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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'EPURATION OU LA PREPARATION DE
LIQUIDES.
Le procédé et le dispositif selon la présente invention ont, entre autres, pour but l'épuration de liquides dans le sens le plus large du terme, par filtration et/ou percolation au moyen d'une couche de matière meuble gra- nuleuse ou pulvérulente. Les liquides les plus divers entrent en ligne de compte, les liquides aqueux, huiles.etc..., les liquides troubles et clairs et les liquides dont des turbidités peuvent se précipiter en flocons, par exemple pendant la filtration.
Le procédé peut, entre autres, être appliqué pour l'épuration d'eau ou l'épuration de liquides sucrés etc... Un effet particulièrement intéres- sant est obtenu dans l'épuration d'extraits bruts de plantes, par exemple le jus brut des sucreries. On obtient également de très bons effets d'épuration dans le cas d'extraits de substances animales.
Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent non seule- ment servir à la séparation mécanique de matières solides, colloïdes, etc..., mais pendant le passage du liquide à travers la couche il peut également se produire des réactions chimiques et biologiques, par exemple-un échange d'ions.
De plus, le procédé et le Dispositif conviennent parfaitement à l'extraction de, par exemple, des substances végétales, dans lequel cas ces substances remplacent toutefois le milieu filtrant, par exemple des lanières ou cossettes de betteraves.
En cas de filtration ou de percolation, on peut faire usage de milieux filtrants connus : gravier, sable, grains de coke, pierre ponce, char- bon, quartz, etc...., mais en particulier le procédé est'aussi applicable avec une matière plus fine :charbon actif, kieselguhr, terres, en combinaison, ou non, avec du gravier, du sable etc...
L'application d'échangeursd'ions à grains très fins, par exemple d'une grosseur de grains inférieure à 0,5 mm., qui sont inutilisables s'ils
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sont appliqués de la façon usuelle, présente un très grand intérêt technique.
L'effet de l'épuration peut, entre autres, consister en une déco- loration, une clarification, une amélioration de l'odeur-et du goût, l'élimi- nation de composants minéraux, colloïdes, alcalis ou acides.
Selon la présente invention, les liquides à traiter sont conduits à travers la masse de contact, soit totalement en direction montante et laté- rale, soit partiellement en direction montante, latérale et descendante, vers un système de drainage noyé centralement à l'intérieur de cette masse.
Par "centralement" il faut entendre "dans l'espace du milieu ou de la masse, sur le chemin duquel le liquide rencontre pratiquement la même résistance à son écoulement depuis tous les points d'amenée du liquide".
Le système de drainage est constitué par un.corps creux ou un en- semble de corps creux, par exemple des tuyaux. Il est nécessaire que le sys- tème de drainage,offre une résistance aussi faible que possible au courant de liquide pendant le lavage du lit filtrant et il est par conséquent très utile de donner par exemple au corps ou aux corps creux un profil qui ressemble, en coupe, à la périphérie d'une navette de métier à tisser,
Selon la présente invention il importe, en outre; que le liquide à épurer ne puisse pas s'écouler par le système de drainage, sans être traité, en frayant son chemin par des passages directs à travers ou autour de la mas- se de filtration ou de contact, ou de la matière devant subir une extraction.
L'idéal serait donc que l'appareil destiné à recevoir le liquide traité se trouve au milieu de la masse et qu'il n'existe aucune liaison entre cet appareil collecteur et les parois délimitant la masse. Cela est toute- fois difficilement réalisable dans la pratique.
Selon la présente invention, les risques de production de ces pas- sages directs peuvent être réduits au point de s'approcher pratiquement de cet idéal, grâce à l'emploi d'un dispositif rationnel. Un tel dispositif sera dé- crit d'une façon plus détaillée dans les exemples donnés ci-après, sans que l'invention y soit toutefois limitée.
Bien que le filtre même puisse, à volonté, présenter la forme d'une sphère, d'un cube ou d'un cylindre vertical ou horizontal, etc..., la descrip- tion ci-après sera, pour la simplicité, limitée aux filtres cylindriques verti- caux, en faisant la distinction entre les systèmes ouverts et fermés.
En général, une phase du processus de nettoyage de la masse consis- te en ce que, lorsqu'elle est souillée, elle est lavée avec agitation en vue d'éliminer les saletés qui se sont accumulées entre les grains. Cette manipu- lation présente l'avantage qu'après sédimentation de la masse, les particules les plus grosses se trouvent dans la partie inférieure et deviennent de plus en plus fines dans les couches supérieures de la masse. En cas d'écoulement vers le haut, le liquide à épurer rencontre donc de'la matière de plus en plus fine. Les substances solides que le liquide contient se déposent dans toute l'étendue de la masse et non pas pratiquement dans un plan au-dessus de la mas- se, tel que c'est le cas lorsque la filtration se fait de haut en bas.
Dans le cas d'une filtration de bas en haut selon l'invention, on parvient à éliminer les turbidités sans obstruer le filtre et à filtrer pen- dant un temps plus long.
En-cas de filtration d'eau, il est d'usage fréquent de provoquer la formation de flocons par l'addition d'agents de précipitation, par exemple des sels d'aluminium ou des sels ferriques, de développer les flocons par une agitation prudente et'de les séparer par précipitation.
Actuellement, cela se fait le plus souvent d'une façon continue ; la nouveauté la plus récente consiste en l'application d'une soi-disant cou- verture de flocons de ce précipité, qui est traversée par le liquide à une vi- tesse déterminée, les flocons étant alors retenus en grande partie par cette couverture. Cette méthode est cependant très délicate, et même dans les con- ditions les plus favorables il y a encore des flocons qui passent.
