Brevet FR2493173A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne de manière générale les ouvrages et les procédés pour séparer la mousse ou l'écume et les boues d'eaux usées et effluents industriels. A mesure que notre société industrielle continue à se développer, les besoins de traitements adéquats d'eaux usées et effluents industriels d'installations de traitement, usines et ainsi de suite augmentent de plus en plus. Le besoin d'appliquer un traite- ment adéquat à des effluents et des eaux usées est même devenu plus critique encore compte tenu des risques d'endommagement ou de des- truction du milieu naturel par la décharge d'effluents et d'eaux usées non traités. Dans de nombreux cycles et processus industriels, les rejets industriels liquides contiennent de la mousse et des boues indésirables. Comme première étape dans le traitement et l'épuration du liquide, il est souvent souhaitable de séparer d'abord la mousse et les boues du liquide avant de soumettre celui-ci à un traitement suivant ou avant de le retourner à l'usine. On comprend que la séparation de la mousse et des boues du liquide peut être très diffi- cile, sinon impossible suivant les qualités particulières d'un liquide usé donné et suivant la mousse et les boues dispersées dans ce liquide. Il est donc essentiel de créer des ouvrages et des procé- dés capables de produire une séparation optimale de la mousse et des boues de tels liquides. Un exemple typique des tentatives antérieures de créer des moyens appropriés pour séparer la mousse et les boues des effluents est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 301 779. Selon ce brevet, on fait entrer l'effluent verticalement dans une cuve de flottation et d'écumage o il est permis de monter à la surface du liquide; cependant, avant qu'il n'atteigne la surface du liquide, la direction de l'effluent est changée en un mouvement hori- zontal au travers de la cuve d'écumage. Lorsque la mousse atteint finalement la surface, elle est enlevée et envoyée comme écume à une usine de récupération d'huile. La turbulence et la nécessité de changer la direction du courant d'effluent dans la cuve d'écumage ont toutefois pour conséquence que les conditions de séparation de mousse ne sont pas optimales. Il serait donc souhaitable de créer un ouvrage de séparation de mousse dans lequel le courant d'effluent soit introduit dans une cuve de séparation et soit maintenu dans celle-ci sous des conditions qui optimisent la séparation de mousse et des boues du liquide. L'invention apporte un procédé et un ouvrage pour sa mise en oeuvre, qui sont capables de séparer la mousse de fluides contenant de la mousse sous des conditions optimales. L'invention est basée sur l'emploi d'une cuve de séparation de mousse horizontale, possédant une extrémité amont et une extrémité aval. La cuve de séparation présente un dispositif d'entrée de liquide chargé de mousse à l'extrémité amont pour introduire le liquide contenant la mousse à une vitesse relativement élevée dans la zone de séparation définie par la cuve. Celle-ci comporte en outre un dispositif de sortie pour l'évacuation du liquide débarrassé de la mousse à l'extrémité aval de la cuve. Selon une première caractéristique de l'invention, un dispositif diffuseur est prévu à l'entrée du liquide chargé de mousse pour diffuser ou répartir ce liquide en un certain nombre de courants dispersés relativement lents. L'emploi de ce dispositif évite les perturbations inuti.es du liquide dans la zone de séparation de la cuve et emptche également les écoulements préférentiels locaux d'intensité relativement forte, qui entraînent la mousse et créent la possibilité de concentrations de mousse dans les tourbillons quise formeraient inévitablement à la surface dans les angles de la zone de séparation. Selon une autre caractéristique de l'invention, un dispositif égalisateur de vitesse sous forme d'un premier écran vertical est prévu pour transformer-l'écoulementdéjà partiellement tranquillisé issu du dispositif diffuseur en un écoulement horizontal symétrique dans la cuve de séparation, écoulement ayant une distri- bution de vitesse uniforme de la surface jusqu'au fond de la cuve. La mousse contenue dans ce courant horizontal symétrique monte à la surface de façon régulière. Comme le courant de liquide chargé de mousse s'écoule horizontalement à une vitesse uniforme connue ou pouvant ttre déterminée facilement, la vitesse de cet écoulement ou la durée de séjour du fluide dans la zone de séparation peut être modifiée selon les besoins pour que la mousse ait suffisamment de temps de monter à la surface avant que le liquide n'atteigne l'extré- mité aval et la sortie de la cuve. Afin de mieux encore assurer une vitesse uniforme et un écoulement horizontal symétrique du liquide chargé de mousse, une autre caractéristique de l'invention prévoit qu'un second écran verti- cal est installé plus près de l'extrémité aval de la zone de sépara- tion mais en amont de la sortie pour le liquide débarrassé de la mousse. Ce second écran empêche qu'un éventuel écoulement non uniforme près de la sortie de liquide ne perturbe l'écoulement uniforme stable du liquide chargé de mousse dans la partie amont de la cuve. Il est avantageux d'enlever la mousse montant à la surface pendant l'écoulement horizontal du liquide à travers la zone de séparation en lui permettant de passer par-dessus un barrage formant déversoir de mousse à l'extrémité aval, la mousse accumulée au-delà de ce barrage étant évacuée par pompage en vue de son traite- ment subséquent. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, une évacuation de boues est prévue pour enlever les boues ayant pu se séparer par décantation du liquide chargé de mousse pendant que la mousse se sépare du liquide dans la zone de séparation. Il ressort de ce qui précède que l'invention apporte un procédé et un ouvrage permettant non seulement d'améliorer et d'accroître la séparation de mousse d'effluents et d'autres fluides mais donnant également la possibilité, en raison de la vitesse hori- zontale uniforme, de varier les dimensions de la cuve et les débits de liquide de façon prévisible et de manière à assurer une séparation convenable de la mousse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un ouvrage séparateur de mousse selon l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale partielle, prise suivant la ligne II-II de la figure 1 mais à plus grande échelle, montrant la forme de réalisation préférée d'un pot diffuseur selon l'invention; et - la figure 3 est une coupe transversale partielle, prise suivant la ligne III-III de la figure 1 mais à plus grande échelle, montrant une partie de la forme de réalisation préférée d'un écran vertical selon l'invention. L'ouvrage séparateur de mousse selon le mode de réali- sation préféré de l'invention est représenté dans son ensemble sur la figure 1 et est désigné par 10. Il comprend une cuve de séparation 12 définissant une zone de séparation 14. Cette dernière possède une extrémité amont 16, une extrémité aval 18 et une zone intermédiaire de décantation 20. Pendant le fonctionnement normal, du liquide chargé de mousse est introduit dans l'extrémité amont 16 de la zone de séparation par un dispositif d'entrée tel qu'une conduite d'arrivé 22. Le liquide contenant la mousse s'écoule horizontalement au travers de la zone de séparation 14, comme indiqué par les flèches 24. Pendant cet écoulement horizontal, la mousse monte à la surface 50 du liquide, voir la couche de mousse 26, et les boues éventuellement contenues dans le liquide entrant se déposeat sur le fond 48 de la cuve de sépa- ration 12, voir le dépôt de boues 28. Le liquide débarrassé de la mousse et des boues est retiré à l'extrémité aval 18 de la zone de séparation par un dispositif de sortie de liquide tel qu'une conduite de sortie 30. Les boues sédimentées 28 sont enlevées par une évacua- tion de boues 32 et la mousse séparée 26 est enlevée de la cuve de séparation 12 par une conduite de sortie de mousse 34. Selon une caractéristique importante de l'invention, un dispositif diffuseur, par exemple un pot diffuseur 36, est prévu pour disperser le liquide chargé de mousse à son entrée dans la zone de séparation 14 par l'extrémité amont 16. Le pot diffuseur 36 possède une enveloppe 38 et une entrée 40. L'enveloppe 38 présente un nombre plus ou moins grand de trous de sortie de diffuseur 42. Le liquide chargé de mousse entre dans la cuve, par la conduite 22, en un courant unique d'une vitesse relativement élevée. Ce courant pénètre par l'entrée de diffuseur 40 dans l'enveloppe 38 du pot, d'o il est réparti à travers les trous de sortie 42. De cette manière, le courant unique relativement rapide est dispersé en un nombre relativement élevé de courants plus lents. Cette dispersion constitue la première des différentes mesures prévues par l'invention pour faire couler le liquide chargé de mousse de manière symétrique et uniforme au travers de la zone de séparation 14. Le pot diffuseur 36 peut être réalisé de tout matériau adéquat, par exemple de plastique, céramique, métal ou de tout autre matériau non susceptible de corroder ou d'être attaqué par le liquide chargé de mousse. La forme de l'enveloppe 38 n'est pas davantage critique mais elle est de préférence cylindrique. La grandeur et le nombre des trous de sortie 42 ne sont pas particulièrement critiques, quoiqu'il soit préférable que ces trous aient la mÉme grandeur et soient uni- formément répartis sur l'enveloppe 38. De plus, il est préférable que l'aire totale des trous de sortie de diffuseur 42 soit égale à deux fois la section droite de l'entrée 40 du diffuseur. Le nombre et la grandeur des trous peuvent Etre adaptés aux différents besoins, notamment en fonction de la taille de l'enveloppe 38 du pot diffuseur, de la viscosité, des caractéristiques d'écumage et de la teneur en boues du fluide entrant et d'autres paramètres encore, tels que la température du fluide et sa vitesse d'écoulement dans la conduite d'arrivée 22. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, un dispositif égalisateur de vitesse, tel qu'un premier écran vertical 44, est installé en aval du pot diffuseur 36 pour promouvoir l'écoule- ment horizontal uniforme du liquide chargé de mousse pendant son passa- ge au travers de la zone de décantation 20. Le courant de fluide, ayant été dispersé en un nombre plus ou moins grand de petits courants, est dispersé et tranquillisé davantage lorsqu'il traverse, en majeure partie horizontalement, les trous 46 de l'écran vertical 44. Celui-ci s'étend de préférence depuis. le fond 48 de la cuve de séparation jusqu'à la surface ou jusqu'à proximité de la surface 50 du liquide. L'écran vertical 44 assure que l'écoulement horizontal est symétrique et possède une vitesse uniforme depuis la surface 50 du liquide jusqu'au fond 48 de la cuve. Le premier écran vertical 44 peut être réalisé de tout matériau approprié, par exemple de plastique, céramique ou métal. Là encore, il importe seulement que le matériau résiste à l'attaque et la corrosion par le liquide chargé de mousse et les produits chimiques qui y sont dispersés. Dans des cuves ou des bassins de séparation de dimensions particulièrement grandes, l'écran vertical 44 peut ètre réalisé en béton armé ou de matériaux analogues. Pas plus que les trous de sortie 42 du diffuseur, les trous 46 et l'écran vertical 44 ne doivent avoir une forme, taille ou orientation particulières pour la mise en oeuvre de l'invention; il est cependant préférable, pour produire une tranquillisation et une symétrie optimales de l'écoulement, que les trous 46 aient tous la même grandeur et soient uniformément répartis sur l'écran vertical 44. La figure 3 montre une disposition préférée des trous 46. On voit qu'il s'agit de trous circulaires uniformément répartis sur la surface 52 du premier écran vertical. Le rapport entre l'aire des trous 46 et l'aire fermée de la surface 52 est de préférence de 1: 1. Ce rapport assure de façon optimale la tranquillisation et la distribution uniforme de la vitesse lorsque l'épaisseur du premier écran vertical 44 est relativement faible par rapport au diamètre des trous 46. Dans certaines applications, par exemple lorsque les écrans sont en béton relativement épais, l'épaisseur peut &tre plus proche du diamètre des trous 46. En pareil cas, par exemple lorsque le rapport entre le diamètre des trous et l'épaisseur de l'écran est compris entre 1: 1 et 1: 1,5, il est recommandé d'abaisser le rapport aire des trous/ aire fermée de 1: 1 à environ 1: 2 ou 1: 3. Il est possible d'ins- taller plus d'un écran égalisateur de vitesse dans la cuve de sépara- tion lorsque cela est désiré et/ou nécessaire pour assurer un écou- lement symétrique du fluide au travers de la zone de séparation 14 et une vitesse d'écoulement uniforme. Pendant que le fluide traverse la zone de décantation 20 en un écoulement symétrique et à une vitesse uniforme, toutes les boues qu'il peut contenir se déposent de façon régulière. En mtme temps, des bulles de mousse montent à la surface, également de façon régulière, c'est-à-dire à un débit constant. Il va de soi que la sédimentation régulière de boues et la-montée régulière de mousse varieront non seulement suivant la nature des effluents, eaux usées et autres fluides chargés de mousse mais aussi suivant leur viscosité, leur température et d'autres facteurs encore. Par conséquent, une fois les vitesses et/ou débits de sédimentation de boues et de montée de mousse établis, on peut fixer ou modifier les dimensions de la cuve et la vitesse d'écoulement horizontal uniforme afin d'assurer que pratiquement toute la mousse monte à la surface et que toutes les boues se déposent avant que le courant horizontal n'atteigne l'extré- mité aval 18 de la cuve de séparation 12. L'extrémité aval 18 comporte un dispositif de sortie de liquide tel qu'une conduite de sortie 30 pour l'évacuation du liquide débarrassé de la mousse et des boues. L'ouverture d'entrée 54 de la conduite de sortie de liquide 30 peut etre équipée, si désiré, d'une crépine ou d'un dispositif analogue pour emptcher certains constituants du liquide entrant d'être rejetés au milieu environnant ou d'être envoyés aux étapes de traitement suivantes par la conduite 30. A son entrée dans l'ouverture 54, le liquide change de vitesse et produit de ce fait des turbulences locales et des perturbations dans et autour de l'ouverture d'entrée 54. Afin d'empocher que ces perturbations ne soient communiquées à la zone de décantation 20, un second écran vertical 56 est prévu plus près de l'extrémité aval 58 dans la zone de séparation, en amont de la sortie de liquide 30. Le second écran 56 possède de préférence une construction semblable à celle du premier écran 44 et s'étend de préférence également depuis le fond 48 de la cuve de.séparation jusqu'à la surface ou jusqu'à proximité de la surface 50 du liquide. La paroi verticale 58 qui termine la zone de séparation 14 constitue un barrage déversoir de mousse. La mousse 26 qui s'est* rassemblée à la surface 50 du liquide dans la zone de séparation se dirige sur cette surface vers la paroi verticale 58 et passe par- dessus un élément terminal 60 au sommet de cette paroi dans un compar- timent collecteur de mousse 62. La mousse est évacuée de ce compar- timent à travers une conduite de sortie de mousse 34 et au moyen d'une pompe à mousse (non représentée) ou tout autre dispositif de transfert ou d'évacuation approprié. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1, b Procédé pour séparer la mousse ou l'écume et des boues éventuelles d'un liquide, caractérisé en ce que l'on forme du liquide, chargé de mousse et éventuellement de boues, un courant horizontal symétrique de vitesse sensiblement uniforme, d'o les boues se séparent par sédimentation sur le fond (48) et la mousse monte à la surface (50), on retire les boues (28) du fond et on retire la mousse (26) de la surface. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on confère au courant horizontal uniforme et symétrique une vitesse suffisamment faible et on lui fait parcourir une cuve (12) ou-un bassin de séparation suffisamment long pour que pratiquement toute la mousse et toutes les boues se séparent du liquide. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en., ce que l'on forme le courant horizontal symétrique en diffusant le liquide chargé de mousse et de boues éventuelles à travers des trous d'un diffuseur (36) et en faisant passer le liquide ainsi dispersé au travers d'un écran vertical (44) pour augmenter l'uniformité de la vitesse d'écoulement et la symétrie du courant horizontal. 4. Ouvrage pour la mise en oeuvre-du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il forme une cuve (12) ou un bassin de séparation qui définit une zone de séparation (14) possédant une extrémité amont (16) et une extrémité aval (18), un dispositif d'entrée (22) prévu à l'extrémité amont pour introduire un courant de liquide chargé de mousse et de boues éventuelles dans la zone de séparation, ainsi qu'un dispositif de sortie (30) pour évacuer le liquide débarrassé de la mousse et des boues de l'extrémité aval de la zone de séparation, l'ouvrage comprenant en outre un dispositif diffuseur (36) conjugué au dispositif d'entrée pour disperser le courant de liquide entrant en un certain nombre de courants relativement lents, un dispositif égalisateur de vitesse (44) placé à distance entre le dispositif diffuseur (36) et le dispositif de sortie du liquide (30) pour promouvoir l'écoulement horizontal uniforme et symétrique du liquide pendant que la mousse se sépare de lui par gravité en montant à la surface (50), ainsi qu'un dispositif (58, 60, 62, 34) d'enlèvement de mousse conjugué à l'extrémité aval (18) pour enlever la-mousse (26) montée à la surface de la cuve de séparation (12). 5. Ouvrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif diffuseur est formé d'au moins un pot diffuseur (36) possédant une enveloppe (38) avec une entrée (40) pour recevoir le liquide entrant et des trous de sortie (42) pour le disperser dans la zone de séparation (14) en courants relativement lents. 6. Ouvrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les trous de sortie (42) possèdent tous la même grandeur et sont uniformément répartis sur l'enveloppe (38) du diffuseur, l'aire totale des trous correspondant de préférence au double de l'aire de section de l'entrée (40) du diffuseur. 7. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif égalisateur de vitesse comprend un premier écran vertical (44) disposé au travers de la zone de séparation (14) et présentant des trous (46), dont l'aire représente notamment la moitié de l'aire totale de l'écran. 8. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'enlèvement de mousse comprend un barrage déversoir de mousse (58, 60) a l'extrémité aval (18) et un dispositif de pompage pour évacuer la mousse passée par-dessus ce barrage. 9. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (32) d'éva- cuation de boues prévu dans le fond (48) de la cuve de séparation pour enlever les boues (28) qui se sont séparées par décantation du liquide dans la zone de séparation (14). 10. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 4 a 9, caractérisé en ce que le dispositif égalisateur de vitesse comprend un second écran vertical (56) disposé plus près de l'extrémité aval (18) mais en amont du dispositif de sortie de liquide (30) pour empAcher qu'un écoulement non uniforme près de ce dispositif de sortie ne perturbe l'écoulement uniforme en amont du second écran (56), l'aire des trous ménagés dans le second écran représentant notamment la moitié de l'aire totale de l'écran. 11. Ouvrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les trous du premier (44) et du second écran vertical (56) sont de même grandeur et sont uniformément espacés.