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procédé pour l'amélioration des eaux. il est courant de rendre suffisamment douces les eaux brutes par voie chimique en y additionnant des agents de précipitation, telsque la chaux, la soude, l'hydrate de soude, le phosphate trisodique, l'aluminate de baryum etc.; on y ajoute ainsi les quantités théoriques et ce pour commencer des matières d'un effet moins fort enlevant la dureté jusqu'à la limite de 1 à 2 d ; on continue ensuite à y ajouter des agents d'une action plus forte pour atteindre ainsi une dureté égale à 0,1 - 0,2 d que l'on peut considérer pratiquement égale à zéro. En pratiquant ainsi, il faut cependant de grandes chambres de réaction et des températuresélevées.
Dans ces conditions, il est nécessaire de travailler progressivement en y ajoutant successivement les agents de précipitation d'un effet différent, tout en commençant par ceux qui produisent le moindre effet ; il est évident que le choix judicieux doit être effectué suivant les propriétés de l'eau.
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Il est également courant d'activer la précipitation du carbonate en utilisant la chaux, par le fait qu'on ajoute aux eaux des matières catalytiques ou que l'on fait couler les eaux par dessus des catalysateurs à l' état granuleux ; on peut encore produire les matières catalytiques, tel que le carbonate de calcium, en les précipitant sur un filtre ; l'effet catalytique est produit en faisant s'élever en tourbillons les résidus de filtration.
Il est enfin connu qu'en utilisant des matières à effet catalysateur, il suffit d'une chambre de réaction plus petite que celle dont on aurait besoin si l' on employait d'autresmatières.
La dureté due à la présence de carbonate est même supprimée par voie froide en produisant les matières à effet catalytique rien que sur un filtre, ce qui supprime pratiquement toute chambre de réaction et de clarification.
L'utilisation de matières catalytiques, tel que le carbonate da calcium, ne se pratiquant cependant jusqu'à ce jour qu'à de basses températures et on ne précipitait que lesingrédients de carbonate auxquels était due la dureté des eaux.
Il existe aussi un appareil permettant d'enlever la dureté due à la seule présence du gypse par l'addition de soude, et dans lequel on projette sur un filtre de construction appropriée du carbonate de calcium agissant comme matière catalytique.
La renonciation aux chambres de réaction ou l'utilisation de chambres relativement réduites ne pouvait donc être mise en pratique jusqu'à ceour que pour l'élimination de la dureté due à la présence du carbonate, et ce seulement dans le froid, ou bien pour l'élimination d'une autre dureté par l'addition de soude.
Bn résumé, on peut donc affirmer que l'on n'a pas encore réussi à enlever la dureté totale aux eaux de la manière exposée ci- de s su s.
La présente invention a pour objet d'enlever aux eaux tous les principes de dureté, tout en renonçant aux chambres de réac-
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tion et de clarification et en utilisant les particules de boue à. titre d'agents catalytiques.
On procède dans ce cas de manière à éliminer d'abord la dureté due à la présence du carbonate, soit en chauffant l'eau dans un réchauffeur construit de manière que le carbonate de calcium Précipité agit comme agent catalysateur, ce qui ne nécessite qu'une chambre de réaction excessivement réduite, soit en additionnant de l'eau de chaux à chaud ou à froid. Le fait qu'un filtrage n'est plus effectué après la décarbonatation pour que l'effet catalytique du carbonate de calcium précipité durant cette décarbonatation soit utilisé pendant le dédurcissement ultérieur constitue un facteur appréciable et (ou) une nouveauté absolue.
Après la précipitation du carbonate dans la première phase, les eaux décarbonatées ainsi que le dissolvant des corps préci - pités servant à l'enlèvement des non-carbonates, sont projetés sur un filtre. La boue de carbonate finement divisée suspendue dans l'eau et provenant de la décarbonatation agit alors à titre d'agent catalysateur lors de l'enlèvement des non-carbonates.
Les essais pratiques nombreux ont démontré qu'on ne réussit pas à produire un effet d' adouci ssement approximativement suffisant en ajoutant simultanément les ingrédients nécessaires pour éliminer la dureté due aux carbonates et aux non-carbonates ; il était au contraire nécessaire de procéder par étapes ou par degrés et séparément pour éliminer les carbonates et les non-carbona- tes.
La caractéristique essentielle de l'invention réside donc dans le fait que l'élimination des différentes matières, auxquelles est due la dureté des eaux, (par exemple les carbonates et les non-carbonates) se fait successivement par étapes et séparément ; en effet, les essais effectués ont démontré que le rendement pour former les eaux douces est excessivement défavorable en éliminant simultanément les carbonates et les non-carbonates en présence d'un agent catalytique.
