lesquelles sont engagées des cloisons 16, parallèles aux parois latérales 11 du bassin la avec lesquelles elles définissent un bief central 17arelié à l'amenée du liquide comportant des particules en suspension, et deux biefs latéraux 17bwreliás à l'évacuation du liquide de clarifié.La partie centrale 13a des plaques 13 a une inclinaison, par rapport au fond du bassin, différente de celle des parties latérales 13b et une longueur supérieure. Le liquide à clarifier s'écoule d'abord à la partie supérieure du bief 17a dans le chenal central l8a, suivant la flèche F'1, et pénètre dans les passages tubulaires définis par les parties 13a des plaques 13 et les cloisons 16, dans lesquels il se dirige vers le fond, les particules solides s'écoulant à co-courant dans la même direction. Les veines de liquide circulant dans les différents passages subissent ensuite une déflexion à la base des cloisons 16, où elles se divisent en deux, suivant les flèches F'2 et F'3, pour passer dans les biefs latéraux 17b et remonter, en sens inverse de leur direction précédente, dans les passages tubulaires définis par les parties 13b des plaques 13, la cloison 16 et les parois latérales Il du bassin 14, après avoir été déviées par les déflecteurs 19, prévus à la base des plaques 13. Les particules solides continuent à descendre vers le fond, au-delà du nez des plaques, en direction du racleur 15, qui les entraîne vers les organes d'extraction. Pour leur part, les eaux clarifiées sont finalement évacuées suivant les flèches F'4 vers un collecteur d'évacuation, par les chenaux 18b, situés à la partie supérieure des biefs l7b. On peut naturellement apporter de nombreuses modifications aux systèmes qui viennent d'être décrits, sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que les figures 5 et 6 représentent un bassin de décantation 21, comportant une pluralité de cloisons longitudinales 22a, 22b parallèles aux parois latérales 23 du bassin et définissant une pluralité de biefs 24a et 24b garnis de plaques inclinées 25. Les biefs 24# sont fermés à leur extrémité aval et ouverts à leur extrémité amont, par laquelle ils communiquent avec un canal 26 d'alimentation en liquide chargé de particules solides en suspension. Les biefs 24b, au contraire, sont fermés à leur extrémité amont, mais ouverts à leur extrémité aval, par laquelle ils communiquent avec un canal 27 d'évacuation des eaux clarifiées.Les plaques 223 sont interrompues à leur partie inférieure avant les plaques 22b pour former des passages par lesquels le liquide qui circule entre les plaques inclinées 25 disposées dans deux biefs contigus est transféré de chaque canal lamellaire 28a dans le canal correspondant 28b,en passant sous les cloisons 223,au niveau desquelles, guidé de préférence par des déflecteurs 29 entre les cloisons 22b, il subit une inversion à 1800 de sa direction a d'écoulement. Le racleur 30 achemine les particules solides décantées, des boues par exemple, vers une trémie 31, d'où elles sont extraites par un suceur 32. Les figures 7 et 8 représentent une variante du décanteur selon les figures 5 et 6 Dans cette variante, des cloisons longitudinales 33 divisent toujours le bassin 34 en une pluralité de biefs parallèles 35a et 35b coupés ressectivement de plaques 36a et 36b et communiquant respectivement avec un canal 37 d'alimentation en liquide à traiter et avec un canal 38 d'évacuation des eaux clarifiées, mais les séries de plaques de chaque bief, amont et aval, ont des inclinaisons différentes, par exemple de 300 par rapport à la verticale pour les plaques 36a des canaux amont 39a et de 60Q pour les plaques 36b des canaux aval 39b et sont mises en place à travers des trémies décalées longitudinalement de façon à se correspondre à leurs parties inférieures e Enfin a toutes les cloisons 33 sont interrompues à la même hauteur de sorte que chaque canal lamellaire communique avec les canaux voisins correspondants de deux rangées, la circulation du-liquide s'effectuant jusqu a un déversoir 40, comme le montrent schématiquement les flèches. Dans cette variante également, le racleur 41 achemine les matières solides décantées vers une trémie 42, où elles sont reprises par un suceur 43. Comme représenté sur la figure 9, un meme bassin 44 peut comporter une pluralité de trémies 45 équipées chacune d'un système d'aspiration 46 indépendant. Les figures 10 et il illustrent enfin un décanteur 50 divisé longitudinalement, par une cloison 51, en deux parties 52 et 53, munies chacune de plaques inclinées 54, la partie amont 52 étant alimentée latéralement en liquide à traiter par une goulotte 55, munie d'un déversoir 56, tandis que le liquide clarifié est évacué latéralement de la partie 53 vers une goulotte 57 par un second déversoir 58 ,les plaques inclinées montant au moins jusqu'au niveau de celui-ci. Avec un tel système, on peut dire que chaque espace tubulaire formé par deux plaques contigues parallèles est alimenté indépendamment, ou est connecté indépendamment au système d'évacuation, ce qui assure une grande régularité du débit. On pourrait bien entendu apporter d'autres modifications aux systèmes qui viennent d'être décrits etfen particulier, prévoir éventuellement un système d'arrosage en pluie des canaux ou goulottes d'alimentation en liquide à traiter0 Il paraît notamment superflu de décrire en détail la structure d'un flottateur, structure qui est simplement inversée par rapport aux précédentes, sauf bien entendu pour ce qui est des alimentations, remontées au niveau de la surface libre du liquide. XEVEEDICATIONS l.