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PROCEDE DE PREPARATION DU DIOXYDE DE CHLORE DESTINE EN PARTICULIER A LA
STERILISATION DE L'EAU.
La présente invention se rapporte à la préparation du dioxyde de chlore.. On connaît déjà différents procédés de préparation du dioxyde de chlorure. Habituellement,on dégage le dioxyde de chlore à partir de chlorites, en particulier du chlorite de soude, en ajoutant des acides.. La réaction a lieu, conformément à l'équation suivante :
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5 lVaC202 + 2 SO 4 = 2 Na2S0 4 + 2 H20 + 4 C102 + NaCl.
Un tel dioxyde de chlore contient néanmoins encore de faibles quantités d' acide et de chlore. Il en est de même dans la préparation du dioxyde de chlore par introduction de chlore dans des solutions de chlorites, par exemple de chlorites alcalins ou alcalino-terreux. Il est cependant particuliè- rement importante dans l'utilisation du dioxyde de chlore pour la stérilisation, que ce produit ne contienne pas de chlore libre, parce que l'action du chlore libre sur l'eau donne facilement à celle-ci un goût désagréable de chlore.
Cela est particulièrement vrai lorsqu'on traite de l'eau de surface par exemple l'eau provenant d'étangs ou de fleuves, qui contient des substances putréfiables qui donnent sous l'action du chlore d'autres produits qui possèdent un goût de chlore, renforcé par un goût de pourriture fort désa- gréable. On ne peut éliminer ou, respectivement, détruire ces substances, qu'en utilisant des doses très fortes de dioxyde de chlore (voir à ce sujet un travail publié par K G. Silvey, J. C. Russell, D.R. Redden et W.C. McCormick dans le périodique "Journal of Americ.
Water Works Assoc.", 42, 1018 (1950))
Conformément à la présente invention, on fait réagir des chlorites ou de l'acide chloreux libre avec de l'ozone. Cette nouvelle réaction se fait d'après l'équation :
2 NaC102 + H2O + 03 = 2 0102 + 2 NaOH + O2.
Ce C102 ne contient pas de chlore.
On peut exécuter la réaction conforme à l'invention en ajoutant de
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l'eau contenant de l'ozone, ou en introduisant des gaz chargés d'ozone dans des dissolutions,des suspensions ou des mélanges pâteux de chlorites ou d'acide chloreux avec des matières solides inertes. Le dioxyde de chlore qui se forme de cette manière ne contient aucun gaz étranger gênant, tel que le chlore, de l'acide gazeux ou des anhydrides d'acide.
Le dioxyde de chlore gazeux qui se forme peut contenir seulement un certain excès d'ozone non consommé. Cet excès d'ozone ne gêne aucunement l'uti- lisation du gaz pour la désinfection et surtout pour l'épuration de l'eau il vient au contraire renforcer dans beaucoup de cas l'action bactéricide du dioxyde de chlore.
Pour préparer le dioxyde de chlore, on peut procéder conformément à l'invention de la manière suivante :
On transforme par l'action de décharges électriques sur des gaz . contenant de l'oxygène, en particulier sur un courant d'air atmosphéri- que, l'oxygène qu'il contient, dans une proportion plus ou moins grande en ozone. Si l'on introduit ensuite un tel courant gazeux contenant de l'ozone dans une solution contenant par exemple 80 parties en poids de chlorite de soude sec dans 200 parties en poids d'eau, il se forme du dioxyde de chlore qui est entraîné par le courant gazeux sortant.
On maintient pendant cette transformation la température de préférence entre 15 et 25 C environ..On peut exécuter la réaction en faisant ruisseler la solution de chlorite dans de l'eau à travers une tour de réaction qui est remplie de plateaux, d'anneaux dits de Raschig, ou d'un autre garnissage connu, tour dans laquelle on introduit par le bas le courant gazeux contenant l'ozone. On donne à la tour de réaction avantageusement une hauteur dix fois plus grande que son diamètre.