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Si au cours de ce procédé et en raison du caractère spécial des eaux brutes le dernier degré de douceur envisagé n'était pas encore atteint, on peut y ajouter un troisième traitement au cours duquel on ajoute un réactif de précipitation ayant un autre caractère que les ingrédients ajoutés auparavant et dont l'effet produit est plus violent. Ainsi la chaux, la soude, l'hydrate de soude sont des ingrédients à faible action par ce que ces ingrédients, ajoutés selon des quantités théoriques, ne produisent qu'un adoucissement allant de 1 - 2 d, et ce en raison de la solubilité des produits finaux (parexemple carbonate de calcium).
Un adoucissement plus poussé n'est réalisable qu'en ajoutant des quantités considérables de réactifs de précipitation, parce que ces excédents considérables diminuent la solubilité du produit final (carbonate de calcium) ; on réalise ainsi des duretés finales de 0,5 - 0, 6 d. Le phosphate trisodique alcalin est par exemple un réactif de précipitation d'une action supérieure qui, théoriquement, permet d'atteindre un adoucissement allant de 0,1 - 0,2 d.
Le choix proprement dit doit cependant être effectué selon le caractère et les principes de l'eau.
L'eau peut être réchauffée avant chaque période de traite ment, ou bien entre deux traitements. Ce réchauffage ne dépend d'ailleurs pas seulement du caractère de l'eau, mais encore des conditions du service et d'autres facteurs mentionnés plus loin. premier exemple : Les eaux à traiter et auxquelles il s'agit d'enlever la dureté comportent une dureté totale de 14 d une dureté due à la présence de carbonate de la d une dureté due à la présence de non-carbonates de 4 d une dureté due à la présence de chaux de 14 d
Dans la première période, l'eau est soumise à un traitement thermique ; on précipite ainsi 8 de carbonate et l'ean retient encore 6 de sa dureté totale qui se répartit sur 2 due à la présence de carbonates et sur 4 dus à la présence de non-carbonates.
Afin d'éliminer ces substances, on ajoute de la soude, savoir 4
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de soude au cours de la seconde période de traitement. Comme l'eau contient finement suspendu du carbonate de calcium à action catalytique provenant de la première période du traitement, on parvient à atteindre 1,5 d en projetant l'eau sur un filtre, ces 1,5 d sont dus au carbonate de calcium dissout. Si l'on désire augmenter la douceur de l' eau, on peut y ajouter dans une troi sième période du phosphate trisodique alcalin et on arrive ainsi à 0,1 - 0,2 d.
Deuxième exemple : l'eau à traiter et à laquelle il s'agit d'enlever la dureté comporte une dureté totale 17 d une dureté due à la présence de carbonate la d une dureté due à la présence de non-carbonates 5 d une dureté due à la présence de chaux 14 d une dureté due à la présence de magnésie 3 d on ajoute 15 de chaux au froid. on précipite ainsi le carbonate jusqu'à concurrence de 2 et la magnésie jusqu'à concurrence de 2 . L'eau entre dans la seconde phase du traitement tout en contenant le carbonate de calcium finement divisé. Pendant cette seconde phase, on ajoute à froid 5 de soude, ce qui transforme les non-carbonates en carbonates de calcium.
Etant donné qu'une solubilité du carbonate de calcium jusqu' à 2 d ne peut pas être évitée, il en résulte un restant de chaux de 2 d et une partie invariable de magnésie de 2 d. Après ce traitement on chauffe jusqu'à ébullition, ce qui précipite la magnésie ; on ajoute ensuite pour 2 de phosphate trisodique alcalin et obtient ainsi une dureté de 0,1 - 0,2 d.
Ce procédé nouveau permet donc dans un petit appareil peu coûteux de traiter toutes les eaux afin de leur donner la dureté voulue qu'exigent les chaudières à haute pression et à rendement maximum ; le nouveau procédé permet avant tout de s'adapter à toutes les conditions des eaux brutes et à toutes les conditions du service.
Le procédé constitue un progrès vis-à-vis des procédés courants ayant pour objet d'enlever aux eaux le caractère de dure-
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té, mais qui, tout en ne respectant pas l'idée fondamentale se trouvant à la base du procédé actuel, exigent toujours des chambres de réaction et de clarification encombrantes ; de temps à autre ces procédés courants utilisent un traitement par phases. la nouveauté du procédé faisant l'objet de la présente invention réside donc dans le fait que l'action catalytique, employée jusqu'à ce jour seulement pour l'élimination des carbonates ou des non-carbonates, produit, en l'utilisant judicieusement, l'éli- mination totale de la dureté en employant le produit final, précipité dans l'une des phases, à titre d'agent catalytique dans la phase suivante.
