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PROCEDE POUR ELIMINER DES MATIERES COLLOIDALES LE LIQUIDE FIXE DANS LE SYSTEME
COLLOIDAL.
La présente invention concerne un procédé pour éliminer le liqui- de fixé dans le système colloidal des substances colloïdales telles que la tour- be brute, le lignite brun, venant de la mine à l'état humide, le lignite, les gélatines, les eaux usées, les boues de celles-ci, ainsi que d'autres boues, des matières minérales, et analogues.
Jusqu'à présent, l'élimination du liquide fixé dans le système colloidal n'a réussi que d'une manière imparfaite*
Le procédé selon l'invention consiste en ce que de telles matières, qu'elles soient à l'état liquide ou solide, sont divisées à l'extrême, avec addition d'un liquide de dispersion, de façon à former une bouillie suscepti- ble d'être pompée, ce mélange étant soumis, au cours de sa préparation ou ul- térieurement, à des mouvements énergiques d'agitation par secousses, de vibra- tions ou de centrifugation, autant que possible contre une paroi ou une base fixe, mouvements tels qu'ils se produisent dans une pompe centrifuge à grande vitesse de, rotation,qui peut d'ailleurs servir à l'exécution de ces mouvements Toutefois, ces vibrations peuvent aussi être;
produites par des oscillations mécaniques, où l'on peut également faire intervenir les ultrasons, par des os- cillations électromagnétiques de toutes les fréquences, par cavitation ou phe- nomènes analogues susceptibles de produire une division disruptive des part les de la matière dans leur liquide de dispersion, division analogue à celle que l'on obtient dans un broyage extrêmement fin, allant jusqu'à la division colloïdale. Etant désormais séparée les unes des autres et entourées de toutes parts de liquide de dispersion, les particules de la matière ne peuvent plus s'agglutiner et se précipitent sous la forme d'un déport.
Si on sépare ces par- ticules sans une addition préalable de liquide de dispersion, il arrive le plus souvent qu'elles s'agglutinent aussitôt à nouveau, de sorte que l'effet requis pour la précipitation et le pressage fait défaut, Après la séparation des par- ticules les plus fines, on laisse celles-ci, ainsi que leurs colloïdes, gon- fler dans le liquide de dispersion jusqu'au point où elles pourront être pres-
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sées immédiatement après avec le meilleur résultat. Plus la dispersion de la bouillie préparée avec la matière considérée a été fine, et plus rapidement se produira le gonflement des particules ou de leurs colloïdes et, d'autre part, le pressage de la bouillie pourra se faire ultérieurement d'autant plus complè- tement et rapidement.
De plus, le gonflement s'opère dans ce cas avec une rapidité beaucoup plus considérable. Le liquide fixé dans le système colloidal n'est libéré en vue du pressage qu'après qu'on a laissé gonfler les particules ou leurs colloïdes. A défaut de gonflement, on ne pourra exprimer que le li- quide présent entre les colloïdes et entre les masses agglutinées de ceux-ci ou liquide capillaire. Après avoir soumis la matière à ce traitement préala- ble; on presse la bouillie préparée avec celle-ci, ou éventuellement seulement les constituants solides de cette bouillie entre les plateaux d'un filtre-pres- se. De plus, le traitement préalable décrit ci-dessus confère aux matières une nouvelle propriété en vertu de laquelle elles ne colmatent plus les fil- tres.
En outre, certaines matières se voient conféré des propriétés nouvelles et inconnues à ce jour, qui seront en partie décrites dans la suite. Plus la quantité de liquide de dispersion introduite au cours du traitement préalable est importante, et plus grande seront la facilité et la rapidité avec laquelle les produits pourront être pressés, alors que, jusqu'à présent, on évitait avec soin tout surplus de liquide.
En outre, le temps de gonflement correct doit être déterminé pour chaque produit. Le phénomène de gonflement doit être surveillé et contrôlé de telle façon que l'on n'obtienne pas en fin de compte un sol non susceptible de pressage. Pour accélérer le gonflement du produit, on peut ajouter à l'agent de dispersion un agent de gonflement distinct, celui-ci étant de préférence de nature à réduire la ténacité des colloïdes. Cependant, l'agent de disper- sion peut aussi être additionné d'un agent de coagulation agissant de façon que le processus de division du produit se trouve accéléré et poussé plus loin, grâce à l'action défloculante de l'agent de coagulation.
De tels agents de coagulation sont par exemple des sols d'hydroxyde de fer, une solution de plâ- tre ou un autre électrolyte, auquel on ajoute utilement un agent de dispersion (par exemple le chlorure de lithium ou certainescombinaisons chlorées). La quantité de l'agent de coagulation doit être adaptée à l'aptitude du produit au pressage et se situe entre 0,1-0,00001 pour-cent en poids du produit addi- tionné de liquide de dispersion. La coagulation doit également être contrôlée si l'on veut éviter l'apparition d'un sol non susceptible de pressage.
