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La présente invention concerne la clarification de l'eau et elle vise particulièrement un procédé pour séparer plus facilement de l'eau les matières solides finement divisées qui s'y trouvent en suspension.
Au cours du traitement de l'eau en vue d'une utilisation industrielle ou municipale, en particulier quand on utilise des eaux de surface telles que celles qui proviennent des lacs et des rivières, il est fréquemment nécessaire d'éliminer des matières solides finement divisées, telles que la boue et l'argile, en vue
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de produire de l'eau suffisamment clarifiée pour l'utilisation en- visagée. On se heurte à des problèmes similaires quand on désire clarifier, en vue de sa réutilisation, de l'eau provenant d'un pro- cédé industriel qui est souillée par des solides finement divisés.
L'élimination de ces solides finement divisés par filtration seule s'est révélée généralement incommode dans des opérations à grande échelle.
La pratique courante depuis de nombreuses années consia' te à utiliser des coagulants, tels que le sulfate d'aluminium, le chlorure de fer, etc., pour faciliter l'élimination des solides en suspension par sédimentation ou filtration. De tels agents for- ment habituellement une masse floculée gélatineuse et volumineuse qui agglomère la matière solide finement divisée et facilite de ce fait l'élimination ultérieure de ces solides par sédimentation ou filtration. Toutefois, on rencontre certaines difficultés lors de l'utilisation de ces coagulants.
Ainsi, par exemple, un appareil spécial de floculation est habituellement nécessaire pour amener la matière floculée à la dimension appropriée, et il faut disposer de grands bacs de sédimentation pour séparer de l'eau clarifiée la masse floculée se déposant d'une façon relativement lente. Dans certains cas, des quantités excessives de coagulant sont nécessai- res pour obtenir le degré désiré de clarification.
La présente invention a pour objet : - un procédé perfectionné pour clarifier de l'eau; - un procédé perfectionné pour clarifier de l'eau à l'aide de coagulants, procédé grâce auquel il faut de moins grandes quantités de cet agent pour obtenir de l'eau ayant le degré de cla- rification désiré.
. Dtautres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description ci-après.
Conformément à la présente invention, on a découvert que l'incorporation d'une petite quantité d'un polymère d'acrylami- de soluble dans l'eau, traité par un coagulant, assure la forma-
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tion d'une masse floculée se déposant rapidement et permet de ;séparer plus facilement de cette eau les solides finement divisés qui s'y trouvent en suspension. Il entre parmi les avantages de la présente invention qu'il faut moins de coagulant pour un degré donné de clarification quand on utilise ces polymères d'acrylamide.
Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait qu'on obtient les résultats désirables avec de faibles quantités seulement du polymère d'acrylamide.
Les coagulants utilisés avec le polymère d'acrylamide comprennent les composés connus du fer et de l'aluminium utilisés actuellement pour la clarification de l'eau. Ainsi, par exemple, on peut utiliser, comme coagulants, du sulfate ferreux, du chlorure ferrique, du sulfate ferreux chloré, de l'aluminate de sodium, du sulfate d'aluminium et du chlorure d'aluminium.
Les polymères d'acrylamide efficaces dans la présente invention sont solubles dans l'eau et sont caractérisés par la présence d'un minimum de liaisons entrecroisées entre les chaînes du polymère. Des polymères efficaces sont ceux dont les viscosités sont d'au moins environ 2 centipoises pour une solution aqueuse à 0,5% en poids de ces polymères dans de l'eau .distillée réglée à un pH de 3 à 3,5 et à une température de 25 C, viscosité qu'on détermine à l'aide du viscosimètre Ostwald. Par viscosité ", on entend,dans la présente description, la viscosité d'une solution aqueuse à 0,5 % en poids dans les conditions qu'on vient de mentionner.
Par"polymère d'acrylamide " ,on entend à la fois l'homopolymère d'acrylamide et les copolymères d'acrylamide contenant jusqu'à environ 15 moles pour cent d'autres monomères appropriés, tels que les acides acrylique et méthacrylique et leurs alkyl esters inférieurs, l'acrynonitrile. le méthacrylonitrile, la méthacrylamide, les vinylalkyl éthers, le styrène, le chlorure de vinyle, le chlorure de vinylidène, etc., chacun de ces copolymères étant caractérisé par des propriétés,, telles que leur solubilité
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dans l'eau, le faible degré d'entrecroisement de leurs chaînes et leur viscosité, qu'on a mentionnées précédeument.
