Brevet FR2565578A1 — publié le 19851213

Procédé et installation de traitement de l'eau à l'aide d'un nuage de flocons par épaississement et augmentation des dimensions des flocons dans des cylindres d'eau. La présente invention concerne un procédé et une installation de floculation et de séparation des flocons sous la forme d'un nuage de flocons. Dans les appareils de traitement d'eau à l'aide d'un nuage de flocons, pour augmenter le rende- ment on a prévu des parois inclinées dans le volume du nuage de flocons, en position immergée, divisant ce volume en des parties de volume. Les parois inclinées supérieures des sections ainsi réalisées comportent des déflecteurs et les parois inférieures sont lisses. Les déflecteurs facilitent la floculation. Les flocons produits tombent sur la paroi inférieure et glissent le long de celle-ci dans la direction posée à celle de l'écoulement. Dès que les flocons atteignent le bord inférieur de la paroi, ils sont extraits par le flot montant du liquide. Un effet de clarification est plus efficace par la répéti- tion périodique du changement de passage. Dans ce montage, on réalise une charge de surface des éléments de clarifi- cation qui va de 15 Jusqu'à 20 m.h1. Les installations connues actuellement présentent les inconvénients suivants: l'intégration des parois inclinées dans un réservoir rectangulaire à parois verticales augmente les surfaces non utilisées. Les volumes partiels sont utilisées seulement en partie pour la remontée puisque dans le volume au niveau de la paroi inclinée infé- rieures, il y a les dépôts de boue. Les déflecteurs se trouvent seulement d'un côté si bien qu'ils ne peuvent agir sur tout le volume de la suspension. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et concerne à cet effet un procédé caractérisé en ce qu'on épaissit et on augmente la dimension des flocons en faisant tourner des cylindres d'eau suivant un écoulement non turbulent, dans des volumes concaves entre l'écoulement principal de liquide qui est forcé d'effectuer un mouvement de montée sinusoïdal engendré par transmission d'une quantité de mouvement à l'écoulement principal par des parois ou des bandes de forme ondulée prévues sur les parois planes limitant le nuage de flocons. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on épaissit et on augmente la dimension des flocons dans au moins deux cylindres d'eau prévus l'un au-dessus de l'autre, et au maximum dans quinze cylindres, le gradient restant constant ou diminuant dans la direc- tion de l'écoulement dans la plage de G = 200 Jusqu'à s Suivant une autre caractéristique de l'invention, on effectue l'épaississement et l'augmenta- tion de la dimension des flocons en rendant la liaison entre les flocons plus forte par addition d'un agent de coagulation auxiliaire et/ou en changeant de façon répétée périodiquement, les forces hydro-dynamiques dans le liquide à une fréquence de l'ordre de n = 0,01 Jusqu'à 0,1 Hz. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, cette installation étant caractérisée en ce que le volume pour le nuage de flocons est séparé en sections partielles par un système de cloisons verticales immergées, la largeur allant de 0,1 jusqu'à 0,4 m et la longueur étant égale à la largeur X 4... 20, etoen croisant et en faisant déborder le nuage par-dessus une arête de débordement pour la boue de 0,05 jusqu'à 0,30 m. Suivant une autre caractéristique de l'installation, les cloisons submersibles sont ondulées dans la direction de leur hauteur, de préférence de façon sinusoidale ou polygonale. Suivant une autre caractéristique de l'installation, les cloisons submersibles sont planes et comportent des déflecteurs. Suivant une autre caractéristique de l'installation, la longueur d'une période sinusoidale de la paroi immergée est entre 2 à 6 fois plus longue que la largeur de la section partielle et la déviation de la ligne sinusoidale par rapport à l'axe est égale à 1/4 jusqu'à 1/2 de la largeur de la section partielle. Suivant une autre caractéristique de l'installation, les déflecteurs sont situés à la section partielle alternativement sur des côtés opposées sous des angles de 45 à 70 par rapport au plan horizontal et viennent en saillie entre 1/6 jusuq'à 1/3 de la largeur de la section partielle et les distances entre les déflec- teurs sont égales à la largeur de la section partielle multipliée par 0,5 jusqu'à 3. Le procédé de floculation et de séparation des flocons selon l'invention remédie aux inconvénients des solutions connues. Selon l'invention, la caractéris- tique générale réside dans le fait que l'on épaissit les flocons et on augmente leur dimension en-les faisant tourner dans des cylindres d'eau suivant un écoulement non turbulent dans les volumes concaves entre l'écoulement principal du liquide de façon à créer de force un mouvement de montée sinusoidale engendré par la trans- mission d'une quantité de mouvements de l'écoulement principal, par une ondulation de