Brevet FR2633918A1 — publié le 19900112

La présente invention concerne les dispositifs pour épuration des eaux naturelles et des eaux d'égouts et a, notamment, pour objet un électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts. L'électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts selon l'invention peut être utilisé de manière efficace dans la chimie et électrochimie, les constructions mécaniques, la production de l'électricité, l'industrie alimentaire et d'au tres industries dans le but principal de débarrasser les eaux d'égouts des impuretés gracie à l'introduction dans le liquide traité d'ions métalliques point d'une électrode pulvérisée soluble. L'électrolyseur selon l'invention permet d'obtenir des suspensions très concentrées d'hydroxyde ferreux (II) ou ferrique (III), d'hydroxyde d'aluminium utilisés pour la coagulation et la sorption des impuretés, pour la réduction du chrome hexavalent.Il est préférable d'utiliser lelectroly- seur selon l'invention pour l'obtention électrochimique de coagulants en vue d'épuration des eaux d'égouts (par exemple des eaux usées provenant d'ateliers de galvanisation). On cornait un électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts (SU-A 1 112 003) comprenant un corps cylindrique en matériau conducteur de courant relie au pôle négatif d'une source de courant, une charge en particules conductrices de courant disposée dans le corps et isolée de celui-ci et dans laquelle est disposé un moyen d'amenée de courant relie au ple positif de la source de courant. Le moyen d'amenée de courant est réalisé sous forme d'une tubulure métallique perforée disposée de manière coaxiale avec le corps. L'eau à épurer est amenée dans le corps, s'écoule à travers la charge anodique consommable, pénètre dans la tubulure par ses trous perfores et est évacuée en dehors de l'électrolyseur par cette tubulure. Dans cet électrolyseur, l'eau à épurer chargée de produits d'électrolyse et s'écoulant dans l'espace poreux de la charge se trouvant en état statique colmate cet espace de sorte qu'il se forme des zones imperméables. De ce fait, le fonctionnement de l'électrolyseur de ce type se caractéri se par des dépenses élevées d'énergie électrique et par une faible efficacité d'épuration de l'eau traitée. On connalt un autre électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts (SU-A 1 104 113) comprenant un corps cylindrique en un matériau conducteur de courant relié au ple négatif d'une source de courant, un panier perforé cylindrique disposé dans le corps, rempli d'une charge en particules de matière conductrice de courant, relié au ple positif de la source de courant et muni d'un moyen qui le fait tourner autour de son axe de symétrie, un diaphragme disposé sur la surface extérieure du panier et des tubulures pour laEdE des eaux d'égouts à traiter dans l'électrolyseur et pour l'évacuation des eaux épurées.Le corps et le panier sont disposés de manière coaxiale et verticale, l'eau à épurer est amenée dans le corps par la partie inférieure de celui-ci, s'écoule à travers l'espace interélectrode (espace annulaire entre le corps et le panier) et est évacuée par la partie supérieure du corps. Pour éviter le colmatage de la charge par les boues, le panier est périodiquement mis en rotation et déplacé en un mouvement vertical de va-et-vient. Dans cet électrolyseur, la zone active de dissolution des particules de la charge est formée uniquement par une zone se trouvant à proximité de la surface cylindrique du panier perforé. Le reste de la charge du panier ne sert que de moyen d'amenée de courant anodique au point de connexion du ple positif de la source de courant et est donc utilisé de manière inefficace. L'eau à épurer s'écoule à travers l'es- pace interelectrode de l'électrolyseur, en entraînant avec elle les ions métalliques dissous. Quant au panier anodique luimême, le liquide et la charge s'y trouvent en état statique. La mise en rotation périodique du panier avec la charge engendre des forces centrifuges qui, avec la charge immobile, sont incapables d'en décolmater les pores. Le mouvement de va-et-vient provoqué par un excentrique monté sur l'axe de rotation du panier ne fait que tasser la charge. En outre, on amène une faible solution acide dans la zone centrale du panier par son arbre perforé, pour réduire la réaction ac tive (pH) de l'eau et éviter ainsi la formation de produits d'électrolyse insolubles dans les pores de la charge. Toutefois, cette solution acide ne réagit avec les particules de la charge que pendant un premier moment après l'introduction et ne change ensuite pratiquementrien dans la réaction active (pH) de l'eau à traiter. De