Brevet FR2620349A1 — publié le 19890317

La présente invention concerne un clarificateur à lit filtrant comprenant un réservoir constitué d'une partie cylindrique supérieure et d'une partie inférieure conique et qui est pourvu d'une conduite d'alimentation centrale pour la boue devant être clarifiée. Le dispositif objet de la présente invention est destiné à la séparation les uns des autres de liquides et de solides de types variés et il est plus particulièrement conçu pour réaliser la séparation des sédiments d'une lessive verte de cette lessive verte. On sait que la lessive verte est une boue contenant ia2CO, et Na2S, qui est produite lorsque le bain fondu provenant de la chaudière de récupération de soude se dissout dans de l'eau lors du processus de récupération chimique lors de la préparation de la pâte à papier travaillée. La pureté de la lessive verte est très importante dans les usines de pâte à papier. Une pureté très élevée permet de faire des économies grâce aux dimensions très faibles des équipements nécessaires, à des exigences réduites en ce qui concerne les chargements de chaux, aux pertes chimiques plus faibles ainsi qu'aux caractéristiques de filtrage améliorées de la boue de chaux. On utilise depuis longtemps des clarificateurs comportant un lit filtrant, notamment dans les installations de traitement des eaux. L'avantage de tels clarificateurs par rapport aux clarificateurs fonctionnant sur le principe de la sédimentation, réside en particulier dans le fait que les clarificateurs à lit filtrant nécessitent des équipements de dimensions très faibles et assurent un degré très élevé de séparation. Le clarificateur objet de la présente invention est basé sur le concept d'un lit filtrant fluidisé hydrauliquement dont le principe de fonctionnement-est décrit par exemple dans la publication suivante: article de Tesarik J. intitulé "Flow in sludge-blanket clarifiers" publié dans Journal of the Sanitary Engineering Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, vol 93 N' SA6 Décembre 1967 page 105 à 120. La boue devant être introduite dans le clarificateur à lit filtrant est floculée à l'aide d'un polymère. Le lit filtrant assure la liaison des solides floculés qui sont présents dans la boue circulant vers le haut. Le liquide libéré des solides, c'est à dire le liquide clarifié, est enlevé de la couche liquide formée sur la surface supérieure du lit filtrant. La figure 5 de l'article mentionné ci-dessus représente un clarificateur à lit filtrant constitué d'un réservoir qui comprend une partie cylindrique supérieure et une partie conique inférieure et qui est pourvu d'une conduite d'alimentation disposée centralement et s'étendant vers le bas. Le bord inférieur du cône d'alimentation forme avec le fond du réservoir une ouverture d'évacuation ou de déchargement annulaire qui distribue la boue d'alimentation de manière homogène et uniforme sur le lit filtrant. On enlève la boue épaissie de la surface supérieure du lit au travers d'ouvertures de trop-plein disposées sur la périphérie du réservoir. Des clarificateurs comportant des lits filtrants fluidisés hydrauliquement sont également décrits par exemple dans les brevets britanniques 1 437 140 et 1 445 485. * La présente invention se propose de réaliser un dispositif amélioré par rapport au clarificateur décrit dans l'article mentionné ci-dessus et également vis à vis des autres clarificateurs connus, utilisant un lit filtrant fluidisé hydrauliquement. En conséquence la présente invention concerne un clarificateur à lit filtrant comprenant un réservoir qui est constitué d'une partie cylindrique supérieure et d'une partie inférieure conique et qui est pourvu d'une conduite d'alimentation centrale pour le liquide à clarifier., caractérisé en ce que la conduite d'alimentation comporte un orifice d'évacuation menant à l'ouverture supérieure d'un élément tronconique de circulation et de mélange, ou cône, disposé dans la partie inférieure conique du réservoir, ladite ouverture supérieure étant plus grande que l'ouverture d'évacuation de la conduite d'alimentation. Lorsqu'il est déchargé ou évacué de la conduite d'alimentation vers le cône de circulation et de mélange, le Jet de boue attire les flocs de sédiments à partir du lit fluidisé situé au-dessus et il les transporte au travers de l'ouverture supérieure du cône dans ce cône, o les flocs de sédiments se mélangent avec le jet d'alimentation. Grace à la circulation interne du sédiment ainsi créé, les densités des matériaux d'alimentation et du lit de sédiment s'équilibrent et la consommation de polymères est réduite. Il n'est pas nécessaire de prévoir une pompe spéciale de circulation pour le sédiment, ce qui permet d'éviter une désintégration des flocs de sédiment dans la pompe. