La présente invention concerne un procédé et un appareil de traitement des eaux usées par l'utilisation des produits obtenus par réaction de l'eau sur l'amalgame d'aluminium.
Actuellement, les eaux usées peuvent être traitées, soit par une épuration biologique pour des effluents de type urbain, soit par des traitements physiques (décantation, flottation, etc.) ou chimiques (neutralisation, précipitation, etc.) pour effluents purement industriels.
Le traitement des mélanges d'effluents de type urbain et de type industriel est souvent impossible en raison d'incompatibilités entre les produits d'origine industrielle et la masse biologique destiné à l'épuration des eaux d'origine urbaine. Les effluents industriels apportent soit des poisons, soit des composés inertes, mais non biodégradables, comme, par exemple, certains hydrocarbures émulsionnés qui perturbent l'aération et la décantation.
Dans tous les cas, même s'ils n'agissent pas comme des inhibiteurs des réactions biologiques, beaucoup de composés d'origine industrielle ne sont pas digérés et se retrouvent en grande partie à la sortie des appareils de traitement qui ne sont pas, la plupart du temps, prévus pour les recevoir.
La présente invention a pour objet un procédé pour le traitement des eaux usées par flottation, caractérisé en ce que ce traitement est réalisé par réaction desdites eaux avec de l'aluminium amalgamé, et que l'on recueille d'une part le matériau qui se forme à la surface de l'eau et d'autre part l'eau traitée.
La présente invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit, caractérisé en ce qu'il comporte un bassin muni d'une amenée d'eau usée, de plaques ou de déchets d'aluminium amalgamé, d'un dispositif permettant d'enlever les corps flottants et d'un soutirage d'eau traitée.
A la fig. 1, un bassin 1 de forme générale rectangulaire est montré en coupe longitudinale avec la canalisation 2 et la cloison siphoide 3 associée à la goulotte de sortie 4. Légèrement au-dessus du fond et particuliérement du côté de la canalisation d'entrée 2, c'est-à-dire à droite sur la fig. 1, sont disposées des plaques d'aluminium 5 assemblées, par exemple, pour former une grille dont les mailles sont des surfaces verticales. Au-dessus du bassin 1, est disposé un racleur d'écume 6 de type classique.
Avant d'être introduites dans le bassin, les plaques d'aluminium 5 ont été traitées en surface avec des traces de mercure ou de sels de mercure. Par exemple, le traitement peut comprendre un décapage préalable des plaques avec une solution diluée de soude suivi d'une immersion dans une solution chlorhydrique de chlorure mercurique ou dans une solution nitrique de nitrate mercurique. Ainsi traité, I'aluminium peut attaquer l'eau en formant un hydrate d'aluminium et de l'hydrogène. La réaction ne s'arrête pas car la couche d'hydrate ne passive pas la surface de l'aluminium en se collant sur cette surface, mais au contraire s'en détache continuellement sous forme de minces couches, ce qui a pour effet de mettre à nu de l'aluminium qui continue à attaquer l'eau. Pratiquement le mercure utilisé reste à la surface de l'aluminium.
En effet, il ne peut former de combinaison chimique et s'amalgame de nouveau avec une autre particule d'aluminium,
L'amalgame étant l'élément actif de la réaction avec l'eau. Cela est très important car il faut éviter que le mercure ne s'échappe, ce qui est le cas tant qu'il y a de l'aluminium dans le bassin de flottation.
L'hydrogène libéré au cours de la réaction forme des microbulles 7 qui montent à la surface. La distribution des microbulles dans le bassin 1 est sensiblement celle représentée à la fig. 1 quand on a atteint un régime continu de flottation en tenant compte du débit de liquide à traiter à l'entrée de la canalisation 2 et de la position des plaques 5. On doit, en effet, éviter de faire passer des bulles entre la cloison siphoïde 3 et la goulotte 4 car ces bulles n'interviennent plus dans le processus de flottation et, d'autre part, à la surface du liquide à l'intérieur du bassin 1, la répartition des bulles doit être aussi uniforme que possible pour obtenir une masse flottée d'épaisseur pratiquement constante.
