Brevet FR2816937A1 — publié le 20020524

Procédé de production d'eau de chaux à l'aide d'un saturateur à lit de boue de chaux, mettant en oeuvre au moins un agent de floculation. La présente invention concerne le domaine du traitement de l'eau et de tout domaine où de l'eau de chaux est utilisée. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de production d'eau de chaux, pouvant être utilisée notamment dans les procédés de potabilisation de l'eau. De façon générale, la principale difficulté rencontrée lors de la production d'eau de chaux résulte de la faible solubilité de la chaux dans l'eau. Cette particularité nécessite l'utilisation, pour fabriquer de l'eau de chaux saturée, de dispositifs spécifiques appelés Saturateurs permettant d'obtenir une eau de chaux limpide et de titre constant autorisant un dosage précis. Idéalement, on cherche ainsi à produire à l'aide de tels saturateurs une eau de chaux de qualité dont la titration est en pratique de 220 F de TAC à une température de 20oC, soit 1,6 g/l de Ca (OH) 2, avec une turbidité inférieure à 20 NTU. Grâce à sa limpidité, une telle eau de chaux sous forme de solution saturée peut être mélangée à l'eau traitée d'une usine de traitement des eaux potables et avoir un effet optimisé sur celle-ci. De tels saturateur assurent à la fois deux fonctions, à savoir la dissolution de la chaux dans l'eau et l'élimination des impuretés et des boues de carbonates. On connaît dans l'état de la technique essentiellement deux types de saturateurs : les saturateurs dits statiques et les saturateurs à turbine. Les saturateurs sont principalement de forme cylindro-conique ou de type décanteur et peuvent fonctionner de façon continue ou discontinue avec des vitesses au miroir maximales limitées comprises entre 3 et 4 m/h et le plus souvent de l'ordre de 2 (Cette vitesse au miroir de l'installation est mesurée au niveau des orifices de collecte de l'eau de chaux, c'est-à-dire à la hauteur de l'axe de collecte). Classiquement, les saturateurs reçoivent d'une part une certaine quantité de chaux sous forme de lait de chaux (de l'ordre de 20 à 100 g/1), injecté à la base du saturateur ou dans une chambre de mélange interne ou externe au saturateur, et d'autre part l'eau de production (eau à saturer par de la chaux) appelée"eau de giclage"qui arrive sous pression généralement à la base de l'appareil. De l'eau additionnelle permet d'ajuster le débit de production. La chaux est dissoute pendant son parcours ascensionnel dans le saturateur, générant une fraction de carbonates liée la qualité d'eau employée, fraction qui sera purgée de façon continue ou discontinue. Afin de permettre cette dissolution, les temps de séjour dans les saturateurs sont relativement longs, de l'ordre de 40 minutes et plus. Le dimensionnement de ces saturateurs est donc dépendant d'une vitesse au miroir et d'un temps de dissolution, sous peine de produire de l'eau à forte turbidité et un lait de chaux très dilué. On aboutit ainsi à des dimensionnements importants. Les saturateurs statiques ne permettent d'obtenir que des débits massiques d'eau de chaux faibles à savoir environ 1. 3 à 1. 6 kg de Ca (OH) 2 par heure et par mètre carré de surface. Les saturateurs à turbine permettent d'obtenir pour une même surface, un débit massique d'eau de chaux saturée plus élevé, soit 3,2 à 4 kg de Ca (OH) 2 par heure et par mètre carré de surface. Dans ce type de saturateur, il se forme un lit de boue qui permet une interface chaux/eau améliorée. Un recyclage de la boue assure une bonne stabilité du lit formé. On notera par ailleurs que d'autres technologies plus récentes emploient de l'eau décarbonatée a la place d'eau brute ou d'eau traitée de sortie d'usine de potabilisatlon. pour préparer de l'eau de chaux. La réactivité de la chaux est alors accentuée. Ces technologies engendrent toutefois des contraintes de mise en oeuvre ayant des incidences sur le plan économique, notamment du fait qu'il nécessite une décarbonatation de l'eau utilisée. L'objectif principal de la présente invention est d'augmenter les performances des saturateurs de l'art antérieur utilisés pour la production d'eau de chaux. Plus précisément, l'invention a notamment pour objectif de permettre la production d'une eau de chaux d'excellente qualité aussi bien du point de vue de la titration (stabilité et haut degré de dissolution) que de la turbidité avec des saturateurs de technologies conventionnelles ou spécifiques. Un autre objectif de l'invention est de réduire sensiblement les volumes des saturateurs, notamment par une charge de Ca (OH) 2 au miroir importante, permettant par là même de réduire les coûts de construction. L'invention a également pour objectif de permettre le démarrage instantané de l'installation sans qu'il soit nécessaire de prévoir une mise en régime dont la production est instable comme pour les saturateurs de l'état de la technique antérieure. Encore un autre objectif de l'invention est de proposer un tel procédé qui ne nécessite pas l'utilisation d'eau décarbonatée, contrairement aux dernières technologies. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de production d'eau de chaux à l'aide d'un saturateur à lit de boue de chaux, comprenant une étape consistant à mettre en contact du lait de chaux avec de l'eau à saturer par de la chaux, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection d'au moins un agent de floculation. On notera que l'on entend dans la présente description par"agent de floculation"un composé organique (obtenu par synthèse ou d'origine naturelle) Une telle injection d'agent de floculation selon l'invention permet de concentrer le lit et de le rendre plus dense afin de limiter son expansion. Ainsi, il est possible de maintenir en suspension le lit de boues de chaux qui réagit avec l'eau qui le traverse. L'interface eau/chaux est donc améliorée ce qui permet d'obtenir une saturation complète de l'eau à saturer par la chaux. Le procédé permet en conséquence de mettre en oeuvre une vitesse au miroir et une charge au miroir bien supérieures à celles de l'état de la technique. La présente invention se caractérise donc par l'utilisation, sur une solution très basique (supérieur à 11), d'un agent de floculation, qui de façon surprenante, ne se dégrade pas alors que les agents de floculation du marché sont réputés se dégrader dès qu'ils sont placés dans un milieu présentant un pH supérieur à 8, et ceci de façon d'autant plus flagrante à des pH de l'ordre de 10 à 12. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'eau à saturer et le lait de chaux sont introduits directement au sein dudit saturateur et ledit agent de floculation est alors préférentiellement injecté directement dans la zone dudit lit de boue de chaux. Selon un second mode de réalisation préféré, ledit agent de floculation est injecté en amont dudit saturateur, dans du lait de chaux et/ou dans de l'eau à saturer. Les positions du ou des points d'injection dudit agent de floculation dépendent de la qualité de l'eau d'entrée et de la qualité de la chaux Avantageusement, le procédé inclut alors une étape amont de mélange de l'eau à saturer, du lait de chaux et dudit agent de floculation. Egalement avantageusement, ledit procédé peut inclure une étape de recirculation du lit de boues. On notera que le choix de l'agent de floculation dans le cadre du présent procédé est primordial. Ainsi, pour une utilisation de l'eau de chaux pour la potabilisation d'eau, on choisira un polymère organique de synthèse de type anionique de très haut poids moléculaire et de viscosité élevée. Alternativement, on pourra aussi utiliser un polymère naturel, d'origine végétal ou animal. Ce polymère organique de synthèse pourra être également cationique en fonction de la législation en vigueur. Avantageusement, ledit agent de floculation de type anionique présentera ainsi un poids moléculaire compris entre 5 et 22 millions de daltons et une viscosité Brookfield (cps) à 1 g/l supérieure à 160. Préférentiellement, la vitesse au miroir mise en oeuvre dans ledit saturateur est comprise entre 3 et 20 m/h. Egalement préférentiellement, la charge au miroir mise en oeuvre dans ledit saturateur est comprise entre 1,6 et 40 kg Ca (OH) 2 par mètre carré de surface. On notera que l'agent de floculation sera injecté selon une dose et à un emplacement pouvant varier en fonction de la qualité de l'eau à saturer et de la qualité de la chaux employée. D'une façon préférentielle, l'étape d'adjonction d'agent de floculation sera effectuée à une dose comprise entre 0. 05 et 1 ppm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus précisément grâce à la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 illustre une installation mettant en oeuvre un procédé selon l'invention par injection directe des réactifs au sein du saturateur ; la figure 2 illustre une installation mettant en oeuvre un procédé selon l'invention comprenant un mélange amont de l'eau à saturer avec le lait de chaux et l'agent de floculation ; la figure 3 représente un autre mode de réalisation d'une installation mettant en oeuvre) le procédé selon l'invention. Comme représenté sur la figure 1 illustrant un premier mode réalisation de l'invention, le saturateur 1 utilisé dans le cadre du procédé selon l'invention est cylindro-conique. (On notera à ce sujet, que dans d'autres modes de réalisation, il pourra être de toutes autres formes, et présenter par exemple des sections carrées et inclure le cas échéant des plaques de décantation.). Selon ce mode de réalisation, le floculant est injecté, à raison de 0, 05 à 1 ppm, par une cane d'injection 11 directement dans la zone du lit de houe 12 de chaux. Dans le cadre du présent mode de réalisation. l'agent de floculation est constitué par un polymère anionique de forte viscosité. Le mélange des réactifs se produit alors directement dans le lit de boues 12 du saturateur, l'eau de giclage (c'est-à-dire l'eau à saturer) étant injectée par une cane 13, tandis que le lait de chaux et de l'eau d'appoint sont injectés par une cane 14. L'adjonction de l'agent de floculation permettant de concentrer le lit de boucs 12 et de le rendre plus dense afin de limiter son expansion La densité de ce lit de boues 12 permet d'augmenter les vitesses ascensionnelles au miroir au sein du saturateur 1 de manière surprenante. Ainsi, La vitesse au miroir dépasse 4 m/h et peut aller jusqu'à 8 m/h ou plus. On notera que, dans