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un clarificateur selon la présente invention; - La figure 2 est une vue à plus grande échelle et en coupe illustrant le détail de la partie inférieure du clarificateur représenté sur la figure 1 et - La figure 3 est une vue en coupe selon A-A de la figure 2. Le dispositif représenté sur les dessins comprend un réservoir 1 qui se compose d'une partie cylindrique supérieure 2, et d'une partie inférieure conique 3. Un arbre coaxial 4 entraîné en rotation par un moteur 5 et disposé sur la partie supérieure du réservoir, s'étend au travers de ce dernier. Sur cet arbre 4 est fixé un élément tronconique de mélange et de circulation 6 désigné ci-après par cône, qui présente la forme d'un déflecteur en forme de cheminée inversée et qui est disposé dans la partie inférieure conique du réservoir de manière que son ouverture supérieure 7 soit dirigée vers le haut et que son bord inférieur 8 soit espacé d'une courte distance de la surface interne de la partie conique du réservoir. L'arbre 4 est également relié à un cône de guidage 9 qui est disposé en dessous du cône de circulation et de mélange 6. Ces cônes 6 et 9 délimitent entre eux une ouverture annulaire 10. Autour de l'arbre 4 est disposée une conduite 11 comportant un orifice d'évacuation 12 à son extrémité inférieure disposé dans la région de l'ouverture supérieure plus importante 7 du cône de mélange'et de circulation. L'extrémité supérieure 13 de la conduite 11 est reliée à une conduite d'admission 14 pour l'introduction de la boue devant être clarifiée. Sont également reliés à l'arbre 4 des moyens de raclage 15 comprenant des tiges plates qui viennent frotter sur la surface interne de la partie inférieure lors de la rotation de l'arbre 4. Sur les bords des cônes 6 et 9 et à proximité des moyens de raclage, on prévoit des puits ou éléments de conduite d'évacuation de sédiments 18 qui interrompent l'ouverture 10 en constituant des canaux par l'intermédiaire desquels les volumes de réservoir 16 et 17, situés au dessus et en dessous de l'ouverture, sont reliés l'un à l'autre. L'extrémité inférieure de la partie conique du réservoir est munie d'une ouverture 19 pour le déchargement ou l'évacuation du sédiment. L'extrémité supérieure de la partie cylindrique du réservoir comporte une ouverture d'évacuation 20 pour le liquide clarifié. Un cône 23 est disposé au dessus de l'ouverture supérieure 7 du cône de circulation et de mélange 6, ce cône 23 étant mobile vers le haut et vers le bas le long de la surface de la conduite d'alimentation 1l- de manière à ouvrir ou fermer l'ouverture supérieure 7 du cône de circulation et de mélange 6. Les mouvements et les réglages du cône 23 sont réalisés à l'aide d'un élément de levage et de réglage 24 qui est disposé dans une région supérieure du réservoir 1. La circulation interne du sédiment peut âtre réglée ou contrôlée à l'aide du cône 23 et après un arrêt du clarificateur, lorsqu'un lit de sédiment 21 s'est déposé dans l'espace 16 du cône 3, l'ouverture supérieure du cône de circulation et de mélange 6 peut être fermée afin que le débit d'alimentation au travers de l'ouverture d'évacuation 12 de la conduite d'alimentation 11 puisse être évacué au travers de l'ouverture annulaire 10 et, ensuite, en dessous du lit de sédiment 21 déposé dans l'espace 16 du cône 3. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant: La boue devant être clarifiée, par exemple une lessive verte, avec une addition de polymère contribuant à la floculation, est délivrée au travers de la conduite d'admission 14 vers la conduite d'alimentation 11 à partir de laquelle elle est déchargée au travers de l'orifice d'évacuation 12, sous la forme d'un Jet dans le cône de circulation et de mélange 6. A partir de là, la boue, distribuée de façon uniforme, s'écoule vers le haut au travers de l'ouverture annulaire 10 entre le cône de circulation et de mélange 6 et le cône de guidage 9 vers l'espace annulaire 16 qui va en s'élargissant. Une partie de la boue forme le lit de sédiment filtrant fluidisé 21, principalement dans la partie cylindrique du réservoir et une autre partie s'écoule vers le bas ainsi qu'on le décrira en détail ci-après. Lorsqu'il est déchargé à partir de l'ouverture d'évacuation 12 de la conduite d'alimentation, le jet de boue entraîne avec lui des flocs de sédiment provenant du lit fluidisé de sédiment 21 situé au dessus et il les transporte dans le cône de circulation et de mélange o ils se mélangent avec le jet