ce fait, les mesures précitées ne permettant pas d'éviter le colmatage de la charge par les boues. En outre, pour éviter l'obstruction de l'espace interélectrode par les boues et maintenir le débit voulu de l'eau à traiter, on est obligé de faire l'écartement des électrodes suffisamment grand, ce qui conduit à augmenter la tension d'électrolyse. On s'est donc donné pour but de proposer un électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts qui permet, grâce à son mode de réalisation et à la position relative du corps et du panier, d'assurer une agitation intense de la charge pendant l'épuration de l'eau, ce qui permet d'améliorer l'efficacité de la charge, de réduire les dépenses de l'énergie et d'augmenter le rendement de l'électrolyseur. Ce problème est résolu à l'aide d'un électrolyseur comprenant un corps cylindrique en un matériau conducteur de courant relié au pale négatif d'une source de courant, un panier perforé cylindrique disposé dans le corps, rempli d'une charge en particules de matière conductrice de courant, relié par un moyen d'amenée de courant au pôle positif de la source de courant et doté d'un moyen permettant de le mettre en rotation autour de son axe de symétrie, un diaphragme en diélectrique disposé à la surface extérieure du panier et des tubulures pour l'amenée de l'eau à traiter dans l'électrolyseur et pour l'évacuation de l'eau épurée, dont le panier, selon l'invention, est disposé dans le corps de manière libre et de façon que son az de symétrie longitudinal soit parallèle à 1 'axe de symétrie longitudinal du corps, ce dnkr axe étant disposé sous un angle inférieur à 900 par rapport à l'hori- zon. S'il faut réaliser le panier de manière qu'il soit interchangeable, on le place dans le corps de telle sorte qu'il porte librement par sa surface cylindrique extérieure sur la surface intérieure du corps cylindrique et l'on réalise le moyen de rotation du panier sous forme d'une commande de rotation dont le couple moteur est applique à la surface cylindrique extérieure du corps par llintermediaire d'au moins une paire de galets solidaires de l'arbre de sortie de la commande qui agissent par leur surface latérale sur la surface cylindrique extérieure du corps. S'il faut récupérer les gaz d'électrolyse pendant l'épuration du liquide à traiter (pour la flottation, par exemple), on réalise le corps sous forme d'un anneau dont l'axe est horizontal et qui porte par sa surface intérieure sur la surface cylindrique extérieure du panier et on réalise le moyen de rotation du panier sous forme d'une commande de rotation dont le couple moteur s'applique directement à l'axe de rotation du panier. L'avantage de l'électrolyseur selon l'invention consiste en ce que, grâce à la position relative décrite du corps et du panier cylindrique, l'écartement des électrodes est réduit au minimum et que la rotation du panier qui tourne à la surface intérieure du corps cylindrique permet d'éviter la formation de dépits à la surface active de la cathode formée par le corps et d'obtenir un échange de masses maximales entre les particules de la charge et l'eau à traiter. Le déversement continu des particules de la charge à l'intérieur du panier permet de la nettoyer et d'y maintenir une haute activité chimique. Grâce à la disposition libre du panier dans le corps de l'électrolyseur, l'écartement des électrodes varie entre O dans le point inférieur de l'appareil et une valeur L dans le point supérieur de l'appareil, cette valeur L étant déterminée par la différence des diamètres du panier et du corps. Donc la densité de courant à la surface d'électrode du dispositif n'est pas uniforme et varie à un régime pulsatoire pendant son fonctionnement. Grâce à ces pulsations de la densité de courant, le potentiel de l'électrode est moins soumis à l'influ encre de phénomènes de passivation. Dans l'électrolyseur ainsi réalisé, la consomma~ion d'énergie est beaucoup moins élevée que dans les électrolyseurs connus pour épuration des eaux d'égouts. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation en se réferant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue générale en coupe longitudinale de l'électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts selon l'invention ; - la figure 2 montre une coupe selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 représente une vue générale én coupe longitudinale d'un second mode de réalisation de l'électrolyseur pour épuration des eaux d'égouts avec le corps sous forme d'anneau, selon l'invention - la figure 4 montre une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. L'électrolyseur représenté sur les figures 1 et 2 comprend un corps cylindrique 1 en un matériau conducteur de courant relié au ple négatif d'une source de courant (non représentée sur les dessins). Le corps 1 est réalisé sous forme d'un cylindre creux métallique fermé par des couvercles de bout 2 portant des tubulures 3 et 4 respectivement d'amenée et d'évacuation de l'eau d'égouts à traiter. Le corps 1 renferme un panier 5 rempli d'une charge 6 en particules de matière conductrice de courant (par exemple, grains de fonte, de fer, de graphite) et muni d'un moyen 7 d'amenée de courant réalisé sous forme de palettes métalliques planes reliées au pOle positif de la source de courant.Le panier 5 est réalisé sous forme d'un cyclindre creux 8 perforé par des trous 9 et muni d'un diaphragme 10 isolant en une matière diélectrique disposé à sa surface extérieure. Le cylindre 8 est fermé par des couvercles d'extrémité 11. Le panier 5 est disposé dans le corps 1 de manière libre et de sorte que son axe de symétrie longitudinal soit parallèle à celui du corps 1. Le corps 1 de l'é- lectrolyseur est disposé sous un angle inférieur à 900 par rapport à l'horizon (parallelement à l'horizon dans l'exemple envisagé). Le panier 5 porte par sa surface cylindrique extérieure sur la surface cylindrique intérieure du corps 1 dont la surface cylindrique extérieure se trouve sous l'action des surfaces latérales de galets 12, 12' dont le couple moteur est appliqué à la surface cylindrique extérieure du corps 1. Une paire de galets 12 est solidaire de l'arbre de sortie 13 de la commande 14 et transmet le couple moteur au corps 1. Une autre paire de galets 12' est porteuse et sert à soutenir l'électrolyseur. Dans le mode de réalisation de l'électrolyseur représenté sur les figures 3, 4 et qui est différent de celui représenté sur les figures 1, 2, le corps 15 se présente sous forme d'un anneau dont l'axe est horizontal. Le corps 15 porte par sa surface cylindrique intérieure sur la surface cylindrique extérieure du panier 5 et le moyen de rotation du panier 5 est réalisé sous forme d'une commande 16 de rotation dont le couple moteur s'applique directement à l'axe de rotation du panier 5. Dans le mode envisagé de réalisation de l'é- lectrolyseur, la tubulure 3 d'amenée de l'eau d'égouts à traiter passe à travers le couvercle de bout 11 du panier cylindrique 5. L'eau traitée est évacuée de l'électrolyseur par les trous perforés 9 du cylindre 8 et par les pores du diaphragme 10. L'écartement maximal L des éleCtrodes dans les deux modes de réalisation de l'électrolyseur dépend de la différence des diamètres du corps 1 (figure 2), 15 (figure 4) et du panier 5 (du diamètre du cylindre 8). Le corps 1 (15) peut renfermer plusieurs paniers 5 dont le nombre dépend de la destination de l'appareil et de la technologie de son service. Dans ce cas, les paniers 5 sont identiques r interchangeables et disposés dans le corps 1 (15) de lte'ectroly- seur l'un après l'autre et coaxialement l'un à l'autre. L'électrolyseur représenté sur les figures 3 et 4 peut être pourvu dun support de suspension (non représenté sur les dessins) fixé sur l'axe de rotation du panier 5. Ce la permet de l'utiliser pour la décontamination d'eau contenue dans des réservoirs (par exemple pour la décontamination des électrolytes usées des ateliers de galvanisation). il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation préférés décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. On peut apporter à la présente invention divers changements et modifications et, dans la mesure ot ces variantes sont dans l'esprit de la présente invention, il est entendu qu'ils font partie de l'ob- jet de la présente invention. Le fonctionnement de l'électrolyseur réalisé suivant le mode représenté sur les figures 1 et 2 est le suivant. L'eau d'égouts (par exemple, l'eau de lavage des ateliers de galvanisation contenant des ions de zinc, de nickel, de chrome) arrive dans le corps 1 de 1 'électrolyseur par la tubulure 3. Le moteur électrique de la commande 14 met le corps 1 en rotation. Ce mouvement de rotation se transmet au panier 5 qui commence à rouler à la surface intérieure du corps 1. Lorsque le courant électrique est amené au corps 1 et au moyen d'amenée de courant 7, l'électrolyse de l'eau s'écoulant à travers l'électrolyseur se produit. A la cathode formée par le corps 1 de l'électrolyseur, la décharge des ions d'hydrogène se produit ainsi que la formation de groupes hydroxyles OH'. A l'anode formée par la charge de limailles 6 (limailles de fer, par exemple) se produit la dissolution de cette charge avec formation d'ions de fer (il) Sous l'effet de la diffusion de concentration dans le champ électrique, les ions de