Brevet FR2484286A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne un appareil pour séparer par flottation les matières en suspension ou en émulsion de liquides. L'appareil de l'invention comprend un récipient de flot- tation avec une enveloppe extérieure, une alimentation en li- quide à traiter, un dispositif pour évacuer le liquide traité et un dispositif pour évacuer la mousse flottée. Le procédé de séparation des matières en suspension des liquides par flottation est souvent plus efficace que les pro- cédés reposant sur une séparation des matières en suspension sous l'effet de la pesanteur par sédimentation, et éventuelle- ment que les procédés utilisant une filtration de fluides. En particulier, dans les cas o les matières en suspension sépa- rées ont tendance à flotter spontanément, les procédés de flottation sont aussi économiquement avantageux. C'est par exemple le cas, lorsqu'on doit clarifier des eaux résiduaires contenant des graisses dans l'industrie de la viande et lors- qu'on clarifie des eaux résiduaires contenant des huiles de l'industrie alimentaire, des usines pétrochimiques et simi- laires. Plus généralement pour séparer par flottation des matiè- res en suspension de liquides on ajoute des agents de flotta- tion. L'application de la séparation par flottation à des eaux résiduaires, dont souvent la quantité est importante, pose ce- pendant certaines difficultés avec les appareils de flotta- tion actuellement utilisés. Actuellement la plupart des types d'appareils de flotta- tion utilisés pour traiter des quantités importantes de liqui- des, ont la forme de récipients rectangulaires faits princi- palement de béton. Pour introduire et distribuer l'air dans l'appareil de flottation, on sature sous pression d'une partie du liquide à traiter avec de l'air (sous une pression de 0,3 à 0,5 MPa) ce qu'on effectue en amont du récipient de flotta- tion. Ensuite, après abaissement de la pression, on mélange le liquide saturé d'air avec le courant principal de liquide à traiter et on introduit le mélange des deux liquides dans un récipient de flottation o le surplus d'air se sépare sous forme de petites particules d'air adhérant à la surface des matières en suspension dans le liquide. Les particules en sus- pension avec les particules d'air séparées sont ensuite ame- nées à la surface du récipient de flottation o on les élimi- ne mécaniquement avec des râteaux ou des dispositifs d'aspi- ration. On doit également évacuer une partie des matières en suspension qui tombent au fond du récipient de flottation. Souvent, on utilise aussi pour cela des râteaux. On a également récemment utilisé des appareils de-flot- tation ayant la forme de récipients cylindriques verticaux. Dans ce cas, on introduit le liquide à traiter et une partie du liquide à traiter saturé sous pression avec de l'air, après abaissement de la pression, dans un espace central de distri- bution dans la partie inférieure de l'appareil de flottation.- On élimine les matières en suspension flottant à la surface et une partie des matières en suspension sédimentées au fond de l'appareil de flottation, avec des râteaux ou des disposi- tifs d'aspiration de la boue flottée, comme dans le cas d'un appareil de flottation rectangulaire. Dans-ce cas les dispo- sitifs de ratissage et d'aspiration sont fixés sur un bras tournant autour d'un axe central. Ces dispositifs mécaniques pour éliminer les matières en suspension flottées et sédimentées sont relativement compli- qués dans le cas de gros récipients et compliquent la cons- truction du récipient proprement dit de l'appareil de flotta- tion. En particulier, dans le cas d'appareils de flottation opour obtenir le rendement nécessaire de la séparation des matières colloïdales en suspension on ajuste le pH à une va- leur atteignant 3 par l'emploi d'acides et o l'enveloppe ex- térieure de l'appareil de flottation doit résister aux acides, les dispositifs précités d'élimination de la boue accroissent fortement le coût de l'appareil. Un des objectifs de l'invention est l'élimination ou au moins la diminution importante des inconvénients précités. L'appareil de l'invention comporte une cloison détermi- nant un espace de flottation, dans lequel débouche l'alimenta- tion du liquide à traiter qui dans sa partie inférieure s'élar- git vers le haut et, à l'endroit de sa largeur maximale o commence sa partie supérieure, se rétrécit vers le haut jusqu' à son sommet o se trouve l'entrée d'un dispositif d'élimina- tion de la mousse flottée qui poursuit son trajet incliné vers le bas audelà du dispositif de flottation, des ouvertures de transfert étant ménagées dans la cloison au-dessus de l'en- droit o commence la partie supérieure de l'espace de flotta- tion au voisinage de l'enveloppe extérieure, ces ouvertures réunissant l'espace de flottation avec un espace de collecte du liquide clarifié formé entre la cloison de la