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" Perfectionnements dans et relatifs à la floculation de suspensions aqueuses et de boues ".
L'invention se rapporte à la floculation de suspensions aqueuses et de boùes, en 'particulier d'eau d'égout et de suspensions semblables de matières organiques.
Il est connu d'employer certains sels inorganiques,par exemple sulfate d'aluminium, chlorure d'aluminium, chlorure ferrique et sulfate ferreux, pour la floculation de sus- pensions d'eau d'égout et de boues, particulièrement avec des boues d'eau d'égout digérée et activée, mais à moins que l'on n'emploie des quantités considérables de sels, par exemple de 40 à 50 livres de sel par 1000 gallons de boue d'eau d'égout ( 97,5 - 98 % d'eau), on a éprouvé de la difficulté à filtrer le produit floculê avec les filtres- presses ou avec les filtres rotatifs à vide habituels, car on a trouvé que le milieu filtrant s'obstrue.
La présente invention comprend un procédé de flocula- tion de suspensions aqueuses et de boues, en particulier d'eau d'égout et de suspensions analogues de matières organi-
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ques, dans lequel le réactif floculant employé comprend un mélange de sulfate de calcium avec du chlorure ferri- que et/ou du chlorure d'aluminium.
Le réactif de floculation est obtenu de préférence en mélangeant une solution concentrée de chlorure de calcium avec une solution concentrée contenant du sulfate ferrique et/ou du sulfate d'aluminium dans des conditions de tempéra- ture contrôlées,la température des solutions étant mainte- nue entre 30 et 50 C et celle du mélange ne pouvant pas s'élever au-dessus de 50 C afin d'obtenir un produit pâteux pratiquement en permanence, et les solutions et les mé- langes étant maintenus à de plus hautes températures pour obtenir un produit qui se déposera ultérieurement en un so- lide . Le produit pâteux et le produit solide ont tous deux des propriétés floculantes et peuvent être entreposés tels quels et ajoutés tels quels8 la suspension. Si on le dési- re, ils peuvent être dilués avec de l'eau avant l'emploi.
On a constaté qu'en employant un réactif floculant suivant l'invention, la filtration est facilitée et qu'on peut employer de plus faibles quantités de réactif, par exemple 5 à 20 livres de réactif par 1000 gallons de boue d'eau d'égout (97,5-98 % d'eau), que lorsque l'on emploie du chlorure ferrique ou du chlorure d'aluminium seuls.
Le mélange de sels peut contenir de manière appropriée des poids égaux du sulfate de calcium et du chlorure ferri- que et/ou du chlorure d'aluminium.
Les avantages provenant de l'emploi de sulfate de cal- cium sont, pense-t-on, dus probablement à ce que le chlo- rure ferrique et le chlorure d'aluminium sont adsorbés sur la surface du sulfate de calcium et sont par suite de l'ad- sorption dans un état plus actif pour des buts de floculation de telle sorte qu'on obtient une meilleure floculation avec une concentration plus basse du réactif; en manière d'alter- native en en éddition , il se peut que le chlorure ferrique et le chlorure d'aluminium fonctionnent de la manière ha-
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bituelle et que les flocons produits se mélangent intimement avec les cristaux insolubles de sulfate de calcium dont on sait qu'ils s'écoulent librement et qui en conséquence ai- dent la filtration.
La méthode de floculation de l'invention est particu- lièrement applicable à des suspensions d'eau d'égoût et à des boues et peut être appliquée aussi à d'autres suspensions semblables de matières organiques. Il est connu que l'effi- cacité des floculants en général dépend de la nature préci- se de la suspension à la fois en ce qui concerne les matiè- res actuellement en suspension et la réaction acide, neutre ou alcaline de la suspension envisagée comme un tout et également de la concentration de l'agent floculant employé.
Il est par conséquent désirable d'effectuer un petit nom- bre d'essais simples préliminaires avant d'appliquer la méthode de l'invention à une suspension particulière quelcon- que . Des exemples de procédés pour obtenir le réactif de floculation sont donnés ci-après .
EXEMPLE I.
Une solution de 200 grammes de chlorure de calcium commercial, CaCl2, 6H2O dans 40 grammes d'eau est ajoutée à une solution de 200 grammes de sulfate d'aluminium, Al2(SO4)3.