La fig. 2 est une coupe transversale d'un flottateur du type de celui de la fig. 1, le plan de coupe passant par la grille des plaques 5. Les parois latérales 8 et 9 du bassin sont verticales, ce qui convient par exemple à la flottation d'un liquide peu chargé pour obtenir une couche flottée mince. De plus, au fond du bassin, sont prévues des rigoles 10 et 11 dans lesquelles se rassemblent des boues lourdes qui ne peuvent flotter. Le rassemblement des boues dans les rigoles 10 et 11 peut être facilité en prévoyant un fond de bassin 12 non horizontal, mais présentant des parties inclinées vers les rigoles. Le bassin est complété par des pompes, non montrées, aspirant les boues lourdes.
Dans le cas de la flottation d'un liquide très chargé, on pourrait prévoir des parois latérales de bassin non verticales, mais plutôt évasées vers l'extérieur. Cette forme permet alors d'obtenir une couche flottée moins épaisse et répartie sur toute la largeur du haut du bassin. De plus, si les parois du bassin sont en béton, cette forme est plus facile à réaliser.
La fig. 3 est une coupe longitudinale d'une variante de flottateur comportant un bassin dans lequel on trouve, de haut en bas, la couche flottée, la canalisation d'entrée 13 introduisant le fluide brut, le réseau de plaques d'aluminium éventuellement réparties sur toute la section du bassin et le collecteur 14 qui peut être ramifié et qui soutire le fluide flotté. A noter que de préférence les ouvertures de la canalisation 13 sont percées à la surface supérieure de celle-ci si bien que les courants de fluide brut ont la direction des flèches. Les microbulles créées par les plaques 5 d'aluminium entraînent rapidement vers la couche flottée les particules liquides ou solides entraînées par le fluide sortant de 13.
La fig. 4 montre un système de deux bassins destinés à la flottation de matières entrant dans le bassin principal 15 par l'entrée 16. Le générateur de microbulles comporte une enceinte 17 contenant des plaques ou des déchets d'aluminium traités comme on l'a dit plus haut et indiqués en 18. L'enceinte 17 est, à l'exception d'un évent 19, fermée à sa partie supérieure; elle comporte une entrée d'eau 20 et une sortie d'eau 21. Au cours de la réaction de l'eau passant dans 17 sur l'aluminium 18, I'eau se charge en bulles d'hydrogène, sort par 21 et est mélangée avec le fluide brut transporté par la conduite 22 dans une vanne mélangeuse 23, qui peut être de construction classique. Ainsi le liquide chargé de matières à flotter entrant par 16 dans 15 est également chargé de microbulles.
A noter que l'entrée 16 peut, selon les cas, être une entrée complexe à plusieurs orifices permettant d'atteindre une bonne distribution des bulles dans le bassin 15.
L'eau introduite dans l'enceinte 17 peut être dérivée de la sortie 24 du bassin 15 et être, avant l'entrée 20, mélangée avec une solution basique ou acide introduite par 25 dans la vanne mélangeuse 26.
C'est d'ailleurs dans ce cas que le générateur auxiliaire de bulles 17 trouve sa pleine efficacité. En effet, au cours d'expériences, on a pu remarquer que la quantité des microbulles d'hydrogène produites dans la réaction de l'eau sur l'aluminium traité était fonction du pH de l'eau et augmentait quand on s'écartait du point de neutralité. Cette remarque est mise à profit dans l'exemple de réalisation de la fig. 4 car la quantité de bulles produites dans l'enceinte 17 est indépendante du pH du liquide brut entrant par la canalisation 22. Si, par exemple, le fluide brut est basique. on peut ajouter une solution acide par 25 et 26 en obtenant un bon dégagement de bulles et l'acide ajouté neutralisera le caractère basique du fluide brut dans 15. Cette neutralisation in situ présente l'avantage de provoquer une coagulation supplémentaire.
En effet, à la sortie du générateur 17, l'eau transporte non seulement des bulles, mais également des ions Al+ + +, si le pH de 17 est acide, ou A102- (aluminate), si le pH de 17 est alcalin. Dans les deux cas la neutralisation par mélange donne naissance à un floc chimique:
Al+++ + 3 OH- Al(OH)3
Alo2- + H+ + H20 < Al(OH)3
On aura ainsi réalisé à la fois une floculation, la flottation et la neutralisation pour obtenir à la sortie 24 de l'eau flottée neutre.
L'évent 19 permet d'éliminer directement l'hydrogène en excès.
