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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DEPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED Perfectionnements au traitement de l'eau. Demande de brevet anglais du 16 Novembre 1943 en sa faveur et en faveur de MM. L.M. CLARK et H. EVANS.
L'invention se rapporte à l'adoucissement de l'eau par précipitation des constituants facteurs de dureté, et plus spécialement à un procédé de précipitation d'hydroxyde de magnésium de l'eau brute,sous la forme de gros granules, facilement séparables de l'eau purifiée.
Beaucoup de procédés d'adoucissement d'eau impliquent le traitement de l'eau par des produits chimiques, tels que chaux et carbonate de sodium, ou par la soude caustique, et dans certains de ces procédés le traitement est exécuté en faisant passer l'eau de bas en haut à une vitesse appropriée à travers les noyaux de cristallisation. Les noyaux de cristallisation connus pour des procédas où le carbonate de calcium doit être précipité sont des granules de sable et de marbre, particulièrement d'une grosseur de 0,1 à 2 mm. et des noyaux de carbonate de calcium, particulièrement ceux d'un diamètre moyen de 0,6 mm.
Dans les procédés où du carbonate de calcium et de l'hydroxyde de sodium doivent être précipités de l'eau, les noyaux connus se trouvent dans le sédiment déjà précipité d'une quantité d'eau précédemment traitée et contenant un mélange dans lequel l'hydroxyde de calcium flocule. Un procédé connu de préparation de cristaux d'hydroxyde de magnésium d'un diamètre de 0,005 à 0,025 mm. est la réaction entre une pâte soigneusement préparée de dolomite calcinée et une solution aqueuse d'un'sel de magnésium, par exemple de l'eau de mer, à une faible vitesse d'écoulement et de préférence en présence de cristaux d'hydroxyde de magnésium préalablement formés.
Suivant la présente invention, un procédé pour éliminer l'hydroxyde de magnésium des eaux dont la dureté est due à la présence au moins de magnésium comprend l'addition séparée d'eau brute et de soude caustique aqueuse, ou de chaux aqueuse et, si on le désire, de carbonate de sodium, à une suspension aqueuse en mouvement de cristaux d'hydroxyde de magnésium, en maintenant une agitation suffisante et un nombre suffisant de ces cristaux relativement au taux de duretémagnésienne à élimi- ner pour que en substance tout le magnésium à éliminer de l'eau cristallise sur les cristaux d'hydroxyde de magnésium existants, après quoi on sépare de la suspension l'eau adoucie et clarifiée.
Il est essentiel que l'eau brute et les réactifs soient introduits de façon à être en contact avec les cristaux d'hydroxyde de magnésium présents durant toute la période de (,précipitation. Ainsi on les ajoute en général séparément en
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deux courants continus alimentant différentes parties de la
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suspension aqueuse, par exemple des deux c5to's d'un même r=cinient, ou en deux courants intermittents ou s8'!1i-contimJs alimentant la suspension acn.1E'l1Se des moments différents.
Il est préf'érRb1.e d'employer les réactifs en solution et oprti.culi.r.,:re""ent Ln so7.ntions;dil¯oes, plutôt nu'en suspension si nossible, par exemple comme solution d'eau de chaux et de carbonate de sodium,
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ou comme solution de soude caustique, -fin de contrôler la form^- tion des noyaux.
Les conditions nécessaires pour arriver 1à un taux de
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précipitation oui ne dépasse pas matfrjellement la vitesse de cristallisation sont les suivantes: le poids des cristaux d'hv- droxvde de magnésium existant dans la zone de précipitation dpps- sera un minimum oui est déterminé entre autres par la température la grosseur moyenne de ces cristaux, la duret en magnésium à éliminer et le terrps de rétention moyen de l'eau. Approximativement, le poids des cristaux d'hydroxyde de magnésium présents est
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au moins 500 fois et g4n/rale-ent 1000 à 5000 fois le poids de l'hydroxyde de "'Enpsil1m à l'J'6cj-rtter par heure, résultant de 1 dureté en magnésium de l'eau.
Toutes ces données sont valables pour l'adoucissement d'eau froide. Bien nue le procède soit indépendant de la grosseur de ces cristaux, les grosseurs les mieux appropriées sont par exemnle entre 5 et 50 microns de diamètre.