Les polymères d'acrylamide solubles dans L'leau sont parfois caractérisés par des degrés plus ou moins grands d'hydrolyse, c'est-à-dire qu'ils contiennent quelques groupes carboxyl libres. Cette condition est fonction du procédé de préparation du polymère, de la présence ou de l'absence de petites quantités d'acide acrylique dans le monomère de départ et des conditions d'emmagasinage du polymère. Que les groupes carboxyl résultent de la formation de l'acrylamide avec l'acide acrylique, ou de l'hydrolysa des groupes amide après la polymérisation, les produits polymérisés sont équivalents. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, les polymères d'acrylamide'utilisables comprennent ceux dans lesquels environ 15 % au maximum des groupes amide sont remplacés par des groupes carboxyl.
Lors de la mise en oeuvre de la présente invention, on ajoute le coagulant et le polymère d'acrylamide à de l'eau brute devant être clarifiée de.toute manière appropriée,à condition qu'un mélange rapide et complet du coagulant et du polymère soit assuré dans la masse d'eau entière. En général, on ajoute le coagulant soit sous forme d'un solide, soit sous forme d'une solution aqueuse par les procédés classiques de traitement des eaux. On ajoute le polymère d'acrylamide sous forme d'une solution aqueuse ou d'une poudre finement divisée. L'addition du polymère sous forme d'une solution aqueuse constitue un mode de mise en oeuvre préféré.
Dans des opérations dans lesquelles on ajoute le plymèn re d'acrylamide sous forme finement divisée, il est essentiel que le polymère pulvérulent soit ajouté par portions à l'eau non traitée et qu'on agite vigoureusement en vue dtassurer la dissolution complète du polymère sans formation de masses analogues à des gels qui ne se dissolvent que lentement. En général, on préfère utiliser un polymère broyé à une dimension telle qu'il traverse un tamis de
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200 mailles par 25,4 mm. Pour faciliter le broyage et la distribu- tion, il est fréquemment désirable d'incorporer un s-upport fine- ment divisé à la poudre du polymère.
Des supports inertes finement divisés appropriés com- prennent la terre de diatomées, diverses argiles, de la pyrophil- lite, du talc, des-résidus de traitement des minerais, etc. Dans de telles compositions comprenant un polymère d'acrylamide et un support inerte finement divisé, le polymère d'acrylamide peut cons- tituer, de manière appropriée, d'environ 10 à 95 en-poids de la composition finie.
Dans des opérations dans lesquelles on utilise une solution aqueuse dun polymère d'acrylamide, il convient générale- ment de dissoudre le polymère d'acrylamide en agitant vigoureuse- ment pour préparer une solution aqueuse de réserve contenant d'en- viron 0,5 à 5% en poids du polymère particulier.La concentration exacte en polymère dans la solution de réserve varie en fonction de la viscosité du polymère particulier. Ainsi, par exemple, avec comprises un polymère d'acrylamide ayant des viscosités/entre environ 2 et 5 centipoises, il est préférable de préparer des solutions de ré- serves contenant d'environ 1 à 5 % en poids de polymère. Avec des polymères de viscosité plus élevée, il est généralement désirable d'utiliser des solutions ne contenant pas plus d'environ 2 % en poids de polymère.
De telles solutions de réserve peuvent être ajoutées directement à l'eau à clarifier, à l'aide de dispositifs appropriés de dosage. On peut diluer de nouveau cette solution pour préparer une solution de traitement. Cette dernière présente l'avantage de pouvoir être facilement introduite dans des appareils classiques d'alimentation en produits chimiques liquides, tout en pouvant être dosées avec précision eu égard aux faibles quantités utilisées dans l'invention. En pratique, de telles solutions de traitement contiennent, de Manière avantageuse, environ 0,5 % en poids au maximum du polymère d'acrylamide et, en général, on pré-
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fère des solutions de traitement contenant d'environ CÜ1. ::. ><'1:' ron q 5' en poids du polymère.
