Brevet FR2554007A1 — publié le 19850503

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de séparation des émulsions graisse-eau et/ou huile-eau. Dans toute une série de techniques industrielles il apparaît des produits indésirables qui d'une part contiennent des matières utiles qui sont perdues et d'autre part nuisent à l'environnement ou aux eaux vives. Les techniques industrielles modernes comportent une consommation d'eau toujours croissante. C'est en premier lieu les techniques de l'industrie alimentaire qui nécessitent une quantité notable d'eau. D'autres branches industrielles (p. ex. la construction mécanique; consomment moins d'eau mais plus d'huile. Au cours du processus technique, l'eau est mélangée avec la graisse et l'huile, et on a souvent des conditions favorables à la formation d'émulsions indésirables. La formation d'émulsions graisse-eau et/ou huile-eau est favorisée par les pompes, par utilisation des détergents, par des facteurs bactériologiques, etc. Dans le domaine de la construction mécanique on prépare volontairement de telles émulsions comme agents de refroidissement et de graissage. On pourrait énumérer de nombreux autres domaines om de telles émulsions apparaissent volontairement ou de manière inévitable. Ces émulsions aboutissent en tant qu'eaux usées par le réseau de canalisations dans les eaux naturelles, ce qui porte atteinte à l'environnement. On connaît divers procédés et dispositifs ayant pour but d'abaisser ou d'éliminer la teneur en graisse ou en huile des eaux usées. Ces procédés et dispositifs connus ne conviennent en premier lieu pour retirer les graisses et l'huile que lorsque celles-ci n'apparaissent pas sous la forme d'une émulsion (p. ex. aspiration d'huile par de la Perlite puis enlèvement de la Perlite de la surface de l'eau, etc). Dans d'autres procédés on ajoute différents produits chimiques qui cependant font apparaître eux-mêmes d'autres impuretés. Les procédés mentionnés ne conviennent pas pour séparer les émulsions, bien que ces émulsions dans de nombreux cas très stables provoquent précisément des pollutions persistantes. Dans la plupart des cas, l'action dommageable des émulsions est supprimée par la dégradation biologique. Cette dégradation est cependant un procédé long qui doit être conduit avec beaucoup de précautions précisément à cause de la lenteur de son déroulement, et n'est à utiliser que pour les pollutions que l'on peut supprimer par une dégradation biologique. Pour les émulsions huile-eau, par exemple, cela est sans effet. On connaît différentes installations de filtration avec ce qu'on appelle un adjuvant. Dans ces installations l'émulsion est maintenue en écoulement forcé au moyen d'une surpression ou d'un vide à travers l'adjuvant formant la couche de filtration, l'adjuvant devant retenir le "globule de graisse" ou "globule d'huile". Cependant la dimension des globules ou granules est dans la plupart des cas de plusieurs ordres de grandeur plus faible que celle des pores entre les granules de l'adjuvant, ce qui fait que l'émulsion peut facilement passer à travers ces pores. La granulométrie de l'adjuvant ne doit en principe être choisie qu'un peu au-dessus de la taille des "globules" pour pouvoir obtenir une rétention efficace. Cependant dans ce cas des obstructions peuvent apparaitre.Lorsque la couche de filtration est obstruée, le passage est exclu même lorsqu'on exerce des pressions extrêmement importantes. On s'est efforcé d'utiliser le principe de la flottation dans la séparation des émulsions, mais ces essais sont eux aussi restés sans résultats favorables. Il faut en voir la raison dans le fait qu'on ne peut obtenir une action de flottation réussie que si l'on réussit à modifier l'angle limite du contact réciproque entre l'eau et l'huile et/ou la graisse, ou encore entre l'air et/ou un gaz quelconque de manière qu'apparaisse une force ascensionnelle suffisante pour soulever le globule jusqu'au niveau supérieur de l'émulsion. A cet effet il faut cependant nécessairement arracher la couche d'eau entourant le globule. Un tel effet dynamique n'est pas assuré dans la flottation.Même s'il existait un effet dynamique suffisant pour arracher la couche d'eau, on ne pourrait parler que d'un enrichissement de la couche supérieure des eaux usées en globule, l'émulsion elle-même subsistant cependant. Grâce à ce qu'on appelle les installations de séparation électro-phorétiques, qui arrachent la couche