18H2O dans 80 grammes d'eau et le mélange est agité vigoureu- sement. Le mélange devient immédiatement visqueux, de la chaleur se dégage et il se forme éventuellement une pâte blanche visqueuse de pouvoir floculant élevé. La forme exac- te du produit dépend de la chaleur des solutions. Si les solutions sont chaudes lorsqu'on les mélange, la pâte blan- che formée d'abord se dépose en quelques jours en un solide blanc jaunâtre qui peut être coulé en blocs. D'autre part si les solutions sont refroidies à une température comprise entre 30 C et 50 C et si l'une est ajoutée prggressivement à l'autre en évitant ainsi une température de plus de 55 C dans le mélange, la pâte formée reste à l'état de pâte prati-
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quement permanente.
Les deux états différents peuvent être attribués à des structures cristallines différentes. Avec le solide formé on a une masse de longs cristaux ressemblant à des aiguilles tandis qu'avec la pâte permanente les cris- taux sont plus petits et sont cubiques.
Un produit plus concentré peut être fabriqué en dissol-
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vant CaClp.6HgO et A12(S04)3.18H0 dans la quantité d'eau minimum nécessaire pour mettre en solution avant de mélan- ger. La réaction peut être représentée comme suit :
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A12(S04) + 3 CaC12---7 2A1C1 + 3 CaS04
EXEMPLE II.
On peut adopter un processus semblable celui de l' exemple I, une solution fortement concentrée de sulfate ferrique étant ajoutée à une solution fortement concentrée de chlorure de calcium, la réaction ayant lieu comme suit:
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Fe(S04)8 + 3 CaCl2-- FeCl3 + 3 Casa 4
En manière d'alternative une solution contenant à la fois du sulfate ferrique et du sulfate d'aluminium peut être employée pour donner un produit consistant en chlorure ferrique, chlorure d'aluminium et sulfate de calcium.
Suivant une autre variante le sulfate ferreux à meil- leur marché peut être employé pour donner un mélange de chlorure ferreux et de chlorure de calcium, le chlorure ferreux étant transformé par la suite en chlorure ferrique en faisant passer du chlore à travers le liquide ou, en ma- nière d'alternative, en l'oxydant avec un peroxyde ,par exemple du peroxyde de sodium Na2O2, et quelques gouttes d'acide chlorhydrique concentré.
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200 grammes de chlorure de calcium commercial, CaCl2.6H2o, sont moulus en une poudre fine et ensuite bien mélansés dans un malaxeur, avec 200 grammes de sulfate
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d'aluminium, Al a(so 4)3018H20 Le mélange formé bient8t une épaisse pâte jaune homogène coulante qui peut être di-
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luée avec de l'eau et tenue prête pour l'emploi ou qui peut être entreposée en tonneaux sans dilution et diluée avec de l'eau lorsqu'il faut s'en servir.
EXEMPLE IV.
Pour réaliser la production à grande échelle dans le temps le plus court possible, le refroidissement des solu- tions de chlorure de calcium et de sulfate d'aluminium est effectué de préférence dans de grands mélangeurs à chemises d'eau evec des agitateurs . Dans cette méthode le refroidis- sement des solutions s'accompagne d'une certaine proportion de cristallisation ,,spécialement dans la solution de sulfate d'aluminium, due à des conditions de sursaturation qui ne se produisent pas quand on agite.
On a constaté que cette cristallisation ne nuit pas au procédé puisque les cristaux qui sont formés dans des conditions de forte concentration saline et d'agitation sont de très petites dimensions et que même à des tempéra- tures aussi basses que 25 la solution de chlorure de cal- cium est tout à fait fluide en contenant quelques cristaux de dimensions microscopiques. La solution de sulfate d'alu- minium est également fluide mais se présente sous forme blan- che épaisse contenant des cristaux de dimensions microscopi- ques en suspension . Ces solutions peuvent être versées l'une dans l'autre sans aucune difficulté puisque.les cris- taux présents sont de très f aiblesdimensions.