partie supé- rieure de l'espace de flottation et la partie opposée de l'en- veloppe extérieure, une paroi de déviation étant placée devant ces ouvertures de transfert pour éviter le passage des matiè- res en suspension flottées dans l'espace -de collecte du liqui- de clarifié. On peut introduire le liquide à traiter dans un espace de rétention délimité par une enveloppe extérieure dans la partie inférieure de l'espace de flottation. L'espace de rétention peut avoir une disposition coaxiale dans la partie inférieure de l'espace de flottation et son enveloppe extérieure peut avoir la forme d'un récipient ouvert au fond avec un bord inférieur élargi, l'alimentation du li- quide à traiter débouchant dans la partie supérieure de ce récipient, la partie la plus basse de l'espace de flottation étant raccordée à un dispositif pour éliminer la boue sédimen- tée tandis que le sommet de l'espace de flottation peut com- porter des râteaux entraînés. Il est avantageux du point de vue de la fabrication et du fonctionnement que l'enveloppe extérieure du récipient de flottation, la cloison de l'espace de flottation, l'entrée du dispositif d'élimination de l'écume flottée, le dispositif d' élimination de la boue sédimentée, ainsi qu'éventuellement 1' enveloppe extérieure limitant l'espace de rétention soient coaxiaux. Dans un appareil avantageux pour la séparation d'émul- sions de graisses non stabilisées, l'alimentation du liquide à traiter débouche dans la partie inférieure de l'espace de flottation et des éléments d'aération raccordés à une alimen- tation en air sont disposés au-dessus de cette alimentation en liquide. Des exemples de modes de réalisation de l'appareil de l'invention sont représentés schématiquement sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale verticale d'un appa- reil; et - la figure 2 est une coupe verticale de la partie infé- rieure d'un appareil convenant à la séparation des émulsions de graisses. Dans un récipient constitué d'une enveloppe extérieure cylindrique 1 et d'un fond 14, une cloison 2 détermine un espace de flot- tation 3. La partie inférieure de la cloison 2 s'élargit vers le haut et au niveau de sa largeur maximale o elle atteint l'enveloppe extérieure 1, elle se continue par sa partie su- périeure qui se rétrécit vers le haut jusqu'à un sommet. La partie supérieure de la cloison 2 forme avec l'enveloppe ex- térieure 1 un espace de collecte 4 du liquide clarifié qui comporte un bac de collecte 5 et un dispositif 6 pour éliminer le liquide clarifié. L'espace de flottation 3 communique avec l'espace 4 de collecte du liquide clarifié par des ouvertures de transfert 7 ménagées dans la cloison 2 à proximité de l'enveloppe exté- rieure 1. Une cloison de déviation 8 protégeant ces ouvertures contre les courants ascendants de particules flottantes est disposée devant les ouvertures de transfert pour empêcher le passage des matières en suspension flottées dans l'espace de collecte 4 du liquide clarifié. La cloison 2 en forme d'entonnoir s'étend à sa partie su- périeure au-dessus de la surface 9 du liquide. Un dispositif d'élimination de l'écume flottée ayant une direction incli- née vers le bas et sortant de l'appareil de flottation par la partie inférieure de l'enveloppe extérieure 1 a une ouverture d'entrée centrale à la surface de l'espace de flottation 3 qui permet l'élimination de l'écume flottée sous l'effet de la pesanteur. On peut utiliser des râteaux 11 fixés sur un arbre 12 d'un dispositif d'entraînement 13 à la surface de l'espace de flottation 3. Un dispositif 15 d'élimination de la boue sédimentée est raccordé à la partie la plus basse de l'espace de flottation 3. Un espace de rétention 16 dont l'enveloppe extérieure 22 a la forme d'un récipient ouvert vers le bas avec un bord in- férieur élargi est disposé dans la partie inférieure de l'es- pace de flottation 3 qui se rétrécit en entonnoir vers le bas. Une canalisation d'alimentation 17 amenant un mélange de li- quide à traiter et d'une partie du liquide à traiter saturé d'air, traverse la partie supérieure de l'enveloppe extérieu- re 22. Une pompe foulante appropriée dont la sortie comporte un éjecteur d'air réalise la saturation en air. Ce dispositif connu n'est pas représenté sur la figure. On introduit par la canalisation 18 le liquide avec de l'air dilué sous une pression de 0,3 à 0,5 MPa dans le cou- rant principal de liquide pompé par la pompe foulante dans la canalisation d'alimentation sous pression 19 conduisant à 1' appareil de flottation. Un détendeur 20 est disposé dans la canalisation d'alimentation 19 en aval de la sortie de la ca- nalisation 18 introduisant une partie du-liquide saturé d'air sous pression. Le mélange de liquide et de particules d'air séparées passent par le passage 21 autour du bord inférieur de l'enve- loppe extérieure 22 de l'espace de rétention 16 pour pénétrer dans l'espace de flottation 3. L'espace