Brevet FR2710548A1 — publié le 19950407

DISPOSITIF POUR EPAISSIR DES BOUES La présente invention concerne un dispositif pour épaissir des boues. Par le terme "boue" on entendra dans la présente description et dans les revendications qui suivent non seulement des boues, floculées ou non, telles que des eaux résiduaires urbaines ou industrielles, mais aussi tout effluent liquide ou semi-liquide contenant des particules en suspension dans un liquide, par exemple des lisiers d'élevage de porcs ou de bovins. La fonction du dispositif qui fait l'objet de l'invention est de réaliser un épaississement de la boue, c'est-à-dire une extraction partielle de la phase liquide constitutive de cette boue. Cette opération peut notamment constituer une opération préliminaire à une déshydratation subséquente plus complète du produit, par exemple au moyen d'une presse à bandes filtrantes de type connu. Des dispositifs d'épaississement connus comprennent une grille de filtration cylindrique, généralement horizontale, à travers laquelle on fait passer le produit, de l'intérieur vers l'extérieur de la grille. Ces dispositifs ne sont pas très efficaces dans la mesure où pour un encombrement de grille donné (c'est-à-dire un diamètre de grille bien défini), et corrélativement un volume interne donné de boue, la distance que doit parcourir la phase liquide se trouvant au sein de la masse de boue pour parvenir à la grille, et s'échapper à travers les mailles de la grille est relativement grande. La déshydratation ne se fait donc pas de manière homogène à l'intérieur du produit. De plus, lorsque la grille est disposée horizontalement, seule une partie réduite de la grille, en l'occurence la partie basse, est active, ce qui est également une cause de faible rendement. L'invention se propose d'améliorer l'efficacité de ce genre de dispositif, en proposant un épaississeur de boue dans lequel le passage de la phase liquide à travers la grille se fasse cette fois non plus de l'intérieur vers l'extérieur, mais en sens inverse, c'est-à-dire de l'extérieur vers l'intérieur. Comme on le sait, le volume d'une masse cylindrique d'un produit est proportionnel au carré du rayon de cette masse. Si on affaire à une masse annulaire de volume donné, la distance radiale entre les parois interne et externe de cette masse va être d'autant plus faible que le rayon moyen de la partie annulaire sera grand. Pour un même volume de produit, le parcours maximum que devront franchir les molécules de liquide pour atteindre la grille cylindrique filtrante, sera donc plus faible si le produit est disposé à l'extérieur de la grille que s'il est disposé à l'intérieur de celle-ci. Cette considération d'ordre géométrique permet de comprendre l'intérêt procuré par l'inversion du sens de parcours des molécules d'eau à travers la grille. De plus, l'invention propose un dispositif d'axe vertical, si bien que la totalité de la grille de filtration est active. Le dispositif selon l'invention comprend - un corps tubulaire fixe d'axe vertical - une grille de filtration tubulaire montée coaxialement à l'intérieur du corps fixe, avec possibilité de rotation autour dudit axe vertical - des moyens d'entraînement de la grille en rotation - des moyens d'introduction de la boue à traiter à la base du dispositif, entre la grille et le corps fixe - des moyens aptes à faire remonter la boue confinée entre la grille et le corps fixe vers la partie supérieure du dispositif, en permettant une extraction de la phase liquide à travers la grille, de l'extérieur vers l'intérieur de celle-ci - des moyens d'échappement de la phase liquide à la base de la grille - des moyens d'évacuation de la boue épaissie en partie haute du dispositif. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, non limitatives - le corps tubulaire fixe et la grille sont cylindriques et se prolongent à leur base par des parties tronconiques convergeant vers le bas - la base tronconique de la grille se prolonge vers le bas par un manchon tubulaire qui constitue lesdits moyens d'échappement de la phase liquide, ce manchon étant guidé en rotation dans la partie basse du corps fixe - lesdits moyens servant à faire remonter la boue consistent en un filet de vis hélicoïdal fixé à l'extérieur de la grille et s'inscrivant sans jeu, ou avec faible jeu, dans l'espace annulaire séparant la grille du corps fixe - lesdits moyens d'entraînement de la grille en rotation comprennent un motoréducteur et un système de transmission à poulies et courroie - lesdits moyens d'amenée de la boue à traiter à la base du dispositif comprennent un conduit