Procédé de clarification d'une suspension de corps solides dans Peau
La présente invention a pour objet un procédé de clarification de suspensions de corps solides dans l'eau (eaux de surface, eau de décharge industrielle, effluents).
Les corps solides peuvent être colloïdaux ou plus grands que colloïdaux.
Il a déjà été proposé de clarifier des suspensions de corps solides dans l'eau par traitement avec divers agents de clarification pour obtenir l'eau industrielle ou potable. Des exemples d'agents de clarification sont des sels métalliques trivalents, par exemple Al2(SO4)8 et des sels ferriques qui hydrolysent et forment au cours de l'hydrolyse des flocons en forme de précipités hydroxydes volumineux. Ces flocons s'attachent aux corps solides de la suspension. Pendant le procédé de clarification la dimension des flocons augmente et les flocons se déposent. Des autres exemples d'agents de clarification comprennent des gels d'acide silicique dont les particules sont de diverses dimensions et constructions.
Pour augmenter l'efficacité du procédé de clarification on ajoute des polyélectrolytes, par exemple polyacrylamide, des polyamines, des polymères d'acide acrylique et des alginates, mais l'efficacité de ces derniers est limitée.
On peut utiliser des matières de charge aussi bien que des agents de clarification et des polyélectrolytes. Du sable quartzeux ou spath lourd additionné comme agent de charge se combine avec les flocons formés dans le système de clarification, ainsi augmentant leur poids spécifique. Ainsi la capacité du procédé de clarification est augmentée; mais il existe toujours des limitations.
On a trouvé que la clarification de suspensions de corps solides dans l'eau peut être effectuée par l'addition à la suspension à clarifier d'un phyllosilicate dispersé et peptisé dans un agent aqueux, par la formation de flocons par l'addition d'un composé chimique qui est capable de s'attacher au phyllosilicate et par la séparation des flocons, dont la formation est réversible, et qui contiennent des corps solides de ladite suspension, et, Si nécessaire, par le recyclage partiel ou entier des flocons séparés pour la clarification supplémentaire d'une suspension de corps solides dans l'eau.
On comprend que l'on peut utiliser des mélanges de phyllosilicates et des mélanges de composés chimiques.
Le phyllosilicate peut être fourni par une argile qui comprend aussi d'autres silicates. Le phyllosilicate est de préférence fourni par une ou plus d'argiles montmorillonites, par exemple beidellite, hectorite, saponite, nontronite et vermiculite, allevardite, illite, halloysite, kaolinite et glauconite; ceux-ci peuvent être activés, pour les rendre facilement peptisés dans l'agent aqueux, par échange d'ions avec des cations univalents dans aucune des formes Na-, K-, NH4- ou H-, la dimension de la particule du phyllosilicate dans l'agent aqueux n'étant pas moins de 0,05 micron.
Le composé chimique, qui est capable de s'attacher au phyllosilicate est de préférence organique et peut être un composé du type amine ou un composé monomère et/ou oligomère ou polymère qui ne contient aucun des groupements fonctionnels suivants: carbonyl-, amido-, amino-, carboxyl- et carboxyalcoyl-: des composés chimiques qui sont capables de former des liaisons d'hydrogène sont préférés. Des exemples de composés convenables comprennent polyacrylamide, des dispersions aqueuses de polyacrylonitrile oligomère ou polymère, des acides organiques et colle comme tannins et colle, carboxyméthylcellulose et divers scléropro- téines. On peut obtenir des Irésultats satisfaisants en utilisant certains composés ayant un poids moléculaire bas comprenant éthylènediamine et diéthylènetriamine.
Dans le procédé de clarification pour chaque litre de la suspension à clarifier on n'utilise généralement pas moins de 0,01 mg de composé chimique et on ajoute entre 10 et 3000 mg de phyllosilicate à la suspension. Le
composé chimique est avantageusement ajouté dans une
solution ayant une concentration entre 0,01 et 5,0 pour
cent par volume.