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Cela n'est pas le .cas lorsque ces flocons se déposent dans un filtre selon l'invention, qui peut alors être constitué, à sa partie infé- rieure, d'une matière grossière dont les morceaux ont par exemple des di- mensions de 30 à 40 mm. Le choix-de la grandeur des morceaux dépend en gé- néral du but d'utilisation. Si les impuretés se déposent facilement sur une matière grossière, on peut prévoir à la partie inférieure une épaisse couche de matière grossière et n'utiliser des grains fins que par exemple dans le lit de drainage, à titre de sécurité. L'épaisseur de'la couche de cette masse granuleuse peut alors être faible.
Selon l'invention, on parvient à séparer toutes sortes de substan- ces fines, par exemple charbon actif, CaC03 de jus sucré, etc..., grâce à la séparation dans la profondeur du lit.
Dans le cas où, après souillure du lit, on veut refouler le liqui- de précieux qui s'y trouve, par exemple par l'amenée d'eau par le système de drainage, on constate toutefois que, d'une façon surprenante, les substances séparées restent dans le lit. L'appareil peut donc remplacer par exemple des filtres-presses.
Lorsqu'on exécute une filtration ou une percolation à grande vi- tesse et que le liquide subit une forte perte de pression dans la masse, il est utile d'appliquer une pression suffisante au-dessus de la masse pour évi- ter les perçages qui sont toujours à craindre en cas d'application d'un cou- rant de bas en haut. Dans le cas de filtres fermés, on pourrait prévoir, au- dessus de la masse, un coussin d'air de pression suffisante, mais puisque l'air est compressible et le liquide pas, il est en général plus rationnel d'appliquer une pression de liquide pour empêcher les perçages qui auraient tendance à se produire, par exemple en cas de changements brusques de la pression d'alimentation du liquide à traiter.
Dans la filtration habituelle avec écoulement de bas en haut, les perçages et les passages directs donnent lieu à des difficultés insurmontables.
Il se forme toujours des canaux et il se produit des passages aux bords, par lesquels du liquide non filtré et non épuré peut s'écouler et se mélanger au liquide épuré. Pour cette raison, la filtration à courant de bas en haut n'a pratiquement pas été appliquée, malgré ses attraits. Ainsi, par exemple, dans la percolation ou la filtration de liquides ayant un poids spécifique plus grand que celui de l'eau, on devrait toujours appliquer le courant de bas en haut pour éviter'les fortes dilutions avec l'eau qui se trouve dans la masse.
On a essayé de combattre les passages aux bords par toutes sortes de remèdes, par exemple en les rendant rugueux ou en les couvrant de sable ou de gravier, par l'application d'encadrements etc..., mais il a été consta- té que dans la pratique on ne peut attacher que peu d'importance à ces remè- des.
Dans le cas de la présente invention, ces passages aux bords ne peuvent pratiquement pas donner lieu à une souillure de liquide épuré. La pratique a prouvé qu'en cas d'application de la présente invention, il est possible, et ce d'une manière très simple, de construire les conduits d'éva- cuation du système de drainage de telle façon que des passages directs à cet endroit sont pratiquement tout-à-fait exclus.
Dans le cas de conduits d'évacuation verticaux qui traversent donc la couche supérieure fine du milieu filtrant, une série de disques en forme d'assiette, qui sont soudés autour du conduit d'évacuation, assurent déjà l'ob- turation désirée. Dans le cas d'une obturation très précise on peut, au besoin, encore disposer autour de cet organe un tuyau qui pénètre dans la masse de fil- tration et dans lequel on maintient une surpression d'air ou de liquide (voir fig. 1).
Si dans le cas de la présente invention, l'application de remèdes tels que décrits pour réduire les passages par les bords, et même l'applica- tion d'une surpression sur la masse filtrante dans son ensemble, est donc su- perflue à ce point de vue, on y aura toutefois de préférence recours pour em- pêcher les perçages et les passages directs dans le lit même.
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La pression au-dessus de la masse filtrante peut être simplement maintenue en pompant sur le lit une partie du liquide à épurer, ce qui con- stitue donc en quelque sorte un passage intentionnel par les bords. Ce liqui- de peut alors s'écouler vers le bas à travers la couche supérieure fine du mi- lieu filtrant, vers le système de drainage, jusqu'à ce que cette couche supé-¯ rieure fine soit colmatée.
Cette quantité de liquide peut, si on le désire, être réduite en pompant à travers la couche un liquide saturé de colloïdes, ce qui obstrue fortement la couche supérieure
Ces colloides, par exemple Al (OH), peuvent même être ajoutés au liquide si celui-ci ne contient pas lui-même beaucoup de colloïdes.
On peut aussi amener du liquide sous pression et l'évacuer égale- ment sous pression, par exemple lorsqu'il s'agit d'un liquide qui est sujet à altération rapide et qui est ainsi renouvelé continuellement. Dans la pra- tique, on limitera aussi peu que possible la quantité de liquide à mettre en oeuvre, en pompant par exemple sur la couche supérieure un liquide ayant dé- jà subi une épuration partielle préalable, ce liquide subissant ainsi une épuration complémentaire.
Il arrive fréquemment que le liquide dégage du gaz pendant la percolation. Pour cette raison également, il est désirable d'amener le li- quide par le bas.
En cas de filtration effectuée exclusivement avec écoulement de haut en bas, cela constitue une difficulté presqu'insurmontable parce que le bon contact est empêché.