d'eau entourant les globules en séparant l'eau en hydrogène et en oxygène par l'action d'un courant électrique, on a pu obtenir certains résultats. Dans ces procédés les gaz apparus adhèrent aux globules et les soulèvent jusqu'à la surface de l'émulsion. Même dans ces installations, il se produit plutôt un enrichissement de la couche supérieure, mais non une séparation où plusieurs globules adhèrent les uns aux autres. Ce procédé comporte une consommation notable d'énergie et doit être conduit avec des précautions particulières à cause de l'apparition simultanée d'hydrogène et d'oxygène. Il semble que jusqu'à présent ce soit le procédé par ultrasons qui soit le plus approprié pour séparer les émulsions, bien qu'il soit à peine connu. Il consiste à comprimer l'émulsion à travers une colonne de liquide, et il apparaît des oscillations de fréquence acoustique qui agglomèrent les globules les uns aux autres avec une force telle que la couche d'eau qui les entoure s'arrache et que les globules adhèrent les uns aux autres et viennent jusqu'à la surface de l'émulsion. Les installations de ce genre conviennent également pour préparer des émulsions lorsqu'on choisit la fréquence acoustique de manière correspondante, car les deux processus dépendent de la fréquence. Ces installations entraînent une grande consommation d'énergie, mais leur rendement est faible. Leur sécurité de fonctionnement est mauvaise, car les eaux usées ne doivent contenir pratiquement pas d'impuretés solides. Celles-ci peuvent en effet encrasser la fente du tuyau de liquide. L'objet de l'invention est d'éviter les inconvénients mentionnés des solutions connues ci-dessus. L'objectif de l'invention est de créer un procédé et un dispositif de séparation des émulsions graisse-eau et/ou huile-eau assurant une séparation plus efficace des émulsions avec une consommation spécifique d'énergie nettement plus faible par comparaison avec ce qu'on observe jusqu'ici. L'invention concerne donc la découverte selon laquelle on peut également arracher la couche d'eau entourant les globules d'huile et/ou de graisse présents dans l'émulsion en provoquant des chocs de ces globules les uns contre les autres avec une vitesse élevée, ce qui est lié avec cet effet que les globules (granules) adhèrent immédiatement les uns aux autres après s'être entrechoqués. Le volume des globules est doublé par l'agglutination, ce qui accroit la probabilité de chocs avec d'autres globules. Les chocs se répètent jusqu'à consommation complète de l'énergie cinétique présente. On a reconnu que l'on peut produire le type de choc le plus-efficace en lançant une partie de l'émulsion sous forme de pellicule de liquide dansle reste de l'émulsion par sa surface libre. Cette pellicule d'émulsion mince mais continue peut même être plus mince que les gouttes d'émulsion elles-mêmes, car les gouttes tendant indépendamment vers un état minimal d'énergie prennent une forme sphérique ou presque sphérique, tandis qu'à l'intérieur dela pellicule mince mais continue elles ont une forme fortement étirée. Ainsi la pellicule d'émulsion peut pénétrer avec une perte minimale d'énergie comme une lame dans le reste de l'émulsion (la partie de pellicule ayant déjà pénétré prépare pour ainsi dire le chemin pour les autres fractions de pellicule). La pellicule de liquide à vitesse élevée appliquée selon l'invention peut même être préparée en utilisant la pression d'une pompe à centrifugation habituelle. Ainsi la consommation d'énergie est nettement plus faible que dans les procédés connus. La pellicule d'émulsion continue et mince lancée à la surface pénètre beaucoup plus profondément dans le reste de l'émulsion qu'une émulsion gazéifiée préparée avec la même dépense d'énergie (pellicule disloquée) et produit une séparation beaucoup plus efficace de l'émulsion qu'une pellicule de grande vitesse qui est préparée en-dessous de la surface. Les expériences effectuées à cet effet ont montré qu'avec une pellicule produite sous la surface, la flottation des globules ne peut être favorisée même en ajoutant de l'air sous la surface, et qu'en outre le rendement de toute façon minimal de la séparation de l'émulsion baisse encore. On a également établi que l'application de deux pellicules de liquide qui se croisent n'apporte pas de séparation suffisamment efficace de l'émulsion, car la probabilité de collision est faible. Sur la base des découvertes ci-dessus, le problème primaire