Mais en plus ceci permet d'arrêter l'adoucisse ment de l'eau après chaque phase et de pousser la préparation de l'eau jusqu'à un degré voulu permettant l'application envisagée.
Après l'enlèvement de la dureté due à la présence du carbonate dans un appareil de faibles dimensions dépourvu de chambres de clarification et de réaction, rien ne s'oppose à ce qu'on prélève une certaine quantité d'eau nécessaire au refroidissement à laquelle on enlève le carbonate de la manière courante afin d'éviter lesincrustations dans lesgroupes refroidisseurs. Une partie de l'eau adoucie par l'enlèvement du carbonate est ensuite ame née aux autres appareils ayant pour mission de réduire davantage la dureté.
Après avoir ainsi adouci l'eau à 1 - 2 d, elle peut être utilisée pour alimenter des chaudières d'un rendement et d'une pression de timbre inférieurs ; la partie restante de l'eau peut alors, dans une dernière phase, être adoucie totalement en y additionnant du phosphate trisodique alcalin ; eau, ame- née pratiquement parlé à 0 d, sert à alimenter des chaudières à haute pression et à rendement élevé.
On peut ainsi au cours du traitement d'adoucissement prélever de l'eau partiellement adoucie pour d'autres applications ; l'industrie textile exige ainsi de l'eau non alcaline, partielle- ment adoucie à froid ; en est de même dans l' industrie de la filature, dans les brasseries, les tanneries, l'industrie alimentaire et chimique etc.
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Comme l'adoucissement peut être réalisé avec un appareillage excessivement réduit, il est possible d'effectuer l'adoucissement chimi que sur lesnavires sur lesquelsl'espace réservé à ce genre d'appareils est excessivement restreint, Le procédé nouveau permet enfin de traiter chimiquement par le froid l'eau d' al imentati on de véhiculesmûs par des machines à vapeur, tels que de voitures motrices à vapeur, de chemins de fer (locomoti- ves) etc.
11 est aussi courant dans l'adoucissement chimique de l'eau d'activer la réaction par l'entremise de catalysateurs (carbonate de calcium par exemple) introduits dans l'eau brute ou la parcourant suivant une couche.
L'application de catalysateurs fixes comporte l'inconvénient que la surface utile du catalysateur est rendue rapidement inefficace par le dépôt de boues. L'utilisation de catalysateurs additionnés à l'eau sous forme de poudre par exemple n'offre qu'une solution imparfaite parce qu'elle exige l'addition de corps étrangers.
On a par conséquent proposé d'utiliser comme catalysateurs le carbonate de calcium qui se dépose lors de la précipitation des ingrédients auxquels est due la dureté de l'eau. vans les procédés connus de ce genre, une partie de la boue contenant du carbonate de calcium, se déposant sur le fond du récipient de clarification, est réintroduite en circuit fermé dans l'eau brute. Or, ce procédé n'a pas été industrialisé parce qu'une accélé- ration du procédé d'adoucissement n'a pas pu être réalisée. or, suivant l'invention, une amélioration est obtenue par le fait qu'en raison de la disposition convenable de l'endroit d'extraction, une partie des eaux troubles contenant les particules de carbonate de calcium en suspens à l'état cristalloîde finement divisé est prélevée.
L'invention réside dans la constatation que l'effet catalytique des particules de carbonate de calcium dans cet état suspendu cristalloide (petits cristaux)
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du carbonate parce que les particules de carbonate représentent à cet état des cristaux excessivement ténus à surface relative- ment grande. Lors de l'introduction de ces particules catalytiques dans l'eau brute, il se produit donc une répartition excessivement poussée et par conséquent une stimulation renforcée pour la germination dans l'eau brute.
Le procédé faisant objet de la présente invention s'applique avantageusement aux divers procédés d'adoucissement chimiques ou thermo-chimiques. Il peut être adopté aux méthodes d'adoucisse- ment à une ou à plusieurs phases. Le procédé est également appli- cable à l'adoucissement de l'eau d'alimentation de chaudières, ainsi qu'aux eaux utilitaires d'applications industrielles ou do- mestiques.
L'adoucissement de l'eau d'alimentation de chaudières s'ef- fectue généralement par chauffage de l'eau brute. Le premier adoucissement s'effectue donc par voie thermique tandis que l'adoucissement chimique s'effectue dans une seconde et troisiè- me phase. Dans ce cas, l'eau trouble contenant les particules de carbonate de calcium est introduite, en même temps que l'eau brute, dans la phase thermique ou bien elle est auparavant mélangée à l'eau brute.
