Brevet FR2537561A2 — publié le 19840615

FR 2537561 A2 19840615 FR 8203387 A 19820302 La présente invention a trait au domaine de la clarification, par décantation, des eaux chargées de matières en suspension et destinées à la consommation domestique, aux usages industriels ou agricoles. Elle concerne plus spécialement un traitement de décarbona /éyen uellement tioniassocie à la clarification, à titre de perfectionnement au procédé du brevet français N"1.501.912 et de son premier Certificat d'Addi t ion publié sous le N 2.071.027. La Demanderesse a déjà décrit, dans le brevet français susvisé ainsi d'ailleurs que dans le brevet français N01.502.855, un procédé et un dispositif de clarification par envoi de l'eau à épurer dans un lit fluidisé de matière granuleuse finement divisée (microsable, anthracite..etc) avec prélèvement dans le lit d'une fraction du mélange liquide-solide et recyclage à l'arrivée d'eau impure, après séparation des impuretés. L'eau à traiter est additionnée, par exemple avant le lit fluidisé, de réactifs des types : coagulants et/ou agents de floculation. Selon les divers perfectionnements illustrés dans le Certificat d'Addition N02071027 > il a été prévu notamment que le procédé était applicable simultanément à la clarification et à l'adoucissement de l'eau par décarbonatation,aumoyen d'addition de chaux éteinte pour décomposer le bicarbonate de calcium et parvenir ainsi à la précipitation du carbonate de calcium ou calcaire. Le lait de chaux était ajouté à l'eau brute et célle-ci était envoyée dans le lit fluidisé de matière granuleuse telle que du microsable de quartz de granulométrie 25 à 125 microns. En pratique, l'expérience montre que, si la clarification et l'adoucissement combinés de l'eau par la méthode susvisée sont possibles, l'application est limitée assez rapidement dans le temps. En effet, de nombreux essais sur pilote ont permis d'établir qu'il se produisait dans le décanteur et les diverses canalisations des phénomènes de bouchage ; au bout de 400 heures environ de fonctionnement en lit fluidisé, les grains de microsable grossissent démesurément en volume pour atteindre des diamètres moyens au moins trois fois supérieures à la maille d'origine. L'inventiona-.pour but d'éliminer cet inconvénient et de proposer une adaptation des procédés et dispositifs des brevets précités pour obtenir une décarbonatation et éventuellement clarification de lteau sans apparition d'obturation dans les canalisations de fluidisation et sans nécessité d'avoir à maintenir constante la composition du voile de boues formées dans le décanteur comme cela est le cas lorsqu'on met en oeuvre un matériau-support finement divisé du type sable, charbon ou autre. Il a en effet été trouvé, de façon surprenante, que les micro-cristaux de carbonate de calcium, formés en permanence par l'action de la chaux sur le bicarbonate de calcium contenu dans l'eau et rassemblés par l'effet du coagulant, jouaient parfaitement le rôle de support de fluidisation en l'absence de tout ajout d'autre matériau divisé. Ainsi le procédé selon l'invention met en oeuvre la technique de fluidisation en décanteur lamellaire avec recyclage à l'arrivée d'eau à traiter d'une partie du voile de boues prélevé dans le lit et injection de chaux en amont du décanteur, outre les coagulants et/ou floculants, selon l'art déjà connu.Mais il est essentiellement caractérisé en ce que le matériau granulaire fluidisé par l'eau à épurer est uniquement constitué par les microparticules de carbonate de calcium générées in situ, une partie de ces particules étant aspirée directement au sein du voile de boue formé dans le décanteur et ré-injectée dans la canalisation d'eau brute simultanément à un agent collant, alors que l'excès de carbonate est évacué périodiquement à partir d'un concentrateur ouvert sur la partie supérieure du lit fluidisé D'autres caractéristiques encore apparaltront dans la description qui suit, relative à- un mode de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés qui représentent schématiquement Figure 1 : une vue générale en coupe d'une installation de clarification et déceuibonatation d'eau selon l'invention Figure 2 : une variante de réalisation pour la répartion d'arrivée d'eau dans le fond du décanteur de la figure 1. Tel que représenté sur le schéma de principe de la figure 1, le dispositif de traitement d'eau brute selon l'invention-comprend essentiellement un appareil 1 de décantation-filtration, un mélangeur 2 de divers réactifs, disposé en amont, la canalisation d'amenée d'eau à épurer 3 et un ensemble de conduites et pompe(s) destinées à des opérations de recyclage et, éventuellement, d'injection de réactifs selon diverses variantes opératoires. On retrouve dans l'ouvrage 1 les principales caractéristiques du décanteur décrit dans les brevets français susvisés de la Demanderesse. La base A de l'ouvrage, en forme de dièdre, où débouche l'injection d'eau brute coagulée 3, est surmontée d'une zone de réaction-filtration B maintenue en lit fluidisé puis d'une partie décantation C., de préférence constituée et ici représentée par des modules lamellaires 4 à contre-courant ou courants croisés de fluide qui accélièrent la décantation, de façon connue en soi. La base conique de ltou- vrage forme avec lthorizontale un angle alpha qui est de préférence de l'ordre de 65 degrés.Le haut de la zone B est muni d'un concentrateur de boues 5 à purge 6 automatique etpériodique. Les lames d'eau décantée 7 sont récupérées dans la goulotte 8 d'eau propre et le fond de l'ouvrage est équipé d'un système de vidange 9. Selon une variante, non représentée, unépaississeur peut être prévu, entre le concentrateur de boues 5 et le système 6 de purge vers l'égout. Suivant l'installation, l'ouvrage 1 est précédé d'un mélangeur 2 à compartiments doubles dans lesquels on injecte d'une part en 10, par la canalisation 11, un lait de chaux pour la décarbonatation et d'autre part, en 12 par la tuyauterie 13, un agent coagulant tel que FeCl3 ou un sel d'alumine. En outre une injection d'agent collant, du type amidon ou alginate de sodium, est prévueen 14 par la canalisation 15. Dans ce mode de réalisation, où -la#conduite d'eau brute 3 débouche à la base du mélangeur muni d'agitateurs 16 et 17, le temps de contact des réactifs avec l'eau est rapide, de l'ordre de une à deux minutes. Conformément à une variante d'exécution, il est possible de supprimer le mélangeur 2 et de procéder aux injections de réactifs directement et en différents points de la conduite 3 d'amenée d'eau brute.Par exem#ple, selon les lignes représentées en pointillé sur la figure 1, l'amidon peut être injecté selon la voie 18 alors que la chaux est introduite par la tuyauterie 19 et que l'agent coagulant suit le parcours 20. Dans ce cas, la conduite 3 est directement reliée, par loetrajet pointillé 3', à l'ensemble 1 de décantation-filtration. Conformément à l'invention, une conduite souple est prévue dans la partie inférieure du décanteur 1 soit au niveau d'une alvéole en 21 soit en dessous des modules lamellaires en 22, pour effectuer le recyclage, par la pompe 23, d'une partie du matériau fluidisé (ici les microcristaux de carbonate formés en permanence) au sein du voile de boue,ce prélèvement étant injecté soit dans le mélangeur 1 par laoanalisation 24 soit dans la canalisation 3 par la conduite 25. Cette partie recyclée reçoit, avant son arrivée dans l'eau brute, l'incorporation d'agent collant (par exemple amidon en14Oul18)et remplit,avec celui-ci les fonctions de germe de cristallisation et de lest du carbonate de calcium ainsi que de moyen de collage des eristaux déjà formés et des flocons d'hydrate obtenus par l'hydrolyse de l'agent coagulant. En fonctionnement, l'eau à traiter parvenant en E dans la conduite générale 3 reçoit les ajouts de chaux, de coagulant et d'agent collant ainsi que la fraction recyclée (21,24,25) de carbonate aspiré par la pompe 23 au sein du voile de-boue formée dans la zone B du décanteur 1. Au passage à travers ce voile, les