posé est résolu par un procédé de séparation des émulsions graisse-eau et/ou huile-eau dans lequel on déchire la couche d'eau entourant les gouttelettes de graisse et/ou d'huile de l'émulsion, on rassemble ainsi les gouttelettes de graisse et/ou d'huile puis on les pousse à la surface de l'émulsion et on les en retire - en pratique par écumage - et selon l'invention une partie de l'émulsion est transformée en une pellicule de liquide continue qui présente une vitesse telle qu'elle peut pénétrer à travers la surface libre du reste de l'émulsion, et on lance cette pellicule de liquide - en pratique sous un angle aigu - sur la surface libre du reste. Dans un mode de réalisation intéressant du procédé selon l'invention on maintient en mouvement le reste de l'émulsion - en pratique avec une vitesse qui est au moins dix fois plus faible que la vitesse dela pellicule de liquide. En pratique on utilise une pellicule de liquide qui s'élargit comme une surface conique en direction de la surface libre du reste de l'émulsion. On a intérêt à accélérer la partie d'émulsion formant la pellicule de liquide par rotation à la vitesse voulue. Le problème secondaire est résolu par un dispositif de séparation des émulsions graisse-eau et/ou huile-eau présentant une cuvette à surface ouverte recueillant l'émulsion à séparer, un moyen pour arracher la couche d'eau des gouttelettes de graisse et/ou d'huile de l'émulsion et un moyen pour retirer les gottielettes de graisse et/ou d'huile montées à la surface, et selon l'invention le moyen pour arracher la couche d'eau des gouttelettes de graisse et/ou d'huile de l'émulsion est un rotor disposé audessus de la surface, présentant une partie supérieure cylindrique creuse, une ouverture d'admission tangentielle qui y est fixée, une partie inférieure fixée par-dessous à la partie supérieure, se rétrécissant vers le bas - en pratique conique - ainsi qu'un élément de sortie fixé à l'extrémité inférieure de la partie inférieure et s'élargissant vers le bas. Dans une variante intéressante, le dispositif selon l'invention présente dans sa partie supérieure une pièce cylindrique dont la partie inférieure est en forme d'ovoïde partiel. Dans une autre variante intéressante, l'ouverture d'admission est liée par l'intermédiaire d'une pompe de recirculation avec une partie de la cuvette en-dessous de la surface. Le dispositif selon l'invention présente de préférence plusieurs rotors disposés enparallèle, qui sont placés l'un près de l'autre au-dessus de la surface. L'invention sera ci-dessous précisée à l'aide des dessins par des exemples de réalisation. Dans les dessins, la figure 1 montre une représentation très agrandie en coupe de la zone de contact entre la pellicule d'émulsion et le reste de l'émulsión; la figure 2 montre un rotor pour préparer une pellicule d'émulsion à grande vitesse, en coupe longitudinale, la figure 3 montre une coupe selon le plan III-III de la figure 2, la figure 4 montre la disposition d'un rotor selon les figures 2 et 3 au-dessus d'une cuvette d'émulsion à surface libre, la figure 5 montre le principe dalla ladisposition d'un appareil de séparation d'émulsions à l'aide d'un rotor selon les figures 2 et 3, la figure 6 montre une vue latérale schématique d'un dispositif de séparation d'émulsions avec plusieurs rotors et la figure 7 montre une vue de dessus schématique du dispositif selon la figure 6. Dans la disposition selon la figure 1 se trouve dans une cuvette 13 à surface ouverte (libre) une émulsion graisse-eau et/ou huile-eau à séparer où les gouttelettes de graisse et/ou d'huile désignées par des cercles hachurés sont entourées d'une pellicule d'eau. Une partie de l'émulsion à séparer est retirée à l'aide d'une pompe (non représentée) et transformée au moyen d'un rotor (également non représenté) en une pellicule de liquide continue 12 à vitesse élevée, qui est lancée sous un angle aigu dans le reste de l'émulsion à travers la surface libre de cette autre partie. La vitesse v de la pellicule de liquide 12 est choisie de manière que la pellicule reste continue (il ne se produit pas de gazéification). On fait circuler en sens contraire la partie de l'émulsion se trouvant dans la cuvette 13 avec une vitesse nettement plus faible, au moins d'une puissance de 10, que la vitesse v dela pellicule liquide 12. Les gouttelettes formant la pellicule de liquide (pellicule d'émulsion) 12 à grande vitesse s'entrechoquent après leur