Les quantités exactes de coagulant et de polymère d: 2,G:r;1? 'B à utiliser varient selon des facteurs tels que la quan'iit-é totale de solides en suspension à soumettre à la floculation, la mt->;re de ces solides, le pH de l'eau et la concentration des é1\.:;'... ,} '.i- tes dissous dans l'eau particulière. Les quantités les p1Xd csonor.1iques de réactifs à utiliser avec une eau dcnnée et th1 1 i-:Vl à un niveau nécessaire quelconque peuvent être ,.éte. :a:.â..Y ci .-# chaque cas par des essais conformes à la pratique #ao-.veiâ.s-î. - usines 'de distribution d'eau comme mentionné, par eJ\.e'-1':;3.. 'el' Hopkins dans " Water'Purification Control ", .3è,ilt:" '::':::..,i.,;;.. --J,l1:'" ;,5 et Wilkins, Baltimore, 1948.
En tous cas, on utilise une quantité du i uly-.i-; ..L' crylamide suffisante pour déterminer la formation d 1J!1 or.-. ; - ; floculé se déposant rapidement et pour faciliter la ;::èJ?a.l..&t;2",): des solides finement divisés. JUn pratique, on a constaté que 1 quantité de polymère nécessaire dépend à un certain dcg2 de la viscosité du polymère utilisé et qu'une telle quantité '3;:;1;'5 ,xyzo.. ximativement , inversement proportionnelle à la v.wcP::.a.:::s t;-1.1e que définie ci-avant.
En général, on utilise d 'I?mi ,J:\.1a 7,}¯.-..¯ environ 5 parties en poids de polymère d' acrylap'.ic:0 ej-..'rïti5 i.c.r 3 à environ 200 parties en paids, ou plus, de cûaruiciù, p..jf '.u." lion de parties en poids d'eau destinée à être c? - ; '.c'-.û ; bizu qu'il puisse être parfois nécessaire, dans des ,:::tr''¯i1 t,,;\llG,'. spéciales, d'utiliser des quantités plus grandes.
Les exemples suivants ont pour but d' 11!.n;%i':: l'invention, sans toutefois limiter sa portée.
EXEt-iPLE 1.
Dans une installation industrielle ce ;;..Íd-L:.;t ;" 1,)]1 des eaux servant à produire de l'eau d'alirmrzW- bf.;ü \io--n d '41Ü.l.Ures à partir de l'eau des rivières, il faut utiliser de I0u à 1'dO
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parties en poids d'alun et de 50 à 60 parties en poids de silicate de sodium par million de parties en poids d'eau, pour produire de l'eau clarifiée avec un débit de 757 litres/minute . Des essais ayant pour but d'augmenter le débit de passage avec ces quantités ont abouti à l'entraînement de produit floculé dans le courant supérieur du bac de sédimentation.
On effectue une opération de clarification avec l'eau de rivière brute mentionnée ci-avant en utilisant l'équipement précité et 40 parties en poids d'alun, 0,5 parties en poids de polymère d'acrylamide, caractérisé par une viscositéde 9 centipoi- ses et un taux d'hydrolyse de 4,1 %, par million de parties en poids d'eau. On ajoute l'alun sous la forme d'une solution aqueuse de sulfate d'aluminium hydraté et l'acrylate sous forme d'une solution aqueuse diluée contenant 0,025% en poids du polymère.
On constate que ce traitement donne un produit floculé qui se dépose très rapidement, de sorte qu'on peut obtenir plus de 1892,500 litres d'eau clarifiée par minute, tout en maintenant,la nappe de produit floculé bien en dessous du niveau du courant supérieur sortant du bac de sédimentation.
EXEMPLE 2.
On mélange de l'eau de rivière contenant des solides finement divisés en suspension ( équivalent à 250 parties de silice sur la base de l'échelle de l'American Public Health Association) par million de parties d'eau, avec 25 parties en poids d'alun [AI2(SO4)3.14.5 H2O] par million de parties d'eau, en poids.