microcristaux de carbonate et les microflocons d'hydrate de l'agent coagulant collent aux grains de l'agent collant. il se produit ensuite une séparation du voile de boues et de l'eau lorsque cette derniere pénetre entre les modules lamellaires 4. Dans la partie haute, l'eau décantée 7 se déverse dans la goulotte 8 alors que les carbonates en excès s' accumulent dans le concentrateur 5 d'où ils sont évacués à l'égout en 6, après éventuel passage dans un épaississeur (non représenté). De nombreux essais en station pilote ont permis de montrer qu'une installation telle que décrite ci-dessus permettait d'obtenir d'excellents résultats tant pour la clarification de l'eau que pour sadécarbonatation. Par exemple dans une installation de débit 50 m3/h d'eau brute donnant une surverse d'eau traitée de 10 m/h avec une vitesse de Hazen de 0,66 m/h on obtenait une turbidité de l'eau traitée de 15 à 20 gouttes de mastic et un degré hydrotimétrique réduit à 12 environ au lieu de 25 à 30 au départ. Le taux de recirculation était d'environ 5 % du débit d'eau traitée et la quantité d'amidon injecté variait de 1,5 à 2 mg/l. Le taux d'évacuation des boues par rapport au volume total d'eau traitée était d'environ 1,8 Z. Signalons, par comparaison, qu'une eau brute de mêmes caractéristiques au départ, donnait a près clarification et décarbônatation dans une installation classique, une turbidité de 150 à 200 gouttes de mastic. -REVEND I CkT t ON S - 1. Procédé de décarbonatation et éventuellement clarification des eaux chargées d'impuretés en suspension, selon le brevet principal N0 1.501.912. - - ~ du type selon lequel le courant d'eau à épurer sert à fluidiser, dans un décanteur lamellaire, un matériau granulaire finement divisé, avec prélève# ment dans le lit d'une fraction du mélange liquide-solide et recyclage à l'arrivée d'eau à traiter, des réactifs coagulants et/ou floculants ainsi que de la chaux étant en outre injectés dans la canalisation d'eau impure avant le passage en décanteur, le procédé étant CARACTERISE en ce que le matériau granulaire fluidisé est uniquement constitué par des microcristaux de carbonate de calcium générés par la décomposition du bicarbonate de l'eau au moyen de la chaux et en ce qu'une partie de ces cristaux est aspirée directement au sein du voile de boue formé et réinjectée dans le circuit d'eau brute simultanément à un agent col- lant, les carbonates en excès étant évacués périodiquement à partir d'un concentrateur ouvert sur la partie supérieure du lit fluidisé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent collant est constitué par de l'amidon ou de l'alginate de sodium. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la au moms chaux et un réactif floculant type Fecl3 sont introduits dans/un mélangeur rapide en amont du décanteur, soit avant soit après l'injection d'agent collant dans la conduite d'eau à épurer. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le chaux et un réactif floculant type Fecl 3 sont introduits directement dans la conduite d'amenée d'eau brute, en amont du décanteur, soit avant soit après l'injection d'agent collant dans ladite conduite. 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et du type comprenant un ouvrage de décantation-filtration (1) recevant à sa base (A), en forme de dièdre, l'injection d'eau brute (3) et muni à sa partie supérieure de modules lamellaires (4) au-dessus desquels l'eau épurée est recueillie en surverse (8), CARACTERISE en ce que ledit ouvrage, pourvu en sa zone centrale (B) d'un concentrateur de boues (5) avec purge (6), est précédé de dispositifs d'injection de réactifs des groupes : chaux, coagulant, agent collant, soit en mélangeurs spécifiques (2) soit par des conduites séparées (18,19,20) débouchant dans la canalisation d'amenée d'eau (3,3') ; et en ce que un circuit de recyclage d'une partie des boues (21,22,23,24) est prévu entre la zone de filtration (A,B) du décanteur (1) et lesdites conduites séparées ou le(s) mélangeur(s) spécifique(s).