Tous les liquides de dispersion exprimés peuvent être réutilisés jusqu'à ce que les produits, finement divisés et désagrégés ne se précipitent pas dans le liquide avec une-rapidité suffisante ou jusqu'au point où le pressage des produits de- vient plus difficile
Une bouillie contient toujours, à coté d'agglomérations de parti- cules à l'état de dispersion grossière, des particules colloïdales détachées à l'état de division maximum.
Lorsqu'une telle bouillie est mise sous pression dans une presse, et ausi longtemps qu'une quantité de liquide suffisante sub- siste encore dans le produit, ces particules colloïdales s'échappent entre les agglomérations de particules à l'état de dispersion plus grossière, vers les zones marginales des surfaces de pression; troublent au début le liquide expri- mé en premier lieu, notamment dans les presses à action rapide, et obstruent ensuite la sortie du liquide suivant dans cette zone. Par conséquent, il convient autant que possible de ne soumettre au pressage que les particules solides du produit qui se sont déposées préalablement dans le liquide de dispersion.
Un tel produit contient une quantité de liquide notablement moin- dre, de sorte que les particules les plus fines ne peuvent plus s'échapper des interstices de la matière lors du pressage, pour émigrer vers la zone margina- le des surfaces de pression'; Le pressage peut donc s'effectuer d'une façon notablement plus intense et plus aisée. Les mêmes avantages se présentent tant dans les produits liquides que dans les produits d'une consistance plus grande, si l'on débarrasse ces produits graduellement de leur liquide, tout en les re- muant par échelons, c'est-à-dire, en les refoulant à travers une autre section de tube ou de vase préalablement à chaque étage de pression.
Ceci a pour effet d'enlever, c'est-à-dire de déloger les particules colloïdales individuelles
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qui se sont échappées vers les zones marginales des surfaces de pression et qui empêchaient l'évacuation de ces zones du liquide exprimée de sorte que le liquide exprimé pourra désormais s'évacue!. Toutefois, le pressage peut aussi s'effectuer de façon que la matière se trouve remuée au cours du pressage.
Si cette dernière opération réussità empêcher le colmatage de la zone margina- le, il en résulte un pressage notablement plus poussé et plus aisé.
Un autre procédé consiste à soumettre le produit traité selon l'invention à une centrifugation ou à le débarrasser du liquide dans, un dispositif spécial d'essorage préalable et de le soumettre ensuite seulement au pressage. Selon une variante, le produit peut être introduit sous pres- sion dans un filtre-presse, subir ainsi un essorage préalable et être ensuite seulement soumis au pressage.
Un autre procédé consiste à refouler le pro- duit, préalablement essoré, à la fois dans un filtre-presse vertical, ou autre filtre-presse et dans un cylindre à haute pression, à refouler ensuite le pro- duit de ce dernier cylindre, sous une pression accrue vers la presse, pour l'a- jouter à la matière déjà contenue dans celle-ci et à presser ensuite le tout, ce qui permet de réaliser des rendements élevés, notamment en raison du remuage du produit obtenu grâce à ce dernier procédé.
Grâce au traitement préalable des produits prévu par l'invention, la totalité pratiquement, des produits constitués par des matières colloïdales peuvent être débarrassés du liquide ou pressés et être ensuite séchés d'une façon économique.
On donnera ci-après un aperçu d'un certain nombre de produits qui ont été traités par exemple selon l'invention, avec indication du résultat fi- nal obtenu par ce traitement.
Lorsque les eaux usées de villes ou de communes, qui, comme on le sait, présentent une structure colloïdale gélatineuse reçoivent une addition de leur agent de dispersion, soit de l'eau, ce qui peut déjà s'effectuer uti- lement dans la canalisation, tout en pouvant avoir lieu seulement à l'arrivée dans l'installation d'épuration et que l'on soumet ce mélange à une agitation intense à l'aide d'une ou de plusieurs pompes centrifuges, pour autant que lbn n'aie pas obtenu un mélange parfait dans la canalisation, avec ou sans addition d'agents de coagulation ou de gonflement, la boue contenue dans ces eaux se précipite aussitôt sous la forme d'un sédiment extrêmement fin.
Un effet ana- logue peut être obtenu à l'aide d'hélices à rotation rapide, que l'on dispose dans les eaux usées de telle façon que le plus grand nombre possible de parti- cules de ces eaux subisse une centrifugation intensive. En outre, un effet analogue peut être réalisé au moyen d'oscillations mécaniques pouvant être pro- duites par les ultrasons entre autres, d'oscillations électromagnétiques de toutes fréquences, ainsi qu'au moyen,de la cavitation ou d'autres phénomènes analogues qui déterminent une division extrêmement fine des particules de la matière dans leur liquide de dispersion.