de rétention 16 est raccordé par une canalisation de déaération 24 avec le milieu situé au-dessus de la surface libre 9. On peut de façon avantageuse disposer de façon coaxiale l'enveloppe extérieure 1, la cloison 2, l'enveloppe extérieure 22, l'entrée du dispositif d'élimination 10 et l'entrée du dispositif d'élimination 15. Dans l'appareil illustré par la figure 2, l'espace de ré- tention 16 et la canalisation d'alimentation 17 introduisant le mélange sont éliminés et au contraire une canalisation d' alimentation 25 introduit le mélange à traiter et au-dessus de l'ouverture de cette canalisation 25, également dans la partie inférieure de l'espace de flottation 3, se trouvent des éléments d'aération 26 raccordés à une alimentation d'air 27. L'appareil qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante. On pompe le liquide dans l'appareil de flottation sous une pression de 0,3 à 0,5 MPa. Une partie du liquide à traiter (environ 20% de la quantité totale),saturée d'air sous pression est introduite dans la canalisation 19 d'alimentation sous pression. Le détendeur 20 abaisse la pression dans la canalisation d'alimentation 17 à la valeur correspondant à la hauteur de la colonne de liquide dans l'appareil de flottation. L'excès d'air se sépare dans l'espace de rétention 16, o la canalisation d'alimentation 17 débouche, sous forme de par- ticules d'air qui sont essentiellement fixées à la surface des particules en suspension dans le liquide et provoquent la flottation dans l'espace de flottation 3. On peut ajouter au liquide des agents chimiques pour accroître par coagula- tion la taille des particules en suspension-ou ajouter des agents de flottation pour accroître l'effet de flottation. La séparation des particules d'air, après l'abaissement de la pression, nécessite un certain temps, de l'ordre de dizaines de secondes et la rétention du liquide dans l'espace de rétention 16 permet d'obtenir ce temps de séparation. Le liquide et les particules d'air séparées qui de façon prépon- dérante adhèrent aux particules solides présentes dans le li- quide, pénètrent par le passage 21 dans l'espace de flottation 3. Les particules d'air font flotter à la surface les parti- cules de la suspension ou de l'émulsion. La cloison 2. en forme d'entonnoir dans la partie supérieure de l'espace de flotta- tion 3 guide de façon avantageuse le courant de matières en suspension flottées vers le centre si bien que l'écume qui flotte dans toute la section transversale du récipient de flottation est concentrée sur une faible surface au sommet de l'espace de flottation 3 qui va en se rétrécissant. Ceci sim- plifie fortement l'élimination de l'écume flottée et par exem- ple un dispositif simple de-ratissage, par exemple un râteaux l1 ayant un diamètre correspondant à la surface réduite de 1' espace de flottation à la surface de l'appareil suffit pour ratisser la mousse et l'introduire dans le dispositif d'ali- mentation 10 qui est formé d'une simple canalisation dont 1' entrée est en position centrale au-dessus de la surface de 1' espace de flottation 3. Le dispositif d'élimination 10 sort de l'appareil de flottation dans une direction inclinée qui as- sure une vidange sous l'effet de la pesanteur. Un espace 4 sert à contenir et à éliminer le liquide cla- rifié. Cet espace 4 communique avec l'espace de flottation 3 par les ouvertures de transfert 7 précitées, ménagées dans la cloison 2 à proximité de l'enveloppe extérieure 1. Pour éviter l'entrée des matières en suspension flottées dans l'espace de collecte 4 du liquide clarifié, une paroi de déviation 8 est disposée devant les ouvertures de transfert 7 dans l'espace de flottation 3, pour dévier l'écoulement devant l'entrée des ouvertures de transfert en un courant descendant et pour qu'il s'effectue une séparation de toutes les particules plus légè- res que le liquide afin que le liquide sans matières en sus- pension flottantes pénètre dans l'espace 4 de collecte du li- quide clarifié. Le liquide clarifié débarrassé par flottation des matières en suspension ou en émulsion, est recueilli par le bac de collecte 5 et évacué par le dispositif d'élimination 6. L'appareil illustré par la figure 2 convient à la décom- position d'émulsion de graisses non stabilisées. Cet appareil fonctionne de la façon suivante. On introduit des eaux rési- duaires avec des émulsions non stabilisées de graisse ou d' huile par l'alimentation 25 dans la partie inférieure de 1' espace de flottation 3 o également on introduit de l'air dis- tribué par les éléments d'aération 26. L'air introduit accélère la coagulation et la flottation des particules de graisse et d'huile qui s'élèvent à la sur- faces de l'espace de flottation 3. Les autres fonctions de 1' appareil sont les mêmes que celles de l'appareil illustré par la figure 1. Les appareils décrits présentent de nombreux avantages. Un avantage principal porte sur