- Procédé de séparation par voie gravitaire de matières solides en suspension dans une veine liquide lamellaire en mouvement selon un trajet incliné par rapport à l'horizontale, caractérisé en ce que l'on impose un coude à ladite veine liquide, le déplacement de la veine liquide s'effectuant ainsi successivement en deux directions ayant des composantes verticales opposées, la ségrégation des matières en suspension se produisant à co-courant suivant la première partie du trajet, et à contre-courant suivant la seconde, la séparation des matières en vue de leur extraction s'effectuant à la partie extérieure du coude après une phase de ségrégation transversale0 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trajet de la veine fluide forme une épingle dont les deux branches sont situées dans des plans verticaux parallèles et inclinées dans le même sens. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le trajet de la veine liquide est replié à 1800, les deux branches de l'épingle ayant des longueurs sensiblement égales. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux branches de l'épingle sont symétriques par rapport à un plan vertical0 5.- Procédé selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que l'épingle est gauchiea la branche à co-courant étant plus longue et moins inclinée que la branche à contre-courant. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liquide emprunte en parallèle plusieurs trajets en épingle. 7.- Dispositif pour la séparation par décantation lamellaire de matières solides en suspension dans un liquide, comprenant une ou plusieurs batteries de passages tubulaires raccordés à un système d'alimentation (5) en liquide chargé de particules en suspension, un système d'évacuation (6) du liquide clarifié et un bassin collecteur muni d'un moyen d'extraction (9) des particules solides décantées, caractérisé en ce que lesdits passages tubulaires sont conjugués en séries de deux canaux inclinés, raccordés entre eux de manière à former un trajet en épingle dont l'une des branches est en communication avec l'alimentation (5) en liquide chargé et l'autre avec l'évacuation (6) en liquide clarifié, ceci à des niveaux voisins, l'épingle communiquant, au voisinage de son coude, avec le bassin collecteur. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le trajet du liquide suivant chacune des branches d'une épingle est défini par deux plaques parallèles entre elles, inclinées par rapport à l'horizontale, les plaques parallèles (2a, 12a) de l'une des branches étant séparées des plaques (2b, 12b) de l'autre branche, parallèles ou non aux précédentes, par une cloison (3, 13) verticale interrompue à une extrémité et dont l'arête définit ainsi la partie intérieure du coude dudit trajet en épingle. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le coude de l'épingle est fermé, sur la partie de sa face externe ou périphérique opposée à la paroi de glissement des matières solides, par une paroi (10) isolant le courant liquide en circulation du moyen d'extraction (9). 10.- Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il comprend une batterie de passages tubulaires à section rectangulaire engendrés par un réseau constitué de parois parallèles (2) superposées obliquement, formant le toit et le plancher de chaque élément et coupées transversalement, à intervalles réguliers, de cloisons verticales (4), raccourcies une fois sur deux au moins à une même extrémité, de façon à dessiner plusieurs nappes superposées d'épingles analogues, dont les passages de même nature, reliés les uns à des chenaux d'alimentation, les autres à des chenaux d'évacuation du liquide, sont alignés dans des plans verticaux. llo Dispositif selon la revendication PO, caractérisé en ce que toutes les cloisons verticales intermédiaires (33) sont raccourcies, chaque canal à l'exception des canaux extrêmes communiquant ainsi avec deux canaux voisins 12.- Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que les canaux raccordés au système d'ale mentation ont une pente inférieure à celle des canaux raccordés au système d'évacuation0 13.- Dispositif selon l9une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les passages tubulaires sont délimités au moins partiellement par des éléments coulis sants démontables (2-4, 13-16), insérés entre des parois verticales parallèles (7, 8), espacées d'une distance correspondant à la largeur d'une ou de plusieurs épingles. 14.- Application du procédé et du dispositif selon l'une des revendications 1 à 13 à la décantation de boues lourdes. 15.- Application du procédé et du dispositif selon l'une des revendications 1 à 13 à la flottation de boues légères.