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Si tous les cristaux sont inférieurs à 5 microns. Ip séparation subséquente des cristaux du linuide par sédimentutionpst lente, et si tous les cristaux sont plus gros Que 50 microns, des poids relativement plus élevas de cristaux sont nécessaires pour fournir
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une surface suffisante a la croissance des cristaux. Pour 1¯'adov-cissernent d'eau cn"l1de, généralement eX6cut une température d'environ 70 C, les C1upntit6s citées plus haut sont vr'1''hles rovr des cristaux de 30 % 50 microns de dien6tre et rylus.
Le temps de rétention oyen de l'eau dans la zone de précipitation dépend principalement de la dureté en magnésium de l'eau brute et de la duret résiduelle admise pour l'eau adoucie, et n'importe quel temps de rétention suffisant pour donner une
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faible dureté résiduelle est approrri6 au présent procfdô. Avec les essais usuels en mpfiëre d'excès d'alca7¯init de l'eau adoucie, la duret en magnésium est généralement abaissée jusou'
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environ 5 à 15 parties par million exprimée comme 6quivalent en carbonate de calcium- et le temps de rétention moyen neut varier
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de oveloves minutes 8 une heure, généralement seulement oueloues minutes.
La suspension dans la zone de précipitation peut sans inconvénient contenir jusqu'à 50 gr. de cristaux pour 100 cm3 de suspension, et doit de préférence contenir au moins 3 gr. de cristaux par 100 cm3.
Bien au'une agitation suffisante soit parfois fournie par le courant d'eau ascendant à travers une suspension appropriée de cristaux d'hydroxyde de calcium, il est préférable d'agiter l@ suspension spécialement là où s'ajoutent l'eau brute et les réactifs, et de retirer l'eau claire adoucie d'un récipient de d pôt adjacent ou suréleva, d'on on renvoie vers la solution en mouvement la majeure partie des cristaux déposés. L'agitation doit être suffisante pour maintenir les cristaux en mouvement libre dans les zones où a lieu la précipitation, de sorte au'il y ait des surfaces cristallines sur lesquelles l'hydroxyde de magnésium puisse se déposer.
Contrairement aux procédés existants pour
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éliminer l'hydroxyde de magnésium de l'eau, o le pr4cipit4 obte- nu est floculent il n'y a pas de danger aue le précipité soit désagrégé par une agitation excessive. C'est pourauoi on peut
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appliquer une agitation plus vigoureuse aue celle oui serait ad- missible dans les procédas ordinaires d'adoucissement d'eau.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, on précipite de l'eau l'hydroxyde de magnésium et le carbonate de calcium, tous deux en cristaux de grosseur suffisante' pour être
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aisément séparable de l'eau lorsqu'ils se d'posent. Cela nécessite le. présence de suffisamment de cristaux d'hydroxyde de magnésium et de carbonate de calcium, pour que la plus grande partie de la précipitation ait lieu sur des cristaux existants. Des noyaux frais sont formés d'une petite quantité des substances précipitées, ou bien on peut ajouter, si on le désire, des noyaux frais. L'hydroxyde de magnésium et le carbonate de calcium précipités de l'eau sont périodiquement enlevés, pour éviter une trop grande accumulation de solides. Un mode opératoire est illustré par ce qui suit.
Les appareils employés comprennent un récipient de précipitation muni d'une hélice ayant une vitesse périphérique de 21 m. par minute (suffisante pour créer un tourbillon), un récipient de dépôt et des dispositifs d'aliwentation. Le récipient de précipitation contient 100 parties en poids d'eau adoucie, 10 parties de cristaux d'hydroxyde de magnésium. de différentes grosseurs entre 5 et 50 microns de diamètre, et 10 parties de cristaux de carbonate de calcium de même grosseur.
Ce récipient est alimenté continuellement de 100 parties d'eau par heure, contenant'92 parties de dureté temporaire due à des composés de calcium (dureté exprimée ici en parties équivalentes de CaC03 par million de parties d'eau), 14 parties de dureté permanente due à des composés de calcium et 52 parties de dureté permanente due à des composés de magné.sium. Le coté opposé du récipient est continuellement alimenté d'une solution aqueuse contenant une quantité appropriée de réactif adoucissant, à savoir 0,014 partie de soude caustique dissoute dans 2 parties d'eau adoucie. Le trop-plein du récipient de précipitation coule dans le récipient de dépôt, où les cristaux d'hydroxyde de magnésium et de carbonate de calcium se déposent à un taux élevé, généralement 18 mètres par heure.
