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"Procédé d'épuration d'eaux usées et résiduaires"
L'emploi de l'acide silicique aotivé est connu dans la technique de l'épuration chimique des eaux. Il est gêné- ralement recommandé à des fins d'adsorption sous forme de colloïde négatif dissous, fortement charge. On le prépare à partir d'une solution de silicate de sodium avec une con- oentration de l'ordre de 3 % et moins, neutralisée à l'aide d'acides ou d'aoides obtenus par hydrolyse à partir de sele.
On connaît également l'emploi de l'acide silioique combiné aveo des sels d'aluminium, de fer, etc.*. comme agents de floculation. Par oe moyen on élimine des eaux à traiter les impuretés conjointement aveo le floculat formé. Il est connu par ailleurs que l'aluminate de sodium seul ou en ' combinaison avec des sels de fer ou d'aluminium est utilisé pour la coagulation et la précipitation des impuretés de l'eau. Tous ces procédés comportent toutefois certains in- convénents.
Une partie de ces inconvénients peut se résumer sous la forme commune d'une adaptation insuffisante aux conditions changeantes. La pollution des eaux varie selon
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la période de l'année et en fonction des précipitations atmosphériques à oourt terme. Les eaux usées industrielle* obéissent à des fluctuations analogues dues aux conditions d'exploitation variables des installations industrielles* Les quantités d'eaux à épurer par unité de temps sont de oe fait soumises à de fortes variations. Pour remédier à cet état de choses il est nécessaire de régler la quanti- té d'agents chimiques en fonction de la souillure maximale.
Ce n'est qu'à ce prix qu'une installation non surveillée et non entièrement automatique parvient à assurer en toute sécurité l'épuration envisagée. Mis à part les inconvénients économiques, ce surdosage conduit toutefois à des flooula- tions ultérieures dans les filtres, les 6ohangeurs d'ions et les installations de fabrication, Le volume de clarifi- cation par m3/h d'eau brute dépend de la vitesse de coagu- lation et de sédimentation. On indique en moyenne une vites- se de dépôt de 0,7 m/h. Il en résulte dans les installations de conception classique une durée de clarification d'environ 2 heures.
Si l'on procède à la floculation des sels d'alu- minium et de fer à l'aide d'aoide silioique activé on at- teint une vitesse de sédimentation élevée du flooulat (5-7m/h) qui a pour résultat une capacité utile accrue. L'intervalle étroit de pH auquel est limitée la floculation des cela de fer et d'aluminium constitue un inconvénient. Da même l'eau épurée est fortement chargée d'anions. Dans tous les cas la vitesse de sédimentation et de coagulation est une cons- tante de chaque procédé.L'adaptation de ces constantes à chaque processus d'épuration particulier n'est pas décrite.
L'emploi de sels de fer présente certains incon- vénients du fait que l'hygrosoopicité du chlorure ferrique
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interdit l'addition à sec et que les solutions de chlorure ferrique ont une action fortement oorrosive vis à via dea installations car il est nécessaire d'ajouter un excès d'acide ohlorhydrique pour obtenir des solutions claires et dosables. En outre, si des solutions ou des précipites à base de fer viennent au contact de H2S ou de oomplexants appropriés,par exemple. de polyphénols, il se forme, par déplacement des limites de floculation et des solubilités, des boues colorées et des troubles de teinte désagréables.
Après d'innombrables recherches, on est arrivé à la constatation surprenante que la combinaison de l'ion aluminium négativement chargé avec de l'acide silioique activé conformément à l'invention ne constitue pas une for- mule de floculation au sens habituel,mais qu'elle possède le caractère d'un système très souple adaptable à de nom- breux cas pratiques.
On prépare l'acide silicique activé en cours d'exploitation en neutralisant une solution diluée de sili- cate de sodium avec 0,6 à 1,5 de SiO2 (en poids) à l'aide d'aoides ou de sels générateurs d'acides, jusq'à ce qu'il subsiste une alcalinité résiduelle d'environ 9-22mval/l jusqu'au virage du méthylorange. On peut utiliser des solu- tions limpides allant jusqu'au trouble naissant.Les solu- tions présentant un début de formation de gel ne sont plus utilisables.
