Brevet FR2566763A1 — publié le 19860103

La présente invention se rapporte aux procédés et dispositifs destinés à maintenir le processus technologique d'épuration des eaux usées et, tout particulièrement, concerne un procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées et un dispositif pour sa mise en oeuvre L'invention peut être utilisée pour l'épuration des eaux usées, contenant des matières contaminantes organiques et minérales, des matières en suspension, etc. Il est surtout avantageux de faire appel à la présente invention pour l'épuration des eaux uses, chargees de produits pétroliers, de polymères, par exemple, des eaux, contenant des huiles et des polyméthacrylates de méthyle Actuellement, les procédés les plus efficaces régulant automatiquement le processus électrochimique d'e- puration des eaux usées, pour réduire dans lesdites eaux usées la concentration des polluants en vue de la ramener aux normes sanitaires en vigueur, sont des procédés de regulation automatique du processus d'épuration. par variation de la densité de courant sur les électrodes et des dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés. On connait un procédé de régulation automatique du processus d'epuration électrochimique des eaux usées par variation de la densité de courant sur les électrodes et un dispositif pour sa mise en oeuvre (voir le brevet de la RFA n0 2016448, cl. C.I.B. BO IK 3/00, 1974), comportant une source d'alimentation et un bloc de mesure relié à un régulateur de la densité de courant sur les électrodes. Le régulateur comporte un bloc formant la valeur de consigne pour la densité de courant sur les électrodes qui sert de référence et un circuit de comparaison qui compare le signal, provenant du bloc de mesure et le signal dudit bloc de consigne, et, lors de la modification de la valeur instantanée de la densité de courant sur les électrodes émet un signal de commande envoyé à la source d'alimentation régulée. Or, ledit procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées et le dispositif pour sa mise en oeuvre n'assurent une haute qualité d'épuration que pour une concentration déterminée des impuretés se trouvant dans les eaux usées, vu que, lorsque la densité de courant sur les électrodes se maintient à un niveau constant, on voit se former une quantité donnée d'hydroxyde de métal suffisante pour assurer la coagulation des particules polluantes. Pour une teneur en impuretés des eaux usées plus haute, on devrait pouvoir augmenter la densité de courant sur les électrodes ce qui n'est pas prévu dans le dispositif réalisant le procédé connu.Dans ces conditions, si la concentration initiale des impuretés, se trouvant dans les eaux usées, subit des variations, on assiste à une dégradation du degré de pureté finale des eaux, étant donné que dans ce cas la quantite d'hydroxyde de métal formée ne sera pas proportionnelle à la quantité des impuretés présentes dans les eaux usées. On connait un procédé de régulation automatique du processus d'épuration des eaux usées par flottation électrique et un procédé pour sa mise en oeuvre (voir le certificat d'auteur URUS NE 453360, #C.I.B. C02F 3/00,1972) prévoyant la variation de la densité de courant sur les électrodes en fonction de la concentration admissible des impuretés dans l'eau épurée. Le signal, produit par un bloc de mesure en fonction de la teneur de l'eau épurée en particules résiduelles en suspension est comparé avec un signal de référence dans le régulateur qui, en cas d'écart entre ces signaux, délivre un signal-de commande s'appliquant à la source d'alimentation. Cependant, ledit procédé de régulation automatique du processus d'épuration des eaux usées, et le dispositif pour sa mise en oeuvre, n'assurent une bonne régulation du processus en question que lorsque le système prend en compte les propriétés dynamiques de l'objet de la régulation. Dans le cas contraire, le paramètre régulé se distingue par un astatisme considérable et le processus d'e- puration prend un caractère oscillatoire. On connait également un procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées (voir le certificat d'auteur URSS n0 555056, C.I.B. C02F 3/00, 1975) consistant en ce que la densité de courant sur les électrodes solubles d'un coagulateur électrique, est réglée en fonction de la concentration du métal dissous dans l'eau à épurer.Ce procédé d'épuration est basé sur le fait que dans les eaux soumises à 1 'épu- ration on maintient une concentration optimale de métal d'électrodes dissous qui doit être suffisante pour obtenir un degré de pureté prédéterminé de l'eau, car on sait que la coagulation des particules polluantes se trouvant; dans les eaux usées ne peut se dérouler à une grande vitesse que si le métal dissous dans l'eau est présent en une dose bien determinee. Quand cette quantité de métal dans l'eau est dépassée, le degré d'épuration