Le système complexe comprenant le composé chimique et le phyllosilicate, séparé après clarification comme précipités en forme de flocons, après le recylage pour la clarification supplémentaire de la suspension, peut être dispersé de nouveau avec énergie d'agitation relativement basse.
Ayant formé la suspension de flocons, la séparation de la phase solide peut être effectuée à l'aide de centrifugeuses, hydrocyclones ou d'autres agents mécaniques; la phase de séparation comprend de préférence la cen
trifugation.
En effectuant le procédé le phyllosilicate est de préférence dispersé dans une partie de la suspension à clarifier. et puis on fait dissoudre la quantité nécessaire du composé chimique dans le reste. Puis on agite les deux parties de la suspension intensivement. Subséquemment la formation de flocons est assurée par agitation plus lente.
La formation primaire de flocons peut avoir lieu en dehors d'un réacteur de clarification classique, si les flocons sont ensuite dispersés résultant de la turbulence en passant au réacteur, ils reforment dans le réacteur.
Nous croyons que le phyllosilicate est absorbé sur la surface des particules suspendues dans la suspension etfou dépendant de la dimension des particules, les particules suspendues dans la suspension sont absorbées sur le phyllosilicate; ensuite le composé chimique cause les agrégats à être partiellement ou entièrement transformés en complexes d'argile et précipitent en forme de flocons. Il apparaît que les flocons forment rapidement.
Il apparaît que la température appliquée pendant la clarification n'est pas critique. Une clarification efficace peut être obtenue à températures sous 50 C, même à 0,50 C. Le procédé selon l'invention peut être appliqué dans un domaine vaste de degrés de turbidité, par exempie il peut être appliqué à la clarification de suspension de l'eau de surface ayant un degré de turbidité dans le domaine de 10-2000 mg/litre SiOas tandis que pour la clarification de suspensions de l'eau de décharge indus- trielle, des degrés de turbidité plus élevés sont permis.
Il apparaît aussi que le pH n'est pas absolument critique.
Il apparaît que le procédé de clarification selon l'invention peut être accompli rapidement, la suspension des flocons retient les particules solides de la suspension d'une manière permanente, les flocons s'attachent rapidement, leur densité augmente et ils peuvent être séparés immédiatement après formation: par conséquent un rendement haut de l'eau est possible et la capacité d'appareils classiques de clarification peut être augmentée sans interrompre leur opération, et des appareils classiques peuvent être remplacés par des appareils d'une construction plus simple. Aussi un gel continu peut développer dans un réacteur de clarification et peut agir comme filtre pour les flocons qui descendent et qui mène aussi à une capacité agrandie.
Le procédé nécessite seulement de petites quantités de chimiques économiques, qui sont acceptables aux autorités de santé de beaucoup de pays pour le traitement de l'eau potable.
Il apparaît aussi que par choisir le degré de dispersion et la dimension de particule du phyllosilicate, et la concentration de la suspension, respectivement, on peut influencer, dans des limites vastes, le poids spécifique du précipité en forme de flocons.
D'autres détails du procédé selon l'invention seront discutés dans les exemples suivants:
Exeniple I
On prépare le phyllosilicate activé de bentonite cru en le broyant avec une quantité de 6 à 10 poids pour cent de soude anhydre. Puis on disperse le mélange de soude et bentonite en eau et on l'évapore au-dessus d'un bainmarie; puis on suspend le résidu en eau excès et du sodium-montmorillonite ayant une dimension de parti- cule de moins de 30 microns est séparé par une centrifu- geuse ou hydrocyclones ou simplement on le laisse déposer.