330 livres de sulfate d'aluminium broyé Al2(SO4)3 18.H2O sont dissoutes dans un mélangeur à chemises d'eau
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tuyère à placée au moyen d'une @ vapeur @ dans la masse de la, solu- tion et celle-ci amenée à un volume de 34,5 gallons. De la même manière 330 livres de chlorure de calcium CaCl2.6H2O sont dissoutes dans un autre mélangeur jusqu'à ce que le vo- lume atteigne 29 gallons. Ces solutions sont maintenant refroidies en faisant circuler de l'eau de refroidissement dans les chemises des mélangeurs et en agitant avec des brassoirs jusqu'à ce que la température soit de 35 C dans
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chaque cas. La solution de chlorure de calcium est mainte- nant une solution de couleur grise avec une certaine quan- tité de tout petits cristaux en suspension.
La solution de sulfate d'aluminium est de couleur blanche et de consistance épaisse et consiste en une solution plus une suspension de cristaux microscopiques. La solution de chlorure de calcium est ajoutée mamtenant à la solution de sulfate d'aluminium par petites quantités à la fois, en maintenant le mélange agité à une température de 40-45 C pendant l'addition. Après que tout le chlorure de calcium a été ajoutée le produit est une épaisse pâte blanche qui reste dans cet état sans se déposer et a une haute activité de floculation. Ce pro- duit, en raison de sa fluidité sous la forme de pâte peut être entreposé dans des tonneaux sans craindre un dépôt en une matière dure.
Le réactif floculant de l'invention peut être employé conjointement avec un gel floculant de sel et d'amidon par exemple un gel floculant de sel et d'amidon obtenu à partir d'un sel métallique hydraté neutre ou d'un mélange neutre de sels hydratés qui, en solution aqueuse, dissol- vent l'amidon (par exemple un mélange de chlorure de zinc et de chlorure de calcium) et d'une matière amylacée, le sel et la matière amylacée étant chauffés et agités ensem- ble en un mélange aqueux jusqu'à ce que les cellules de la matière amylacée éclatent et que le tout forme une pâte épaisse et gommeuse. La production d'un tel gel floculant de sel et d'amidon est décrite dans le brevet belge n 407.987 .
Le gel floculant de sel et d'amidon et le réactif flo- culant de l'invention peuvent être ajoutés simultanément ou successivement . De préférence ils sont ajoutés successi-
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1,';W-fOAb ::t! vement, le gel de /sel d'amidon étant ajouté d'a- bord à la suspension aqueuse, la suspension étant épaissie par l'enlèvement d'une certaine quantité de l'eau et le réactif floculant de l'invention étant ajouté alors. L'effet
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d'un tel procédé est de former les flocons et ainsi de fa- ciliter ultérieurement un processus de filtration subséquent.
Comme exemple spécifique d'un pareil procédé combiné, le gel floculant de sel et d'amidon peut être ajouté à une boue d'eau d'égout lorsqu'elle passe des digesteurs aux épais- sisseurs, la boue à l'entrée de l'épaississeur contenant 2 1/2 % de solides et 97 1/2 % d'eau. Dans l'épaississeur de la floculation a lieu, de l'eau est enlevée hors du haut de l'épaississeur et une boue épaissie contenant approximative- ment 10 % de solide pour 90 % d'eau est enlevée hors du fond de l'épaississeur. D'ailleurs de l'eau peut être enlevée par décantation ou filtration et le réactif floculant de l'invention peut être ajouté alors avent que la boue soit soumise à une filtration finale,par exemple sur des filtres rotatifs.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé de floculation de matière suspendue dans des suspensions d'eau d'égout et autres suspensions aqueuses semblables de matière organique, qui comprend l'ad- dition d'un réactif flooulant comprenant un mélange de sul- fate de calcium avec du chlorure ferrique et/ou du chlorure d'aluminium.
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"Improvements in and relating to the flocculation of aqueous suspensions and sludges".
The invention relates to the flocculation of aqueous suspensions and slurries, in particular sewage water and similar suspensions of organic materials.