La stabilité de cette solution dépend de l'al- calinité résiduelle (degré d'activation), de la teneur de la solution en SiO2 et de la composition de l'eau employée pour la préparation (dureté, teneur en sels et autres im- puretés). La stabilité oscille entre 3 heures et plus de 2 semaines. Il est cependant toujours possible '.de préparer
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des solutions se conservant pendant 24 heures au moins.
L'acide silioique activé peut être éventuellement préparé en continu et incorpore immédiatement.Dans ce cas la stabilité n'a plus aucun effet pratique. Cette solution d'acide silioique active est simultanément introduite dans l'eau à traiter ensemble avec de l'aluminate de so- dium (à l'état seo ou en solution). Les eaux ayant un pH inférieur à 4 et supérieur à 9 doivent être ajustées avant le traitement à une valeur de pH comprise entre 4 et 9.
Ce fait est illustré par le traitement d'une eau de puits re- présonté par un diagramme. On y remarque :
Par modification des quantités absolues dagents précipitants on peut parvenir à des déplacements des domai- nes d'utilisation extrêmes de pH du procédé notamment entre pH 4,5 et 9, A des valeurs de pH inférieures l'aluminium ainsi que l'acide silioique restent en solution. Avec des eaux peu souillées permettant d'opérer aveo de faibles concentrations en agent précipitant, l'aluminium disparaît de l'eau épurée à un pH de 4,5.
Par addition croissante d'agents de floculation cette limite se déplace jusqu'à une valeur de pH de 1 tordre de 6. Indépendamment de la quantité ajoutée,on ne décèle plus d'aluminium à partir de pH 6 - 7,5. Au-dessus de pH=8 la solubilité de l'alumi- nium augmente de façon sensible. Au-dessous de 5 la teneur en acide silicique de l'eau épurée est supérieure à celle de l'eau brute. Au-dessous de pH=5 les taux d'acide si- lioique décroissent de sorte qu'à. pH=8 on peut éliminer plus de 90% de silice. L'ampleur de l'action d'élimination de silice dépend de la quantité de produits ajoutée.
Les eaux d'égouts qui se déversent dans les eaux libres doivent
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selon le règlement avoir un pH compris entre 7 et 8, C'est dans cet intervalle que le prooédé fonctionne aveo un rende- ment optimum. Des eaux industrielles circulant en oirouit fermé peuvent également être apurées grâce au large domaine d'emploi du procède sans qu'il soit nécessaire d'opérer des corrections de pH avant et après la floculation.
Si un traitement oxydant de l'eau est nécessaire, on peut bimultanément introduire de façon convenable,en quantité voulue,une solution d'un hypochlorite aloalin ou l'introduire en mélange avec la solution d'aluminate de sodium. Ce procéda d'oxydation n'agit du reste pas sur le procédé de floculation.
Les acides humiques ne sont pas suffisamment touchée par le traitement. Pour en empêcher l'apparition dans l'eau épurée sous forme de sels de sodium il faut ajouter tellement d'aoide qu'au cours du procédé de flocu. lation le pH s'établit au-dessous do 6,7. S'il apparaît des composés humiques ayant d'autres propriétés il faut procéder à l'ajustement de cotte limite de pH.
La vitesse de sédimentation du flooulat est conditionnée par le rapport A12O3 :SiO2. On atteint des valeurs optimales (jusqu'à 10 m/h) par emploi d'un rapport pondéral A12O3 : SiO2 = 0,5:1. En déplaçant le rapport jus- qu'à A12O3 :SiO2 = 1:1 la vitesse de sédimentation décroît.
En plus du rapport A12O3 : : SiO2 la vitesse de sédimentation dépend encore des propriétés des impuretés. Si les impure- tés de l'eau exercent sur le flooulat produit à partir de l'aluminate de sodium une action analogue à l'acide sili- oique on peut diminuer la quantité de SiO2 sans préjudice de la vitesse de sédimentation du flooulat. Les propriétés
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des impuretés doivent être déterminées par un essai préli- minaire et on en tiendra compte lors de la détermination du processus. La vitesse de coagulation du flooulat dépend du degré d'activation de l'acide silicique. Un aoide silicque forteuent active - avec une faible alcalinité résiduelle - conduit à une vitesse de coagulation élevée ot fournit de gros flocons.