La fig. 5 montre un autre exemple de réalisation comportant un bassin, par exemple cylindrique, 27 avec une entrée 28 au fond du bassin pour le liquide brut, un compartiment générateur de microbulles défini par une cloison 29 et contenant des plaques ou des déchets d'aluminium traité 30, une zone de flottation définie par la cloison siphoïde 31 et une goulotte de récupération du liquide flotté 32. Cette disposition peut permettre de profiter de la géométrie de révolution pour améliorer la distribution des microbulles sous la mousse flottée.
La fig. 6 montre un autre exemple de réalisation convenant particulièrement à des expériences et/ou des mesures de laboratoire. Le bassin 33 peut être un simple vase en verre 33 muni d'une goulotte de récupération des matières flottées 34 et comportant une tubulure de sortie 35 au fond du vase. Le liquide brut est introduit par un tube vertical axial 36 surmonté d'un vase d'alimentation 37, le débit d'entrée étant réglé par un robinet 38. Le tube 36 peut servir d'axe à un moteur entrainant un racleur 39.
Un déflecteur 40 est monté à la partie inférieure de 36 dont il est rendu solidaire par des moyens quelconques non montrés. Enfin, des plaques d'aluminium 41 sont disposées au-dessous du déflecteur 40, ces plaques d'aluminium traité pouvant également être rendues solidaires du tube 36 par des moyens quelconques non montrés. Dans ce dernier cas très utile pour des expériences, le vase 33 peut être un vase transparent ordinaire et la sortie 35 être remplacée par des siphons classiques prenant l'eau flottée au fond du vase. Dans l'exemple de la fig. 6, le liquide brut entre dans 33 par le bas de 36, le courant entrant est dirigé vers le haut par le déflecteur 40, ce qui facilite la flottation et le liquide flotté est extrait par la tubulure 35.
Si le vase 33 est en verre, il est très facile d'observer le comportement des matières flottées et la structure du mélange de matières flottées et d'écume 42.
A la fig. 1, on a représenté la mousse flottée 43 répartie entre des cloisons 44. Ces cloisons 44 peuvent être également en aluminium très faiblement traité qui, en créant des bulles au sein de la mousse, améliore la flottation de la couche de mousse. Les cloisons 44 sont sensiblement verticales ou inclinées comme le montre la fig. 1 suivant le sens de mouvement du racleur 6 qui dans l'exemple montré racle de gauche à droite.
Quand on utilise l'aluminium sous forme de plaques telles que les plaques 5, c'est-à-dire disposées verticalement, les deux faces des plaques peuvent être activées par du mercure, les différentes structures correspondant à la géométrie du bassin: grille rectangulaire dans un bassin rectangulaire, structure rayonnante ou en spirale dans une géométrie de révolution, etc. Quand on utilise l'aluminium sous forme de plaques horizontales comme les plaques 41 montrées à la fig. 6, il est préférable de recouvrir la face inférieure d'un vernis ou d'un autre revêtement protecteur pour éviter que les bulles formées dessous ne s'agglomèrent pour monter sous forme de grosses bulles qui viendraient perturber le gâteau de mousse flottée.
Dans le cas où les effluents à traiter sont constitués par des hydrocarbures solubles, l'agitateur sera avantageusement remplacé par une turbine à grande vitesse de rotation disposée au voisinage de la surface pour provoquer une dispersion des bulles d'air dans la phase liquide. Si la turbine est immergée profondément, il est préférable d'injecter de l'air dans son voisinage. Le mélange d'hydrocarbures et des oxydes hydratés est alors dirigé vers un simple bassin de tranquillisation où se produit une flottation rapide.
A - Description d'un procédé d'activation
de plaques d'aluminium
L'activation et la mise en oeuvre des plaques d'aluminium peuvent, par exemple, s'effectuer en plongeant verticalement les plaques d'aluminium dans d'étroites goulottes, contenant du mercure, disposées au fond des cuves. Le mercure diffuse progressivement le long des surfaces des plaques et, par contact avec l'eau, il se produit des microbulles d'hydrogène et de l'alumine utilisables selon l'invention.
Cette diffusion du mercure se fait verticalement en quelques heures au bout desquelles le front de diffusion atteint la hauteur stationnaire de 13 à 14 cm.