It is known to employ certain inorganic salts, for example aluminum sulphate, aluminum chloride, ferric chloride and ferrous sulphate, for the flocculation of sewage and sludge suspensions, particularly with mud sludges. digested and activated sewage, but unless considerable amounts of salts are used, for example 40 to 50 pounds of salt per 1000 gallons of sewage sludge (97.5 - 98% water), it was difficult to filter the flocculated product with the usual filter presses or rotary vacuum filters, because the filter medium was found to clog.
The present invention comprises a process for the flocculation of aqueous suspensions and sludges, in particular sewage water and like suspensions of organic materials.
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cs, wherein the flocculating reagent employed comprises a mixture of calcium sulfate with ferric chloride and / or aluminum chloride.
The flocculation reagent is preferably obtained by mixing a concentrated solution of calcium chloride with a concentrated solution containing ferric sulfate and / or aluminum sulfate under controlled temperature conditions, the temperature of the solutions being maintained. between 30 and 50 C and that of the mixture not being able to rise above 50 C in order to obtain a pasty product almost permanently, and the solutions and the mixtures being maintained at higher temperatures to obtain a product which will subsequently settle into a solid. Both the pasty product and the solid product have flocculating properties and can be stored as is and added to the slurry as is. If desired, they can be diluted with water before use.
It has been found that by employing a flocculating reagent according to the invention filtration is facilitated and that smaller amounts of reagent can be employed, for example 5 to 20 pounds of reagent per 1000 gallons of water slurry. sewer (97.5-98% water), than when using ferric chloride or aluminum chloride alone.
The salt mixture may suitably contain equal weights of calcium sulfate and ferric chloride and / or aluminum chloride.
The advantages arising from the use of calcium sulphate are, it is believed, probably due to the fact that ferric chloride and aluminum chloride are adsorbed on the surface of the calcium sulphate and are therefore adsorption in a more active state for flocculation purposes so that better flocculation is obtained with a lower concentration of the reactant; alternatively in addition, ferric chloride and aluminum chloride may function in the usual way.
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common and that the flakes produced mix intimately with the insoluble crystals of calcium sulphate which are known to flow freely and which therefore aid filtration.
The flocculation method of the invention is particularly applicable to sewage suspensions and sludges and can be applied to other similar suspensions of organic materials as well. It is known that the effectiveness of flocculants in general depends on the precise nature of the suspension both with regard to the materials currently in suspension and the acidic, neutral or alkaline reaction of the suspension envisaged as. a whole and also the concentration of the flocculating agent employed.
It is therefore desirable to perform a small number of simple preliminary tests before applying the method of the invention to any particular suspension. Examples of methods for obtaining the flocculation reagent are given below.
EXAMPLE I.
A solution of 200 grams of commercial calcium chloride, CaCl2, 6H2O in 40 grams of water is added to a solution of 200 grams of aluminum sulfate, Al2 (SO4) 3.
18H2O in 80 grams of water and the mixture is stirred vigorously. The mixture immediately becomes viscous, heat is given off and eventually a viscous white paste of high flocculating power is formed. The exact form of the product depends on the heat of the solutions. If the solutions are hot when mixed, the white paste formed first settles over a few days to a yellowish-white solid which can be cast in blocks. On the other hand, if the solutions are cooled to a temperature between 30 C and 50 C and if one is added gradually to the other, thus avoiding a temperature of more than 55 C in the mixture, the paste formed remains at the state of dough practi-
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cally permanent.
The two different states can be attributed to different crystal structures. With the solid formed there is a mass of long needle-like crystals while with the permanent paste the crystals are smaller and cubic.
A more concentrated product can be made in dissol-
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vant CaClp.6HgO and A12 (S04) 3.18H0 in the minimum quantity of water necessary to dissolve before mixing. The reaction can be represented as follows:
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A12 (S04) + 3 CaC12 --- 7 2A1C1 + 3 CaS04
EXAMPLE II.
A procedure similar to that of Example I can be adopted, with a highly concentrated solution of ferric sulfate being added to a highly concentrated solution of calcium chloride, the reaction taking place as follows:
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Fe (S04) 8 + 3 CaCl2-- FeCl3 + 3 Casa 4
Alternatively a solution containing both ferric sulfate and aluminum sulfate can be employed to give a product consisting of ferric chloride, aluminum chloride and calcium sulfate.