pénétration avec les gouttelettes à circulation lente. A la suite du choc la couche d'eau des deux gouttelettes est arrachée et les gouttelettes adhèrent l'une à l'autre. Les gouttelettes réunies s'éloignent par sauts et à la suite de chocs avec d'autres gouttelettes grossissent de plus en plus jusqu'à ce qu'elles perdent entièrement leur énergie. On peut séparer une pellicule liquide 12 à grande vitesse par exemple au moyen d'un rotor ll selon les figures 2 et 3. Le rotor ll présente une partie supérieure creuse et cylindrique 2 et une partie inférieure 3 creuse qui y est fixée par le bas et qui se rétrécit de manière conique vers le bas. La parties supérieure 2 est munie d'une ouverture d'admission 1 tangentielle. A l'strémitéinférieure de la partie inférieure 3 est fixé un élément de sortie 7 s'élargissant vers le bas. La partie supérieure 2 est munie d'une pièce cylindrique centrale 4 dont la partie inférieure a une forme d'ovoïde partiel 5 aboutissant dans la partie inférieure 3. La surface interne du rotor ll est munie d'un revêtement 6 fait d'une matière élastique résistant à l'usure (p. ex. de caoutchouc mou ou de matière synthétique. La partie d'émulsion pénétrant sous pression par l'ouverture d'entrée 1 darsle rotor li selon les figures 2 et 3 est entraînée dans la partie supérieure cylindrique 2 vers le bas en un mouvement de rotation le long du côté interne de la paroi de la surface 2. Sa rotation s'accroît jusqu'à ce qu'elle atteigne l'élément de sortie. La pièce 4 empêche l'apparition dans l'émul- sion de transformations d'énergie superflues et provoquant des pertes d'énergie. L'émulsion circulant par rotation dans la partie inférieure 3 ne remplit plus l'espace disponible, car sa vitesse de rotation le long de l'axe géométrique devrait être infini. Elle ne pénètre que jusqu'à un rayon où l'énergie totale de l'émulsion peut encore couvrir les transformations d'énergie. Ainsi apparaît le long de l'axe un espace cylindrique dépourvu d'émulsion dans lequel l'air prend la vitesse de rotation considérée de l'émulsion. L'air forme donc un tourbillon qui de manière correspondant à la loi d'écoulement ne peut se terminer que dans son milieu propre ou dans un milieu au repos, sans écoulement, se confondant avec son milieu propre. Ainsi son extrémité supérieure se trouve à la point de l'ovoïde partiel de la pièce 5 (qui se compose en pratique de métal, de manière synthétique, de caoutchouc, etc).Cependant l'autre extrémité ne peut être au voisinage de la section plus étroite, car l'émulsion à cet endroit effectue son mouvement avec la plus grande vitesse de rotation, et ne peut donc même pas remplir entièrement cette section. Le tourbillon d'air sort du rotor li et persiste jusqu'à ce que son énergie soit détruite par l'air extérieur ou qu'il entre encontact avec un autre milieu. Le tourbillon d'air se termine donc à la surface libre de la partie d'émulsion s'écoulant avec la vitesse u (figure 4). La vitesse dirigée dans un sens correspondant à l'axe géométrique de l'émulsion s'écoulant par rotation vers le bas augmente par étapes selon les proportions des sections jusqu'à ce que soit atteinte la section la plus étroite du rotor. L'émulsion pénètre ensuite dans l'élément de sortie remplaçable 7 où elle suit sous l'action de la force centrifuge le contour interne de l'élément de sortie 7 en tournant et après la sortie prend une forme conique régulière. Etant donné que lors de l'écoulement libre le long de la surface du cone le diamètre du cône devient de plus en plus grand, la couche d'émulsion , étant donné la constance du volume , devient de plus en plus mince jusqu'à ce qu'elle se transforme en une pellicule. Selon les lois de l'écoulement libre, la vitesse axiale de la pellicule, mise à part l'action du champ de gravitation, reste constante jusqu'à ce qu'elle atteigne la surface de la partie d'émulsion à écoulement lent. Le rotor ll est disposé à une hauteur à laquelle la pellicule de liquide ne se décompose pas encore en gouttelettes d'émulsion indépendantes. Cette hauteur peut facilement être déterminée selon ce qui précède. On peut ainsi avec une émulsion quelconque utiliser le même rotor 11, seul l'éloignement de la surface libre devant être modifié de manière correspondante. Un avantage tout à fait essentiel du dispositif selon l'invention tient à ce que les particules solides poussées dans le rotor ll peuvent passer sans obstacle ùême la plus étroite section