la forme des parois ou des butées prévues sur les parois lisses, limitant le nuage de flocons. L'épaississement et l'augmentation de la dimension des flocons se fait dans au moins deux cylindres d'eau prévus l'un au-dessus de l'autre, et on a au maximum 15 tels cylindres, le gradient étant maintenu constant ou en diminution dans la direction de l'écoulement entre C =200 jusqu'à 20 s-r. L'épaississement et l'augmentation des dimensions des flocons est influ- encée par de plus fortes liaisons entre les flocons par addition d'un agent de coagulation auxilaire et/ou par répétition périodique du changement des forces hydro- dynamiques dans le liquide à des fréquences de l'ordre de n = 0,01 jusqu'à 0,1 Hz. Dans l'installation selon l'invention, le volume du nuage des flocons est séparé par un système de parois verticales immergées assurant une vision des sections partielles dont la largeur est comprise entre 0,1 jusqu'à 0, 4 m et la longueur est égale à la largeur multipliée par 4 - 20, de façon à croiser et à venir en surplomb de l'arête de débordement de boue entre0,05 m jusqu'à 0,30 m. Les parois immergées ont une forme ondulée dans le sens de leur hauteur; cette ondulation est de préférence sinusoidale ou polygonale à arête vive. Les parois immergées peuvent également être lisses et comporter des déflecteurs. A la longueur d'une période sinusoidale la paroi submersible est entre 2 et 6 fois plus longue que la largeur de la section partielle et la déviation de la ligne sinusoidale par rapport à l'axe est comprise entre 1/4 jusqu'à 1/2 de la largeur de la section partielle. Les déflecteurs peuvent être situés dans des sections partielles en alternance sur les côtés opposées suivant un angle compris entre 45 et 70 à partir du plan hori- zontal et viennent en saillie sur 1/6 jsuq'à 1/3 de la largeur de la section partielle; la distance entre les déflecteurs est égale à la largeur des sections partielles multipliées par un coefficent compris entre 0,5 et 3. Le procédé et l'installation selon l'in- vention présentent notamment les avantages suivants: le volume du nuage en flocons est séparé par les parois verticales de sorte qu'il peut être intégré facilement dans des réservoirs ou bacs à sections rectangulaires ou circulaires. La forme des surfaces des parois étant ondulée de façon sinusoidale ou poly- gonale avec arete vive, ou en variante avec des déflecteurs sur des parois lisses, crée une trajectoire sinusoïdale pour l'écoulement. On engendre ainsi des cylidnres d'eau des deux côtés des parties concaves des parois. - La longueur d'une période sinusoidale ou distance entre les déflecteurs est soit la même ou plus grande dans la direction de l'écoulement, ce qui est avantageux dans le cas de flocons cassants puisque le gradient va en diminuant. Les dimensions des différentes sections partielles sont choisies de façon que l'écoule- ment ne soit pas turbulent c'est-à-dire que le nombre de Reynold doit être inférieur.à Re v x R 600, formule dans laquelle v est la vitesse d'avancée moyenne R est le rayon hydraulique, p est la viscosité cynématique Une partie des flocons s'échappe de l'écoulement rotatif et monte pour passer dans le cylindre d'eau suivant, dans lequel le procédé est répété. De faibles impulsions engendrées en général par un élément mélangeur flottant, flottent alternativement à l'entrée dans l'espace du nuage de flocons et facilitent l'accumulation des flocons. Les parois immergées viennent en projection par dessus l'arête de débordement dans l'espace d'épaississement et se séparent en des sections plus faibles. Cette manière avec les pulsations du niveau de boue commande le débordement des boues, ce qui réduit au minimum la quantité de flocons entraînés avec l'eau traitée. Des exemples du procédé et de l'instal- lation de floculation et de séparation des flocons en nuage de flocons seront décrits ci-après, à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure la montre un mode de réalisa- tion connu d'une installation de clarification, de forme rectangulaire, dans laquelle. est intégré un dispositif selon l'invention; - la figure lb montre la même installa- tion de clarification en coupe longitudinale; - la figure lc montre la même clarifi- cation en coupe transversale; - la figure 2a montre un mode de réalisa- tion connu d'une installation de clarification de forme circulaire dans laquelle est intégré un dispositif selon l'invention; - la figure 2b est une coupe longitudinale del'installation de la figure 2a; - la figure 3 est une coupe verticale d'un montage à ondulations sinusoidales intégré; la figure 4 est une coupe verticale d'un montage ondulé de forme polygonale; - la figure 5 est une coupe verticale d'un montage bas, intégré et comportant des déflecteurs. Dans les diverses figures, la référence 1 désigne l'entrée d'eau souillée contenant des agents de coagulation, dansl'instalaltion de clarification. -La référence 2 désigne le volume de floculation; la