fer (II) effectuent un déplacement de migration en passant du panier 5 dans l'espace interélectrode, où se forme l'hydroxyde ferreux (II) par suite de l'interaction entre les ions de fer (II) et des groupes hydro xyles(OH)#. L'hydroxyde ferreux (II) entraîné par l'écoulement d'eau à traiter réduit le chrome (vI) en chrome (III) et se transforme en hydroxyde Srtpe (III) qui sert de coagulant et de sorbant pour les ions de métaux lourds dont il faut extraire l'eau (pour les ions de zinc et de nickel, en l'occurrence). L'eau sortie de l'électrolyseur est amenée dans un séparateur de grande efficacité (par exemple un filtre ou un décanteur à couches fines) où elle se débarrasse des impuretés coagulées. Le processus de traitement d'eau se déroule avec l'électrolyseur en rotation continue. Les particules de la charge 6 se déplaçant dans le panier 5 servent d'abrasif et se débarrassent du film passivant qui les recouvre, ce qui contribue également à leur corrosion chimique active. La variation de l'espace interelectrode dans l'élec- trolyse entre la valeur maximale L et O a pour effet que la densité de courant à la surface de la charge 6 soluble n'est pas uniforme. De ce fait, lorsque le panier 5 roule à la surface de la cathode, la charge 6 se dissout sous l'action d'un courant électrique à densité pulsatoire, ce qui permet d'éviter la passivation de la charge 6. En outre, la surface intérieure du corps 1 (de la cathode) est constamment nettoyée des dépôts cathodiques possibles par le panier 5 qui roule sur cette surface. L'électrolyseur représenté sur les figures 3, 4 fonctionne de la façon analogue à celle qui vient d'être décrite, sauf que, si le corps 15 est perforé ou crépiné, les gaz d'électrolyse se dégageant à la cathode peuvent être utilisés pour la flottation, ce qui permet non seulement de coaguler et sorber les impuretés dans l'eau, mais aussi de les condenser sous forme d'un produit mousseux flottant à la surface de l'eau. L'électrolyseur ci-dessus décrit utilise une charge 6 métallique. Si le panier 5 est rempli d'une charge 6 en graphite ou en coke, on peut réaliser les processus d'oxydation anodique des contaminations, comme dans les dispositifs pourvus d'anodes poreuses. Si la charge comporte plusieurs composants (par exemple graphite-fer), on peut réaliser les processus de cémentation ou de formation de dépits anodiques de métaux à partir des eaux d'égouts (par exemple, dépits d'ions de cuivre). Si l'électrolyseur (figure 3) n'est plongé dans le liquide à traiter que partiellement (par exemple, seulement à 1/3 du diamètre du corps 15), on peut, même s'il est débran ché de la source de courant, l'utiliser pour élimination d'impuretés dans l'eau, telles que magnétite, grace à l'oxydation des ions de fer par l'oxygène de l'air. REVENDICATIONS 1. Electrolyseur pour épuration des eaux d'égouts comprenant un corps cylindrique (1) en un matériau conducteur de courant relié au ple négatif d'une source de courant, un panier cylindrique perforé (5) renfermant une charge (6) en particules de matière conductrice de courant reliée par un moyen (7) d'amenée de courant au ple positif de la source de courant et muni d'un moyen qui le fait tourner autour de son axe de symétrie longitudinal, un diaphragme (10) en une matiere diélectrique disposé à la surface du panier (5) et des tubulures (3, 4) pour l'amenée des eaux à traiter dans l'électrolyseur et pour l'évacuation des eaux épurées, caractérisé en ce que le panier (5) est disposé dans le corps (1) de manière libre et de telle sorte que son axe de symétrie longitudinal soit parallèle à l'axe de symétrie longitudinal du corps (1), ce dernier axe étant disposé sous un angle inférieur à 900 par rapport à l'horizon. 2. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que son panier (5) porte par sa surface cylindrique extérieure sur la surface cylindrique intérieure du corps (1) et que le moyen de rotation du panier (5) est réalisé sous forme d'une commande (14) de rotation dont le couple moteur est appliqué à la surface cylindrique extérieure du corps (1) par l'intermédiaire d'au moins une paire de galets (12) solidaires de l'arbre de sortie (13) de la commande (14) et agissant par leurs surfaces latérales sur la surface cylindrique extérieure du corps (1). 3. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (15) est réalisé sous forme d'un anneau dont l'axe est horizontal et porte par sa surface intérieure sur la surface cylindrique extérieure du panier (5)., et que le moyen de rotation du panier (5) est réalisé sous forme d'une commande (16) de rotation dont le couple moteur est appliqué directement à l'axe de rotation du panier (5).