Une autre manière d'obtenir du phyllosilicate activé consiste en un procédé où on fait gonfler en eau une argile à gros grains, on mélange l'argile gonflée par broyage humide avec soude, divers phosphates de sodium, fluorure de sodium ou un carbonate d'hydrogène alcaline et on le traite après comme avant. Ensuite on prépare une suspension aqueuse de 300 mg/litre concentration de sodium-montmorillonite. On verse dans un bécher une suspension brute à une température de 0,50 C ayant un degré de turbidité de 60; on ajoute à la suspension le sodium-montmorillonite ayant une dimension de particule de moins de 30 microns en la quantité de 300mg/litre, et on ajoute 0,5 mg/litre de carboxyméthylcellulose. On agite la suspension rapidement pendant deux minutes et puis lentement pendant 15 minutes.
Après l'agitation on laisse déposer la suspension pendant 30 minutes et on prend un échantillon à 5 centimètres dessous la surface du liquide. Le degré de turbidité de l'eau de la sédimentation est 12.
Exemple 11
On suit essentiellement le procédé de l'exemple I avec une suspension brute à une température de 120 C et avec un degré de turbidité de 240, potassium-illite ayant une dimension de particule de moins de 40 microns en la quantité de 280mg/litre, et 0,4 mg/litre de polyacrylamide. Après la clarification le degré de turbidité de l'échantillon est 28.
Exeiizple 111 On suit essentiellement le procédé de l'exemple I avec une suspension brute à une température de 100 C et avec un degré de turbidité de 120, un mélange de 40 u/0 par poids d'ammonium-kaolinite et 60 < )/o par poids de potassium-montmorillonite ayant une dimension de particule de moins de 40 microns dans une quantité de 310 mg/litre, et un mélange de 0,3 mg/litre de polyacrylamide et 0,5 mg/litre de colle. Le degré de turbidité de l'échantillon est 24.
Exemple IV
On suit essentiellement le procédé de l'exemple l avec une suspension brute contenant 300 mg/litre de particules de fibre de bois, hydrogène-montmorillonite ayant une dimension de particule de moins de 20 microns dans une quantité de 250mg/litre et kaolinite à grains fins dans une quantité de 40 mg/litre, et 0,6 mg/litre d'un mélange de polyacrylamide et de carboxyméthylcellulose. Le degré de turbidité de l'échantillon est 15.
Exenlple V
Dans un réacteur de clarification haut de 4 m, ayant un diamètre de 300 mm, contenant de l'eau du Danube ayant un degré de turbidité de 40 et qui coule à une vitesse de 0,4 mm/sec ayant une température de 50 C sodium-montmorillonite ayant une dimension de parti- cule de moins de 30 microns dans une quantité de 300 mg/litre de carboxyméthylcellulose sont alimentés successivement. On récupère du réacteur de clarification de l'eau clarifiée ayant un degré de turbidité de 14-18, après avoir été retenue pendant 0,5 à 1,5 heure.
Exemple Vl
On suit essentiellement le procédé de l'exemple V avec la modification que l'on ajoute à l'eau du Danube 150mg/litre du précipité en forme de flocons récupéré pendant l'épreuve précédente, 120 mg/litre d'ammonium- montmorillonite ayant une dimension de particule de moins de 20 microns, et 0,3 mg/litre de carboxyméthyl- cellulose. On effectue le procédé de sorte que dans une moitié de l'eau à clarifier on disperse intensivement
I'ammonium-montmorillonite et le précipité récupéré en forme de flocons, tandis qu'on ajoute à l'autre moitié de l'eau à clarifier le carboxyméthylcellulose, dans une solution de 0,02 0/o par volume; ensuite on réunit les deux parties sous agitation intensive.
On flocule la suspension sous agitation lente et finalement on l'alimente au réacteur de clarification. La température de l'eau du
Danube utilisée pour cette épreuve est 80 C, le degré de turbidité est 50. Après 0,5 à 1 heure de rétention l'eau récupérée du réacteur de clarification a un degré de turbidité de 10-12.
On passe à une centrifugeuse les corps solides récupérés du réacteur. Le degré de turbidité de l'eau sortant de la centrifugeuse est aussi 10-12.