Tandis que, par ailleurs, il est d'usage, dans la filtration habi- tuelle, de provoquer autant que possible une agglomération des substances de- vant être séparées, cela n'est pas toujours nécessaire et parfois même indési- rable dans le cas de la présente invention. Dans ce cas on homogénéise le liquide de la façon connue avant le traitement, une agitation intensive étant souvent suffisante.
Il est souvent souhaitable de produire une sédimentation aussi compacte que possible de la masse filtrante, surtout lorsque peu d'éléments solides doivent etre éliminés par filtration. Dans ce cas, il est utile de mettre le percolateur ou le filtre en vibration pendant la sédimentation.
Lorsque la masse est souillée, son nettoyage peut s'effectuer de diverses façons. Un nettoyage mécanique, par exemple par lavage avec agita- tion au moyen d'eau et/ou air est très important et souvent déjà suffisant.
Dans beaucoup de cas il est, en outre, nécessaire d'appliquer une stérilisa- tion ; à cet effet, il est indiqué de faire bouillir la masse ou d'y faire passer un agent stérilisant, par exemple du gaz SO2
En cas d'utilisation d'agents d'adsorption, en particulier des é- changeurs d'ions, ces manipulations ne sont pas suffisantes, et il faut avoir recours au traitement par des solutions de produits chimiques, par exemple des solutions d'acides et/ou lessives. D'excellents résultats peuvent éga- lement être obtenus par un nettoyage biologique. Le lavage ou la régénération peut souvent s'effectuer avec avantage couche par couche. Dans le cas d'une régénération très difficile, il est parfois utile d'effectuer la manipulation à l'extérieur du filtre, dans un appareil séparé.
Finalement, quelques exemples d'exécution, auxquels l'invention n'est toutefois aucunement limitée, seront décrits ci-après avec référence aux dessins schématiques annexés,
Exemple 1 Figure 2 De l'eau souterraine, contenant 2,1mgr d'ions Fe par litre et ayant une dureté temporaire de 12 allemands et -iie dureté totale de 12,8 allemands est, après aération intensive et addition de 3 mgr. de A12(SO4)3 par litre, conduite à travers un filtre ouvert A composé comme suit, à un régime de 1C m3 par heure.
Le filtre a une superficie de 2 m2 et une hauteur de 3,50 m. De
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bas en haut, on rencontre d'abord une plaque perforée en cuivre C ayant des trous de 8 mm. avec un écartement de 50 mm. Cette plaque se trouve à 250 mm. du fond et est convenablement renforcée. Sur cette plaque reposent successi- vement 500 mm. de gravier de 10-20 mm., 500 mm. de gravier de 6-10 mm., 500 mm. de gravier de 2-6 mm et 700 mm. de gravier de 1,5 - 2 mm.
A la partie supérieure du filtre se trouve une rigole concentri- que horizontale K dont le grand diamètre est 800 mm,, qui est ouverte vers le haut et qui a une largeur de 250 mm. et une profondeur de 150 mm; le bord supérieur de cette rigole se trouve à 300 mm. sous le bord du filtre. Dans la partie supérieure de la masse filtrante, à 350 mm. de profondeur, se trou- ve un lit de drainage horizontal E, composé de tuyaux de cuivre perforés ayant' un diamètre de 70 mm. et présentant des trous de 10 mm. avec un écartement de 30 mm.; autour de ces tuyaux est disposée de la fine gaze Monel à mailles de 1 mm. Ces tuyaux sont disposés à 250 mm. l'un de l'autre, aussi bien dans le sens de la longueur que de la largeur, et forment donc.une grille. La dis- tance minimum de celle-ci à la paroi du filtre atteint 300 mm.
Un des tuyaux F monte à travers la couche supérieure du milieu filtrant jusqu'à 100 mm. au- dessus du lit et est ensuite guidé horizontalement vers l'extérieur à travers la paroi du filtre; à 70, 140, 210 et 280 mm. de la surface de la couche, ce tuyau est pourvu dedisques horizontaux en forme d'assiette, agencés concentri- quement et ayant un dlametre de 200 mm.
L'eau devant être épurée pénètre par D sous la plaque-tamis C et traverse la masse filtrante en direction verticale, après quoi l'eau épurée quitte le filtre par le système de drainage E; 10 % de l'eau filtrée sont pompés sur le filtre en passant par la rigole K se trouvant dans la partie supérieure du filtre (pompe R). Lorsque 1 'eau est montée au-dessus du lit jusque 100 mm. au-dessous du bord du filtre, le filtre doit être nettoyé.
Cela s'opère en pompant pendant 5 minutes, à raison de 2 m3 par minute, de l'eau et de l'air sous la plaque perforée C en passant par D, après avoir fermé l'évacuation d'eau pure (vanne 6) et ouvert l'évacuation de la rigole de rinçage K (vanne 1). Finalement on fait encore passer de l'eau seule, pen- dant 2 minutes à raison de 2 m3 d'eau.par minute. Le filtre est alors de nou- veau prêt à l'emploi.
Exemple 2. - On filtre, dans un filtre selon l'exemple 1, un jus de diffusion dont le pH a été amené à 3,8. Le jus de diffusion ainsi épuré a une couleur jaune clair après cette opération, alors qu'avant celle-ci il était noir.
