Brevet FR2527609A1 — publié le 19831202

La présente invention concerne un procédé de traitement d'eau au moyen de polychlorure ferrique. On sait que, pour obtenir une sédimentation efficace des particules contenues dans l'eau, on introduit dans cette eau des réactifs qui provoquent une coagulation de ces particules, coagulation nécessaire pour leur flocula- tion et leur sédimentation. L'utilisation, comme réactifs coagulants, de sels de fer, en particu- lier du chlorure ferrique est bien connue On utilise généralement une so- lution de chlorure ferrique commercial titrant environ 40 à 41 % en poids de chlorure ferrique Fe C 13 6 H 20. On sait que la capacité du chlorure ferrique à déstabiliser les sus- pensions colloïdales, donc son pouvoir coagulant, résulte de l'hydrolyse qui suit sa dissoluti un, avec formation intermédiaire de complexes susceptibles de se polymériser et d'amorcer ainsi le processus de floculation Cette hy- drolyse a été étudiée par de nombreux auteurs parmi lesquels on peut citer LAMB et JACQUES A B qui ont envisagé un état d'équilibre instable entre la phase polymérisée de l'hydroxyde ferrique et les formes monomériques, dans un article paru dès 1938 dans JI Am Chem Soc ( 1938, 61, p 1215 - 1225); plus récemment, H S U Pa Ho et ses collaborateurs, ont montré que l'on pouvait obtenir des solutions polymérisées et stables de sels ferriques en chauffant à différentes températures des solutions diluées de Fe Cl 04, la nature et la stabilité des hydrolysats obtenus étant fonction de la tempé- rature et de la concentration en fer (HSU Pa Ho et RAGONNE S E JI Soil Sci ( 1972) 23, n' 4 p 49 -HSU Pa Ho Clay & Clay Minerals ( 1973) 21, p 367 377 HSU Pa Ho et Wang Ming Soil Sci Soc of Am H ( 1980) 44, n'1 p 143 149 "Effect of temperature on the appearance and stability of hydrolyzed Fe (C 104)3 solutions"). D'après ces différents auteurs le facteur clé qui gouverne l'apparence et la stabilité de solutions obtenues semble être le degré initial de sursatu- ration de la solution par rapport à l'hydroxyde amorphe. Par ailleurs, il est possible d'obtenir ces différents complexes par neutralisation du chlorure ferrique i la soude ou à la chaux Leur utilisa- tion comme coagulants en remplacement du chlorure ferzique seul -2 - a déjà été envisagée par de nombreux auteurs On peut citer à cet égard les études de Rengasamy P et Oades J M décrites dans Aus J Soil Res. ( 1977) 15 p 1 13 et de Stumm W et O'Melia R R dans J A W W A. ( 1968) 60, p 514 "Stoechiometry of coagulation" et Stumm W et Morgan J J. dans J A W W A ( 1962) 54, p 971 994 "Chemical aspects of coagulation". L'utilisation de ces solutions s'est avérée a posteriori peu intéressante pour des raisons d'ordre économique alors que les résultats obtenus n'é- taient pas suffisamment différents des résultats obtenus avec le chlorure ferrique seul. La présente invention concerne un procédé de coagulation et de flocu- lation des particules présentes dans l'eau, par injection dans l'eau d'une solution de polychlorure ferrique, d'une grande simplicité, facile à mettre en oeuvre, particulièrement efficace et peu coûteux. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on injecte dans l'eau à traiter une solution de polychlorure ferrique préparée à une température au moins égale à 850 C et maintenue à cette température lors de son injection. L'invention a également pour objet un procédé de préparation de cette solution de polychlorure ferrique. Suivant une caractéristique de l'invention, ce procédé de préparation consiste à diluer à l'eau de 3 à 75 fois, à une température d'au nmoins 850 C, une solution de chlorure ferrique du commerce contenant 41 % en poids de Fe C 13 jusqu'à obtention d'une solution à concentration de 0, 05 M à 1, 25 M en Fe C I 13 la température d'au moins 850 C étant maintenue pendant toute la durée de l'opération de dilution et jusqu'au moment de l'injection de la solution dans l'eau à traiter. La dilution est effectuée sous agitation violente pendant une durée d'environ 1 à 10 mn, suivant la concentration finale désirée, cette dernière étant d'autant plus grande que sera violente l'agitation. Suivant une autre caractéristique de l'invention le procédé consiste en ce que l'on porte à au moins 85 'C une solution de chlorure ferrique du commerce, sous agitation violente pendant 10 mn au maximum. Dans les deux cas les solutions obtenues ont une teinte brun foncé. -3- La mise en oeuvre du procédé est d'une extrême simplicité: dans un réacteur équipé d'un dispositif d'agitation et chauffé extérieurement par un dispositif de chauffage à une température au moins égale à 850 C on mélange une solution de chlorure ferrique du commerce et de l'eau, déminéralisée ou non, suivant la concentration finale désirée, cette eau provenant de tout sys- tème quelconque permettant de la porter à au moins 