Brevet FR2707282A1 — publié le 19950113

CELLULE D'ELECTROCOAGULATION POUR DISPOSITIF D'EPURATION ELECTROLYTIQUE DES EAUX RESIDUAIRES La présente invention concerne une cellule d'électrocoagulation pour dispositif d'épuration électrolytique des eaux résiduaires. Elle concerne également un dispositif d'épuration utilisant cette cellule d'électrocoagulation. Les cellules d'électrocoagulation sont utilisées notamment dans les dispositifs d'épuration physico-chimiques, ctest-à-dire ceux qui ne nécessitent pas d'étape de fermentation par une microflore. Ces dispositifs d'épuration physico-chimiques sont particulièrement bien adaptés au traitement des rejets domestiques des collectivités où la population peut varier dans des proportions importantes (bases de loisirs, campings, équipements touristiques, etc.). Ils sont aussi bien adaptés au traitement de certains effluents industriels et pour réduire certains composés chimiques. Parmi les corps en suspension dans un effluent, on doit distinguer les colloides qui sont formés de particules de taille inférieure au micromètre et qui représentent une part importante et apparente de la pollution. Ces particules de très petite taille rendent les procédés de séparation liquide-solide classiques (décantation, filtration, etc.) inefficaces à cause de la stabilité des colloïdes. Cette stabilité des colloides, qui sont des corps chargés négativement dans les eaux usées, est due aux forces électrostatiques de répulsion interparticulaires. La dissolution anodique d'un métal (du fer ou de l'aluminium par exemple) par électrolyse permet de déstabiliser les colloïdes. C'est le phénomène de coagulation. Il se forme un hydroxyde qui amorce le phénomène de floculation. Le résultat de ces opérations augmente suffisament la taille des particules pour qu'elles puissent être séparées du milieu liquide. Le document FR-A-2 489 806 divulgue un dispositif d'épuration des eaux résiduaires comportant une cellule d'électrocoagulation. Ce dispositif utilise une cellule d'électrocoagulation alimentée en eau à épurer et un ensemble de filtration des eaux électrocoagulées comportant des filtres textiles. La cellule d'électrocoagulation de ce dispositif connu est constituée d'un carter isolant contenant une pluralité d'électrodes en forme de tôles dont la plus grande surface est parallèle au courant de l'eau à épurer. Le carter isolant est de préférence en polychlorure de vinyle (PVC). I1 est constitué de deux parties, l'une fixe et l'autre amovible afin de permettre le changement des électrodes usées. Les figures 1 et 2 illustrent la cellule d'électrocoagulation décrite dans le document FR-A-2 489 806. La chaudronnerie plastique (voir la figure 1) représente un coût très important dans la fabrication de la cellule. Elle nécessite en effet des opérations de découpe, de soudure, d'usinage, etc. L'intervention sur les électrodes nécessite de désolidariser les deux parties du carter, ce qui représente une opération longue et délicate, surtout pour en assurer l'étanchéité au remontage. Les connexions électriques sur les deux électrodes extrêmes (voir la figure 2) sont réalisées soit par soudage d'une pièce de contact, soit par pliage du métal. Dans les deux cas, la structure cristalline du métal est modifiée et les densités du courant plus importantes à cet endroit provoquent une dégradation rapide des contacts. La dégradation de ces contacts entrante une répartition hétérogène de la densité de courant sur les électrodes. Cette situation génère des réactions électrochimiques secondaires conduisant à la passivation anodique. Dans ce cas, seule une intervention manuelle pour décaper les électrodes permet de remettre la cellule en service. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Pour réduire le coût de fabrication de la cellule, son carter est réalisé à partir d'un tube standard (par exemple un tuyau d'assainissement en PVC). Les différents raccords nécessaires pour ce tube existent dans le commerce. L'assemblage et le démontage d'un tel carter sont alors des opérations aisées. Les connexions électriques sont réalisées par des feuillards plaqués sur les électrodes extrêmes et évitent les problèmes occasionnés par le dispositif de l'art antérieur. L'invention a donc pour objet une cellule d'électrocoagulation pour dispositif d'épuration électrolytique des eaux résiduaires, comprenant un carter isolant démontable contenant un jeu d'électrodes en forme de feuilles maintenues parallèlement entre elles par des moyens d'écartement isolants, des connexions électriques permettant de relier les électrodes extrêmes du jeu d'électrodes à un générateur de courant continu, la cellule possédant un orifice d'alimentation en eau à épurer et un orifice de sortie de l'eau électrocoagulée, qui se caractérise en ce que le carter est constitué d'un tube d'axe parallèle aux électrodes et fermé à ses deux extrémités par des raccords, l'un constituant l'orifice d'alimentation et lrautre l'orifice de sortie, les connexions électriques comprenant des feuillards plaqués contre