Exemple 3. - Figure 3.- Un filtre A à revêtement en une matière résistant aux acides, servant à préparer un jus clair à partir de l'extrait de betteraves sucrières, est établi comme suit. Il est de construction verti- cale et a un diamètre de 1300 mm. et une hauteur de 2500 mm. Le fond et le couvercle sont bombés, de sorte que l'appareil peut être mis sous pression.
Dans le couvercle se trouve un couvercle de remplissage et d'inspection B à fermeture rapide, ainsi qu'un conduit de désaérage H. Dans la paroi du filtre, juste au-dessus du fond perforé C, se trouve un trou d'homme à couvercle P, permettant la vidange du filtre en cas de besoin.
Le fond perforé C du filtre est formé de tôle Monel renforcée à perforations de 8 mm, sur laquelle reposent 400 mm. de gravier de 10 mm. Sous le fond perforé C on peut amener de l'eau, du jus, de l'air, de la vapeur et de la solution de lessive ou d'acide, par le raccord D d'un diamètre de 75 mm.
Jusque 900 mm au-dessou du bord supérieur du filtre, le filtre est rempli de "dusarit", un échangeur de cations, dont la grosseur des grains est infé- rieure à 0,5 mm.
Un corps sphérique creux E en acier inoxydable, d'un diamètre de .
500 mm., est noyécentralement dans la masse de dusarit et est entouré de gaze .
Monel Din. 50 ; bord supérieur se trouve à 400 mm. sous la surface de l'é- changeur de cations. La sphère est pourvue d'un conduit d'évacuation F d'un diamètre de 75 mm., qui traverse verticalement la couche supérieure et est mu- ni d'un certain nombre de disques horizontaux en forme de cuvettes G d'un dia- mètre de 200 mm. et écartées mutuellement de 70 mm., servant à empêcher les
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passages directs. A 100 mm, au-dessus du lit, ce conduit d'évacuation traver- se la paroi du filtre.
Immédiatement sous le couvercle bombé se trouve une cuvette K ou- verte vers le haut et agencée concentriquement, qui a un diamètre de 500 mm. et présente un conduit d'évacuation horizontal L sortant du 'filtre, lequel conduit a un diamètre de 100 mm. et est pourvu de moyens d'obturation. Avant l'emploi, le filtre est régénéré comme suit, dans la supposition qu'il a déjà été utilisé, mais a été désucré
Le couvercle B étant ouvert et le'filtre étant partiellement rem- pli d'eau, on introduit de la vapeur et de l'air sous le fond perforé C, par
D et la vanne 2 jusqu'à ce que toute la masse soit devenue meuble et ne présen- te plus de grumeaux. Cela peut au besoin s'effectuer par couche en amenant de la vapeur et de l'air ou de l'eau par la canalisation circulaire S pourvue de tubulures d'injection T réparties sur la périphérie.
Ensuite, on intro- duit par le bas, par D et la vanne 2, la moitié de l'acide de régénération,
50 kg. de H2SO4 et on fait bouillir la masse. Les autres vannes sont fermées.
On lave alor avec agitation pendant une demi-heure en amenant de l'eau par D (vanne 2)sous le fond perforé C le conduit d'évacuation L (vanne 1) étant ouvert. La vitesse de l'eau doit être telle qu'il se produit une expansion de la masse, les particules de dusarit flottant librement, mais n'étant pas évacuées avec l'eau de lavage. Cette dernière s'échappe par le conduit L d'évacuation de la cuvette, qui a été ouvert.
On laisse alors s'effectuer la sédimentation de la masse et on ajoute de nouveau 50 kg. de H2SO4 en solution à 6 %, mais cette fois par le haut du filtre, à travers la vanne 8 (fermer la vanne 1), et on lave à l'eau par la vanne 8 pour expulser l'acide de haut en bas, par le raccord D (vanne 2). Le filtre est maintenant prêt à l'emploi, les particules les plus fines de dusarit se trouvant dans la couche supérieure.
Parfois, le lavage à l'acide doit être précédé d'un lavage à la lessive, Avant la mise en service du filtre, le conduit d'évacuation L (van- ne 8) et la vanne 2 doivent être fermés, tandis que le conduit d'évacuation F (vanne 6) doit être ouvert. Du jus froid de diffusion est alors amené par le conduit d'alimentation de jus M (vanne 3) et est irtroduit sous le fond C par D et sur le lit par le conduit N et la vanne 4, l'admission horaire étant de 3/4 volume de jus par volume de dusarit. aux ins de désaérage, on ouvre la vanne 5 selon les nécessités. A cette vitesse modérée on peut ob- tenir pendant de longues heures un jus clair comme xx l'eau, dont le pH aug- mente petit à petit.
Lorsque le résultat devient insuffisant, on désucre le filtre de haut en bas, via le corps sphérique, en fermant les vannes 3, 4 et 6 et en ouvrant les vannes 7, 8 et 2, et on effectue ensuite la régénération.
Exemple 4.- En opérant d'une façon analogue à l'exemple 3, on effectue une percolation avec 4 volumes de jus par volume de dusarit et par heure. A cet effet, on doit fermer le filtre et pomper, via la cuvette K.
¯(vanne 8) du jus plus ou moins épuré au-dessus de la masse. Le filtrat est .brillant mais quelque peu coloré. Après le passage par un échangeur d'anions chargé d'ions OH, on obtient toutefois une solution pure de sucre, qui peut être consommée directement.
Exemple 5.- Comme dans l'exemple 4, on épure un extrait de raci- nes de chicorée.