qui se raccorde à la base du corps fixe et est relié à une pompe d'alimentation - lesdits moyens d'évacuation de la boue épaissie en partie haute du dispositif consistent en une goulotte distributrice se raccordant à la partie supérieure du corps fixe - le dispositif comprend une rampe fixe de lavage et de décolmatage de la grille tubulaire, disposée verticalement à l'intérieur de cette dernière - il comprend un générateur de vibrations monté sur le corps fixe. L'invention a également pour objet une installation de filtration des boues, cette installation comprenant une presse de déshydratation à bandes filtrantes équipée d'un dispositif à épaissir tel que défini ci-dessus, lequel est placé en amont de la presse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en présentent un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins - la figure I représente le dispositif coupé axialement - la figure 2 est une vue schématique correspondant à la figure 1 destinée à expliquer le fonctionnement du dispositif, ce dernier étant installé en amont d'une presse à bande filtrante - la figure 3 est une vue schématique représentant la section transversale du dispositif - la figure 4 est une vue partielle représentant la grille coupée axialement. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un corps tubulaire 1, de forme générale cylindrique, d'axe vertical ZZ'. Le corps 1 est fermé à son extrémité supérieure par un couvercle 14. En partie basse, il se prolonge par une partie tronconique 10 qui converge vers le bas, et se prolonge elle-même par une partie 11 qui forme un manchon approximativement cylindrique. Un conduit 12 incliné vers le bas se raccorde à la partie tronconique 10, et débouche dans cette dernière. En partie haute du corps 1 est prévue une goulotte 13 inclinée vers le bas qui débouche également dans le corps 1. Le conduit 12 et la goulotte 13 sont par exemple soudés au corps 1. A l'intérieur du corps 1 est montée une enveloppe cylindrique 2 à paroi en forme de grille, qui sera par la suite appelée grille filtrante. La hauteur de la grille correspond sensiblement à la hauteur de la partie cylindrique du corps 1. En partie basse, la grille se prolonge vers le bas par une paroi tronconique 20, non perforée, dont la convergence correspond à celle de la partie 10. La partie 20 se prolonge vers le bas par une partie tubulaire ou manchon 21, l'ensemble 20, 21 ayant l'allure générale d'un entonnoir. Des organes de guidage appropriés 4, 40, par exemple des roulements à billes, assurent la retenue et le guidage en rotation de la grille 2 à l'intérieur du corps 1. Les organes de guidage 40 sont prévus en partie haute. Les organes de guidage 4 sont insérés entre les manchons 21 et 11. Des organes d'étanchéité 41 sont prévus à la base des parties tronconiques 20 et 10. I1 s'agit d'organes d'étanchéité de type connu, qui n'interdisent pas la rotation mutuelle des parties 10 et 20. Le corps 1 est fixé et maintenu dressé dans sa position verticale grâce à un bâti approprié qui n'a pas été représenté sur les figures afin de ne pas les alourdir inutilement. Le dispositif comprend un moto-réducteur 6, à commande électrique ou hydraulique, solidaire d'un socle 60 fixé au corps 1. L'arbre de sortie du moto-réducteur 6 porte une poulie 61 apte à entraîner en rotation la grille par l'intermédiaire d'une courroie 50, de préférence crantée, qui coopère avec une poulie 5 solidaire du manchon 21. A l'extérieur de la grille cylindrique 2 est fixée une lame hélicoldale 3 qui forme le filet d'une vis. La hauteur de cette lame est égale, au jeu près, à la distance radiale qui sépare la grille de la paroi interne du corps 1. De préférence, les éléments qui sont destinés à être en contact avec la boue en cours d'opération, notamment le corps 1, la grille 2, le filet de vis 3, le conduit 12 et la goulotte 13 sont réalisés en acier inoxydable. Le dispositif est également équipé d'un appareil générateur de vibration 7, qui est fixé à l'extérieur du corps 1, de préférence dans la zone centrale (à mi-hauteur) de la partie cylindrique. Enfin, le dispositif est équipé d'une rampe de lavage et de décolmatage de la grille. Cette rampe comprend un conduit 8 d'amenée de liquide de lavage et de décolmatage. Le conduit 8 traverse le couvercle 14, dans lequel il est retenu par un joint d'étanchéité annulaire 81, et descend verticalement à l'intérieur de la grille 2. La portion verticale du conduit 8 située à l'intérieur de la grille est de préférence décalée radialement par rapport à l'axe de symétrie ZZ'. Cette portion verticale du conduit 8 est