According to another variant, the cheaper ferrous sulphate can be used to give a mixture of ferrous chloride and calcium chloride, the ferrous chloride being subsequently transformed into ferric chloride by passing chlorine through the liquid or, alternatively, oxidizing it with a peroxide, for example sodium peroxide Na2O2, and a few drops of concentrated hydrochloric acid.
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200 grams of commercial calcium chloride, CaCl2.6H2o, are ground into a fine powder and then mixed well in a mixer, with 200 grams of sulfate
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aluminum, Al a (so 4) 3018H20 The mixture soon formed a thick, homogeneous, flowing yellow paste which can be di-
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luted with water and held ready for use or can be stored in barrels undiluted and diluted with water when needed.
EXAMPLE IV.
To achieve large-scale production in the shortest possible time, cooling of the calcium chloride and aluminum sulfate solutions is preferably carried out in large water-jacketed mixers with stirrers. In this method the cooling of the solutions is accompanied by a certain amount of crystallization, especially in the aluminum sulphate solution, due to conditions of supersaturation which do not occur on stirring.
It has been found that this crystallization does not adversely affect the process since the crystals which are formed under conditions of high salt concentration and agitation are very small in size and even at temperatures as low as the chloride solution. Calcium is quite fluid, containing a few crystals of microscopic dimensions. The aluminum sulphate solution is also fluid but occurs in a thick white form containing microscopic crystals in suspension. These solutions can be poured into each other without any difficulty since the crystals present are very small in size.
330 pounds of ground aluminum sulphate Al2 (SO4) 3 18.H2O is dissolved in a water jacketed mixer
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The nozzle was placed by means of a vapor in the mass of the solution and the latter brought to a volume of 34.5 gallons. Likewise 330 pounds of calcium chloride CaCl2.6H2O is dissolved in another mixer until the volume reaches 29 gallons. These solutions are now cooled by circulating cooling water through the jackets of the mixers and stirring with stirrers until the temperature is 35 C in
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each case. The calcium chloride solution is now a gray colored solution with some tiny suspended crystals.
Aluminum sulphate solution is white in color and thick in consistency and consists of a solution plus a suspension of microscopic crystals. The calcium chloride solution is now added to the aluminum sulfate solution in small amounts at a time, keeping the stirred mixture at a temperature of 40-45 C during the addition. After all of the calcium chloride has been added the product is a thick white paste which remains in this state without settling and has high flocculation activity. This product, due to its fluidity in paste form, can be stored in barrels without fear of a hard material deposit.
The flocculating reagent of the invention can be used together with a flocculating salt and starch gel, for example a flocculating salt and starch gel obtained from a neutral hydrated metal salt or from a neutral mixture of salts. hydrates which in aqueous solution dissolve starch (for example a mixture of zinc chloride and calcium chloride) and a starchy material, the salt and the starchy material being heated and stirred together in a water mixture until the cells of the starchy material burst and the whole forms a thick, gummy paste. The production of such a flocculating salt and starch gel is described in Belgian Patent No. 407,987.
The flocculating salt and starch gel and the flocculating reagent of the invention can be added simultaneously or successively. Preferably they are added successively
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1, '; W-fOAb :: t! Eventually, the starch salt gel being added first to the aqueous suspension, the suspension being thickened by removing a certain amount of the water and the flocculating reagent of the invention then being added. . The effect
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One such method is to form the flakes and thus subsequently to facilitate a subsequent filtration process.
As a specific example of such a combined process, the flocculating salt and starch gel can be added to a sewage slurry as it passes from the digesters to the thickeners, the slurry at the inlet of the water. 'thickener containing 2 1/2% solids and 97 1/2% water. In the thickener flocculation takes place, water is removed from the top of the thickener and a thickened slurry containing approximately 10% solid to 90% water is removed from the bottom of the thickener. . Moreover, water can be removed by decantation or filtration and the flocculating reagent of the invention can then be added before the sludge is subjected to final filtration, for example on rotary filters.
CLAIMS.
1. A method of flocculating material suspended in sewage water suspensions and other similar aqueous suspensions of organic material, which comprises adding a floating reagent comprising a mixture of calcium sulfate with calcium. ferric chloride and / or aluminum chloride.