Brevet FR2488868A1 — publié le 19820226

i Procédé d'épuration électrochimique de liquides pollués et appareil pour sa réalisation. L'invention concerne l'épuration de liquides pollués et plus précisément les procédés d'épuration électrochimique de liquides pollués et les appareils pour leur réalisation. L'invention peut 8tre utilisée pour l'épuration de liquides pollués par des matières organiques, suspen- sions mécaniques, substances tensio-actives, etc. L'invention peut aussi trouver une application avantageu- se dans l'épuration de liquides pollués par des polymères et des produits pétroliers, par exemple des eaux usées contenant des huiles et des corps gras. Ces derniers temps, parmi les procédés connus d'épuration de liquides pollués, ceux d'épuration électro- chimique connaissent une utilisation toujours plus large grâce aux grandes possibilités technologiques qu'ils offrent (procédés d'électroflottation et d'électrocoagu- lation). On connait des procédés d'épuration électro- chimique de liquides discontinus et continus. Ces derniers semblent devoir être les plus utilisés. Dans un procédé réalisé à l'aide d'un appareil d'épuration électrochimique (certificat d'auteur URSS nO 407844) l'épuration électrochimique d'un liquide pollué est réalisée en le mélangeant dans une chambre d'électro- coagulation et dans l'espace entre les électrodes et au- dessus d'elles, avec les produits de solution des électro- des, puis en séparant l'écume et la boue qui se forment du liquide épuré dans une chambre de décantation. L'appareil pour la réalisation du procédé décrit comporte une chambre de décantation qui communique avec une chambre d'électrocoagulation qui se trouve à l'intérieur d'elle et, dans sa partie inférieure, un système d'électrodes solubles. La chambre d'électrocoagulation est munie d'une tubulure d'amenée de liquide pollué disposée au-dessous des électrodes solubles, et la chambre de décantation est munie d'une tubulure d'évacuation du liquide épuré. Pendant l'épuration, le liquide pollué contenant des additifs électrolysant (acide chlorhydri- que, chlorure de sodium) passe entre les électrodes solubles qui sont sous tension. Il se forme alors des hydroxydes du métal des électrodes, qui servent à coaguler les impuretés du liquide épuré. Le liquide à épurer parcourt le tube de circulation et est amené dans la chambre de décantation oh l'écume et la boue sont séparées du liquide et sont ensuite évacuées par flux séparés. Le liquide à épurer, qui passe entre les électrodes, les encrasse et entraîne leur passivation accélérée, ce qui entratne une consommation accrue d'énergie électrique, la nécessité de les nettoyer fréquemment, ce qui revient à dire que le rendement de l'appareil baisse. On conna5t un probédé d'épuration électrochimi- que des liquides pollués et l'appareil pour sa réalisation (brevet Japon nO 52-14397), caractérisé en ce que la chambre d'électrocoagulation est utilisée pour obtenir des coagulants en y amenant de l'électrolyte pur, l'épura- tion du liquide ayant lieu dans une autre chambre o est amené le liquide à épurer qu'on mélange avec l'électro- lyte contenant les coagulants qui est amené de la chambre d'électrocoagulation. Une telle technologie et un tel appareillage diminuent considérablement le dépôt des impuretés sur la surface des électrodes consommables. Les propriétés de coagulation et de flottation sont alors utilisées dans une mesure sensiblement moindre, parce que, lors du passage de l'électrolyte de la chambre d'électrocoagulation à celle de décantation, il se produit l'égrégation des coagulants (hydroxydes du métal des électrodes solubles et des bulles de gaz se formant sur la surface des électrodes solubles), ce qui fait que leur surface spécifique diminue, ce qui entratne une diminution des propriétés de coagulation et de flottation respectivement. Les facteurs mentionnés ont une influence négative sur le rendement de l'appareil. En outre, l'appareil de ce type demande une surface plus grande qu'il ne le faut pour l'installation de l'appareil réalisé d'après le certificat d'auteur URSS n0 407 844 ayant le meme rendement. On connaît des procédés d'épuration électro- chimique et des appareils pour leur réalisation qui sont caractérisés en ce que le liquide pollué est amené dans une chambre d'électrocoagulation par une tubulure disposée au-dessus des électrodes solubles, l'électrolyte pur étant amené en flux ascendant qui passe par l'espace entre les électrodes. Le mélange du liquide pollué avec les produits de la solution des électrodes n'a lieu que dans l'espace au-dessus des électrodes. Ce procédé et