Selon une variante de la présente invention, on peut aussi préparer une solution, encore plus concentrée, ou une pâte avec du chlorite de soude sec et de l'eau et delayer dans celle-ci une matière solide inerte, comme par exemple l'amiante ou le kieselguhr, et disposer le mélange ainsi obtenu à l'état plus ou moins sec sur des clayonnages constitués par exemple par plusieurs couches de plateaux de grès perforés, placés à l'intérieur de la tour de réaction. Cette manière d'opérer est particulièrement avantageuse quand la pression du gaz contenant l'ozone est faible et que le gaz chargé de dioxyde de chlore se dégage lui-même sous une faible pression.
On va décrire maintenant, à titre non limitatif, un dispositif conforme à la présente invention, dispositif particulièrement utile quand on désire utiliser le gaz chargé de dioxyde de chlore obtenu, pour l'épuration de l'eau. Dans ce cas, on stérilise en continu l'eau avec un mélange d'ozone et de dioxyde de chlore. La tour de réaction que l'on utilise a par exemple un diamètre de 1 mètre et une hauteur de 6 mètres, et comporte à son extrémité supérieure une admission de forme annulaire ou un autre dispositif de répartition pour l'eau à épurer, comme par exemple des plaques brise-jet.
On dispose à proximité du fond de la tour une plaque poreuse comportant un ajutage tubulaire, plaque qui divise très finement le gaz introduit, par exemple l'air mélangé d'ozone, de sorte que les petites bulles de gaz entrent en contact intime avec l'eau sortant du conduit annulaire et ruisselant sur les chicanes qui garnissent la tour.
On sait que lors de l'introduction d'air chargé d'ozone sans de l'eau, celle-ci n'absorbe qu'une partie de l'ozone, le restant se dégageant sans être utilisé. La quantité d'ozone absorbée par l'eau dépend de différents facteurs, en particulier de la température et de la vitesse d'écoulement de l'eau ainsi que du rapport entre la quantité de gaz présent, la quantité d'eau présente, et aussi la hauteur de la tour.
Lorsque par exemple 78% de l'ozone contenu dans le mélange airozone se dissolvent dans l'eau, l'air sortant contient encore 22% d'ozone.
Si l'on voulait désinfecter l'eau uniquement avec de l'ozone, cette dernière
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quantité d'ozone se dégagerait sans être utilisée. Conformément à l'inven- tion, on se sert au contraire de cette quantité d'ozone pour la stérilisa- tion de l'eau, en ajoutant à l'eau brute, par exemple au moyen d'une pompe de dosage, une quantité correspondante d'une solution de chlorite de soude, dont la concentration et la quantité correspondent à la quantité d'ozone qui n'est pas absorbée par l'eau. Lorsque, par exemple, l'air sortant con- tient,, pour un intervalle de temps donné, 48 gr. d'ozone, on ajoutera à l'eau dans le même laps de temps une solution relativement' concentrée de 180 gr. de chlorite de soude dans de l'eau par portions régulières durant ce laps de temps considéré.
Ce mode opératoire comporte, dans la partie inférieure de la tour de réaction, l'action habituelle de l'ozone sur l'eau, en particulier la destruction par l'ozone de la plus grande partie des substances organi- ques et des nitrites qu'elle contient éventuellement et, simultanément, 1' élimination du fer et du manganèse contenus dans l'eau sous forme d'oxydes.
Dans la partie supérieure de la tour de réaction, l'action de l'ozone gazeux sur l'eau contenant le chlorite de soude entraîne la stérilisation et la désinfection complètes de l'eau.
Si la qualité de l'eau amenée dans le dispositif devient plus mauvaise, par exemple en raison d'une modification de la composition de 1' eau impure, une quantité plus importante d'ozone sera consommée déjà dans la partie inférieure de la tour. La zone d'action entre l'eau contenant le chlorite de soude et l'ozone se déplace alors à l'intérieur de la tour vers le bas. L'eau contenant le chlorite de soude rencontre alors une quantité suffisante d'ozone pour réaliser dans tous les cas la transforma- tion complète du chlorite de soude en dioxyde de chlore dans la tour de réaction. Comme le dioxyde de chlore présente un pouvoir oxydant supérieur à celui de l'ozone,la sécurité de fonctionnement de l'installation garantissant une eau absolument stérilisée est encore améliorée.
