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" Appareil et procédé pour le traitement des liquides".
La présente invention a ppur objet un appareil et un procédé pour l'enlèvement, sous forme solide, de substances contenues dans des liquides.
L'application principale de l'invention vise l'adou- cissement, la clarification et la stabilisation de l'eau et la description qui suit se rapporte à cette application.
Le procédé comprend la formation, le conditionnement et l'enlèvement continu de précipités obtenus par l'utilisa- tion d'une zone inférieure de mélange et de réaction dans la- quelle on maintient une suspension des solides séparés précé- demment, d'une zone supérieure de clarification et d'uhe zone de séparation et de concentration des solides communiquant a- vec la zone de clarification.
L'un des objets principaux de l'invention est le traitement de l'eau dure, de telle manière
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qu'il se produise une précipitation des solides formés des subs- tances donnant lieu à la dureté en présence des solides précé- demment séparés et maintenus dans un état de suspension dans une zone de rotation générale, l'eau passant ensuite vers le haut à travers une zone de clarification et les solides étant évacués au dehors à travers la zone de séparation et de concen- tration des solides.
Un objet principal de l'invention est la réalisation, dans un appareil du type général dans lequel les réactions se font en présence d'une suspension de matières solides préala- blement séparées et dans lequel l'eau claire s'échappe de la surface supérieure de la suspension, de moyens pour extraite les matières solides de ladite suspension, grâce à quoi on peut contrôler le volume de la suspension retenue dans l'appareil et l'emplacement de la surface supérieure de ladite suspension.
Un autre objet de l'invention réside dans un procédé d'adoucissement de l'eau, procédé dans lequel on a prévu une zone de mélange et de réaction ayant l'allure d'une circula- tion provoquée par des agitateurs rotatifs exerçant une action centrifuge, l'allure de la circulation comprenant :
un mouve- ment général de rotation, un mouvement ascendant extérieur, un mouvement descendant intérieur,une partie du liquide pro- venant du mouvement descendant interne étant remise en circula- tion et une partie étant passée vers le haut à travers une zone de clarification, les matières solides qui montent avec le li- quide dans la zone de clarification étant extraites dans une zone de séparation et de concentration des matières solides, tandis que l'eau, soumise au traitement, est introduite dans la zone de mélange et de réaction pour provoquer une réaction d'adoucissement en présence des particules cristallines précé- demment séparées et formées des constituants qui provoquent la dureté.
L'invention a également pour objet un procédé et un
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appareil perfectionnés du type général mentionné plus haut, mais dans lesquels la réaction et la circulation sont telles que l'on utilise mieux et plus complètement l'espace dont on dispo- se dans le bassin et que le conditionnement de la suspension ou des solides dans ladite suspension soit meilleur afin que la réaction puisse avoir lieu plus rapidement et plus complète-- ment, que la suspension soit conditionnée plus rapidement et plus complètement, que l'eau soit plus rapidement clarifiée et que le volume nécessaire et le temps de rétention de la suspen- sion des solides précipités soient réduits.
Ces objets et d'autres apparattront au cours de la description qui va suivre et qui se rapporte à un mode de réa- lisation préféré de l'invention représenté sur le dessin anne- xé, sur lequel :
La fig. l'est une coupe verticale par l'axe de l'ap- pareil construit conformément à l'invention;
La fig. 2 est une coupe horizontale partielle de l'ap- pareil représenté sur la fig. 1.
Dans l'appareil représenté sur le dessin, on a prévu un récipient ou bac de traitement 10, de forme cylindrique.
Au-dessus du récipient 10 qu'il traverse est monté un organe support 11 sur lequel est disposé un moteur et des engrenages réducteurs désignés par 12. Du moteur et des engrenages réduc- teurs part un arbre 13 orienté vers le bas, arbre dont l'extré- mité inférieure s'arrête au voisinage du fond du récipient. Il est préférable que l'extrémité inférieure de l'arbre tourillon- ne, comme on l'a indiqué d'une manière générale en 14, ceci pour plus de stabilité.
L'arbre 13 porte une série de bras horizontaux par- tant radialement à partir dudit arbre dans un plan situé à une certaine distance du fond du récipient. Ces bras 15 portent des pales agitatrices 16 disposées de préférence suivant un certain angle qui est tel que, lors de la rotation de l'arbre
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13, il se crée une pression (dirigée vers l'extérieur) dans le liquide que contient le récipient. Cet angle est indiqué sur la fig. 2. Les différents bras 15 peuvent être reliés les uns aux autres par l'intermédiaire d'organes d'entfetoisement 17 et les bras précités peuvent être supportés sur l'arbre 13 par l'in- termédiaire de tiges 18.