l'appareillage pour sa réalisation est caractérisé en ce que l'épuration du liquide se fait sans provoquer encras- sement des électrodes et donc avec des propriétés de coagulation et de flottation moins altérées. Le rendement desdits procédé et appareillage est supérieur à celui du procédé et de l'appareillage décrits dans le brevet Japon nO 62-143 973. Un procédé réalisé à l'aide de l'appareil pour l'épuration électrochimique de liquides pollués (certifi- cat d'auteur URSS n0 644 738) comprend le mélange du liquide pollué, dans la chambre d'électrocoagulation, au-dessus des électrodes solubles, avec un flux ascendant d'électrolyte contenant les produits de solution des électrodes ainsi que la séparation de la mousse et de la boue qui se sont formées du liquide-pollués dans la chambre de décantation. L'appareil pour la réalisation dudit procédé comprend une chambre de décantation qui, par l'intermé- diaire d'une conduite de recirculation, communique avec une chambre d'électrocoagulation montée à l'intérieur de la chambre de décantation et ayant, dans sa partie inférieure, un système d'électrodes solubles, une tubulure d'amenée du liquide pollué dans la chambre d'électrocoagu- lation et une tubulure d'évacuation du liquide épuré de la chambre de décantation. La tubulure d'amenée du liquide pollué dans la chambre d'électrocoagulation est installée au-dessus des électrodes solubles. Il faut installer ladite tubulure de manière que la distance entre elles et les électrodes permette d'éviter l'encrassement de la surface des électrodes solubles au cours de l'épura- tion. Par exemple, en utilisant une tubulure de forme cylindrique, cette distance est égale de 1 à 7 fois le diamètre de la tubulure. L'inconvénient principal de la technologie décrite ci-dessus consiste dans le fait que, dans l'espace de la chambre d'électrocoagulation, entre la tubulure d'amenée de liquide pollué et les électrodes solubles, il se produit une agrégation intense de coagulants et de bulles de gaz provoquée par un tourbillonnement des flux d'électrolyte. Cependant, si l'on diminue la distance entre la tubulure et les électrodes, ces dernières s'encrassent, ce qui est indésirable. Cet inconvénient détermine la limite au rendement de l'appareil décrit, et du procédé qu'il met en oeuvre. L'invention vise à mettre au point un procédé d'épuration électrochimique d'un liquide pollué et un appareil pour sa réalisation qui permette d'augmenter leur rendement au-moyen d'une plus complète utilisation des produits de solution des électrodes installées dans -30 la chambre d'électrocoagulation, ainsi que d'une intensification du processus de coagulation des impuretés contenue dans le liquide pollué. Le procédé d'épuration électrochimique d'un liquide pollué conforme à l'invention consiste: à faire passer l'électrolyte sous forme d'un flux ascendant dans l'espace entre des électrodes solubles installées dans une chambre d'électrocoagulation; à mélanger le liquide pollué dans ladite chambre, au-dessus des électrodes solubles, avec un flux ascendant d'électrolyte contenant les produits de solution électrodes; et à séparer dans une chambre de décantation l'écume et la boue qui se forment; et il est caractérisé en ce que les flux à mélanger sont portés à des températures différentes, le flux de liquide pollué étant chauffé et celui d'électro- lyte refroidi. Le mélange des liquides avec températures diffé- rentes se déroule d'une manière plus intense que si les- dits liquides avaient une même température et il en résul- te une élévation du rendement d'épuration due à l'accrois- sement de la vitesse de coagulation. En outre, le liquide pollué chauffé peut 8tre amené dans la chambre d'électro- coagulation plus près des extrémités supérieures des électrodes, ce qui permet d'utiliser un plus grand volume de la chambre aux fins de mélangeage et de diminuer l'intensité d'agrégation des particules coagulantes et flottantes de l'électrolyte. Ce facteur est à la base d'une plus complète utilisation des produits de solution des électrodes et donc une baisse de pertes d'énergie électrique. Comme le montre la pratique, il est avantageux de chauffer le liquide pollué jusqu'à une température comprise entre 40 et 800C, ainsi que de refroidir de l'électrolyte jusqu'à une température comprise entre et 250C. L'appareil pour la réalisation du procédé conforme à l'invention comporte une chambre de décantation avec une tubulure d'évacuation du liquide épuré, qui communique avec une chambre d'électrocoagulation installée à l'intérieur de la chambre de décantation et ayant, dans sa partie inférieure, un système d'électrodes solubles, une tubulure d'amenée de liquide pollué dans la chambre d'électrocoagulation et une tubulure d'amenée de l'électrolyte, et il est caractérisé en ce que la tubulure d'amenée de liquide pollué est connectée à un réchauffeur et la tubulure d'amenée d'électrolyte est connectée à un réfrigérant. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec référence au dessin non limitatif annexé dont la figure unique représente une vue schématique d'un appareil d'épuration électrochimique conforme à l'invention. Le procédé revendiqué d'épuration électro- chimique d'un liquide pollué est réalisé comme suit. Le flux de liquide pollué amené dans la chambre d'électrocoagulation est chauffé jusqu'à une température comprise entre 40 et 8000, le flux d'électrolyte étant refroidi jusqu'à une température comprise entre 5 et 2500. Ensuite le flux chauffé de liquide pollué est mélangé dans la chambre d'électrocoagulation, au-dessus des électrodes solubles, avec le flux ascendant d'électrolyte refroidi contenant les produits de solution des électrodes. L'écume et la boue qui se forment sont séparées dans une chambre de décantation. L'appareil pour la réalisation du procédé ci- dessus décrit (comme montré sur la figure unique du dessin) comporte une chambre de décantation 1 qui commu- nique avec une chambre d'électrocoagulation-2 installée à l'intérieur d'elle. Dans la partie inférieure de la chambre d'électrocoagulation 2 est installé un système d'électrodes en plaque solubles 3 faites, par exemple, en aluminium, une tubulure 4 d'amenée de liquide pollué et une tubulure 5 d'amenée d'électrolyte. La chambre de décantation 1 est munie d'une tubulure 6 d'évacuation du liquide épuré. La tubulure 4 d'amenée de liquide pollué est connectée à un réchauffeur 7 et la tubulure 5 l'est à un réfrigérant 8. Un mélangeur 9 sert à obtenir l'électrolyte. Dans le dessin est également montré d'une façon conventionnelle un dispositif 10 destiné à l'éva- cuation de l'écume de l'appareil. L'appareil décrit fonctionne comme suit. Avant de procéder à l'épuration d'un liquide pollué, la cavité de la chambre d'électrocoagulation 2 et celle de la chambre de décantation 1 sont remplies d'électrolyte (eau industrielle contenant une quantité peu importante d'acide chlorhydrique ou de chlorure de sodium). Aux électrodes 3 est amené un courant électrique continu qui, en traversant lesdites électrodes et l'électrolyte provoque une formation, à la surface des électrodes 3, d'hydroxydes d'aluminium et de bulles de gaz remontant vers la partie supérieure de la chambre d'électrocoagulation 1. Après 25 à 30 secondes, comptées à partir du début de l'amenée du courant électrique aux électrodes 3, on admet, dans la chambre d'électrocoagula- tion 2, par la tubulure 4, le liquide pollué chauffé par le réchauffeur 7 jusqu'à une température comprise entre 40 et 8000. Le liquide pollué et les hydroxydes d'aluminium interagissant, la coagulation des particules d'impuretés contenues dans le liquide à épurer a lieu, ce qui aboutit à l'agrégation de ces particules; les agrégats formés sont entra nés par les bulles de gaz vers le haut de la-chambre d'électrocoagulation 2. Le liquide ainsi traité parvient dans la chambre de décantation 1 oh il est séparé de l'écume et de la boue. L'écume est évacuée de l'appareil par le dispositif 10, le liquide pollué sortant par la tubulure 6. La présence, dans l'appareil d'épuration électrochimique d'un liquide pollué, du réchauffeur 7 pour le chauffage du liquide pollué et du réfrigérant 8 pour refroidir l'électrolyte permet de diminuer la distance entre la tubulure 4 d'amenée de liquide pollué et les électrodes 3, et d'intensifier le mélange du liquide pollué avec l'électrolyte. Ces facteurs permettent d'accroître le rendement de l'appareil et de diminuer les pertes d'énergie électrique. A titre d'exemple, considérons un appareil d'épuration électrochimique de liquides pollués, contenant une chambre 2 cylindrique d'électrocoagulation d'un diamètre de O,3 m et d'une hauteur de 3 m, une cham- bre 1 cylindrique de décantation d'un diamètre de 1,2 m et d'une hauteur de 1,1 m. Dans la partie inférieure de la chambre 2 d'électrocoagulation à une distance de 2d de la tubulure 5 sont installées 10 paires d'électrodes en pla- que d'aluminium 3 dont la surface totale est de 3 m2. En amont de la tubulure 4 est installé le réchauffeur 7 et en amont de la tubulure 5, le réfrigérant 8. Une tension de 10 V étant appliquée aux électrodes et la température du liquide pollué étant de 60 0, l'appareil épurait, Jusqu'à une teneur en impuretés de 6 à 36 mg/l, 7,2 m3/h de