On ajoute l'alun sous forme d'une solution aqueuse contenant 10 gr d'alun par litre et on mélange l'alun et l'eau rapidement avec un agitateur dont l'hélice est déplacée à une grande vitesse. Ensuite, on transvase l'eau traitée dans un récipient pourvu d'agitateurs.à petites pales tournant à raison de 40 tours/minute. On continue à agiter à cette faible vitesse pendant 15 minutes, puis on cesse l'agitation pour permettre la sédimentation. Après un dépôt de 2
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minutes, on prélève un échantillon à 5 cm en dessous de la surface de l'eau et on détermine son trouble à l'aide d'un colorimètre Klett-Summerson à cellule photoélectrique.
On effectue des déterminations similaires en utilisant des portions de la même eau non traitée et 25 parties d'alun, de la manière décrite ci-avant et avec des quantités variables de polymère d'acrylamide par million de parties d'eau. Le polymère est caractérisé par une viscosité de 9,8 centipoises et un taux d'hydrolyse de 4 %, et on l'ajoute sous forme d'une solution aqueuse contenant 0,05 % en poids de polymère.
On mentionne les résultats obtenus sur le tableau suivant,sur lequel les indices de trouble sont exprimés en parties par million de silice sur la base de l'échelle de l'American Public Health Association (Standard Methods for the Examination of Water and Se'Mage - Procédés normalisés'pour l'étude des eaux et des eaux résiduaires, 9ème édition, American Public Health Association, New-York, 1946).A l'aide de cette échelle, on transforme les données du colorimètre en utilisant une courbe d'étalonnage obtenue par comparaison avec un appareil Hellige pour la mesure du trouble ( A.A. Hirschs Water and Sewage Uorks, 93, 84-85, 1946).
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<tb>
<tb>
Alun, <SEP> parties <SEP> Polymère <SEP> d'acrylamide. <SEP> Trouble
<tb> par <SEP> million <SEP> Parties-par <SEP> million
<tb> 25 <SEP> 0 <SEP> 5
<tb> 25 <SEP> 0,125 <SEP> 1,3
<tb> 25 <SEP> 0,50 <SEP> 0,8
<tb>
EXEMPLE 3.
On effectue d'autres déterminations en utilisant le procédé et les réactifs de l'exemple 2 et en agitant pendant une période de 2 heures avec des agitateurs à pales. Les indices de trouble relevés à une profondeur de 5 cm et détermine , comme dans l'exemple 2, deux minutes après le début; @d dépôt, sont mentionnés sur le tableau suivant :
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<tb>
<tb> Alun, <SEP> parties <SEP> Polymère <SEP> d'acrylamide <SEP> Trouble
<tb> par <SEP> million <SEP> en <SEP> parties <SEP> par <SEP> million
<tb> 25 <SEP> 0 <SEP> 20
<tb> 12,5 <SEP> 0,125 <SEP> 1,6
<tb>
EXEMPLE 4.
On mélange de l'eau de rivière non traitée ayant un indice de trouble correspondant à environ 200 parties de silice par million avec une solution aqueuse à 1 % en poids de chlorure ferrique pour fournir 25 parties en poids de chlorure ferrique par million de parties en poids d'eau. Dans le mélange résultant, on - joute de la soude caustique aqueuse diluée pour régler le pH du mélange à 6. On agite une partie du mélange décrit ci-avant pendant une période de 20 minutes à l'aide d'agitateurs à petites pales fonctionnant à une vitesse de 40 tours/minute. A la fin de cette période de 20 minutes, on arrête les agitateurs pour que la sédimentation puisse se produire.
Après une décantation de 2 minutes, on prélève un échantillon à une profondeur de 5 cm en dessous de la surface de l'eau et on détermine son indice de trouble comme dans l'exemple.2.
A d'autres parties du mélange de chlorure ferrique et d'eau, on ajoute des quantités diverses d'un polymère d'acrylamide d'une viscosité de 9,8 centipoises et ayant un taux d'hydrolyse de 4 %.On ajoute le polymère sous forme d'une solution aqueuse à 0,04 % en poids, et on agite le mélange résultant pendant 20 minutes, comme mentionné ci-avant. Ensuite, on commence la sédimentation et on prélève des échantillons pour déterminer l'indice de trouble comme dans l'exemple 2..