Lorsque l' adoucissement est effectué sans chauffer l'eau brute, il est avantageux d'annihiler la dureté due à la présence du carbonate (par exemple en additionnant de la chaux caustique) et ce jusqu'à la limite de solubilité du carbonate de calcium précipité et de procéder ensuite à la précipitation des non-carbonates (par la soude par exemple) dans une phase spécia- le ; dans ce cas, on prélève dans la dernière phase de l'eau trouble contenant du carbonate de calcium et on l'introduit dans la première phase. Dans ce procédé., on réalise une précipitation ultra-rapide des carbonates de sorte que cette phase n'exige qu'une chambre de réaction très restreinte.
Dans toutes ces variantes du procédé, il est au plus avantageux de n'utiliser dans les différentes phases que les quantités calculées théoriquement des matières d'adoucissement pour la pré-
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cipitation des matières hydrotimétriques respectives. Il est courant de n'additionner que les quantités calculées théoriquement lors d'un adoucissement réalisé par phases successives. Dans ce cas, il s'agit cependant d'un procédé n'utilisant aucun catalysateur. En utilisant ce procédé connu sans chauffage de l'eau, il faut cependant des périodes de réaction considérablement plus longues que dans le procédé faisant l'objet de la présente invention.
Comme, grâce à ce procédé, les périodes et les chambres de réac tion peuvent être diminuées considérablement, l'adoucissement de l'eau peut être effectué dans maintes applications irréalisables jusqu'à ce jour en raison de la nécessité d'avoir recours à des appareils encombrants.
Le dessin montre schématiquement une forme d'exécution d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
L'eau brute devant être adoucie entre par la conduite 1 dans le réchauffeur à cascades 2 chauffé à la vapeur qui arrive par la conduite 3. Une partie du carbonate peut déjà être éliminée par dépôt dans ce réchauffeur 2. L'eau sortant de cet appareil entre dans un récipient 4 dans lequel on introduit par la conduite 5 de l'eau calcaire destinée à précipiter les restants de carbonaté.
L'eau arrivant du récipient 4 entre par le trop-plein 6 dans le tube de sortie 7 du récipient 8 et dans lequel on introduit de la soude par le tube 9. Dans ce récipient 8 s'effectue le dépôt des non-carbonates. L'eau épurée traverse enfin un filtre 10 et sort enfin par la c ondui te 11 pour se rendre à l' endroit de consommation. Il est clair qu'on peut placer en aval ou en amont du filtre un poste d'adoucissement supplémentaire (au phosphate trisodique).
Les matières précipitées se déposent lentement sur le fond du récipient 8. La boue peut être éliminée par la tubulure d'évacuation 12. A une certaine distance du fond du récipient débouche le tube de soutirage 13 qui amène une partie du liquide trouble con.. tenant du carbonate de calcium dans le réchauffeur 2. Il est clair qu'afin de réaliser un meilleur mélange, on pourrait mélanger ce liquide trouble et l'eau brute dans une cuve spéciale placée en aval du réchauffeur 2 ou bien conduire le liquide trouble direc- tement dans la conduire d'eau brute, Le tube 13 débouche à un
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cuée, mais seulement un liquide trouble dans lequel les particules de carbonate de calcium se trouvent encore à l'état suspendu cristalloide (petits cristaux), finement divisé.
En raison de la forte action catalytique du carbonate de calcium introduit dans le réchauffeur 2 et parcourant ensuite l'appareillage entier le temps nécessaire pour l'adoucissement de 1!eau est abrégé d'une manière si considérable qu'il ne faut que des récipients excessivement réduits.
Le procédé peut naturellement aussi être exécuté en supprimant la phase thermique, de même que les produits chimiques indiqués ci-dessus peuvent être remplacés par d'autres.
REVENDICATIONS.
A. procédé pour l'adoucissement total de l'eau caractérisé par le fait que : 1) tout en supprimant des chambres de clarification et de réaction l'élimination des divers composants de dureté est effectuée progressivement et séparément en succession, les produits de réaction précipités dans une phase étant utilisés à titre de catalysateurs dans la phase subséquente d'adoucissement ;
2) en utilisant de petites chambres de réaction courantes, on ne précipite d'abord que les carbonates et ce jusqu'à la limite de solubilité du carbonate de calcium, la précipitation des noncarbonates s'effectuant ensuite, le carbonate de calcium déposé étant utilisé dans les deux phases à l'état fraîchement précipité à titre de catalysateur ;
3) on ajoute de la manière courante dans les deux phases uniquement la quantité de produits chimiques théoriquement nécessaire pour provoquer le dépôt des produits respectifs de dureté ;
4) le carbonate de calcium déposé lors de la précipitation des carbonates est introduit dans la phase d'épuration dans la quelle on opère le dép8t des non-carbonates, par la soude par exemple.
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