d'alimentation. Après avoir été déchargés du cône de circulation et de mélange, les flocs légers sont soulevés par la circulation du lit de sédiment. Des flocs lourds et importants s'écoulent vers la partie de concentration de sédiments 17 disposée en dessous de l'ouverture annulaire 10 à partir de laquelle les sédiments, de façon soit continue, soit intermittente, sont déchargés au travers de l'ouverture d'évacuation 19. Dans l'espace 16 qui-s'élargit considérablement vers le haut (selon un angle d'environ 60'), il se forme un écoulement vers le bas (cet écoulement est appelé remous rétrograde), au voisinage des parois, ce qui fait que les flocs ont tendance à se déposer sur ces parois. Les moyens de raclage rotatifs 16 de même que le mouvement de rotation du cône 6 maintiennent à l'état fluidisé les zones qui sont situées près des parois. Les flocs de sédiments qui sont devenus trop gros et trop denses pour la vitesse de la boue s'écoulant vers le haut afin de permettre leur fluidisation, s'écoulent vers le bas le long de la paroi conique du réservoir et ils sont en outre guidés par les moyens de raclage vers le puits de déchargement de sédiments 18, A partir duquel ils s'écoulent vers la chambre de concentration de sédiments tout en étant protégés du courant issu de l'ouverture annulaire 10. La rotation du puits de déchargement de sédiments assure une évacuation uniforme des sédiments & partir de la partie inférieure du lit. Dans la partie de concentration le mouvement de rotation des moyens de raclage 15 maintiennent une qualité uniforme des sédiments devant être évacués, cette uniformité étant souhaitable pour l'évacuation. Après s'être écoulé au travers du lit filtrant 21, le liquide qui est séparé des matières solides est enlevé de la couche liquide formée sur la surface supérieure 22 du lit au travers de l'ouverture d'évacuation , Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Clarificateur à lit filtrant comprenant un réservoir (1) qui est constitué d'une partie cylindrique supérieure (2) et d'une partie inférieure conique (3) et qui est pourvu d'une conduite d'alimentation centrale (11) pour le liquide à clarifier, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation (11) comporte un orifice d'évacuation menant,à l'ouverture supérieure (7) d'un élément tronconique de circulation et de mélange, ou cône (6), disposé dans la partie inférieure conique (3) du réservoir (1), ladite ouverture supérieure (7) étant plus grande que l'ouverture d'évacuation (12) de la conduite d'alimentation (11). 2- Clarificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme une ouverture annulaire (10) entre le bord inférieur (8) du cône de circulation et de mélange (6) et une plaque conique (9) disposée dans la partie inférieure conique (3) du réservoir (1). 3- Clarificateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on dispose près de l'ouverture annulaire (10) au moins un puits ou une conduite de décharge ou d'évacuation de sédiment (18) qui interrompt ladite ouverture et qui relie les enceintes du réservoir (16, 17) situées au dessus et au dessous de chacune d'elles. 4- Clarificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on dispose au dessus de l'ouverture annulaire (10) au moins un moyen de raclage (15) qui peut être déplacé le long de la surface de la partie inférieure cônique du réservoir (1). - Clarificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on dispose au moins d'un moyen de raclage (15) en dessous de l'ouverture annulaire (10), ce moyen de raclage pouvant être déplacé le long de la surface de la partie inférieure conique du réservoir (1). 6- Clarificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cône de circulation et de mélange (6) peut tourner. 7- Clarificateur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le cône de circulation et de mélange (6) est fixé à l'arbre (4) qui entraîne en rotation au moins un moyen de raclage (15). 8- Clarificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on prévoit une ouverture de décharge ou d'évacuation des sédiments (19), située à l'extrémité inférieure de la partie conique (3) du réservoir (1). 9- Clarificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on prévoit une ouverture d'évacuation (20) du liquide clarifié, cette ouverture étant prévue & l'extrémité supérieure de la partie cylindrique (2) du réservoir (1). - Clarificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on prévoit un cône (23) au dessus de l'ouverture supérieure (7) du cône de mélange et de circulation, ce cône (23) pouvant être déplacé vers le haut et vers le bas le long de la conduite d'alimentation (11).