Dans la partie supérieure du récipient se trouve une chambre de clarification, de conformation tronconique, consti- tuée par une paroi 19 s'étendant vers le bas, vers l'intérieur, et ouverte à son extrémité inférieure. Le bord supérieur de la paroi 19 est représenté avec une forme cylindrique et constitue un barrage par dessus lequel se déverse l'eau séparée au cours du procédé de traitement, cette eau étant évacuée de l'appareil par la canalisation 20.
La paroi tronconique 19 s'étend vers le bas et vers l'intérieur en direction de l'axe du récipient, et elle s'arrê- te suivant un plan situé à une distance appréciable du fond du récipient. On peut utiliser n'importe quel type d'organe de sup- port pour maintenir en position l'organe 19 dans le récipient.
La chambre de clarification n'a pas besoin d'être conique, mais la paroi 19 peut s'étendre verticalement pour constituer une chambre cylindrique.
L'arbre 13 est entouré d'un compartiment ou manchon 21 relativement étroit, qui s'arrête au niveau du bord de l'or- gane 19. Près de la partie inférieure de la chambre conique se trouve unesérie de chicanes radiales 22, qui sont prévues pour produire un effet de freinage sur l'eau qui est déplacée vers le haut dans l'organe de clarification 19. La hauteur de ces chicanes peut varier considérablement.
Il n'est pas nécessaire qu'elles s'étendent jusqu'au sommet de l'organe séparateur coni- que, étant donné que l'eau arrivant dans ce dernier peut subir un freinage suffisant dans son mouvement de rotation par des chicanes relativement basses.,
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Sur la droite de l'organe tronconique 19, on a repré- senté une séparation 23 formant avec le c8té de la paroi 19, un compartiment analogue à un entonnoir. De la partie inférieu- re de ce compartiment part, se dirigeant vers l'extérieur du récipient, une canalisation 24, munie d'un robinet approprié 25, destiné à régler la quantité d'eau s'échappant vers l'extérieur.
Il y a lieu de noter que l'on peut, si@on le désire, prévoir un nombre quelconque de ces séparations 23..
On a, de préférence, prévu dans le récipient 10 une chicane cylindrique 26 s'étendant autour de la partie inférieu- re de la paroi ou séparation 19. Cette chicane 26 s'étend éga- lement vers le bas jusqu'au voisinage de l'extrémité des bras
15. Des organes de support 27 ont été représentés sur le dessin et servent à maintenir la chicane 26 suspendue dans le récipient
L'eau brute devant être traitée est introduite par le fond du récipient, par l'intermédiaire d'une canalisation 28, munie d'une tubulure de décharge 29, s'étendant le long de la partie inférieure du récipient dans le sens de la rotation des bras 15. Autour de la canalisation 28, et à une certaine distance de celle-ci, se trouve un compartiment 30, ouvert aux deux extrémités, à travers lequel peut circuler le liquide se trouvant déjà dans le récipient.
Il est désirable de disposer ce compartiment 30, mais il peut être supprimé par suite de la présence de la chicane 26 et la circulation ainsi obtenue pro- voque de bonnes conditions de mélange et de réaction en l'ab- sence de ce compartiment.
Lors de la mise en oeuvre du procédé, et au cours du fonctionnement de l'appareil, l'eau brute devant être traitée est introduite dans le récipient par la canalisation 28 et, lorsque le récipient se remplit d'eau, on fait tourner l'arbre
15 dans le sens indiqué par les flèches pour communiquer un mouvement de rotation générale au liquide contenu dans le réci- pient. L'effet de jet de l'eau provenant de la branche 29 fa-
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vorise ce mouvement de rotation et provoque le mélange de l'eau qui pénètre dans le récipient avec celle qui s'y trouve déjà.
Des produits chimiques adoucissants,tels que la chaux et la soude peuvent être introduits dans le compartiment 30 au moyen d'une canalisation d'amenée 31. La canalisation 31 est de pré- férence placée au-dessous du point d'arrivée de l'eau brute, de manière que les produits chimiques puissent être mélangés à l'eau qui se trouve déjà dans le récipient, avant de venir en contact et de s'y mélanger avec l'eau brute.