On mentionne les résultats sur le tableau suivant, sur lequel les indices de troubles correspondent à des parties par million de silice, comme dans les exemples précédents :
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<tb>
<tb> Chlorure <SEP> ferrique, <SEP> Polymère <SEP> d'acrylonitrile/ <SEP> Trouble
<tb> parties <SEP> par <SEP> million <SEP> parties <SEP> par <SEP> million
<tb> 250
<tb> 25 <SEP> 0,25 <SEP> 3
<tb> 25 <SEP> 0,15 <SEP> 3
<tb> 25 <SEP> 0,10 <SEP> 3
<tb> 25 <SEP> 0,05 <SEP> 3
<tb> 25 <SEP> 0,025 <SEP> 4
<tb>
EXEMPLE 5.
Au cours de la récupération du sable de fonderie par lavage, le courant supérieur des classificateurs à cônes qui éliminent le sable le plus lourd, constitue une boue difficile qui se décante difficilement. Les solides en suspension dans cette boue et qui comprennent principalement des fines de charbon et d'argile, se déposent très lentement, de sorte que lorsque la suspension a été retenue pendant plusieurs jours dans un grand bassin de sédimentation, la couche supérieure effluente contient encore 1 à 2 % en poids de matières solides et est très foncée et trouble.
On traite une partie de cet effluent trouble par du sulfate d'aluminium, à raison d'environ 3 parties en poids par million de parties en poids d'eau, et par un polymère d'acrylamide caractérisé par une viscosité de 7,5 centipoises et un taux d'hydrolyse de 5 %, en utilisant 0,05 parties en poids de ce polymère par million de parties en poids d'eau. Les solides finement divisés subissent rapidement une floculation et produisent une masse floculée se déposant hapidement ainsi qu'une couche d'eau surnageante claire après une courte période de sédimentation.
EXEMPLE 6.
On utilise du sulfate ferrique comme coagulant pour éliminer les solides en suspension de la saumure provenant d'une formation de schiste d'Arbuckle dans j'Oklahoma (Etats-Unis d'Amé- rique) en vue de produire de la saumure clarifiée destinée à être utilisée dans la technique d'inondation par l'eau en vue de la récupération des huiles secondaires. On mélange la saumure avec 40 parties en poids de sulfate ferrique par million de parties de sau-
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mure et on ajoute suffisamment de chaux pour obtenir un pH final de 9. On effectue ce traitement dans un équipement de clarification industriel et on obtient un produit floculé léger qui se dépose relativement lentement, de sorte qu'une certaine quantité de solides en suspension est entraînée dans l'eau effluente.
On modifie la charge envoyée dans l'installation de clarification ci-avant de manière à introduire 24 parties en poids de sulfate ferrique et 0,16% en poids d'un polymère dtacrylamide par million de parties de saumure. On introduit suffisamment de 'baux pour régler le pH de la saumure à 9, comme précédemment. Le polymère d'acrylamide utilisé est caractérisé par une viscosité de centipoises environ et on l'ajoute sous la forme d'une solution aqueuse diluée. Ce traitement donne un produit floculé dont les particules sont plus grandes et qui est plus dense que le produit obtenu avec 40 parties par million de sulfate ferrique. Le produit floculé se dépose rapidement et laisse une eau d'une transparence améliorée quand on la compare à celle qui a été obtenue antérieu- rei.ient.
Dans des opérations similaires mises en oeuvre avec du chlorure ferrique en vue du traitement des saumures résiduelles de champs pétrolifères et du sulfate d'aluminium en vue du traitement de l'eau de recyclage utilisée pour la récupération des huiles secondaires par une technique d'inondation par l'eau, l'incorporation de polymères d'acrylamide caractérisés par des viscosités de 6 à 16 centipoises, dans la saumure ou l'eau traitées, à raison de 0,1 à 0,2 partie en poids de polymère par million de parties de saumure ou d'eau, donne un produit floculé excellent, ce qui fait que les solidefinement divisés se séparent rapidement en donnant de la saumure ou de l'eau clarifiées.
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