référence 3 désigne les éléments mélangeurs; la référence 4 désigne des conduites perforées à la figure 1 ou des intervallesà la figure 2 entre les volumes de floculation et clarification; la référence 5 est une coupe partielle d'un nuage de flocons; la référence 6 désigne une paroi immergée; la référence7 désigne les déflecteurs; la référence 8 désigne une arête de débordement de boues; la référence 9 désigne un canal d'eau traitée; la réfé- rence 10 désigne la sortie de l'eau traitée; la réfé- rence 11 désigne le volume d'épaississage des boues; la référence 12 désigne la conduite d'évacuation. De l'eau avec des agents de coagulation, basiques, arrive dans le volume de floculation 2 par la conduite 1. La floeulation agit avantageusement sur les éléments mélangeurs 3 en suspension. Cette suspension s'écoule dans la conduite perforée ou dans l'intervalle 4 et est répartie par des cloisons immergées 6 en différentes sections de nuages de flocons 5. Dans les volumes concaves des cloisons immergées, ondulé-es, et entre les déflecteurs 7 on a des cylindres tournants d'eau, dans lesquels les flocons s'épaississent et augmentent de dimensions. On répète ce procédé dans différents cylindres d'eau places l'un au-dessus de l'autre. L'eau traitée s'écoule par les canaux 9 dans la conduite d'évacuation 10. La boue des nuages de flocons ou du niveau de ceux-ci passe par dessus l'arête de débordement 8 dont le volume d'épaissis- sement 11 et est évacué périodiquement par l'intermédiaire de la conduite 12. Dans les dispositifs décrits aux figures la , on peut obtenir avec un agent coagulant ferrique une charge de surface de 15 m.h1 etIorsqu'on ajoute un coagulant auxiliaire jusqu'à 20 m.h-1 Le dispositif décrit peut également être appliqué pour séparer les particules formées lors de l'adoucissage de l'eau et de la biofloculation. Liste des références - 1 - Entrée du clarificateur 2 - espace de floculation 3 - éléments mélangeurs 4 - conduite perforée ou intervalles - coupe partielle du nuage des flocons 6 - cloison submersible 7 - déflecteur 8 - arête de débordement 9 - canal d'évacuation de l'eau traitée - conduite d'évacuation 11 - volume d'épaississement de la boue 12 - tuyau d'évacuation de la boue REVENDICATIONS ) Procédé de floeulation et de sépara- tion de flocons suivant un nuage de flocons, procédé selon lequel on épaissit et on augmente la dimension des flocons en faisant tourner des cylindres d'eau suivant un écoulement non turbulent, dans des volumes concaves entre l'écoulement principal de liquide qui est forcé d'effectuer un mouvement de montée sinusoidal engendré par transmission d'une quantité de mouvement à l'écoulement principal par des parois ou des bandes de forme ondulée prévues sur les parois planes limitant le nuage de flocons. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on épaissait et on augmente la dimen- sion des flocons dans au moins deux cylidnres d'eau prévus l'un au-dessus de l'autre, et au maximum dans quinze cylin- dres, le gradient restant constant ou diminuant dans la direction de l'écoulement dans la plage de G = 200 jusqu'à -1 s 1 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on effectue l'épaississement et l'augmentation de la dimension des flocons en rendant la liaison entre les flocons plus forte par addition d'un agent de coagulation auxiliaire et/ou en changeant de façon répétée périodiquement, les forces hydro-dynamiques dans le liquide à une fréquence de l'ordre de n = 0,01 jusqu'à 0, 1 Hz. 4 ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,: caractérisée en ce que le volume pour le nuage de flocons est séparé en sections partielles par un système de cloisons verticales immergéése (6), la largeur allant de 0,1 jus- qu'à 0,4 m et la longueur étant égale à la largeur X 4...20, et en croissat et en faisant déborder le nuage par-dessus une arête de débordement (8) pour la boue de 0,05 jusqu'à 0,30 m. ) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les cloisons submersibles (6) sont ondulées dans la direction de leur hauteur, de préfé- rence de façon sinusoïdale ou polygonale. 6 0) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les cloisons submersibles (6) sont planes et comportent des déflecteurs (7). 7 ) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la longueur d'une période sinusoïdale de la paroi immergée (6) est entre 2 à 6 fois plus longue que la largeur de la section partielle et la déviation de la ligne sinusoïdale par rapport àl'axe est égale à 114 Jusqu'à 1/2 de la largeur de la section partielle (5). 8 ) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les déflecteurs (7) sont situés à la section partielle (5) alternativement sur des côtés opposées sous des angles de 45 à 70 par rapport au plan horizontal et viennent en saillie entre 1/6 Jusqu'à 1/3 de la largeur de la seciton partielle et les distances entre les déflecteurs (7) sont égales à la largeur de la section partielle multipliée par 0,5 Jusqu'à 3.