Exemple 6 Figure 4 Un filtre pour l'épuration d'eau de ri- vière est composé comme suit. Il comprend un cylindre vertical A d'un'diamè- tre de 1800 mm. et d'une hauteur de 3500 mm. Le fond et le couvercle sont co- niques, de sorte que l'appareil peut être mis sous pression. Dans le couvercle se trouve un couvercle d'inspection B à fermeture rapide. Le fond-tamis C du filtre, agencé à 100 mm. au-dessus du fond de celui-ci, est formé de fers cor- nières dont l'angle est dirigé vers le haut. Les fers cornières sont placés avec un espacement de 5 mm.
Sur le fond C reposent six couches de gravier d'une épaisseur de 100 mm., donc au total 600 mm., la grosseur des grains di- minuant progressivement de 40 mm. à 2 mm Sur ce gravier repose une couche
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de 1500 mm. de gravier de 1 1/2 - 2 mm. et, sur celle-ci, 200 mm. de sable de 0,6 - 1,5 mm.
A 1 m. au-dessus du fond C se trouve le bord inférieur d'un sys- tème de drainage E disposé centralement, qui a une hauteur de 70 mm et est composé de deux enveloppes concentriques formant tamis, constituées de gaze de centrifugation solidement soutenue, à perforations de 0,4 sur 5 mm L'é- cartement entre l'enveloppe extérieure et la paroi du filtre est de 400 mm.
La face supérieure et la face inférieure de ce système de drainage présentent une forme pointue, tandis que trois conduits d'évacuation verticaux F d'un dia- mètre de 70 mm. sont montés sur la face supérieure, chacun de ces conduits étant pourvu de dix saillies en forme de cuvettes horizontales, espacées de 60 mm. A 120 m sous le bord supérieur du cylindre se trouve un appa.reil d'évacuation K en forme de cuvette, qui présente un diamètre de 800 mm. et qui est réuni à la paroi du filtre par un conduit d'évacuation horizontal obtura- ble L de 125 mm. de diamètre. Un conduit de désaérage H est prévu au point le plus élevé du filtre. L'eau de rivière peut être amenée sous le fond C par un conduit D de 100 mm. de diamètre.
Ce conduit d'admission est également re- 1lis au conduit d'évacuation de la cuvette K, située dans la partie supérieure du filtre, de sorte qu'une partie de l'eau est amenée sous pression sur le lit, par la dite cuvette. Il est possible de filtrer 25-35 m3 d'eau de rivière par heure au moyen de ce filtre, l'effet mécanique d'épuration s'approchant de l'eau normale de canalisation de services d'approvisionnement d'eau potable.
Même avec des vitesses plus grandes que celles indiquées ci-dessus, on a obtenu dans la pratique des effets d'épuration mécanique de 80 à 90 %.
La quantité totale d'eau déplacée est sensiblement plus grande que dans les méthodes usuelles de filtration rapide. A l'aide du filtre décrit ci-dessus, on peut par exemple épurer de 5000 à 7000 m3 d'eau de rivière avant que le filtre ne soit saturé.
Le lavage de ce filtre' peut s'opérer en admettant de l'eau sous le fond C et en l'évacuant par la cuvette K, à une vitesse maximum telle que le milieu filtrant ne soit pas entraîné hors du filtre.
Ces exemples ont pour but de mieux faire comprendre l'objet de l'invention, mais leur nombre pourrait être augmenté à l'infini.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé pour la préparation, la filtration et la percolation de liquides, en les faisant passer par une matière pulvérulente et granuleuse meuble ou exclusivement granuleuse meuble, dans lequel les liquides sont con- duits à travers la masse de contact, soit totalement en direction montante et latérale, soit partiellement en direction montante, latérale et descendante, vers un système de drainage noyé centralement à l'intérieur de cette masse.
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METHOD AND DEVICE FOR THE PURATION OR PREPARATION OF
LIQUIDS.
The method and device according to the present invention have, inter alia, for object the purification of liquids in the broadest sense of the term, by filtration and / or percolation by means of a layer of loose granular or powdery material. . The most diverse liquids are taken into account, aqueous liquids, oils, etc., turbid and clear liquids and liquids whose turbidities can precipitate in flakes, for example during filtration.
The process can, inter alia, be applied for the purification of water or the purification of sugary liquids etc. A particularly interesting effect is obtained in the purification of crude plant extracts, for example juice. raw sweets. Very good cleaning effects are also obtained in the case of extracts of animal substances.
The method and the device according to the invention can not only be used for the mechanical separation of solids, colloids, etc., but during the passage of the liquid through the layer, chemical and biological reactions can also take place. , for example-an ion exchange.
In addition, the method and the device are ideally suited for the extraction of, for example, vegetable substances, in which case these substances however replace the filtering medium, for example beet strips or chips.
In the event of filtration or percolation, use can be made of known filter media: gravel, sand, coke grains, pumice stone, charcoal, quartz, etc., but in particular the process is also applicable with a finer material: activated carbon, kieselguhr, earth, in combination or not with gravel, sand etc ...
The application of very fine-grained ion exchangers, for example with a grain size of less than 0.5 mm., Which are unusable if they
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are applied in the usual way, is of very great technical interest.
The effect of the scrubbing can, inter alia, consist of discoloration, clarification, odor and taste improvement, removal of mineral, colloid, alkali or acid components.
According to the present invention, the liquids to be treated are conducted through the contact mass, either totally in an upward and lateral direction, or partially in an upward, lateral and downward direction, towards a drainage system embedded centrally inside the chamber. this mass.
By "centrally" is meant "in the space of the medium or the mass, on the path of which the liquid meets practically the same resistance to its flow from all the points of supply of the liquid".