de l'eau devient moins bon. Il s'agit en l'occurrence d 'une dépendance extrème entre le degré de pureté et la concentration du métal dissous dans les eaux subissant l'épuration.Cependant, il est impossible de maintenir de manière précise une concentration bien définie de métal dissous dans l'eau traitee, étant donné que les mesures de la concentration du métal, dissous dans l'eau, se font en présence à la fois des métaux et des différentes impuretés se trouvant dans l'eau. Le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé comporte une source d'alimentation régulée reliée aux électrodes solubles d'un coagulateur électrique, et un régulateur de la densité de courant. Le régulateur de la densité de courant utilise un bloc formant la valeur de référence pour la densité de courant sur les électrodes solubles et un circuit de comparaison dont la sortie est branchée sur la source d'alimentation. Le dispositif comporte également un bloc de mesure de la concentration du métal d'électrodes dissous qui. est relié au circuit de comparaison faisant partie du régulateur de la densité de courant et qui produit un signal porteur d'information sur la valeur courante de la densité de courant sur les électrodes correspondant à une concentration déterminée de me- tal solubilise dans l'eau traitée.En cas d'écart entre le signal de valeur courant et le signal de référence qui se présentent aux entrées du circuit de comparaison, on fait varier la densité de courant sur les électrodes. Pour ce qui est du régulateur de densité de courant sur les élec- trodes, on fait appel à un régulateur extrémal pas à pas qui permet de maintenir au niveau optimal le regime technologique d'épuration électrochimique des eaux usées dans un coagulateur électrique en faisant varier par gradins (pas à pas) la densité de courant sur les électrodes en fonction de la concentration du métal dans l'eau traitée. Or, les équipements de mesure du type connu dont on se sert pour déterminer la concentration du métal dans les eaux soumises à 1 'épuration, présentent des erreurs de mesure importantes~(5 Z et plus) ce qui n'est pas sans répercussions sur les résultats définitifs de l'épuration des eaux usées. La présente invention vise à fournir un procédé de régulation automatique d'un processus d'épuration electrochimique des eaux usées et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé qui permettent . de maintenir, par contrôle courant de la masse des électrodes solubles, une quantité optimale de métal d'électrodes dissous dans l'eau à traiter, suffisant pour obtenir une vitesse élevée de coagulation et un haut degré d'épuration des eaux. Le problème posé est résolu du fait que dans un procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées, consistant en ce que l'on fait varier la densité de courant sur les électrodes solubles d'un coagulateur électrique, ou se fait l'épuration électrochimique des eaux usées, selon l'invention, la densite de courant sur les électrodes solubles est régulée en fonction de la variation de la masse des électrodes dans le temps au cours de leur dissolution. Il est avantageux de maintenir la densité de courant sur les électrodes solubles entre 0,005 et 0,02 A/cm2. Le problème pose est également résolu du fait que dans un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées, comportant une source d'alimentation régulée reliée aux électrodes solubles du coagulateur électrique et un régulateur de densité de courant dont la sortie est connectée à la source d'alimentation régulée et qui utilise un bloc de valeur imposée (de reférence) pour la densité de courant sur les électrodes solubles et un circuit de comparaison du signal de référence correspondant à la valeur de consigne et du signal correspondant à la valeur courante de la densité de courant sur les électrodes solubles, selon l'invention, il y a un bloc de mesure de la masse qui produit un signal porteur d'informations sur la grandeur instantanée de la densite de courant sur les électrodes solubles d'après la valeur de leur masse au moment donne, ledit bloc de mesure de la masse étant connecte au régulateur de la densité de courant sur les électrodes solubles et auxdites electrodes solubles au moyen de suspensions élastiques et de plaques isolantes. Il est préférable que le dispositif soit équipé de récipients, réalisés en matériau diélectrique et remplis de liquide conducteur de courant, lesdits récipients recevant les extrémités libres d'amenées de courant re liées à la source d'alimentation régulée, et d'amenées de courant reliées aux plaques isolantes. Il est souhaitable d'employer le mercure en tant que liquide conducteur de courant. La présente invention assure une densité de courant prédéterminée sur les électrodes solubles en fonction de la variation de la masse de ces électrodes ce qui permet de réduire au maximum les pertes de métal