Exemple VII
On alimente au réacteur de l'exemple V l'eau du
Danube, ayant un degré de turbidité entre 41 et 47 et une température de 40 C et on suit essentiellement le procédé de l'exemple VI. L'eau qui sort du réacteur de clarification a un degré de turbidité de 12 à 15, et le degré de turbidité de l'eau sortant de la centrifugeuse est 10 à 12.
Exemple Vlll
On suit essentiellement le procédé de l'exemple V avec la modification que l'on utilise l'eau du Danube ayant un degré de turbidité de 320 et une température de 3O C pour l'eau d'alimentation; la vitesse de l'écoulement dans le réacteur est 0,6 mm/sec. L'eau qui coule du réacteur de clarification a un degré de turbidité de 17. Quand on augmente la vitesse de l'écoulement de l'eau alimenté au réacteur de clarification à 1,0 mm/sec, le degré de turbidité de l'eau clarifiée s'élève à 25-30.
Exemple IX
On suit essentiellement le procédé de l'exemple I et on clarifie divers échantillons de l'eau brute du Danube (cf. Table A No 1-4) et l'eau des mines (cf. Table A
No 5-8) dans le réacteur de l'exemple I.
On ajoute à chaque échantillon de l'eau 250 mgllitre sodium-montmorillonite ayant une dimension de parti- cule de moins de 50 microns dans une concentration de suspension de 50 g/litre. Après agitation on alimente successivement 0,5 mg/litre carboxyalcoylcellulose.
Les données caractéristiques des échantillons de l'eau brute et de l'eau clarifiée sont résumées en table A.
Table A
Degré de turbidité SiO2.
No des Température mg/litre
échantillons o C pH avant clarification après
1 12 7.9 200 10
2 14 7.7 150 12
3 13 7.4 360 14
4 14 7.6 260 13
5 11 7.4 240 8
6 12 7.3 160 7
7 12 7.2 190 9
8 13 7.3 170 8
Exemple X
On clarifie dans un réacteur de l'exemple I des échantillons de l'eau brute ayant des différentes températures des différents pH selon le procédé de l'exemple IX.
Les données caractéristiques des échantillons de l'eau brute et de l'eau clarifiée sont résumées en table B.
Exemple XI
On clarifie dans un réacteur de l'exemple I divers échantillons de l'eau du Danube (cf. Table C, No 1-2) et de l'eau des mines (cf. Table C, No 3-5) mais on combine avec le procédé de clarification un amollisse- ment de l'eau avec de la chaux.
On ajoute aux échantillons de l'eau brute la quantité nécessaire de lait de chaux et après avoir agité les échantillons pendant 10 minutes on alimente 300 mg/litre sodium- et potassium-montmorillonite (1:1) contenant 10 O/o sodium-illite et 5 o/o kaolinite ayant une dimension de particules de moins de 50 microns. La concentration de la suspension d'alimentation est 60 g/litre. On agite les échantillons pendant 2 minutes sous agitation rapide et on ajoute à chaque échantillon 0,8 mg/litre d'un mélange de sodiumalcoylcellulose et scléroprotéines dans le rapport de 8 : 2.
Table B
Degré de turbidité SiOa
No des Température mg/litre
échantillons OC pH avant clarification après
9 17 3.0 210 4
10 18 4.0 210 6
11 17 5.0 310 6
12 17 7.0 210 5
13 17 8.0 210 8
14 17 9.0 210 4
15 35 6.3 165 7
16 30 6.3 165 9
17 20 6.3 165 8
18 10 6.3 165 6
19 0.5 6.3 165 8
Les données caractéristiques des échantillons de l'eau d'alimentation et de l'eau clarifiée et amollie sont résumées dans la table C.
Table C
Degré de turbidité SiO0
No des mg/litre Dureté (en degrés allemands)
échantillons avant clarification après avant clarification après
1 270 14 10.0 4.0
2 350 12 11.0 4.1
3 160 10 29.0 7.0
4 190 11 24.0 6.0
5 180 9 23.0 6.0