Les produits chimiques et +'eau devant être adoucie sont intimement mélangés et il se produit une réaction d'adou- cissement au cours de laquelle les particules cristallines des constituants provoquant la dureté sont séparées. Ces cristaux sont formés de composés de carbonate de calcium et d'hydrate de magnésium et, au cours de la continuation des opérations,le mouvement rotatif des bras 15 fait que l'eau qui contient les particules cristallines des constituants donnant lieu à la du- reté est mise en circulation au-delà du point où l'eau brute pénètre dans le récipient. Le mouvement de rotation de l'eau dans le récipient et l'effet de jet provenant de la tubulure de décharge 29 font que le liquide déjà traité et contenant les solides cristallins déjà précipités se trouve entraîné à travers le compartiment 30.
Ce liquide contenant les solides précédemment séparés entraîne les produits chimiques à l'aide desquels doit être traitée l'eau brute, après quoi ce liquide est mélangé à l'eau brute, de sorte que la réaction d'adoucis- sement ait lieu en présence des solides déjà formés. Le résul- tat de la mise en oeuvre du procédé de la manière précitée fait que les particules cristallines augmentent de dimensions et qu'elles sont formées de grappes cristallines stables.
Lorsque 'l'eau remplit le récipient, celle-ci et les particules cristal- lines en suspension passent vers le haut à travers la partie inférieure de l'organe séparateur tronconique 19, et les chi-
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canes 22 agissent pour arrêter le mouvement de rotation de l'eau Le repos relatif permet alors la séparation de l'eau des soli- des, et l'eau atteint le sommet de la chambre séparatrice 19 pour s'écouler au-dessus du barrage formé par le bord supérieur de ladite chambre et pour s'écouler à travers la canalisation 20.
En pratique, les solides ont tendance à se concentrer dans l'appareil au cours de l'opération pour former une suspen- sion pouvant contenir deux ou trois pour cent de solides( en poids à sec), ou même sensiblement plus, et leur volume est suf- fisant pour remplir le bassin jusqu'à un niveau situé au-dessus du bord inférieur de la paroi 19. Par suite de la réaction qui se produit comme décrit plus haut, en présence des particules en suspension et provenant des précipités formés précédemment, les grappes cristallines de ces particules sont continuellement renforcées.
Le résultat en est qu'elles n'ont pas tendance à se désintégrer au cours de leur mouvement, comme c'est le cas avec des particules ordinaires, et la conséquence en est que la vitesse de rotation de l'agitateur peut être plus grande que celle considérée généralement comme possible, cette vitesse pouvant être aisément un multiple. Ceci contribue à assurer la circulation désirée de la suspension, ainsi qu'on l'a décrit, et permet également d'avoir des agitateurs de plus petites di- mensions produisant le même effet.
L'emploi de la chicane 26 assure, non seulement une utilisation plus complète de l'espace dans le récipient, mais produit également une voie telle que décrite précédemment, qui empéche un court-circuitage tout en procurant un intervalle de temps convenable, avant que l'eau pénétrant dans l'appafeil puisse atteindre la chambre de cla- rification.
La nature de la suspension est telle qu'elle n'est pas aisément dispersée par un courant ascendant d'eau à travers elle-même à une vitesse dépassant considérablement celle à la-
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quelle se produit généralement la sédimentation; elle s'étend de manière à permettre la montée de l'eau à travers elle, tout en retenant les particules cristallines présentes dans l'eau.
Son action est telle que l'eau, pénétrant dans la chambre de clarification par en bas et montant à travers une couche de suspension dans la partie inférieure de celle-ci, émerge à l'é- tat clarifié de la partie supérieure de la suspension, dont la surface supérieure est définie clairement, et ceci avec un dé- bit d'eau atteignant 15 litres par 929 cm2 de surface et par minute, dans des conditions favorables, ou même'davantage.
La mesure dans laquelle la suspension de solides pé- nètre dans la chambre de clarification dépend d'un certain nom- bre de facteurs comprenant la vitesse de passage de l'eau sou- mise au traitement et la quantité de solides retenue dans l'ap- pareil. Lorsque le niveau supérieur de la suspension passe au- dessus du bord de la séparation 23, les solides passent par dessus et pénètrent dans le compartiment délimité par la sépa- ration 23 et la paroi 19, compartiment d'où ils peuvent être évacués par la. canalisation 24, dont l'écoulement peut être contrôlé par le robinet 25. La surface et la profondeur de ce compartiment peuvent être telles qu'il s'y produise une concen- tration des solides, ce qui permet l'évacuation de ces derniers avec une faible quantité d'eau.