l'élimination de l'écume flot- tée et de la boue sédimentée. Comme l'espace de flottation-se rétrécit vers l'axe, des mécanismes compliqués et coûteux de collecte ou d'aspiration de l'écume flottée sur toute la sec- tion transversale de l'appareil et d'élimination de la boue sédimentée au fond de l'appareil, sont inutiles. Ceci permet de réduire nettement le prix des appareils de grande capacité. La construction du récipient est également simplifiée et il n'est pas nécessaire de prévoir la suspension des chaînes d' entraînement des racleurs des récipients rectangulaires ou les dispositifs de guidage et de fixation des bras tournants des dispositifs de raclage ou d'aspiration des récipients cylin- driques. La simplification de la construction du récipient est par- ticulièrement importante dans un appareil de flottation o on effectue la flottation à un pH bas (jusqu'à pH 3) o tout 1' appareil doit être fait d'un matériau résistant aux acides et l'utilisation des mécanismes habituels d'élimination de 1' écume et de la boue accroît considérablement le coût global. L'appareil de l'invention améliore également les paramW- tres opératoires et en particulier réduit la teneur en liquide de l'écume flottée par suite d'un meilleur épaississement dans la partie conique s'ouvrant au sommet qui réduit la section transversale de l'espace de flottation. La déshydratation est meilleure que celle obtenue avec un appareil d'aspiration dans lequel on aspire la mousse sur la totalité de la surface, ce qui est coûteux. Un autre avantage qui ne peut pas être négli- gé, est là diminution du coût de la maintenance. REVENDICATIONS 1. Appareil pour séparer par flottation les matières en suspension ou en émulsion de liquides caractérisé en ce qu'il comprend: un récipient avec une enveloppe extérieure (1) une cloison (2) dans l'enveloppe extérieure délimitant un espace de flottation (3) avec une partie supérieure et une partie in- férieure, un dispositif (17) d'introduction du liquide à trai- ter, un dispositif (6) d'élimination du liquide traité, un dispositif (10) d'élimination de l'écume flottée et un dispo- sitif (15) d'élimination de la boue sédimentée, la partie in- férieure de l'espace de flottation s'élargissant du bas vers le haut pour se poursuivre par une partie supérieure se ré- trécissant vers le haut jusqu'à un sommet, un dispositif (17) d'introduction du liquide à traiter débouchant dans l'espace de flottation (3), le dispositif (10> d'élimination de l'écume comportant une entrée au sommet de l'espace de flottation et poursuivant un trajet incliné vers le bas pour sortir du ré- cipient de flottation, un espace de collecte (4) du liquide clarifié formé entre l'enveloppe extérieure (1) du récipient et la partie supérieure de la cloison (2) formant la partie supérieure de l'espace de flottation, des ouvertures de trans- fert (7), ménagées dans la cloison au-dessus de sa largeur ma- ximale, réunissant l'espace de flottation (3) et l'espace (4) contenant le liquide clarifié, une paroi de déviation (8) dis- posée devant lesdites ouvertures de transfert pour empêcher le passage de la suspension flottée dans l'espace de collecte du liquide clarifié, un bac de collecte (5) et un dispositif (6) pour éliminer le liquide clarifié à la partie supérieure de l'espace de collecte (4) du liquide clarifié. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un espace (16) de rétention du liquide à trai- ter dans la partie inférieure de l'espace de flottation (3) délimité par une enveloppe extérieure (22) l'alimentation (17) en liquide à traiter débouchant dans cet espace de rétention. 3. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'espace de rétention (16) est en disposition coaxiale dans la partie inférieure de l'espace de flottation (3), l'en- veloppe extérieure (22) de l'espace de rétention a la forme d'un récipient ouvert au fond avec un bord inférieur élargi, l'alimentation (17) en liquide à traiter débouchant dans la partie supérieure de ce récipient. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie la plus basse de l'espace de flottation (17) est raccordée à un-dispositif (15) d'élimination de la boue sédi- mentée. - 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un racleur entraîné (11) est disposé à la partie supérieu- re de l'espace de flottation. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure du récipient de flottation (11), la cloison (2) formant l'espace de flottation, l'entrée du dispositif (10) d'élimination de l'écume flottée et le dispo- sitif (15)> d'élimination de la boue sédimentée sont coaxi. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérise en ce que l'alimentation (25) en liquide à traiter débouche dans la partie inférieure de l'espace de flottation (3) et des éle- ments d'aération (26) raccordés à une alimentation d'air (27) sont disposés au-dessus de cette alimentation en liquide à traiter. a