les électrodes extrêmes. Les raccords sont avantageusement vissés sur le tube. Ceci facilite le démontage et le remontage de la cellule. Le carter est de préférence en PVC. Le tube et les raccords se trouvent ainsi très facilement dans le commerce et sont bon marché. Les moyens d'écartement isolants peuvent être des tasseaux disposés parallèlement à l'axe du tube. Chaque feuillard peut être compris entre l'électrode extrême correspondante et un tasseau séparant cette électrode extrême de l'électrode suivante. Ceci permet d'assurer un bon contact électrique entre le feuillard et l'électrode extrême, et sur une grande longueur. Des moyens d'isolation permettent d'isoler les feuillards de l'eau circulant dans la cellule. Ceci évite la dissolution des feuillards dans l'électrolyte que constitue l'eau à épurer. En aucun cas, les connexions électriques ne sont en contact avec l'effluent. Les feuillards sont de préférence en cuivre pour diminuer la résistance des connexions électriques. Le jeu d'électrodes peut être groupé en un bloc compact par des moyens de cerclage isolants. On facilite ainsi leur manipulation. Des moyens d'obturation peuvent remplir l'espace compris entre le tube du carter et le jeu d'électrodes. Ceci permet de ne faire circuler les eaux à traiter qu'entre les électrodes. Une feuille de plastique souple peut être couchée contre la paroi interne du tube. Ceci facilite la réutilisation du tube. L'invention a aussi pour objet un dispositif d'épuration électrolytique des eaux résiduaires comprenant une cellule d'électrocoagulation telle que définie ci-dessus recevant les eaux résiduaires, qui se caractérise en ce qu'il comprend en outre - un floculateur à polyélectrolyte enfermé dans un boyau textile à très faible perméabilité, ce floculateur étant branché en sortie de la cellule d'électrocoagulation ; - et un clarificateur à filtres textiles branché en aval du floculateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 représente un carter de cellule d'électrocoagulation selon l'art connu - la figure 2 représente un jeu d'électrodes pour cellule d'électrocoagulation selon l'art connu - la figure 3 représente un carter de cellule d'électrocoagulation selon l'invention - la figure 4 représente un jeu d'électrodes pour cellule d'électrocoagulation selon l'invention - la figure 5 représente la cellule d'électrocoagulation vue par l'une de ses extrémités dépourvue de son raccord - la figure 6 représente de manière schématique un dispositif d'épuration électrolytique selon l'invention. Le carter est constitué d'un corps fixe 30 de forme parallélépipédique dont la partie inférieure est constituée d'un tronc de pyramide 31 à l'extrémité duquel se trouve fixée une buse d'alimentation en eau à épurer 32. De même, le couvercle du carter est constitué d'un tronc de pyramide 33 à l'extrémité duquel se trouve la buse 34 de sortie des eaux électrocoagulées. Le corps de la cellule et le couvercle sont solidarisés par l'intermédiaire de deux plaques 35 et 36 respectivement solidaires du corps 30 et du couvercle 33, lesdites plaques 35 et 36 étant percées de trous tels que 37 dans lesquels viennent se placer des vis et des boulons 38 et 39. Afin d'assurer l'étanchéité, un joint (non représenté) est prévu entre les plaques 35 et 36. A l'intérieur du carter 30 se trouvent disposées les électrodes sous forme de feuilles de tôle d'acier doux telles que 40 maintenues en position par le dispositif d'écartement isolant non représenté, les électrodes extrêmes 40 et 41 étant reliées à l'alimentation électrique respectivement par des contacts 42 et 43. Selon l'invention et en référence à la figure 3, le carter de la cellule d'électrocoagulation comprend un tube 1 en PVC dont les extrémités sont fermées par des raccords 2 et 3 également en PVC. Le tube et les raccords peuvent être du type utilisé dans les installations d'assainissement. La fixation des raccords 2 et 3 sur le tube I se fait par exemple par vissage avec interposition d'un joint d'étanchéité. Les raccords 2 et 3 sont pourvus de buses, respectivement 4 et 5, permettant la fixation de tuyaux d'amenée et d'évacuation de l'eau à traiter. Le jeu d'électrodes représenté à la figure 4 est destiné à être logé dans le carter représenté à la figure 3. Les électrodes sont par exemple des tôles d'acier de 1 m de longueur. Leur largeur est définie par le diamètre du tube choisi pour le carter. Sur la figure 4, on n'a représenté que les deux électrodes extrêmes 11 et 12 et deux électrodes intermédiaires 13, mais le jeu d'électrodes peut en comprendre davantage. Les électrodes sont entretoisées par des tasseaux en bois 14 de 1 cm de côté par exemple. Pour aider à la compréhension, le jeu d'électrodes n'a pas été représenté sous forme compactée comme c'est normalement le cas. Les connexions électriques sont assurées par l'intermédiaire de feuillards en cuivre : les feuillards 15 assurent la connexion électrique avec l'électrode extrême Il et les feuillards 16 avec l'électrode extrême 12. Les feuillards peuvent avoir 8 mm de largeur