munie d'un certain nombre de buses 80 de projection de jets de liquide dirigées vers la génératrice de la grille 2 la plus proche ; les buses 80 sont régulièrement espacées les unes des autres. Le dispositif est approvisionné en boue à traiter à partir d'une pompe 120 qui est reliée au conduit 12. De préférence, la grille 2 est telle que celle qui est schématiquement et partiellement représentée à la figure 4. Elle est constituée d'un fil métallique enroulé hélicoldalement sur lui-même de telle manière que deux spires voisines soient très proches l'une de l'autre. Le fil 22 a une section tranversale 220 de forme générale triangulaire, par exemple isocèle. L'un des côtés du triangle, en l'occurence la base 221 correspond à la face extérieure de la grille tandis que l'angle opposé 222 à la base 221 est dirigé vers l'intérieur. Pour améliorer la lisibilité de la figure 4, la section du fil a été représentée à une échelle plus grande que celle du diamètre de la grille. Des spires voisines sont écartées l'une de l'autre d'une distance d très petite. Des tiges longitudinales (correspondant aux génératrices de la grille), non représentées, sont fixées tout autour du fil 22, de manière à assurer la rigidité de l'enroulement. A la simple observation de la figure 4, on comprend que la structure de cette grille réduit les risques de colmatage car, lorsque des particules ont réussi à franchir l'interstice entre spires, elles vont rencontrer un espace divergeant. En outre, le lavage de la grille depuis l'intérieur se trouve facilité, les jets de liquide de nettoyage convergeant vers la zone d'entrée des particules venant de l'extérieur. Bien entendu, les dimensions des différents éléments constitutifs du dispositif qui fait l'objet de l'invention seront choisies en fonction des performances souhaitées. A titre indicatif, un modèle du dispositif pourra avoir une hauteur de l'ordre de I m pour un diamètre de corps de 40 cm et un diamètre de grille de l'ordre de 30 cm, la largeur radiale de l'espace annulaire entre grille et corps étant par conséquent de l'ordre de 5 cm. Le sens de rotation R de la grille 2 (figure 2) est tel que le filet de vis 3 refoule le produit de bas en haut, à la manière d'une vis d'Archimède. A titre indicatif, la vitesse de rotation de la grille est comprise entre 3 et 20 tours/minute. L'espacement d des spires 22 constitutives de la grille 2 sera choisi en fonction de la granulométrie des particules de la boue à traiter à titre indicatif, d sera compris entre 50 et 700 micromètres. Ce type de modèle est capable de traiter environ 12 m3 de boue par heure. Avant traitement, la boue possède 20 g. de matières solides par litre. Après traitement, elle possède environ 80 g. de matières solides par litre, ce qui correspond à un accroissement de la concentration d'un facteur 4. En référence aux figures 2 et 3, nous allons maintenant expliquer de quelle manière fonctionne le dispositif. Le dispositif est placé en amont d'une presse de déshydratation à bandes filtrantes référencée 9 et partiellement représentée à la figure 2. I1 s'agit d'une presse de type universellement connu, comprenant une paire de bandes sans fin filtrantes 90, 91. Chaque bande passe sur une série de rouleaux de renvoi dont certains sont moteurs. Une partie de la trajectoire des deux bandes est commune, de sorte que les deux bandes enserrent et compriment entre elles la boue à déshydrater. A la figure 2, on a désigné par les références 910 et 900 deux brins convergeants des bandes 91, respectivement 90, le sens d'avancement de ces bandes étant respectivement symbolisé par les flèches G1 et GO. L'alimentation de la presse se fait sur le brin inférieur 910, après quoi la matière se trouve enserrée entre les deux bandes pour parcourir une trajectoire conjointe, tout d'abord autour d'un tambour 93 dont le sens de rotation est symbolisé par la flèche G. Après pressage, les deux bandes se séparent à nouveau, tandis que la matière sèche est râclée et évacuée. Le dispositif épaississeur selon l'invention est disposé à l'entrée de la presse de telle manière que la goulotte 13 surplombe le brin 910. La boue à traiter est introduite dans le dispositif par le conduit 12, comme cela est symbolisé par la flèche F1. Le produit arrive donc dans le dispositif, à la base de celui-ci, entre les parties 10 et 20. Le produit se trouve à la pression de refoulement de la pompe 120, si bien qu'il a tendance à remonter dans le dispositif, dans l'espace annulaire compris entre la grille 2 et le corps 1. Du fait que la grille 2 se trouve en rotation (flèche R), le filet de