Habituellement, on règle la quantité d'eau sortant de la tour de réaction au moyen d'une soupape d'étranglement qui laisse sortir une quantité d'au juste égale à la quantité introduite à la partie supérieure de la tour. Pour éviter avec certitude que la tour se vide, par exemple lorsque la pompe d'alimentation vient à s'arrêter par suite d'une interruption du courant électrique, il est recommandé de faire remonter le conduit de sortie de l'eau épurée à l'extérieur de la tour jusqu'au niveau d'eau de cette tour de réaction. De cette manière, la tour reste toujours remplie et aucune eau non traitée ne peut pénétrer dans la conduite d'eau epuree.
Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut aussi régler invariablement entre eux une fois pour toutes l'ozoniseur, la pompe d'alimentation en eau impure et la pompe de dosage de la solution de chlorite de soude, et les brancher tous les trois sur le même circuit électrique, de sorte qu'une addition renforcée de ehlorite de soude est accompagnée d'une addition renforcée de gaz contenant de l'ozone, à l'eau impure à traitera D'autre part, si l'alimentation en ozone est interrom- pue, par exemple par suite d'une panne de courant électrique, l'addition du chlorite de soude par l'effet de la pompe de dosage se trouve automatiquement arrêtée en même temps.
Si l'on désire effectuer la stérilisation de l'eau avec le dioxyde de chlore seul, on peut opérer la production de celui-ci dans un courant dérivé séparé de l'eau à épurer et introduire ce courant partiel contenant le dioxyde de chlore dans la quantité principale d'eau.
Lorsqu'il s'agit dépurer de l'eau de surface et que l'on ne dispose que d'une petite source d'eau souterraine ou d'un puits, qui ne sont aucunement suffisants pour fournir la totalité de l'eau demandée, on produi- ra de préférence le courant partiel contenant le dioxyde de chlore en utili-
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sant cette eau souterraine.
Cela est surtout avantageux parce que l'eau souterraine ou l'eau de puits est, principalement en été, d'une température sensiblement inférieure à la température de l'eau de surface et parce que la réaction du chlorite avec l'ozone se fait d'une manière particulièrement avantageuse à basse température. Lorsqu'on produit le dioxyde de chlore dans un courant partiel séparé, on peut diminuer les dimensions de la tour de réaction indiquées dans l'exemple précité jusqu'au 1/3 ou même davantage. La disposition comportant la production du dioxyde de chlore dans un courant partiel séparé est particulièrement recommandée dans les périodes de consommation élevée d'eau, ou quand la qualité de l'eau impure devient plus-mauvaise., ou encore lorsque la température de l'eau impure est trop élevée.
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REVENDICATIONS ET HESTME.
1. Procédé de préparation du dioxyde de chlore destiné en particulier à la stérilisation de l'eau, caractérisé en ce qu'on traite un chlorite ou de l'acide chloreux libre sous forme de solution de suspension ou de pâte contenant des matières solides inertes, par des.gaz contenant de l'ozone ou par des solutions aqueuses d'ozone.
2. Procédé selon 1 , caractérisé en ce qu'on effectue la réaction précitée à des températures comprises entre 15 et 25 C.
3. Procédé selon 1 ou 2 , caractérisé en ce qu'on étale le ehlorite, de préférence sous forme de pâte, sur des clayonnages disposés dans une tour de réaction, tour dans laquelle on introduit par le haut l'eau à épurer et par le bas le gaz contenant de l'ozone.
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PROCESS FOR PREPARING CHLORINE DIOXIDE INTENDED IN PARTICULAR FOR THE
WATER STERILIZATION.