et sont intercalés entre électrodes extrêmes et tasseaux adjacents. Un joint liquide est coulé à l'interface tasseau-élément extrême pour éviter tout contact du cuivre avec l'électrolyte. Les liaisons électriques entre feuillards et fils de raccordement au générateur de courant continu sont isolées par de la gaine thermo-rétractable dans laquelle a été introduite de la résine. Des traversées étanches assurent le passage des fils de raccordement au travers de la paroi du carter. Le bloc d'électrodes ainsi réalisé est rendu solidaire par des bandes de cerclage 17 en polyester ou en polypropylène du type utilisé dans le conditionnement des colis lourds. Le bloc d'électrodes est logé dans le tube 1 comme le montre la figure 5 où la référence 10 désigne le bloc d'électrodes. De la mousse de polyuréthane 18 est injectée dans l'espace compris entre le tube 1 et le bloc 10 de façon à laisser libre uniquement les intervalles séparant les électrodes. Une feuille de plastique souple 19 est couchée sur la paroi interne du tube 1 avant l'injection de la mousse. Comme on peut le constater, l'assemblage de la cellule est aisé. Les amenées de courant sont maintenues en contact avec les électrodes correspondantes par le gonflement des tasseaux de bois en milieu liquide. Les contacts électriques couvrent toute la longueur des électrodes extrêmes et assurent une densité de courant homogène. La cellule d'électrocoagulation divulgée dans le document FR-A-2 489 806 est alimentée par un générateur de courant continu du type à courant constant. L'avantage d'une telle alimentation est de dissoudre anodiquement une quantité constante de métal indépendamment des variations de conductivité de l'effluent. Cependant, la régulation en courant nécessite une électronique très élaborée et par conséquent un prix de revient élevé. De plus, l'intervention d'un spécialiste est nécessaire en cas de panne. On préférera donc utiliser un générateur de courant à tension constante soit à ponts de diodes, soit à double enroulement au secondaire du transformateur. Ces types de générateurs sont simples à réaliser et à dépanner. Contrairement au montage à courant constant, la quantité de métal dissous par électrolyse sera inversement proportionnelle à la - conductivité de l'effluent. I1 est donc nécessaire, lorsqu'on utilise un montage à tension constante, de dimensionner le générateur de courant continu ainsi que la cellule d'électrocoagulation afin de respecter la stoechiométrie quand la conductivité de l'effluent est maximale. La figure 6 représente schématiquement un dispositif d'épuration utilisant une cellule d'électrocoagulation 20 selon l'invention. L'effluent à traiter est préalablement débarassé des matières les plus volumineuses par passage dans le dispositif de dégrillage 21. Cette opération est automatique et les matières retenues sont stockées dans l'attente de mise en décharge. L'effluent transite ensuite par un bac tampon 22 qui joue le rôle d'accumulateur et permet de traiter l'effluent à débit constant. L'automatisme de l'installation est conditionnée par des détecteurs de niveau bien connu de l'homme de l'art. La cellule d'électrocoagulation 20 est alimentée par une pompe 23 et débite dans le floculateur 24. Elle est alimentée en courant continu par le générateur à tension constante 25. La floculation complète l'étape d'électrocoagulation et permet d'obtenir des tailles de particules suffisantes pour les séparer plus facilement du milieu liquide. La floculation est obtenue par ajout d'un polymère organique qui permet d'augmenter considérablement la taille des particules à éliminer. Ces polymères organiques donnent des flocs volumineux et très poreux, supérieurs en filtrabilité à ceux obtenus par électrocoagulation. L'inconvénient de ces polyélectrolytes livrés en poudre ou en granulés est leur difficulté de mise en oeuvre. Il est indispensable de les mouiller uniformément pour en obtenir une solution homogène et l'ensemble mécanique nécessaire (disperseur, agitateur, pompe doseuse, etc) rend leur utilisation complexe et coûteuse dans les dispositifs de l'art connu. L'intérêt physique que présentent ces polyélectrolytes a conduit à les mettre en oeuvre de la façon suivante dans le dispositif selon l'invention. Le matériau, en poudre ou en granulés, est enfermé dans un boyau textile de très faible perméabilité. Ce boyau est placé dans une manchette en série hydraulique sur le circuit de l'effluent à traiter. L'hydratation partielle et périphérique du matériau crée une surpression dans le boyau laissant passer le polyélectrolyte en solution. Des turbulateurs assurent ensuite le mélange de cette solution avec effluent électrocoagulé. Le floculateur 24 peut être branché directement sur la cellule 20 pour constituer un ensemble compact. Selon le document FR-A-2 489 806, la séparation physique s'effectue totalement dans des poches textiles qui sont périodiquement vidangées dans un bac. Afin de diminuer le nombre de poches filtrantes dans la chaine de traitement, on préfère, selon la présente