anodique, ledegre d'épuration des eaux étant élevé. La consommation du métal des électrodes solubles, diminue en moyenne de 1,3 fois, tandis que le degré d'épuration de l'eau devient plus élevé de 3,2 à 4,8 %. Dans 1 'exposé qui suit l'invention sera expliquée par la description d'exemples concrets de sa mise en oeuvre avec référence au dessin annexé sur lequel est représenté un schéma d'un dispositif, destiné à mettre en oeuvre le procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées, conforme à la présente invention. Le procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées consiste en ce que la densité de courant sur les électrodes solubles d'un coagulateur électrique où se fait l'épuration électrochi- mique des eaux usées, est régulée en fonction de la variation dans le temps de la masse des électrodes solubles au cours de leur dissolution, la densité de courant sur les électrodes solubles étant maintenue dans la plage allant de 0,005 à 0,02 A/cm2. Lors de l'épuration électrochimique des eaux usées, le degré d'épuration de l'eau et le rendement du coagulateur électrique sont fortement influences par la quantité du métal des électrodes solubles-qui passe dans l'eau lorsqu'une tension électrique est appliquée aux électrodes. Sous l'action du courant électrique, les ions des électrodes solubles passant dans la solution reagis sent avec les ions des hydroxydes de métal pour donner des particules d'hydroxydes de métal à sorption active qui favorisent la coagulation des impuretés se trouvant dans les eaux. Puis, les agrégats de particules polluantes coagulées sont séparés de l'eau pure dans le coagulateur électrique. La quantité de métal qui passe dans les eaux usées, doit être proportionnelle à la quantité d'impuretés dans les eaux à épurer. Ce fait revêt une importance particulière pour 1 'épuration él ectrochimi que des eaux usées en assurant un degré de pureté prédéterminé#et un bon rendement de l'opération. On y arrive en maintenant une densité de courant déterminée sur les électrodes solubles, pour obtenir une grande vitesse de leur dissolution. Theoriquement la quantité m da métal dissous par dissolution anodique peut être calculée en se basant sur la loi de Faraday m = k.I.t (1) où k est l'équivalent électrochimique du métal de 1 'élec- trode soluble, I est le courant sur les électrodes solubles, t est le temps de dissolution du métal d'e- lectrode. Cependant, en pratique, la quantité du métal dissous dans le coagulateur électrique sous l'-action du courant électrique diffère de celle que l'on établit theoriquement. De ce ait, pour obtenir un degré d'épuration prédéterminé des eaux usées, il est très important de pouvoir définir de façon precise la quantité de métal passant en solution lors de la dissolution électrochimique des électrodes. Les méthodes connues de détermination de la quan tité de métal dissous dans un liquide à l'aide d'instruments de mesure, se caractérisent par une precision insuffisante (l'erreur de mesure de ces instruments se chiffre à:de 4 à 5 %).La plus grande précision de détermination de la quantité de métal dissous dans l'eau sous l'action de courant électrique peut être obtenue avec des dispositifs mesurant la masse. C'est pour cette raison que dans la présente invention la quantité de métal d'électrodes passant dans la solution est déterminée directement d'après la variation dans le temps de la masse des électrodes solubles au cours de l'épuration des eaux usées ce qui caractérise la quantité du métal dissous dans l'eau. Les conditions les plus favorables pour la dissolution du métal des élec- trodes se créent lorsque la densité de courant sur les électrodes est maintenue entre 0,005 et 0,02 A/cm2.Si la densité de courant est inférieure a 0,005 A/cm2, le temps de dissolution des électrodes devient sensiblement plus grand ce qui compromet le rendement du coagulateur électrique. Quand la densité de courant dépasse 0,02 A/cm2, on assiste à un vif dégagement de gaz sur les électrodes ce qui conduit à une agitation intense du liquide en cours d'épuration, entraînant une dégradation du processus d'e- puration des eaux usées. Le procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées est réalisé à l'aide d'un dispositif dont le schéma est représenté sur la figure annexée. Le dispositif comporte une source d'alimentation réglable 1 reliée à des électrodes solubles 2 d'un coagulateur électrique 3 et à un régulateur 4 de la densité de courant exécuté selon un schéma connu et comportant un bloc de consigne 5 fournissant la valeur voulue de densité de courant sur les électrodes 2, et un circuit de comparaison 6 comparant le signal correspondant a la valeur de consigne et le signal de la valeur courante de la densité de courant provenant d'un bloc 7 de mesure de la masse (voir Guide pratique sous la direction de Kocharsky B.N. "Les appareils et les systèmes de