The present invention relates to the preparation of chlorine dioxide. Various processes for preparing chloride dioxide are already known. Usually, chlorine dioxide is released from chlorites, in particular sodium chlorite, by adding acids. The reaction takes place, according to the following equation:
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5 lVaC202 + 2 SO 4 = 2 Na2S0 4 + 2 H20 + 4 C102 + NaCl.
Such chlorine dioxide, however, still contains small amounts of acid and chlorine. The same is true in the preparation of chlorine dioxide by introducing chlorine into solutions of chlorites, for example of alkaline or alkaline-earth chlorites. However, it is particularly important in the use of chlorine dioxide for sterilization that this product does not contain free chlorine, because the action of free chlorine on the water easily gives it an unpleasant taste. of chlorine.
This is especially true when treating surface water, for example water from ponds or rivers, which contains putrefactive substances which, under the action of chlorine, give rise to other products which have a chlorine taste. , reinforced by a very unpleasant rotten taste. These substances can only be eliminated or, respectively, destroyed by using very high doses of chlorine dioxide (see on this subject a work published by K G. Silvey, JC Russell, DR Redden and WC McCormick in the periodical " Journal of Americ.
Water Works Assoc. ", 42, 1018 (1950))
In accordance with the present invention, chlorites or free chlorous acid are reacted with ozone. This new reaction is done according to the equation:
2 NaC102 + H2O + 03 = 2 0102 + 2 NaOH + O2.
This C102 does not contain chlorine.
The reaction according to the invention can be carried out by adding
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water containing ozone, or by introducing gases laden with ozone into dissolutions, suspensions or pasty mixtures of chlorites or chlorous acid with inert solids. The chlorine dioxide that is formed in this way does not contain any troublesome foreign gases, such as chlorine, acid gas or acid anhydrides.
The chlorine dioxide gas which forms may contain only a certain excess of unused ozone. This excess ozone does not in any way interfere with the use of the gas for disinfection and above all for water purification; on the contrary, in many cases it reinforces the bactericidal action of chlorine dioxide.
To prepare chlorine dioxide, one can proceed according to the invention as follows:
We transform by the action of electric discharges on gases. containing oxygen, in particular in an atmospheric air current, the oxygen it contains, in a greater or lesser proportion in ozone. If such an ozone-containing gas stream is then introduced into a solution containing for example 80 parts by weight of dry sodium chlorite in 200 parts by weight of water, chlorine dioxide is formed which is entrained by the outgoing gas stream.
During this transformation the temperature is preferably maintained between 15 and 25 C approximately. The reaction can be carried out by running the chlorite solution in water through a reaction tower which is filled with trays, called rings. of Raschig, or another known packing, tower in which the gas stream containing ozone is introduced from below. The reaction tower is advantageously given a height ten times greater than its diameter.
According to a variant of the present invention, it is also possible to prepare a solution, even more concentrated, or a paste with dry sodium chlorite and water and to dilute in it an inert solid material, such as for example asbestos. or kieselguhr, and place the mixture thus obtained in a more or less dry state on wickerings consisting for example of several layers of perforated sandstone trays, placed inside the reaction tower. This way of operating is particularly advantageous when the pressure of the gas containing ozone is low and the gas laden with chlorine dioxide is released itself under low pressure.
We will now describe, without limitation, a device according to the present invention, a device which is particularly useful when it is desired to use the gas charged with chlorine dioxide obtained, for the purification of water. In this case, the water is continuously sterilized with a mixture of ozone and chlorine dioxide. The reaction tower which is used has, for example, a diameter of 1 meter and a height of 6 meters, and comprises at its upper end an annular-shaped inlet or other distribution device for the water to be purified, as by example of jet-breakers.
A porous plate comprising a tubular nozzle is placed near the bottom of the tower, which plate very finely divides the gas introduced, for example air mixed with ozone, so that the small gas bubbles come into intimate contact with the gas. water coming out of the annular duct and flowing over the baffles which line the tower.
It is known that when introducing air loaded with ozone without water, the latter only absorbs part of the ozone, the remainder being released without being used. The amount of ozone absorbed by water depends on various factors, in particular the temperature and flow rate of the water as well as the ratio between the amount of gas present, the amount of water present, and also the height of the tower.