invention, effectuer la séparation physique en deux étapes : une étape de décantation avec stockage et conditionnement des boues dans des filtres textiles jetables et une étape de clarification dans des filtres textiles plus nobles et réutilisables. Les particules formées au cours de la chaîne de traitement sont de tailles suffisantes pour être séparées du milieu liquide mais elles peuvent flotter, ou se maintenir en suspension, ou encore décanter. Les particules décantables représentant la grande majorité des particules, l'effluent est acheminé dans un décanteur lamellaire 26 où les boues les plus lourdes se rassemblent. Périodiquement, une purge automatique de déconcentration commandée par la vanne 27 évacue ces boues dans des filtres textiles 28 où elles s'égouttent dans un collecteur 54. Les flocs non décantables sont retenus dans les filtres textiles 29 réutilisables. Des vannes 51 et 52 permettent d'isoler cet ensemble de clarification. Un collecteur 53 recueille l'effluent traité qui est évacue. Lors de l'arrêt de l'installation, une pompe 45 et une vanne 46 permettent de renvoyer, par siphonnage, le contenu des filtres dans le bac tampon 22. Ce fonctionnement présente les deux avantages suivants. Le gâteau de filtration formé par les particules en suspension se déshydrate rapidement et tombe au fond des filtres. L'effluent réinjecté dans le bac tampon 22 supprime les mauvaises odeurs de l'eau brute par l'action chimique du fer sur les mercaptans. Les essais effectués montrent que la cellule d'électrocoagulation ne nécessite pas encore de nettoyage des électrodes alors que 20% de leur poids ont été dissous par électrolyse. Ce point confirme également qu'un générateur de courant continu à tension constante est utilisable en électrocoagulation malgré les variations de conductivité de l'effluent. La floculation par ajout de polymères organiques permet, après filtration, d'obtenir une eau parfaitement clarifiée. REVENDICATIONS 1. Cellule d'électrocoagulation pour dispositif d'épuration électrolytique des eaux résiduaires, comprenant un carter isolant démontable contenant un jeu d'électrodes en forme de feuilles maintenues parallèlement entre elles par des moyens d'écartemenet isolants, des connexions électriques permettant de relier les électrodes extrêmes du jeu d'électrodes à un générateur de courant continu, la cellule possédant un orifice d'alimentation en eau à épurer et un orifice de sortie de l'eau électrocoagulée, caractérisée en ce que le carter est constitué d'un tube (1) d'axe parallèle aux électrodes (11, 12, 13) et fermé à ses deux extrémités par des raccords (2, 3), ltun constituant l'orifice d'alimentation et l'autre l'orifice de sortie, les connexions électriques comprenant des feuillards (15, 16) plaqués contre les électrodes extrêmes (11, 12). 2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les raccords (2, 3) sont vissés sur le tube (1). 3. Cellule selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le carter est en PVC. 4. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens d'écartement isolants sont des tasseaux (14) disposés parallèlement à l'axe du tube (1). 5. Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que les tasseaux (14) sont en bois. 6. Cellule selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que chaque feuillard (15, 16) est compris entre l'électrode extrême correspondante (11, 12) et un tasseau (14) séparant cette électrode extrême de l'électrode suivante (13). 7. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que des moyens d'isolation isolent les feuillards de l'eau circulant dans la cellule. 8. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les feuillards (15, 16) sont en cuivre. 9. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le jeu d'électrodes est groupé en un bloc compact (10) par des moyens de cerclage isolants (17). 10. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que des moyens d'obturation (18) remplissent l'espace compris entre le tube (1) du carter et le jeu d'électrodes. 11. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'une feuille de plastique souple (19) est couchée contre la paroi interne du tube. 12. Dispositif d'épuration électrolytique des eaux résiduaires comprenant une cellule d'électrocoagulation (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 et recevant les eaux résiduaires, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un floculateur (24) à polyélectrolyte enfermé dans un boyau textile à très faible perméabilité, ce floculateur étant branché en sortie de la cellule d'électrocoagulation ; - et un clarificateur (29) à filtres textiles branché en aval du floculateur. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le générateur de courant continu (25) de la cellule d'électrocoagulation est un générateur à tension constante. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications ll à 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre le floculateur (24) et le clarificateur (29), un décanteur (26) à filtres textiles jetables.