D'autre part, lorsque ce mélange préa- lablement traité de boue et d'eau est refoulé directement dans un filtre-presse, sans que la boue soit d'abord amenée à se déposer dans un bassin de décantation, ce refoulement se faisant de telle façon que la boue ait le temps de gonfler, celle-ci se déposera dans le filtre-presse, avec évacuation d'eau clarifiée mécaniquement et qui sera complètement claire et exempte de particules flottan- tes. On soumet ensuite la boue, pendant cinq minutes environ, à une pression d'approximativement 30 kg/cm2, ce qui permet d'obtenir des tourteaux durs, sé- chant rapidement, cela jusqu'à une teneur en humidité résiduelle de 4,5 %.
Les tourteaux peuvent aussi être séchés artificiellement, toutes les bactéries indésirables étant dans ce cas détruites, compte tenu de la température appli- quée. Ce résidu de la boue représente un engrais sec de grande valeur, qui se présente sous une forme commerciale. Il peut cependant aussi être utilisé comme combustible, son pouvoir calorifique inférieur étant de 3500 kcal/kg.
D'autre part, ce résidu peut être gazéifié. Il va de soi que, si l'on désire élever le pouvoir calorifique de la boue appelée à servir de combustible, on peut mélanger aux eaux usées, avant leur refoulement dans le filtre-presse, des additions de combustibles tels que la tourbe ou le lignite brun par exem- ple. De même lorsque la boue est appelée à servir d'engrais, on peut introdui- re dans les eaux usées des additions d'engrais, par exemple de la potasse, etc.
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Un autre procédé consiste en ce que les eaux usées, préalablement traitées conformément à l'invention, additionnées ou non d'agents de coagula- tion ou de gonflement, sont amenées à déposer dans un des bassins de décanta- tion connus, d'où elles sont refoulées dans une presse d'essorage préalable ou directement dans un filtre-presse et ensuite pressées en vue de l'obtention d'un engrais. Cependant , selon une variante, les eaux usées peuvent d'abord subir un essorage préalable jusqu'à la teneur en eau voulue, être amenées à pourrir dans une chambre de fermentation, comme cela se pratique généralement avec la boue obtenue normalement et être ensuite pressées de,la manière décrite, en vue de l'obtention d'un engrais.
Dans l'un comme dans l'autre cas, les eaux usées résiduelles,ayant subit le traitement préalable, sont refoulées dans un filtre-presse et clarifiées mécaniquement dans celui-ci. Par conséquent, le procédé selon l'invention permet de presser tant une boue fermentée qu'une boue non fermentée,ainsi que de faire précipiter la boue directement à partir des eaux usées, même sans faire usage d'un bassin de décantation.
Lorsqu'on fait déboucher dans le tuyau d'aspiration de la pompe centrifuge de mélange non seulement le tuyau d'admission d'eau fraîche, mais aussi un tuyau d'arrivée pour l'air atmosphérique ou l'oxygène, ou que l'on mélange intensivement d'une façon quelconque l'air atmosphérique ou'l'oxygène aux eaux usées ayant subi' le traitement préalable, il en résulte que l'eau quittant le bassin de décantation (pour autant que l'on fasse usage de celui-ci ou l'eau venant des presses est non seulement débarrassée de particules soli- des flottantes, mais est exempte, peu de temps après, de particules dissoutes et de bactéries.
Grâce à l'introduction continuelle de l'oxygène de l'air dans les eaux usées ces dernières retrouvent progressivement leur pouvoir biologique d'auto-épuration, notamment là où, grâce au procédé selon l'invention ces eaux ne sont plus contaminées par des particules flottantes de la boue des eaux usées.
Les ultrasons, les vibrations électromagnétiques et la cavitation exercent une action bactéricide directe lorsque le liquide contenant les bac- téries a été préalablement mélangé d'une façon intensive avec les agents de dis- persion additionnels, c'est-à-dire, lorsque les bactéries ont été privées de ce fait de leur enveloppe protectrice colloïdale.
Lorsque des eaux usées traitées préalablement selon l'invention et comportant une addition d'air ou d'oxygène, c'est-à-dire aussi des eaux qui ont subi un traitement préalable par vibrations mécaniques ou électromagnéti- ques, etc. sont introduites, aux lieu et place des eaux usées ordinaires, dans le premier bassin où a lieu le développement des bactéries, employé dans le procédé de boue activée, il en résulte une réduction notable du temps de séjour des eaux non seulement dans ce bassin mais aussi dans le bassin d'épuration complémentaire pour la boue de reflux, ce qui permet de réduire notablement les dimensions de ces bassins.