Cette disposition fournit les moyens pour contrôler le niveau supérieur de la suspension dans la chambre de clarification, lorsqu'on place le bord supérieur de la pièce 23 à la hauteur désirée. Lorsque se forment de nouveaux solides, ceux-c sont déplacés dans la chambre de cla- rification, et le niveau de la suspension qui s'y trouve monte, l'excès de solides s'échappant par dessus la séparation 23. Il se produit ainsi un déplacement continu vers l'avant des soli- des et de l'eau (cette dernière, évidemment, avec une vitesse sensiblement plus grande), l'eau s'échappant de la surface d e la suspension pour atteindre le trop-plein, tandis que les so-
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lides sont entraînés vers le haut de la suspension.
Ceci contri- bue au contrôle, aussi bien de la nature de la)suspension que de son volume.
Dans la partie inférieure du récipient, partie qui constitue la zone de mélange et de réaction, il existe un mou- vement de rotation générale avec des tourillons locaux provo- qués par le mécanisme agitateur et sous l'effet de jets de la décharge de l'eau brute. Le mouvement de rotation générale crée une pression dirigée vers l'extérieur, pression qui obli- ge le liquide 4 monter entre la chicane cylindrique 26 et le côté du récipient. A partir du sommet de la chicane 26, le li- quide retourne vers le bas et descend en direction de l'extré- mité inférieure de la chambre 19. Une certaine partie du liqui- de est dirigée vers le haut dans la chambre, tandis qu'une au- tre partie de ce liquide est remise en circulation, cette par- tie dépendant de facteurs tels que la vitesse de rotation dans le récipient.
Lorsque la vitesse de rotation augmente, la force centrifuge est nécessairement plus grande et la cir- culation dans le récipient est proportionnellement augmentée.
Bien que la coopération de la chicane 26 et du mécanisme agi- tateur puisse être désirable dans certains cas, le plus souveni la force centrifuge de l'agitateur suffira à elle seule pour produire un conditionnement très efficace des matières solides et un achèvement complet de la réaction. L'efficacité d'un procédé de ce genre dépend grandement du type de particules cristallins qui se forment au cours des opérations. A moins que les particules cristallines nesetransforment en grappes re- lativement stables ou en particules ayant des dimensions et un volume substantiels, on rencontre des difficultés consi- dérables dans la clarification.
Le présent procédé comprend un usage défini et ef- ficace de l'espace dans la zone de mélange et donne lieu, par conséquent, a des meilleures conditions de formation de par-
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ticules par unité d'appareil et de temps? Les meilleures con- ditions de formation des particules cristallines, conformément à la présente invention sont indiquées par le fait que l'orga- ne tronconique 19 peut présenter un petit élargissement vers la partie supérieure du récipient, ce qui a pour conséquence uniquement une faible diminution de la vitesse de l'eau montan- te, en même temps que l'on obtient une clarification efficace.
En fait, il est possible d'utiliser un cylindre à. la place de l'organe tronconique 19, ce qui fait que la vitesse d'ascen- sion est sensiblement constante à travers la zone de clarifi- cation.
La suspension contenue dans le récipient peut être contr81ée par le soutirage d'un volume équivalent de suspension à travers la canalisation 31, qui communique avec le fond du récipient, la concentration élevée de la suspension, rendant possible un équilibre des solides par le soutirage d'une quan- tité relativement faible de suspension, si on la compare à la vitesse du courant d'arrivée d'eau brute. La canalisation 31 peut également être utilisée pour soutirer le contenu du ré- cipient pendant les périodes de non utilisation.
L'invention a été décrite plus spécialement dans son application à l'adoucissement d'eau dure, application dans laquelle les substances en solution sont éliminées de l'eau sous une forme cristalline. Dans d'autres applications de l'in- vention, la formation de cristaux ou de grappes cristallines peut ne pas avoir lieu, comme c'est la cas avec l'adoucisse- ment d'eau dure. L'invention a, par exemple, une grande utili- té dans la clarification d'eau boueuse, telle que l'eau de ri- vière, et l'on peut utiliser des coagulants tels que l'alun et des sels de fer pour former un précipité tendant à produire et à augmenter les caractéristiques de séparation de particu- les solides se trouvant déjà dans l'eau naturellement boueuse.
Même dans l'opération d'adoucissement, il est, dans de nombreuy
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cas, désirable d'utiliser un coagulant additionné au réactif pour former des composés insolubles de calcium et de magnésium.
De nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrit plus haut à titre d'exemple, et ces modifications n'altèrent en rien l'esprit de l'invention.