Un abaissement du degré d'aotivation - augmen- tation de l'alcalinité résiduelle - ralentit la coagulation.
Un gros flooulat rapidement formé présente une faible adsor- ption des particules d'impuretés, un petit flooulat lente- ment formé possède une action adsorptive élevée. Il en ré- . suite que le degré d'activation de l'aoide silioique peut être réglé d'après les propriétés des impuretés de telle sorte que le rapport favorable entre le temps de coagulation et l'effet d'adsorption est chaque fois atteint,
Le floculat isolé et les boues formées possèdent la teinte éclairoie propre à l'impureté de l'eau brute. Il ne se forme pas de complexes fortement colorés. Il ne se produit pas de corrosion due aux agents précipitants.
La grande souplesse du procédé comparée à l'état actuel de la technique permet uno utilisation étendue de oelui-oi soit combe phase d'épuration unique ou comme pre- mière phase avant les filtres, les échangeurs d'ions ou les installations biologiques.
Exemple1
Il s'agissait de traiter de l'eau de rivière riche en acide humique qui était en outre souillée par des parti- cules colloïdales dispersées. Dans le tableau ci-après on in- dique deux dosages devant faire face à deux charges de souil- lures différentes. Pour les deux dosages on a fixé le rapport
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ponddral A12038 8102 (totaJ4 à ot5l' et le degré d'activa- tion moyen à 18 m,val/l.
Tableau 1
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<tb> Produits <SEP> consonnes <SEP> Eau <SEP> brute <SEP> Procédé <SEP> Procède
<tb>
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. 1 1 T ... 1 t J7 L -###. actuel nouveau.
Ai 2 0 3 glm? 10 Sulfate d'aluminium A12 (S04>' g/m 60
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<tb> SiO2 <SEP> activée <SEP> totale
<tb>
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Si02 g/m3 20 ]Pecl 3 9/M3 30 H2S04 g/n3 36 Effet de 1/ épuration
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ppm de Fe 7,6 0,06 n.n. ppm d'Al 0 55 0,4 0,12 ppm de 8i02 12,1 10,0 7.0, D
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<tb> ppm <SEP> d'acides
<tb> humiques <SEP> 26,4 <SEP> 6,2 <SEP> 2,6
<tb>
<tb> PH <SEP> 7,4 <SEP> 6,5 <SEP> 6,8
<tb>
Exemple 2
Il s'agit de traiter de l'eau de rivière forte- ment souillée. Les souillures proviennent de plusieurs ri-
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verains et s 'amoncellent périodiquement en fonction des flux et reflux. Les impuretés consistent en cellulose, li- gnines,oaséines, émulsions de résines synthétiques, argile et déchets organiques. Il se produit en outre de fortes va- riations de pH.
Les aoides humiques proviennent de la par- tie entrante de la rivière. L'installation de traitement n'avait pas la capacité suffisante pour fournir de l'eau épurée répondant aux spécifications. En plus des matières
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en suspension dans le déversoir on constatait des précipi- tés dans les filtres, les éohangeurs d'ions et les instal- lations industrielles venant à la suite.
D'après le procède oonforme à l'invention un degré d'activât ion de l'acide silicique de 18 mVal/1 s'est révélé satisfaisant. Afin d'éviter la formation de gel pen- dant l'arrêt de l'installation,l'aoide silioique activé a
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été ajusté à 0,6 (en poids) do S102, Pour absorber des va- riations de pH plus importantes et pour pouvoir éliminer quantitativement le plus d'acides humiques possible, on a ajouté une quantité telle d'acide sulfurique qu'après la floculation le pH s'est établi à 6,8.
Le dosage indiqué dans le tableau a fourni des valeurs optimales de vitesse de sédimentation et d'épura- tion de sorte que] installation a suffi aux besoins sans extension de celle-ci.