commande pour les productions chimiques", Mo5c ou, -Editions "Machi nostroénié", 0976). Le bloc 7 est relié aux électrodes solubles 2 au moyen de suspensions élastiques 8 et de plaques isolantes 9. La source d'alimentation régulée 1 est connectée aux électrodes solubles 2 à l'aide d'amenées de courant 10 et 11 dont les extrémités libres sont plongées dans des recipients 12 faits en matériau diélectrique, afin d'éviter le contact électrique avec la source d'alimentation 1, et remplis avec un liquide conducteur de courant tel que, par exemple, le mercure. Les électrodes solubles 2 sont placées dans la partie inférieure de la chambre de coagulation électrique 13 du coagulateur électrique 3 au-dessus d'une tubulure 14 par laquelle est amené de l'électrolyte pur pour y dissoudre le métal des électrodes 2, au-dessus desquelles se trouve une tubulure 15 par laquelle le liquide pollue arrive dans la chambre 13 de coagulation électrique. La chambre 13 de coagulation électrique se trouve partiellement à l'intérieur d'un bassin de décantation 16 et est coaxiale à ce dernier. Le bassin de décantation 16 est équipé de tubulures 17 et 18 qui sont utilisées, respectivement, pour 1 'évacuation de l'eau purifiée et des résidus qui se forment. Le degré d'épuration des eaux usées et le rendement du coagulateur électrique 3 sont déterminés principalement par la quantité d'hydroxyde de métal se formant dans l'électrolyte à la suite de la dissolution électrochimique des électrodes 2. Donc, l'information sur la masse des électrodes solubles 2 que l'on obtient en continu et qui caractérise la quantité d'hydroxyde de métal passant en électrolyte, détermine l'efficacité du processus d'épuration des eaux usées De ce fait l'un des éléments essentiels du système de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées est le bloc 7 de mesure de la masse qui fournit les valeurs courantes de la masse des électrodes solubles 2 dans le temps. Le bloc 7 de mesure de la masse peut être conçu, par exemple, autour d'un dispositif pneumatique "buse-vo let" (voir Koulakov V.M. "Les appareils pour les productions chimiques", Moscou, Editions "Chimie", 1983, p.500) qui produit un signal, correspondant à la pression dans le système "buse-volet", ladite pression étant fonction de la distance entre la buse et le volet, et qui est relié aux suspensions élastiques 8 à l'aide d'une timonerie. Chaque fois que la masse des électrodes solubles 2 subit des variations, la tension des suspensions 8 varie et provoque le déplacement correspondant de la vanne par rapport à la buse et une variation de la pression dans le système qui correspond à la variation de la masse des électrodes 2. Grâce aux amenées de courant 10 et 11, placees par leurs extrémités libres dans les récipients 12, remplis d'un liquide conducteur de courant tel que, par exemple, le mercure, les électrodes 2 sont reliées à la source d'alimentation 1. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régulation automatique du processus d'épuration electrochimique des eaux usées fonctionne de la façon suivante. Les eaux usées sont amenées en continu dans la partie médiane de la chambre de coagulation électrique 13 à travers la tubulure 15, aménagée au-dessus du système d'électrodes solubles 2, réalisées, par exemple, en aluminium et disposées dans la partie inférieure de ladite chambre 13. Simultanément, la chambre de coagulation elen- trique 13 reçoit par sa tubulure 14 l'électrolyte, par exemple, l'eau techniquement pure qui passe en un courant ascendant passant de bas en haut par l'espace entre les électrodes solubles 2.La mise sous tension des électrodes 2 provoque leur dissolution dans l'électrolyte et, par conséquent, l'apparition de particules d'hydroxyde de métal a sorption active, de même que le dégagement sur les électrodes 2, à la suite de 1 'électrolyse de l'eau, d'un gaz finement dispersé qui est véhiculé par le courant ascendant de l'électrolyte vers la partie médiane de la cham bre de coagulation électrique 13. Au-dessus des électrodes 2, le mélange des eaux usées avec l'électrolyte contenant les produits de dissolution du métal des électrodes 2 donne lieu à une interaction des hydroxydes de métal et des particules d'impuretés aboutissant à la formation de grands agrégats de particules qui sont ramenés par les bulles de gaz à la surface du liquide et, sous forme de déchets, sont élimines en continu par la tubulure 18, aménagée à cet effet dans la partie supérieure du bassin de décantation 16. L'eau, purifiée dans le bassin de décantation 16, est évacuée par la tubulure 17, disposée dans la partie inferieure dudit bassin de décantation 16. Les relevés de la masse des électrodes solubles 2, effectues en continu au cours de 1 'épuration des eaux, se font à l'aide du bloc 7 de mesure de la masse, relié aux électrodes 2 au moyen de suspensions élastiques 8 et de plaques isolantes 