vis 3 aide à faire remonter la boue (voir flèches F2). Au cours de son ascension, qui, rappelons-le, se fait sous pression, une partie du liquide composant la boue va s'écouler à travers les ouvertures de la grille 2, radialement de l'extérieur vers l'intérieur (flèches F3). La phase liquide s'écoule par gravité à l'intérieur de la grille dans la base en forme d'entonnoir 20, 21 (flèches F4) pour ressortir de l'appareil par le manchon 21. La phase liquide y est recueillie par des moyens appropriés non représentés, et est ensuite évacuée. Au fur et à mesure que la boue monte dans le dispositif, sa concentration s'élève, et c'est un produit C sensiblement épaissi qui s'échappe au sommet du corps 1 dans la goulotte 13. Ce produit va se déverser sur le brin de bande filtrant en mouvement 910 (flèche F5). I1 peut être alors traité, de manière usuelle, par la presse de déshydratation 9. Il est possible d'utiliser la rampe de lavage et de décolmatage 8 soit en continu au cours de l'opération, soit périodiquement. Les jets de liquide de lavage produits par la rampe sont référencés J sur les figures 2 et 3. La rampe est fixe, mais du fait que la grille tourne, l'ensemble de la grille se trouve exposé aux jets. Les jets débarrassent les interstices de la grille des particules susceptibles de les obstruer. Additionnellement, il est possible de mettre en route le générateur de vibrations 7. De préférence, celui-ci est adapté pour produire une vibration de direction horizontale, symbolisée par la double flèche H à la figure 2, qui va favoriser l'extraction de la phase liquide du sein de la matière, afin d'améliorer les performances du dispositif. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour épaissir des boues, caractérisé par le fait qu'il comprend - un corps tubulaire fixe (I) d'axe vertical (ZZ') - une grille de filtration tubulaire (2) montée coaxialement à l'intérieur du corps fixe (1), avec possibilité de rotation autour dudit axe vertical (ZZ' ) - des moyens d'entraînement (6 ; 61 ; 50 ; 5) de la grille en rotation - des moyens (12) d'introduction de la boue à traiter à la base du dispositif, entre la grille (2) et le corps fixe (1) - des moyens (3) aptes à faire remonter la boue confinée entre la grille (2) et le corps fixe (1) vers la partie supérieure du dispositif, en permettant une extraction de la phase liquide à travers la grille (2), de l'extérieur vers l'intérieur de celle-ci - des moyens (21) d'échappement de la phase liquide à la base de la grille (2) - des moyens (13) d'évacuation de la boue épaissie en partie haute du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps tubulaire fixe (1) et la grille (2) sont cylindriques et se prolongent à leur base par des parties tronconiques (10, 20) convergeant vers le bas. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la base tronconique (20) de la grille se prolonge vers le bas par un manchon tubulaire (21) qui constitue lesdits moyens d'échappement de la phase liquide, ce manchon étant guidé en rotation dans la partie basse (11) du corps fixe (1). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens (3) servant à faire remonter la boue consistent en un filet de vis hélicoîdal fixé à l'extérieur de la grille (2) et s'inscrivant sans jeu, ou avec faible jeu, dans l'espace annulaire séparant la grille (2) du corps fixe (1). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait lesdits moyens d'entraînement de la grille (2) en rotation comprennent un motoréducteur (6) et un système de transmission à poulies (61 ; 5) et courroie (50). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'amenée de la boue à traiter à la base du dispositif comprennent un conduit (12) qui se raccorde à la base du corps fixe (I) et est relié à une pompe d'alimentation (120). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'évacuation de la boue épaissie en partie haute du dispositif consistent en une goulotte distributrice (13) se raccordant à la partie supérieure du corps fixe (1). 8. Dispositif selon l'une des revendications I à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend une rampe fixe (8) de lavage et de décolmatage de la grille tubulaire (2), disposée verticalement à l'intérieur de cette dernière. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu' il comprend un générateur de vibrations (7) monté sur le corps fixe (1). 10. Installation de filtration de boues, qui comprend une presse de déshydratation (9) à bandes filtrantes (90, 91) équipée d'un dispositif épaississeur conforme à l'une des revendications précédentes, placé en amont de la presse.