Tableau 2
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<tb> Produite <SEP> consonnes <SEP> Eau <SEP> brute <SEP> Procédé <SEP> Prooédé <SEP> nouveau
<tb> actuel
<tb>
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In1203 g/m3 12,5
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<tb> SiO2 <SEP> totale <SEP> activée <SEP> 25
<tb>
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9/in 3 ,2 (S04)3 g/m3 140 34 %304 Effet de, l'épuration
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ppmpo 2, 2 0, 5 n.x. ppm Al 2,2 0,2 n.n.. ppm sio 2 16,0 14,0 10, 0 1? f ludioe do permaganate 100-200 80-100- 40-50 ppm d'aa1:dca humiques 15,8 14,4 4,2
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<tb> pH <SEP> 7,7 <SEP> 7,1 <SEP> 6,7-6,9
<tb>
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Ey ample, g Traitement des eaux usées d'uns usine à papier, L'usine à papier rejette des eaux qui renferment
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des matières fibreuses, des lignines, des muoilages et des sels d'aluminium dissous.
L'administration des eaux a exi- gé le traitement de ces eaux.
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So1to;tiop.s.
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<tb> Teneur <SEP> en <SEP> matières <SEP> solides <SEP> max. <SEP> 20 <SEP> mg/1
<tb>
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dépôt après 2 heures maxo 0,2 mlo. consommation de IGMn 4 si possible 4..200 mel
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<tb> pH <SEP> 7-8
<tb>
D'après le procédé conforme à l'invention le do-
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sage de AI 203 8 S102 0,5 1 aveo un degré dtaotivation de l'acide silioique de 16 mval/1 a produit l'effet d'épu- ration optimum.
La consommation de permanganate de potas- sium de l'eau épurée a pu être abaissée à 170 mg/1 par emploi d'une solution d'aluninato de Na renfermant de l'hy- pochlorite. Du reste le problème désagréable de l'élimina- tion de la boue n'existe pas ici, étant donné que la boue peut être incorporée dans le papier d'emballage ou dans le carton, Tableau 3
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Produits consommde Eau brute I>zooédf--7iiuveau AI203 g/=3 10
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<tb> SiO2 <SEP> activée <SEP> totale
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> g/m3 <SEP> 20
<tb>
E ffet de l'épuration
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<tb> Teneur <SEP> en <SEP> matières <SEP> solides <SEP> ppm <SEP> 780 <SEP> 1,
5
<tb>
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Ddpôt en ml/l 68 oui
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<tb> Consommation <SEP> de <SEP> permanganate <SEP> 660 <SEP> 330x
<tb>
<tb>
<tb> pH <SEP> 7,9 <SEP> 8,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Al <SEP> ppm <SEP> 3,0 <SEP> 0,9
<tb>
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xPar dosage de la combinaison aluminate-hypochlorite en association avec de l'acide ailioique activa, le chiffre
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de Kfto 4 a pu être abaisse à 170 mg/l.
Exp2-le 4
Une raffinerie de pétrole a traité ses eaux rési- duaires par floculation à l'aide de sulfate d'aluminium.
La teneur résiduelle on brut de 10 ppm imposée par l'ad- ministration n'a toutefois pas pu être atteinte aveo oe
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procédé/ Avec le rapport AI 2 0 3 1 sio 2 de-0,5tl et avec un degré d'aotivation de 12 mval/1 on a pu parvenir à une teneur résiduelle en brut de 4 ppm.
Tableau 4.
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Produits oonaomcës Eau brute Prooédé Procède
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<tb> actuel <SEP> nouveau
<tb>
EMI10.5
A120, g/m3 15
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<tb> SiO2 <SEP> activée <SEP> totale
<tb> g/m2 <SEP> 30
<tb> Sulfate <SEP> d'aluminium
<tb>
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g/m , 200..'60 Effet, de 1 épurât Ion
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<tb> Teneur <SEP> en <SEP> brut <SEP> non <SEP> déterminée <SEP> 26 <SEP> 4
<tb>
<tb> pH <SEP> 8,7 <SEP> 8,5 <SEP> 8,75
<tb>