When, for example, 78% of the ozone contained in the airozone mixture dissolves in water, the outgoing air still contains 22% of ozone.
If you wanted to disinfect the water only with ozone, the latter
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amount of ozone would be released without being used. In accordance with the invention, on the contrary, this quantity of ozone is used for the sterilization of the water, by adding to the raw water, for example by means of a metering pump, a quantity corresponding to a sodium chlorite solution, the concentration and quantity of which correspond to the quantity of ozone which is not absorbed by water. When, for example, the outgoing air contains, for a given time interval, 48 gr. of ozone, a relatively concentrated solution of 180 g will be added to the water at the same time. of sodium chlorite in water in regular portions during this period considered.
This procedure includes, in the lower part of the reaction tower, the usual action of ozone on the water, in particular the destruction by ozone of most of the organic substances and of the nitrites which are present. 'it optionally and simultaneously eliminates iron and manganese contained in water in the form of oxides.
In the upper part of the reaction tower, the action of ozone gas on the water containing sodium chlorite results in complete sterilization and disinfection of the water.
If the quality of the water supplied to the device becomes worse, for example due to a change in the composition of the impure water, more ozone will be consumed already in the lower part of the tower. The action zone between the water containing the sodium chlorite and the ozone then moves inside the tower downwards. The water containing the sodium chlorite then encounters a sufficient quantity of ozone to effect in all cases the complete transformation of the sodium chlorite into chlorine dioxide in the reaction tower. As chlorine dioxide has a higher oxidizing power than ozone, the operational safety of the installation, ensuring absolutely sterilized water is further improved.
Usually, the amount of water leaving the reaction tower is controlled by means of a throttle valve which exits an amount just equal to the amount introduced at the top of the tower. To avoid with certainty that the tower empties, for example when the feed pump stops due to an interruption of the electric current, it is recommended to make the purified water outlet pipe go up to the top. exterior of the tower to the water level of this reaction tower. In this way, the tower always remains full and no untreated water can enter the purified water pipe.
According to another embodiment of the invention, it is also possible to invariably adjust between them once and for all the ozonator, the impure water supply pump and the metering pump for the sodium chlorite solution, and connect them all three to the same electric circuit, so that a reinforced addition of sodium chloride is accompanied by a reinforced addition of gas containing ozone, to the impure water to be treated On the other hand, if the ozone supply is interrupted, for example due to a power failure, the addition of sodium chlorite by the effect of the dosing pump is automatically stopped at the same time.
If it is desired to sterilize the water with chlorine dioxide alone, it is possible to produce the latter in a bypass stream separated from the water to be purified and introduce this partial stream containing the chlorine dioxide into the main amount of water.
When it comes to purifying surface water and only a small source of groundwater or a well is available, which are by no means sufficient to provide all of the water required the partial stream containing the chlorine dioxide is preferably produced by using
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sant this groundwater.
This is especially advantageous because the groundwater or well water is, mainly in summer, of a temperature significantly lower than the temperature of the surface water and because the reaction of chlorite with ozone takes place. particularly advantageously at low temperature. When the chlorine dioxide is produced in a separate partial stream, the dimensions of the reaction tower shown in the above example can be reduced to 1/3 or even more. The arrangement involving the production of chlorine dioxide in a separate partial stream is particularly recommended in periods of high water consumption, or when the quality of the impure water becomes worse, or when the temperature of the water. impure water is too high.
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CLAIMS AND HESTME.
1. Process for the preparation of chlorine dioxide intended in particular for the sterilization of water, characterized in that a chlorite or free chlorous acid is treated in the form of a suspension solution or a paste containing inert solids , by gases containing ozone or by aqueous solutions of ozone.
2. Method according to 1, characterized in that the above reaction is carried out at temperatures between 15 and 25 C.
3. Method according to 1 or 2, characterized in that the ehlorite is spread, preferably in the form of a paste, on watters arranged in a reaction tower, in which tower is introduced the water to be purified and by down the gas containing ozone.
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