Pour éviter cette phase de latence au démarrage, il suffit d'activer les plaques par un bref trempage de celles-ci dans une solution de sel mercurique. L'aluminium est alors mouillable par le mercure comme le témoigne l'angle de raccordement Al-Hg, qui est inversé par rapport à de l'aluminium normal. La diffusion de Hg est alors rapide, il n'y a pas d'interruption du dégagement de microbulles, et le flottateur est opérationnel dès la mise en oeuvre de l'activation.
Une plaque de 3 mm d'épaisseur est ainsi totalement consommée en 6,5 x 24 h sans discontinuer. La durée de fonctionnement de l'appareil peut être portée à plusieurs mois: soit à l'aide de plaques de forte épaisseur, soit en installant des plaques plus fines mais de hauteur suffi
sante. La consommation de l'aluminium à la base fait des
cendre progressivement les plaques.
Il est possible d'arrêter le dégagement gazeux en recouvrant les plaques d'une cuve dans laquelle est retenu l'hydrogène de la réaction.
Les plaques échappent au contact avec l'eau, le flottateur est à l'arrêt.
La suppression de la cuve provoque la mise en marche immédiate du flottateur.
L'hydrogène peut être remplacé par un gaz inerte (azote) injecté de l'extérieur.
Les essais non limitatifs suivants ont été réalisés:
B - Traitement des eaux par flottation
Exemple 1:
On a traité un effluent de suiferie, sans floculation préalable, dans un appareil tel que celui de la fig. 6. Toutes les graisses contenues dans cet effluent ont été récupérées en surface avec l'alumine produite; cette dernière a absorbé une grande partie des substances dissoutes ou colloïdales présentes dans l'effluent. La réduction de la demande chimique en oxygène atteint 40% par rapport aux traitements connus et peut atteindre 60% si les graisses n'ont pas été préalablement émulsionnées par une pompe centrifuge ou un agent tensio-actif.
Exemple 2:
Un effluent de conserverie de viandes est introduit dans un floculateur dans lequel sont injectés du sulfate d'alumine et de la chaux pour en augmenter le pH. Après un temps de contact de 20 mn l'effluent est introduit dans un appareil de flottation tel que celui représenté sur la fig. 1.
L'eau flottée est débarrassée de ses matières en suspension qui sont retenues dans la couche flottée. Le taux de réduction de la demande chimique en oxygène atteint 70%. Si les effluents contiennent presque exclusivement des corps gras, le taux de réduction de la demande chimique en oxygène peut atteindre 95 à 97%. La couche flottée obtenue est stable pendant plusieurs jours.
Exemple 3:
Des effluents de cabines de pistolétage chargés de peintures sont admis dans un floculateur préliminaire avec des quantités appropriées de chlorure ferrique. La légère alcalinité originelle de ces effluents n'a pas nécessité de compenser l'acidité du chlorure ferrique par un réactif basique. L'effluent floculé est admis dans un flottateur selon l'invention. Le taux de matières en suspension de l'eau traitée est inférieur à 25 ppm. La demande chimique en oxygène de l'eau ainsi traitée est réduite à celle correspondant à la solubilité des solvants non absorbés par l'hydroxyde ferrique.
La finition peut se faire sur charbon actif mais n'est pas nécessain si l'on remplace le chlorure ferrique utilisé dans la phase préliminaire par de l'alumine provenant, selon l'invention, d'une attaque d'un amalgame d'aluminium par de l'eau. La couche flottée est très stable et n'est pas modifiée trois semaines après son raclage.
C - Traitement des eaux par floculation
Les boues d'hydroxyde d'aluminium sont obtenues par attaque d'amalgame d'aluminium par de l'eau. Les opérations de vieillissement mentionnées dans l'exemple ci-après consistent en un stockage (ou une décantation) pendant des durées variant de quelques dizaines de minutes à plusieurs heures suivant la température d'attaque de l'aluminium par l'eau. Si cette attaque a lieu à une température voisine de l'ambiante, le vieillissement sera de plusieurs heures; si au contraire l'attaque a lieu à une température comprise entre 50 et 70 C, le vieillissement est beaucoup plus rapide (quelques dizaines de minutes).
Exemple 4:
L'exemple 1 a été repris avec des effluents d'abattoir préalablement mélangés à des hydrocarbures émulsionnés. On a pu constater que les vitesses de réaction sont accrues et que l'effluent traité ne contient plus de matières en suspension, ni de matières colloldales, ni d'hydrocarbures. En particulier, le floc formé atteint des dimensions plus grandes.