The drainage system consists of a hollow body or a set of hollow bodies, for example pipes. It is necessary that the drainage system offers as little resistance as possible to the flow of liquid during the washing of the filter bed and it is therefore very useful to give, for example, the body or hollow bodies a profile which resembles, in section, on the periphery of a loom shuttle,
According to the present invention it is also important; that the liquid to be purified cannot flow through the drainage system, without being treated, making its way through direct passages through or around the filter or contact mass, or the material to be subjected an extraction.
The ideal would therefore be that the device intended to receive the treated liquid is located in the middle of the mass and that there is no connection between this collecting device and the walls delimiting the mass. However, this is difficult to achieve in practice.
According to the present invention, the risks of producing these direct passages can be reduced to the point of practically approaching this ideal, by the use of a rational device. Such a device will be described in more detail in the examples given below, without the invention being however limited thereto.
Although the filter itself can, at will, have the shape of a sphere, a cube or a vertical or horizontal cylinder, etc ..., the description below will be, for the sake of simplicity, limited. cylindrical vertical filters, distinguishing between open and closed systems.
In general, a phase in the cleaning process of the mass is that, when it is soiled, it is washed with agitation in order to remove the dirt which has accumulated between the grains. This manipulation has the advantage that after sedimentation of the mass, the larger particles are found in the lower part and become finer and finer in the upper layers of the mass. In the event of upward flow, the liquid to be purified therefore encounters increasingly fine material. The solid substances which the liquid contains settle over the whole extent of the mass and not substantially in a plane above the mass, as is the case when filtration is done from top to bottom.
In the case of bottom-up filtration according to the invention, it is possible to eliminate the turbidity without clogging the filter and to filter for a longer time.
In case of water filtration, it is common practice to cause the formation of flakes by the addition of precipitating agents, for example aluminum salts or ferric salts, to develop the flakes by agitation careful and to separate them by haste.
Currently, this is mostly done on a continuous basis; the most recent novelty consists in the application of a so-called covering of flakes of this precipitate, which is crossed by the liquid at a determined speed, the flakes then being largely retained by this covering. This method is however very delicate, and even under the most favorable conditions there are still flakes which pass.
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This is not the case when these flakes are deposited in a filter according to the invention, which can then consist, at its lower part, of a coarse material whose pieces have, for example, dimensions of 30 to 40 mm. The choice of the size of the pieces generally depends on the purpose of use. If the impurities settle easily on a coarse material, a thick layer of coarse material can be provided in the lower part and fine grains can only be used, for example in the drainage bed, as a safety measure. The thickness of the layer of this granular mass can then be small.
According to the invention, it is possible to separate all kinds of fine substances, for example activated carbon, CaCO3 from sweet juice, etc., thanks to the separation in the depth of the bed.
In the event that, after the bed has been soiled, it is desired to discharge the precious liquid therein, for example by supplying water through the drainage system, it is however found that, surprisingly, the separated substances remain in the bed. The device can therefore replace, for example, filter presses.
When filtration or percolation is carried out at high speed and the liquid undergoes a great loss of pressure in the mass, it is useful to apply sufficient pressure above the mass to avoid piercings which are always to be feared when applying a current from the bottom up. In the case of closed filters, an air cushion of sufficient pressure could be provided above the mass, but since the air is compressible and the liquid not, it is generally more rational to apply pressure of liquid to prevent piercing which would tend to occur, for example in the event of sudden changes in the supply pressure of the liquid to be treated.
In the usual filtration with flow from bottom to top, the holes and the direct passages give rise to insurmountable difficulties.
Channels always form and edge passages occur, through which unfiltered and uncleaned liquid can flow out and mix with the purified liquid. For this reason, bottom-to-top current filtration was practically not applied, despite its attractions. Thus, for example, in the percolation or filtration of liquids having a specific gravity greater than that of water, the current should always be applied from the bottom up to avoid strong dilutions with the water in the water. the mass.
We tried to fight the passages at the edges by all kinds of remedies, for example by making them rough or by covering them with sand or gravel, by the application of framing etc ..., but it was noted that in practice one can attach little importance to these remedies.
In the case of the present invention, these border passages can hardly give rise to a contamination of the purified liquid. Practice has shown that when the present invention is applied, it is possible, and in a very simple manner, to construct the outlet conduits of the drainage system in such a way that direct passages through. this place are practically completely excluded.
In the case of vertical exhaust ducts which therefore pass through the thin upper layer of the filter medium, a series of plate-shaped discs, which are welded around the exhaust duct, already provide the desired sealing. In the case of a very precise obturation, it is also possible, if necessary, to place a pipe around this member which penetrates into the filtration mass and in which an overpressure of air or liquid is maintained (see fig. 1). ).
If in the case of the present invention, the application of remedies as described to reduce the passage through the edges, and even the application of an overpressure on the filter media as a whole, is therefore superfluous. From this point of view, however, recourse will preferably be had to preventing holes and direct passages in the bed itself.
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The pressure above the filter media can be simply maintained by pumping part of the liquid to be purified over the bed, thus constituting a sort of intentional passage through the edges. This liquid can then flow downward through the thin top layer of the filter media, to the drainage system, until this top fine layer is plugged.
This quantity of liquid can, if desired, be reduced by pumping through the layer a liquid saturated with colloids, which strongly clogs the upper layer.
These colloids, for example Al (OH), can even be added to the liquid if the latter itself does not contain many colloids.