850 C La solution formée est alors injectée dans l'eau à traiter au moyen d'une canne d'injection dis- posée à la base du réacteur et maintenue à au moins 850 C par un syteme chauffant quelconque. Toute installation, propre à réaliser les conditions opératoires du procédé suivant l'invention, peut être envisagée. On peut néanmoins avantageusement utiliser une installation décrite ci-après en référence au dessin annexé, uniquement d'ailleurs à titre d'exem- ple non limitatif a L'eau de dilution, préalablement chauffée, par exemple dans un système A' est introduite par une canalisation A dans un réacteur C. Le chlorure ferrique préalablement chauffé et stocké dans un système B' est introduit dans le réacteur C par une canalisation B. Pour réaliser l'agitation énergique du mélange se trouvant dans le réacteur C, ce dernier est dans l'exemple traité à lafig l muni d'un agitateur mécanique D de tout type quelconque convenable Dans l'exemple traité à la Fig 2 cette agitation est réalisée par l'introduction du chlorure ferrique chaud au moyen d'une canalisation B munie d'un convergent accélérant la vitesse de sortie du chlorure ferrique. On a traité par coagulation une eau de rivière par des solutions de chlorure ferrique(A), et par des solutions de polychlorure ferrique préparées suivant l'invention par dilution à l'eau (B et C) obtenues au moyen d'une ins- tallation telle que décrite précédemment, les solutions B et C ayant des con- centrations en sels de fer différentes Dans les trois cas, le taux de traite- ment correspondait au taux de traitement habituellement déterminé par les techniques classiques utilisées en traitement de l'eau. La solution B a été préparée dans les conditions de l'invention par addition de 4, 1 ml d'une solution de chlorure ferrique du commerce à 41 %, dans un réacteur porté à 850 C, à 97 ml d'eau déminéralisée, elle-même 4 - portée à une température supérieure à 85 C On a ainsi obtenu une solution de polychlorure ferrique à 0, 15 M de Fe C 13 6 H O. 3 2 La solution C a été obtenue de la même manière en ajustant la dilution de façon à obtenir une solution de polychlorure ferrique à 0, 94 M de Fe C 13 6 H 20. Les résultats sont consignés dans les tableaux ci-après avec les légendes suivantes A solution commerciale de Fe C 1 à 3,7 M de Fe C 13 6 H 2 O B solution de polychlorure ferrique suivant l'invention à 0, 15 M de Fe C 13 6 H 20 C solution de polychlorure ferrique suivant I'invention à 0, 94 M de Fe Ci 3 6 H O TABLEAU 1 Eau Eau traitée avec la Eau traitée avec la brute solution A solution B Fe C 1 6 H O - 3 3-3 Fe C 36 H 20 0, 2810 M 0,50 10 M 0, 28 10 M 0,5010 M taux de traitement 2 ( Température 9, 5 p H 7,8 7,1 6,80 6,85 6,50 Turbidité exprimée en Unités Jackson après 10 mn de 7,5 2,5 2,5 1,9 2,3 décantation _ __ Oxydabilité au Oxydabilitéau 7, Z 3,9 3, 2 3,1 2,8 Permanganate Pourcentage de réduction des ma 46 55, 5 57 61,1 tières organiques 2527609 ' -5- TABLEAU 2 Eau Eau traitée avec la Eau traitée avec la brute solution A solution C Fe C'3 6 H 20 Taux de-33-33 Taux de 0,25 10 -3 M 0,5 10M0,25 10 M 0,5 103 M traitement__ Température 12 Turbidité (U J) 5 1,7 1,4 1,4 1,2 p H 7,82 7,18 6,8 7,2 6,7 Oxydabilité au Permanganate 7,5 4,7 3,7 4,4 3,4 Pourcentage de réduction des ma 37 50,6 41,30 54,6 tières organiques 6 - REVENDICATIONS 1 Procédé pour le traitement d'eau en vue de sa clarification par injection d'une solution de polychlorure ferrique, caractérisé en ce que l'on injecte dans l'eau à traiter une solution de polychlorure ferrique dont la température est maintenue à une valeur au moins égale à 85 'C. 2 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la solution de polychlorure ferrique injectée dans l'eau à traiter est préparée par dilu- tion à l'eau, de 3 à 75 fois, à une température d'au moins 85 'C et sous agi- tation, d'une solution de chlorure ferrique du commerce contenant 41 % en poids de chlorure ferrique, jusqu'à obtention d'une solution à concentration de 0,05 M à 1,25 M en chlorure ferrique, la température d'au moins 850 C étant maintenue pendant toute l'opération de dilution et jusqu'au moment de l'injection de la solution dans l'eau à traiter. 3 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la solution de polychlorure ferrique injectée dans l'eau à traiter est préparée en por- tant une solution de chlorure ferrique du commerce à une température au moins égale à 85 'C, sous agitation, pendant une durée maximale de 10 mn. 4 Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelcon- que des revendications 2 et 3 caractérisée en ce qu'elle comporte un réac- teur maintenu à une température, non inférieure à 85 'C, réacteur dans le- quel s'opère la solution de polychlorure ferrique à injecter, des moyens étant prévus pour soumettre la solution à une agitation énergique, par voie mécanique ou hydrodynamique.