Le trop-plein du récipient de dépôt est de l'eau douce et claire, et la masse du sédiment solide est pompée vers le réservoir de précipitation pour y maintenir une vase appropriée.
Comme germe existant d'hydroxyde de magnésium, on peut employer de la brucite naturelle finement broyée, de préférence en particules de 2 à 30 microns, ou des cristaux d'hydroxyde de magnésium préparés par exemple par un procédé décrit ailleurs par la Demanderesse.
R E V E N D I C A T 1 0 N S
1) Procédé pour éliminer l'hydroxyde de magnésium des eaux dont la dureté est due à la présence au moins de magnésium, caractérisé en ce qu'on ajoute séparément l'eau brute et de la soude caustique aqueuse, ou de la chaux aqueuse et, si on le désire, du carbonate de sodium, à une suspension aqueuse agité de cristaux d'hydroxyde de calcium, en maintenant une agitation suffisante et la présence d'un nombre suffisant de ces cristaux relativement au taux de dureté magnésienne à éliminer, pour assurer qu'en substance tous les facteurs de dureté magnésiens à éliminer de l'eau cristallisent sur les cristaux d'hydroxyde de magnésium existants, après quoi on sépare de la suspension l'eau clarifiée et adoucie.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF INVENTION PATENT the Company called: IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED Improvements in water treatment. English patent application of November 16, 1943 in his favor and in favor of MM. L.M. CLARK and H. EVANS.
The invention relates to the softening of water by precipitation of the constituents which are factors of hardness, and more especially to a process for the precipitation of magnesium hydroxide from raw water, in the form of large granules, easily separable from purified water.
Many water softening processes involve the treatment of the water with chemicals, such as lime and soda ash, or with caustic soda, and in some of these processes the treatment is carried out by passing the water through. water from bottom to top at an appropriate rate through the crystallization nuclei. Known crystallization nuclei for processes where calcium carbonate is to be precipitated are granules of sand and marble, particularly 0.1 to 2 mm in size. and calcium carbonate cores, particularly those with an average diameter of 0.6 mm.
In processes where calcium carbonate and sodium hydroxide are to be precipitated from the water, the known nuclei are found in the sediment already precipitated from a quantity of previously treated water and containing a mixture in which the calcium hydroxide flocculates. A known process for the preparation of crystals of magnesium hydroxide with a diameter of 0.005 to 0.025 mm. is the reaction between a carefully prepared paste of calcined dolomite and an aqueous solution of a magnesium salt, for example sea water, at a low flow rate and preferably in the presence of crystals of sodium hydroxide. magnesium previously formed.
According to the present invention, a process for removing magnesium hydroxide from waters whose hardness is due to the presence of at least magnesium comprises the separate addition of crude water and aqueous caustic soda, or aqueous lime and, if desired, from sodium carbonate, to a moving aqueous suspension of magnesium hydroxide crystals, maintaining sufficient agitation and a sufficient number of these crystals relative to the degree of hardness to be removed so that substantially all of the magnesium to be removed from the water crystallizes on the existing magnesium hydroxide crystals, after which the softened and clarified water is separated from the suspension.
It is essential that the raw water and the reagents are introduced so as to be in contact with the magnesium hydroxide crystals present throughout the period of (, precipitation. Thus they are usually added separately in
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two direct currents supplying different parts of the
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aqueous suspension, for example of two c5to's of the same r = kinient, or in two intermittent streams or s8 '! 1i-contimJs feeding the suspension acn.1E'l1Se at different times.
It is preferable to use the reagents in solution and oprti.culi.r.,: Re "" ent Ln so7.ntions; dil¯oes, rather in suspension if possible, for example as a solution of lime and sodium carbonate water,
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or as a solution of caustic soda, -in order to control the formation of nuclei.
The conditions necessary to arrive at a rate of
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precipitation yes does not matfrjally exceed the crystallization rate are as follows: the weight of the magnesium hydroxide crystals existing in the dpps- precipitation zone will be a minimum yes is determined among other things by the temperature the average size of these crystals , the magnesium hardness to be removed and the average water retention terrps. Approximately, the weight of the magnesium hydroxide crystals present is
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at least 500 times and more than 1000 to 5000 times the weight of Enpsil1m hydroxide per hour, resulting in the magnesium hardness of the water.