It is also possible to bring liquid under pressure and also evacuate it under pressure, for example in the case of a liquid which is subject to rapid deterioration and which is thus continuously renewed. In practice, the quantity of liquid to be used will be limited as little as possible, for example by pumping from the upper layer a liquid which has already undergone a preliminary partial purification, this liquid thus undergoing additional purification.
It is common for the liquid to give off gas during percolation. For this reason also, it is desirable to supply the liquid from the bottom.
In the case of filtration carried out exclusively with flow from top to bottom, this constitutes an almost insurmountable difficulty because good contact is prevented.
While, on the other hand, it is customary in usual filtration to cause as much as possible an agglomeration of the substances which have to be separated, this is not always necessary and sometimes even undesirable in the case. of the present invention. In this case, the liquid is homogenized in the known manner before the treatment, intensive stirring often being sufficient.
It is often desirable to produce as compact a sedimentation as possible of the filter media, especially when few solids must be removed by filtration. In this case, it is useful to vibrate the percolator or filter during sedimentation.
When the mass is soiled, it can be cleaned in various ways. Mechanical cleaning, for example by washing with agitation with water and / or air, is very important and often already sufficient.
In many cases it is also necessary to apply sterilization; for this purpose, it is recommended to boil the mass or to pass a sterilizing agent, for example SO2 gas
When using adsorption agents, in particular ion exchangers, these manipulations are not sufficient, and treatment with solutions of chemicals, for example acid solutions, must be resorted to. and / or detergents. Excellent results can also be obtained by biological cleaning. Washing or regeneration can often be done with advantage layer by layer. In the event of a very difficult regeneration, it is sometimes useful to carry out the manipulation outside the filter, in a separate device.
Finally, some exemplary embodiments, to which the invention is however in no way limited, will be described below with reference to the accompanying schematic drawings,
Example 1 Figure 2 Groundwater, containing 2.1 mgr of Fe ions per liter and having a temporary hardness of 12 Germans and a total hardness of 12.8 Germans, after intensive aeration and addition of 3 mgr. of A12 (SO4) 3 per liter, conducted through an open filter A composed as follows, at a rate of 1C m3 per hour.
The filter has an area of 2 m2 and a height of 3.50 m. Of
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bottom to top, we first encounter a perforated copper plate C having 8 mm holes. with a spacing of 50 mm. This plate is located at 250 mm. bottom and is suitably reinforced. On this plate rest successively 500 mm. of gravel 10-20 mm., 500 mm. of gravel 6-10 mm., 500 mm. of gravel 2-6 mm and 700 mm. of gravel 1.5 - 2 mm.
At the top of the filter is a horizontal concentric channel K, the large diameter of which is 800 mm, which is open at the top and which has a width of 250 mm. and a depth of 150 mm; the upper edge of this channel is at 300 mm. under the edge of the filter. In the upper part of the filter mass, at 350 mm. deep there is a horizontal drainage bed E, composed of perforated copper pipes having a diameter of 70 mm. and having 10 mm holes. with a spacing of 30 mm .; around these pipes is arranged fine Monel gauze with a mesh size of 1 mm. These pipes are arranged at 250 mm. from each other, both lengthwise and crosswise, and therefore form a grid. The minimum distance from this to the filter wall is 300 mm.
One of the pipes F rises through the upper layer of the filter medium up to 100 mm. above the bed and is then guided horizontally outward through the filter wall; at 70, 140, 210 and 280 mm. from the surface of the layer, this pipe is provided with horizontal plate-shaped discs, arranged concentrically and having a diameter of 200 mm.
The water to be purified enters through D under the sieve plate C and passes through the filter mass in a vertical direction, after which the purified water leaves the filter through the drainage system E; 10% of the filtered water is pumped onto the filter passing through the channel K located in the upper part of the filter (pump R). When the water has risen above the bed up to 100 mm. below the edge of the filter, the filter should be cleaned.
This is done by pumping for 5 minutes, at a rate of 2 m3 per minute, water and air under the perforated plate C through D, after having closed the pure water outlet (valve 6 ) and open the drain of the rinsing channel K (valve 1). Finally, only water is passed through for 2 minutes at a rate of 2 m3 of water per minute. The filter is then ready for use again.
Example 2. A diffusion juice whose pH has been brought to 3.8 is filtered in a filter according to Example 1. The diffusion juice thus purified has a light yellow color after this operation, whereas before this it was black.
Example 3. - Figure 3.- A filter A coated with an acid resistant material for preparing a clear juice from the sugar beet extract is set as follows. It is of vertical construction and has a diameter of 1300 mm. and a height of 2500 mm. The bottom and the cover are domed, so that the device can be pressurized.
In the cover is a quick-closing filling and inspection cover B, as well as a deaeration duct H. In the wall of the filter, just above the perforated bottom C, there is a manhole with cover P, allowing the filter to be emptied if necessary.
The perforated bottom C of the filter is made of reinforced Monel sheet with 8 mm perforations, on which 400 mm rests. of gravel of 10 mm. Water, juice, air, steam and lye or acid solution can be brought under the perforated base C through connection D with a diameter of 75 mm.
Up to 900mm below the top edge of the filter, the filter is filled with "dusarit", a cation exchanger with a grain size of less than 0.5mm.
A hollow spherical body E in stainless steel, with a diameter of.
500 mm., Is embedded centrally in the mass of the arit and is surrounded by gauze.
Monel Din. 50; top edge is 400 mm. below the surface of the cation exchanger. The sphere is provided with an evacuation duct F with a diameter of 75 mm., Which passes vertically through the upper layer and is provided with a number of horizontal discs in the form of cups G with a diameter of 200 mm meter. and spaced apart by 70 mm., serving to prevent
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direct passages. At 100 mm above the bed, this exhaust duct goes through the wall of the filter.