9. Lors de la dissolution des électrodes 2, leur masse subit des variations ce qui provoque le déplacement des suspensions 8, connectées au système "buse-volet" qui fait partie du bloc 7 de mesure de la masse. C'est ainsi qu'à la sortie du bloc 7 de mesure de la masse on voit apparaitre un signal qui porte 1 'infor- mation sur la masse des électrodes 2 et, par conséquent, sur la quantité d'hydroxyde de métal se formant dans l'electrolyte en fonction de la densité de courant sur les électrodes solubles 2. Ce signal arrive à l'entrée du circuit de comparaison 6 du régulateur 4, l'autre entrée dudit circuit de comparaison 6 étant attaquée par -le signal, provenant du bloc 5 et 6 correspondant à la valeur de consigne de la densité de courant sur les électrodes solubles 2. S'il y a un écart entre ces signaux, le régulateur 4, tout en agissant comme le veut la loi connue en soi de regulation se trouvant à la base de son fonctionnement, dé livre un signal de commande appliqué au mécanisme exécutif, de la source d'alimentation réglable 1.Il en résulte une variation proportionnelle de la densité de courant sur les électrodes solubles 2 qui rend la vitesse de dissolution anodique du métal plus faible ou plus élevée en fonction du signe que prend le signal d'écart fourni par le circuit de comparaison 6 du régulateur 4. Ainsi, lorsque la masse des électrodes 2 varie, le signal de commande fourni par le régulateur 4 apporte des modifications dans les paramètres de travail de la source d'alimentation 1 en rétablissant la valeur nécessaire de la densité de courant sur les électrodes 2 qui assure une bonne stabilité du régime technologique d'epu- ration des eaux usées dans la chambre de coagulation électrique 13 ce qui permet d'obtenir un haut degré d'épuration de l'eau. Etant donné que la qualité de régulation du processus d'épuration étectrochimique des eaux usées dépend des conditions d'exploitation des électrodes solubles 2, la vitesse linéaire du flux d'electrolyte, passant par l'espace entre les électrode# 2, ainsi que la distance entre ces électrodes 2, sont choisies de telle façon qu'on puisse obtenir une passivation minimale de leur surface et que la conductibilité électrique du liquide, lors de sa saturation en gaz et en produits de la dissolution électrochimique des électrodes solubles 2, en régime stationnaire soit constante. L'application du procédé de régulation automatique du processus d'épuration électrochimique des eaux usées et le dispositif, pour la mise en oeuvre de ce procédé selon l'invention permettent de réduire la consommation des électrodes solubles 2 en moyenne-de 1,3 fois, le degré d'épuration de l'eau étant de 99,6 Z. REVENDICATIONS 1 - Procédé de régulation automatique d'un processus d'épuration électrochimique des eaux usées consistant en ce que l'on fait varier la densité de courant sur les électrodes solubles (2) d'un coagulateur électrique (3) ou se fait l'épuration électrochimique des eaux usées, caractérisé en ce que la densité de courant sur les electrodes solubles (2) est régulée en fonction de la variation dans le temps de la masse des électrode-s solubles (2) au cours de leur dissolution. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que la densité de courant sur les électrodes solubles (2) est maintenue dans une plage allant de 0,005 à 0,02 A/cm2. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant une source d'alimentation réglable (1), reliée a des électrodes solubles (2) d'un coagulateur électrique (3), et un régulateur (4) de la densité de courant dont la sortie est connectée à la source d'alimentation réglable (1) et qui comporte un bloc de consigne (5) fournissant la valeur voulue de la densité de courant sur les électrodes solubles (2) et un circuit de comparaison du signal correspondant à la valeur de consigne et a la valeur courante de la densité de courant sur les électrodes solubles (2), caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (7) de mesure de la masse qui produit un signal porteur d'informations sur la valeur instantanée de la densité de courant sur les électrodes solubles (2) correspondant à leur masse au moment donné, ledit bloc (7) de mesure de la masse étant connecte-au régulateur (4) de la densité de courant sur les électrodes solubles (2) et relié auxdites électrodes solubles (2)#à l'aide de suspensions élastiques (8) et de plaques isolantes (9). 4 - Dispositif selon la revendication 3, carac térisé en ce qu'il comporte des récipients (12), réalisés en matériau diélectrique et remplis de liquide conducteur de courant dans lesquels sont placées les extremites libres des amenées de courant (10), connectées à la source d'alimentation reglable (1), et des amenées de courant (11), reliées aux plaques isolantes (9). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'en tant que liquide conducteur de courant on utilise le mercure.