inférieure de l'installation; et donc qu'il ne peut pas y avoir d'engorgement. Le dispositif selon la figure 5 présente une cuvette 13 avec une surface ouverte pour recueillir l'émulsion à séparer, qui est munie d'un déversoir habituel 16 pour retirer la graisse et/ou l'huile qui débordent. Au-dessus de la surface de la cuvette 13 est disposé le rotor 11 dont l'ouverture d'entrée est liée par une pompe 14 avec une partie de la cuvette 13 sous la surface. L'émulsion fraîche aboutit dans la cuvette 13 par une entrée désignée par la flèche 15. L'eau est dérivée ou selon les cas recyclée dans la direction de la flèche 17. La pellicule de liquide conique 12 formée au moyen du rotor 11 pénètre par la surface libre dans la partie d'émulsion se trouvant dans le bassin 13 et sépare l'émulsion de la manière intensive déjà décrite. La figure 6 montre une disposition pratique en série des rotors 11 les uns à côté des autres au-dessus de la cuvette 13 avec une grande surface libre. L'éloignement des rotors Il entre eux est choisi de manière tel que les pellicules d'émulsion coniques ne peuvetn se croiser. Les rotors 11 peuvent, disposés en parallèle, être actionnés par une seule pompe. Parmi les résultats des expériences réalisés avec le dispositif selon l'invention on peut présenter par exemple les suivants: Teneur en matière grasse de l'émulsion(mg/l) Avant séparation Après séparation 1. 1400 450 2. 500 360 3. 160 130 Dans ces expériences, un quart seulement de l'émulsion apparue est envoyé à travers le rotor selon l'invention. Les valeurs de la seconde colonne concernent la quantité totale de l'émulsion , et les résultats mesurés contiennent donc également la teneur en matière grasse des trois quart non traités. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation d'émulsions graisse-eau et/ou huile-eau dans lequel on arrache la couche d'eau entourant les gouttelettes de graisse et/ou d'huile de l'émulsion, on réunit ainsi les gouttelettes de graisse et/ou d'huile jusqu'à ce qu'elles montent à la surface de l'émulsion et on les en retire - en pratique par écrémage, caractérisé en ce qu'on transforme une partie de l'émulsion en une pellicule de liquide continue présentant une vitesse telle qu'elle peut pénétrer à travers la surface libre du reste de l'émulsion, cette pellicule de liquide étant - en pratique sous un angle aigu - lancée sur la surface libre de la partie restante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie restante de l'émulsion est maintenue en circulation - en pratique avec une vitesse plus faible d'au moins une puissance de dix que la vitesse de la pellicule de liquide lancée à la surface. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise une pellicule de liquide qui s'élargit sous la forme d'une surface conique en direction de la surface libre du reste de l'émulsion. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fraction d'émulsion formant la pellicule de liquide est accélérée par rotation à la vitesse voulue. 5. Dispositif pour séparer les émulsions graisse-eau et/ou huile-eau avec une cuvette recueillant l'émulsion à séparer et ayant une surface ouverte, un moyen pour arracher la couche d'eau des gouttelettes de graisse et/ou d'huile de l'émulsion et un moyen pour retirer les gouttelettes de graisse et/ou d'huile montées à la surface, caractérisé en ce que le moyen pour arracher la couche d'eau des gouttelettes de graisse et/ou d'huile de l'émulsion est un rotor(ll) disposé au- fessus de la surface, et présentant une partie supérieure creuse et cylindrique (2), une ouverture d'admission tangentille (1) qui y est fixée, une partie inférieure (3) fixée par le bas à la partie supérieure (2) et se rétrécissant vers le bas - en pratique conique ainsi qu'un élément de sortie (7) s'élargissant vers le bas et fixé à l'extrémité inférieure de la partie inférieure (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie supérieure (2) présente une pièce cylindrique centrale (4) qui est disposée à son extrémité inférieure sous la forme d'un ovoïde partiel (5). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'ouverture d'admission (1) est reliée par une pompe de recirculation (14) à une partie de la cuvette (13) sous la Surface. 8. Dispositif selon l'une des revendication 5 à 7, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs rotors (11) disposés en parallèle et qui se présentent les uns à côté des autres au-dessus de la surface