On connait les procédés qui transforment les ordures ménagères organiques en boue fermentée, par l'entremise des eaux usées et avec récupéra- tion de gaz méthane, la voue fermentée étant convertie en compost dans le but exclusif d'obtenir un engrais humique. Selon le procédé objet de l'invention, les ordures ménagères organiques peuvent être transformées directement en un engrais sec transportable et exempt d'eau, avec obtention de gaz méthane ou en un combustible de grande valeur, mais sans obtention de gaz méthane.
Lorsque la tourbe brut, laquelle est également de nature colloï- dale gélatineuse, est soulise à un traitement préalable selon l'invention, elle peut être ensuite pressée pendant trois-quatre minutes dans des filtres-pres- ses appropriés, avec une pression de 30-40 kg/cm2., jusqu'à une teneur résiduel- le en eau de 50% et moins. Lorsqu'on met sécher ensuite cette tourbe en la lais- sant simplement à l'ombre sous une température extérieure de 18-20 C, sa teneur en eau se réduit en 3 jours à 12% et, au bout de quatre jours, suivantà 4,5%.
Lorsqu'on applique un séchage artificiel, les tourteaux à 50% d'humidité sèc- chent en 3 heures environ jusqu'à une teneur en humidité résiduelle de 4,5 % de sorte qu'une tourbe brute humide peut être amenée au même degré d'humidité résiduelle pendant un laps de temps à peu près identique. Dans cet état, le
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tourteau constitue une tourbe dure d'un pouvoir calorifique inférieur de 4500 kcal/kg. Cette tourbe présente une cassure à arêtes vives et demeure absolu- ment dure à l'état incandescent, de sorte qu'elle peut être utilisée dans lés hauts fourneaux pour la production des aciers de haute qualité, notamment lors- qu'elle est exempte de soufre et de phosphore. Un tel charbon peut être dis- tillé et cokéfié, en fournissant un coke dur.
Après avoir subi le traitement préalable selon l'invention, un lignite brun venant de la mine à l'état humide et'présentant une teneur en hu- midité de 60-65%, et pour autant qu'elle se trouve encore à l'état de gel ré- versible, peut, tout comme la tourbe brute, être pressée en 3-4 minutes, sous une pression de 30-40 kg/cm2, jusqu'à une teneur en humidité résiduelle de 50%.
Les temps de séchage sont les mêmes que pour la tourbe; l'humidité résiduelle se réduit également à 4,5%. Dans cet état, le tourteau de lignite brun offre un pouvoir calorifique inférieur de 5800 kcal/kg, Grâce au traitement selon l'invention, le tourteau de lignite brun demeure également dur à l'état incan- descent, c'est-à-dire ne se transforme pas dans cet état en une poudre granu- leuse, comne c'était le cas jusqu'à présent.
Traités par le procédé selon la présente invention, les kaolins et les argiles utilisés dans l'industrie céramique peuvent, lorsqu'ils sont moulés à l'état humide, être amenés à une teneur d'humidité de 14-20% en 6 mi- nutes environ et sous une pression de 30-40 kg/cm2, suivant l'épaisseur, Lors- qu'elles présentent ce degré d'humidité résiduelle, les pièces moulées ne doi- vent plus être. soumises à un séchage préalable avant leur cuisson au four, ce qui représente une économie considérable pour cette industrie. De plus, ces pièces ne sont plus sujettes au retrait lors de la cuisson, de sorte que les moules peuvent désormais être construits en tenant compte des dimensions fina- les des produits et sans que l'on doive prendre le retrait en considération.
Grâce à la faible teneur en humidité de ces pièces; celles-ci ne collent plus aux outils de moulage comme c'était le cas jusqu'à présent. En outre, les pro- duits moulés offrent une plus grande solidité après la cuisson. Désormais, les moules individuels servant à la fabrication en massa peuvent être remplis sous pression d'une matière à l'état liquide en éliminant le travail manuel, ce qui comporte de nouvelles économies.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour éliminer des substances colloidales, le liquide fixé dans le système colloïdal, caractérisé en ce que ces matières sont divi- sées à l'extrême, avec addition d'un liquide de dispersion, de façon à former une bouillie susceptible d'être pompée, ce mélange étant soumis au cours de sa préparation ou ultérieurement, à des vibrations énergiques de toute nature, telles qu'on peut le produire à l'aide d'une pompe centrifuge à grande vitesse de rotation, d'oscillations mécaniques, lesquelles comportent également les ultrasons, au moyen d'oscillations électromagnétiques de toute fréquence et par cavitation ou des' phénomènes analogues susceptibles de produire une divi- sion extrême du mélange sous forme de bouillie diluée, avec désagrégation dis- ruptive des particules de la matière,
en ce qu'on laisse cette bouillie gonfler jusqu'au degré approprié et en ce que ce mélange sous forme de bouillie ou, éventuellement, seulement les particules solides de celui-ci, sont ensuite re- foulés entre les filtres d'une presse et finalement pressés.