All these data are valid for cold water softening. Although the process is independent of the size of these crystals, the most suitable sizes are for example between 5 and 50 microns in diameter.
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If all the crystals are less than 5 microns. Ip subsequent separation of the crystals from the linuid by slow sedimentution, and if all the crystals are larger than 50 microns, relatively higher weights of crystals are required to provide
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sufficient surface area for crystal growth. For the addition of solid water, usually carried out at a temperature of about 70 ° C, the aforementioned remedies are suitable for crystals of 30% 50 microns of hydrogen and rylus.
The average retention time of water in the precipitation zone depends mainly on the magnesium hardness of the raw water and the residual hardness allowed for softened water, and any retention time sufficient to give a
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low residual hardness is apporri6 to the present procfdô. With the usual tests for excess alkalinity in softened water, the magnesium hardness is generally lowered to or
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about 5 to 15 parts per million expressed as 6 equivalent in calcium carbonate - and the average retention time does not vary
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of oveloves 8 minutes to an hour, usually only or even minutes.
The suspension in the precipitation zone can easily contain up to 50 gr. of crystals per 100 cm3 of suspension, and should preferably contain at least 3 gr. of crystals per 100 cm3.
Although sufficient agitation is sometimes provided by the upward flow of water through a suitable suspension of calcium hydroxide crystals, it is preferable to agitate the suspension especially where the raw water and water are added. reagents, and removing clear, soft water from an adjacent or raised drop-off vessel, returning most of the deposited crystals to the moving solution. The agitation should be sufficient to keep the crystals in free motion in the areas where precipitation takes place, so that there are crystalline surfaces on which the magnesium hydroxide can deposit.
Unlike existing processes for
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remove the magnesium hydroxide from the water, where the obtained precipitate is flocculent there is no danger of the precipitate being broken up by excessive agitation. That's why we can
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applying more vigorous agitation than would be acceptable in ordinary water softening procedures.
In the preferred embodiment of the invention, the magnesium hydroxide and calcium carbonate are precipitated from water, both in crystals of sufficient size to be obtained.
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easily separable from water when they stand. It requires the. presence of sufficient crystals of magnesium hydroxide and calcium carbonate, so that most of the precipitation takes place on existing crystals. Fresh pits are formed from a small amount of the precipitated substances, or fresh pits can be added if desired. Magnesium hydroxide and calcium carbonate precipitated from the water are periodically removed, to avoid too much solids buildup. A mode of operation is illustrated by the following.
The devices used include a precipitation vessel fitted with a propeller having a peripheral speed of 21 m. per minute (sufficient to create a vortex), a deposit container and feeding devices. The precipitation vessel contains 100 parts by weight of softened water, 10 parts of magnesium hydroxide crystals. of different sizes between 5 and 50 microns in diameter, and 10 parts of calcium carbonate crystals of the same size.
This vessel is continuously supplied with 100 parts of water per hour, containing '92 parts of temporary hardness due to calcium compounds (hardness expressed here in equivalent parts of CaCO3 per million parts of water), 14 parts of permanent hardness due to calcium compounds and 52 parts of permanent hardness due to magnesium compounds. The opposite side of the container is continuously supplied with an aqueous solution containing an appropriate amount of softening reagent, namely 0.014 part of caustic soda dissolved in 2 parts of softened water. The overflow from the precipitation vessel flows into the settling vessel, where the crystals of magnesium hydroxide and calcium carbonate settle at a high rate, typically 18 meters per hour.
The overflow of the settling vessel is fresh, clear water, and the mass of solid sediment is pumped to the precipitation tank to maintain a suitable silt therein.
As the existing seed of magnesium hydroxide, it is possible to employ finely ground natural brucite, preferably in particles of 2 to 30 microns, or crystals of magnesium hydroxide prepared, for example, by a process described elsewhere by the Applicant.
R E V E N D I C A T 1 0 N S
1) Process for removing magnesium hydroxide from water whose hardness is due to the presence of at least magnesium, characterized in that one adds separately the raw water and aqueous caustic soda, or aqueous lime and , if desired, sodium carbonate, to a stirred aqueous suspension of calcium hydroxide crystals, maintaining sufficient agitation and the presence of a sufficient number of these crystals relative to the level of magnesian hardness to be removed, to ensure that in substance all the magnesium hardness factors to be removed from the water crystallize on the existing magnesium hydroxide crystals, after which the clarified and softened water is separated from the suspension.