liquide qui, avant l'épuration, avait contenu plus de 2000 mg/l d'impuretés organiques. La consommation d'énergie électrique était de 1,4 kWh/m3 et d'aluminium, de 86 g/m3. Les calculs ainsi que l'analyse du liquide épuré et de l'écume évacuée de l'appareil montrent que sur le total d'hydroxydes d'aluminium 92 à 98% ont été utilisés. Toutefois l'appareil d'après le certificat d'auteur URSS n 644 738, utilisé pour l'épuration d'un liquide analogue et réalisant le procédé d'épuration électrochimique avec une même température du liquide pollué et de l'électrolyte a les caractéristiques suivantes: - rendement: 5,2 à 6 m3/h - consommation d'énergie électrique: 2,5 kWh/m3 - consommation d'aluminium: 160 g/m3 - pourcentage d'utilisation d'hydroxyde d'aluminium: 55 à 60%. Les caractéristiques de la présente invention seront illustrées par les exemples concrets de sa réalisation. Exemple 1.- Un liquide pollué était épuré selon l'invention d'une manière suivante. le liquide pollué contenant des huiles émulsifiées en quantité de 2400 mg/i et ayant une viscosité de 0,72 x 103 N.s/m2 et une densité de 0,980 g/cm3 était chauffé Jusqu'à 4000. L'électrolyte (eau industrielle contenant une petite quantité d'acide chlorhydrique) était refroidi Jusqu'à 50C et on le faisait passer entre les électrodes solubles d'aluminium, lesdites électrodes étant sous une tension continue de V. Pendant une heure 7,0 m3/g de liquide pollué était épuré. Le liquide épuré évacué de la chambre de décanta- tion contenait 10,0 à 24,0 mg/i d'impuretés. Le taux d'épuration était de 99,2 à 99,8%. Le tableau ci-après reprend d'autres exemples (exemples 2 à 9) de réalisation du procédé proposé d'épuration d'un liquide pollué avec, comme application, l'épuration d'un liquide de coupe contenant avant l'épuration 2400 mg/i d'impuretés. (Voir tableau page suivante) e Exemple Température Température Densité Viscosité Concentration RendeConsomma- du liquide de l'élec- du du liquide d'impuretés ment tion pollué trolyte liquide pollué, dans le de l'p- d'énergie pollué, Ns liquide pareil, électri- g/cm3 x1 épuré, m3/h que3 mg/I kWh/m3 2 40 10 0,980 0,684 6,36 6,2 2,0 3 40 20 0,980 0,684 " 5,9 2,2 4 30 5 0,990 0,870 " 5,8 2,1 60 5 0,973 0,543 " 6,4 1,8 6 60 20 0,973 0,543 " 7,2 1,4 7 80 15 0,960 0,441 " 7,0 1,6 8 90 15 0,952 0,392 " 6,7 1,9 9 35 30 0,993 0,940 " 5,6 2,5 o tu Co OD o 1 1 Dans les exemples repris dans ce tableau le liquide épuré contenait 6 à 36 mg/i d'impuretés. Comme le montre le tableau (exemple 5), le rendement le plus élevé de l'appareil est obtenu en cas de chauffage du liquide pollué jusqu'à 6000 et de refroidissement de l'électrolyte à 2000. La température du liquide pollué dépassant 8000, ses viscosité et densité diminuent ce qui provoque un agrandissement des bulles de gaz et une altération de leur pouvoir de flottation. En cas de températures supérieures à 90 C une vaporisation intense du liquide pollué a lieu qui altère brusquement le processus de coagulation des particules d'impuretés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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. 12' REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration dlectrochimique d'un liquide consistant: à faire passer l'électrolyte dans l'espace entre les électrodes solubles dans une chambre d'électrocoagulation; à mélanger le liquide pollué dans ladite chambre, au-dessus des électrodes solubles, avec un flux ascendant d'électrolyte contenant les produits de solution desdites électrodes solubles; et à séparer, dans une chambre de décantation, l'écume et la boue qui se forment; caractérisé en ce que les flux à mélanger sont portés à des températures différentes, le flux de liquide pollué étant chauffé et celui d'électrolyte refroidi. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide pollué est chauffé jusqu'à une température comprise entre 40 et 8000 et l'électrolyte est refroidi jusqu'à une température comprise entre 5 et 2500. 3. Appareil poux: la réalisation du procédé suivant la revendication 1, comportant une chambre de décantation (1) avec une tubulure d'évacuation du liquide épuré, qui communique avec une chambre d'électro- coagulation (2) installée à l'intérieur de la chambre de décantation (1) et ayant, dans sa partie inférieure, un système d'électrodes solubles (3), une tubulure (4) d'amenée de liquide pollué dans la chambre d'électro- coagulation et une tubulure (5) d'amenée d'électrolyte, caractérisé en ce que la tubulure (4) d'amenée de liquide pollué est connectée à un réchauffeur (7) et la.tubulure (5) d'amenée d'électrolyte est connectée à un réfrigérant (8).