Immediately below the domed cover is an upwardly arranged and concentrically arranged bowl K which has a diameter of 500 mm. and has a horizontal exhaust duct L exiting from the filter, which duct has a diameter of 100 mm. and is provided with closure means. Before use, the filter is regenerated as follows, assuming that it has already been used, but has been de-sweetened
With the cover B open and the filter partially filled with water, steam and air are introduced under the perforated bottom C, by
D and valve 2 until all the mass has become loose and no longer has lumps. This can be done in layers, if necessary, by supplying steam and air or water through the circular pipe S provided with injection pipes T distributed over the periphery.
Then, through D and valve 2, half of the regeneration acid is introduced from below,
50 kg. of H2SO4 and the mass is boiled. The other valves are closed.
Then washed with stirring for half an hour by bringing water through D (valve 2) under the perforated bottom C the discharge pipe L (valve 1) being open. The velocity of the water should be such that an expansion of the mass occurs, the dust particles floating freely, but not being washed away with the wash water. The latter escapes through the pipe L for the evacuation of the bowl, which has been opened.
The mass is then allowed to settle and another 50 kg is added. of H2SO4 in 6% solution, but this time from the top of the filter, through valve 8 (close valve 1), and we wash with water through valve 8 to expel the acid from top to bottom, via connection D (valve 2). The filter is now ready for use, with the finest dust particles in the top layer.
Sometimes the acid wash must be preceded by a detergent wash.Before putting the filter into service, the drain line L (valve 8) and valve 2 must be closed, while the discharge pipe F (valve 6) must be open. Cold diffusion juice is then brought through the juice supply pipe M (valve 3) and is introduced under the bottom C through D and onto the bed through the pipe N and the valve 4, the hourly admission being 3 / 4 volume of juice by volume of dusarit. at the deaeration ins, the valve 5 is opened as required. At this moderate speed, a clear juice like water can be obtained for long hours, the pH of which gradually increases.
When the result becomes insufficient, the filter is desugarated from top to bottom, via the spherical body, by closing valves 3, 4 and 6 and by opening valves 7, 8 and 2, and then the regeneration is carried out.
Example 4. Operating in a manner analogous to Example 3, percolation is carried out with 4 volumes of juice per volume of dusarit and per hour. To do this, the filter must be closed and pumped, via bowl K.
¯ (valve 8) more or less purified juice above the mass. The filtrate is shiny but somewhat colored. After passing through an anion exchanger loaded with OH ions, however, a pure sugar solution is obtained, which can be consumed directly.
Example 5. As in Example 4, an extract of chicory roots is stripped.
Example 6 Figure 4 A filter for the purification of river water is composed as follows. It comprises a vertical cylinder A with a diameter of 1800 mm. and a height of 3500 mm. The bottom and the cover are conical, so that the device can be pressurized. In the cover is a quick-closing inspection cover B. The bottom screen C of the filter, arranged at 100 mm. above the bottom of the latter is formed of corner bars the angle of which is directed upwards. The angle irons are placed with a spacing of 5 mm.
On bottom C lie six layers of gravel with a thickness of 100 mm., Therefore in total 600 mm., The grain size gradually decreasing by 40 mm. at 2 mm On this gravel rests a layer
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1500 mm. of gravel of 1 1/2 - 2 mm. and, thereon, 200 mm. 0.6 - 1.5 mm sand.
At 1 m. above the bottom C is the lower edge of a centrally arranged drainage system E, which has a height of 70 mm and is composed of two concentric sieve envelopes, made of solidly supported centrifugal gauze, with perforations 0.4 by 5 mm The distance between the outer casing and the filter wall is 400 mm.
The upper face and the lower face of this drainage system have a pointed shape, while three vertical drainage ducts F with a diameter of 70 mm. are mounted on the upper face, each of these conduits being provided with ten projections in the form of horizontal cups, spaced 60 mm apart. 120 m below the upper edge of the cylinder is a bowl-shaped discharge device K, which has a diameter of 800 mm. and which is joined to the wall of the filter by a horizontal obturable discharge duct L of 125 mm. of diameter. A deaeration duct H is provided at the highest point of the filter. River water can be brought under the bottom C by a 100 mm pipe D. of diameter.
This inlet duct is also connected to the outlet duct of the bowl K, located in the upper part of the filter, so that part of the water is brought under pressure onto the bed, by said bowl. . It is possible to filter 25-35 m3 of river water per hour by means of this filter, the mechanical effect of purification approaching normal water from piped drinking water supply services.
Even with higher speeds than those indicated above, in practice mechanical cleaning effects of 80-90% have been obtained.
The total amount of water displaced is significantly greater than in conventional rapid filtration methods. Using the filter described above, it is possible, for example, to purify 5,000 to 7,000 m3 of river water before the filter is saturated.
The washing of this filter 'can take place by admitting water under the bottom C and by discharging it through the bowl K, at a maximum speed such that the filtering medium is not entrained out of the filter.
The aim of these examples is to better understand the subject of the invention, but their number could be increased to infinity.
CLAIMS.
1. - Process for the preparation, filtration and percolation of liquids, by passing them through a loose powdered and granular material or exclusively loose granular material, in which the liquids are conducted through the contact mass, either totally in upward and lateral direction, or partially in an upward, lateral and downward direction, towards a drainage system embedded centrally within this mass.