d'autres modes de réalisation mettant en oeuvre un saturateur de forme rectangulaire, la zone de décantation de l'installation d'eau de chaux peut être munie de lamelles. La faible vitesse de Hazen obtenue permet d'augmenter encore la vitesse au miroir (la vitesse de Hazen correspond à la vitesse de décantation ramenée à la surface totale projetée des lamelles). Selon un autre mode de réalisation illustré par la figure 2, l'agent de floculation est injecté par un conduit 22 dans un mélangeur statique 21, en amont du saturateur 1, dans le lait de chaux et l'eau à saturer, respectivement injectés dans le mélangeur par des conduits 23 et 24. Le mélangeur statique 21 permet un mélange en ligne de tous les réactifs avant introduction dans la zone du lit de boue 25. On notera que dans d'autres modes de réalisation on pourra utiliser un autre type de mélangeur qu'un mélangeur statique. Afin de mieux gérer le lit de boue de chaux, le système comprend aussi une recirculation 26 du lit (intégrant une purge 27) qui permet de réguler la densité du lit et son positionnement dans l'ouvrage. Pour cela, l'utilisation d'une turbine n'est pas nécessaire. On notera que, dans d'autres modes de réalisation, la recirculation du lit de boucs pourra être assurée en positionnant une boucle de recirculation t l'extérieur de l'ouvrage comme indiqué sur la figure 3 Quelle que soit la vitesse au miroir choisie, le démarrage de l'installation est instantané. La densité couplée à la viscosité du lit permet une floculation dès la remise en suspension du lit sans fuite de boue vers le miroir. L'interface eau/chaux est instantanée, la réactivité est immédiate. Une option au système est de maintenir en suspension le lit lors de l'arrêt par le biais de la recirculation 26. La présente invention permet donc de maîtriser la production d'eau de chaux sur de petits volumes de réaction, mais surtout sur de faible surface au sol. En effet, pour une installation de 50 m3/h, la surface au sol n'est que de 5 m2 environ à comparer à une installation classique cylindro-conique de 25 nr. La charge au miroir est voisine de 16 kg de Ca (OH) 2 par mètre carré de surface. Le tableau 1 ci-après présente à titre indicatif quelques résultats obtenus avec une installation fonctionnant sous le principe de l'invention avec un polymère anionique ayant une viscosité de 200 cps à 1 g/1 et une densité de charge moyenne à forte. CI Débit entrant Vitesse Taux polymère TAC NTU Taux de m3/h au miroir ppm oF purge en m/h %/délit entrant 44 8 0 190 250 2. 5 44 8 0, 25 211 6 2. 5 44 8 0, 20 205 9 2. 5 Tableau 1 Ce tableau met clairement en évidence l'intérêt de l'addition de l'agent floculant sur la turbidité et le TAC de l'eau de chaux obtenue. Les modes de réalisation de l'invention ici décrits non nullement pour objectifs de réduire la portée de l'invention. En conséquence, il pourra y être apporté de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'eau de chaux à l'aide d'un saturateur (1) à lit de boue de chaux (12), comprenant une étape consistant à mettre en contact du lait de chaux avec de l'eau à saturer par de la chaux, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection d'un agent de floculation. 2. Procédé de production d'eau de chaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau à saturer et le lait de chaux sont introduits directement au sein dudit saturateur (1) et en ce que ledit agent de floculation est injecté directement dans la zone dudit lit de boues (12) de chaux dudit saturateur. 3. Procédé de production d'eau de chaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit agent de floculation est injecté en amont dudit saturateur (1), dans du lait de chaux et/ou dans de l'eau à saturer. 4. Procédé de production d'eau de chaux selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape amont de mélange de l'eau à saturer, du lait de chaux et dudit agent de floculation. 5. Procédé de production d'eau de chaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il inclut une étape de recirculation (26) interne ou externe du lit de boues. 6. Procédé de production d'eau de chaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit agent de floculation est un polymère organique de synthèse de type anionique. 7. Procédé de production d'eau de chaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit agent de floculation est un polymère naturel extraits de substances animales ou végétales. 8. Procédé de production d'eau de chaux selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit agent de floculation a un poids moléculaire comprise entre 5 et 22 millions de daltons et une viscosité Brookfield (cps) à 1 g/l supérieure à 160. 9. Procédé de production d'eau de chaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la vitesse au miroir est comprise entre 3 et 20 mlh. 10. Procédé de production d'eau de chaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la charge au miroir est comprise entre 1, 6 et 40 kg Ca (OH) 2 par mètre carré de surface. 11. Procédé de production d'eau de chaux selon l'une quelconque des revendication 1 à 10 caractérisée en ce que l'étape d'adjonction d'agent de floculation sera effectuée à une dose comprise entre 0. 05 et 1 ppm.