FR3050651A3

FR3050651A3 - Reacteur de cristallisation

Info

Publication number: FR3050651A3
Application number: FR1753683A
Authority: FR
Inventors: Polo Jose Ferrer; Torrecillas Maria Aurora Seco; Blanco Alberto Bouzas; Baviera Ramon Barat; Falomir Luis Borras; Ortega Nuria Marti; Alcaniz Laura Pastor; Cavero Eduardo Morales; Hernandez Silvia Donate; Gonzalez Sofia Grau; Denis Mangin; Claudia Cogne; Stephane Labouret; Emilie Gagniere
Original assignee: Depuracion De Aguas Del Mediterraneo S L; Universidad Politecnica de Valencia; Universitat de Valencia; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Current assignee: Depuracion De Aguas Del Mediterraneo S L; Universidad Politecnica de Valencia; Universitat de Valencia; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: FR3050651B3; ES1156783Y; ES1156783U

Abstract

L'invention concerne un réacteur (1) de cristallisation qui comprend une zone (1b) de réaction de forme cylindrique, ladite zone de réaction (1b) se trouve entre une zone (1a) de sédimentation de forme tronconique et une zone (1d) de décharge située à l'extrémité inférieure du réacteur, une zone (2) de sortie de l'effluent de forme cylindrique, située à l'extrémité supérieure, des dispositifs d'actionnement électrique (6) et des dispositifs de transport et de dosage des fluides, caractérisé en ce que les parois (5) de la zone (1a) de sédimentation du réacteur (1) présentent une pente de forte inclinaison (5a) suivie d'une pente de moindre inclinaison (5b) ; des contres-pales (4) sont fixées le long de toute la hauteur sur les parois intérieures de ladite zone de réaction (1b); un dispositif d'agitation (3), actionné par lesdits moyens d'actionnement (6), parcourt axialement le réacteur (1) entre ses extrémités supérieure et inférieure ; des conduites doseuses séparées entre elles et traversant la zone de réaction (1b) jusqu'à l'intérieur et le centre du réacteur (1) permettant l'introduction dans le réacteur de fluides d'alimentation et de substances réactives.

Description

Objet et domaine de l’invention

La présente invention se réfère à un réacteur de cristallisation.

Le domaine technique auquel appartient le présent réacteur est le traitement des eaux usées et des boues.

Etat de l’art.

La cristallisation de la struvite est actuellement une des techniques les plus prometteuses pour récupérer les nutriments des eaux usées.

Les réacteurs de cristallisation les plus utilisés sont les Réacteurs à Lit Fluidisés (RLF) ou les Réacteurs Continus Agités (RCA). Les principaux avantages que présentent les RCA par rapport aux RLF résident en ce qu'ils sont plus simples, plus flexibles dans leur utilisation, plus robustes vis-à-vis des fluctuations des conditions opératoires et moins consommateurs d'énergie, surtout lorsqu’ils sont utilisés à l'échelle industrielle.

Toutefois, la conception des RCA utilisés comme réacteur de cristallisation est complexe étant donné que de nombreux processus interviennent lors de la cristallisation de la struvite (distribution de la sursaturation dans le réacteur, mécanisme de germination des cristaux de struvite, thermodynamique et chimie de la réaction entre autres).

La conception du réacteur qui est présenté, est basée sur un modèle numérique de dynamique des fluides (Computation Fluid Dynamics, CFD). L'optimisation de la conception du réacteur repose sur 4 éléments clefs : 1) La position des conduites d’entrée des réactifs dans le réacteur pour éviter des points de sursaturation locale élevée. 2) L’agitateur qui favorise le mélange dans la zone de réaction. 3) Les contres-pales qui s'opposent à la formation d'un vortex. 4) Deux pentes de paroi dans la zone de sédimentation pour prévenir la perte des fines particules solides.

Description de l’invention

Considérant l’exposé précédent, le réacteur de la présente requête est optimisé pour intensifier la récupération du phosphore sous forme de struvite par cristallisation dans les Stations d’Epuration (STEP) des eaux usées à partir de surnageants obtenus dans la chaîne de traitement des boues.

Le réacteur de cristallisation de la présente requête consiste en un réacteur en cuve agité (RCA), qui fonctionne en continu et est composé de 2 parties fondamentales afin d’atteindre l’objectif auquel il est destiné : une zone de réaction et une zone de sédimentation, lesquelles sont limitées, au-dessus, c’est-à-dire, à l’extrémité supérieure du réacteur, par une zone d’alimentation dans laquelle entrent les fluides de travail et en bas, c’est-à-dire à l’extrémité inférieure du réacteur, une zone de décharge.

Les fluides de travail peuvent être les réactifs utilisés dans la cristallisation, tel le MgCl2 comme source de magnésium et NaOH, utilisé pour ajuster le pH de travail. Le réacteur comprend une conduite d’entrée pour chaque réactif et une conduite d’entrée pour le fluide d’alimentation. Les cristaux, une fois formés, sont extraits par la partie inférieure ou zone de décharge. L’effluent sort par la partie supérieure de la zone de sédimentation à travers un déversoir.

Les éléments innovants que présente ce réacteur de cristallisation de la présente requête par rapport aux autres réacteurs existants sont ies éléments structuraux suivants : a) Conduites doseuses ou buses latérales pour l’introduction des matières réactives, selon un angle de séparation de 120 degrés : la position de ces conduites d’entrée de réactif et d’entrée d’aiimentation en fluide dans le réacteur a une grande importance pour le processus de cristallisation. Dans la présente invention, elle évite que ces conduites soient proches les unes des autres afin de prévenir la formation de fortes sursaturations locales ce qui évite l’augmentation de la vitesse de germination des cristaux, et par conséquent, la formation de cristaux fins qui pourraient être perdus dans l’effluent. Pour éviter ce problème le réacteur de la présente invention inclut trois conduites doseuses, ou buses, ou iances, latérales décalées de 120 degrés, qui introduisent les 3 débits ou fluides de travail (fluides d’alimentation, NaHO, MgCb) dans la zone de réaction, juste en-dessous de l’agitateur. De cette manière, les fluides contenant les réactif et le fluide d’alimentation se mélangent préalablement avec la solution globale, ce qui diminue le niveau de la sursaturation. b) Agitateur : pour un mélange adéquat dans la zone de réaction, il a été choisi un agitateur à hélice, dont l’hélice est composée de 3 pales ou aubes. Il s'agit d'un agitateur à débit axial qui produit un faible encroûtement des parois et favorise la croissance des cristaux. A l'extrémité de l'axe de l'agitateur, près de la zone de décharge du réacteur, il a été ajouté un second agitateur qui consiste en une petite turbine. Sa fonction est de prévenir le dépôt de solides dans la partie inférieure du réacteur où se trouve la sortie destinée à l'extraction des cristaux. c) Contres-pales : Le réacteur compte trois contres-pales dans la zone de réaction pour optimiser le mélange et éviter l'apparition de "zones mortes". Il existe un espacement entre les contres-pales et les parois du réacteur pour prévenir le dépôt de solide sur les contres-pales. d) Deux pentes dans la zone de sédimentation : la zone de sédimentation du réacteur doit éviter la perte des solides les plus fins avec l'effluent qui réduirait l'efficacité de la récupération du phosphore. Afin d'optimiser la sédimentation des solides formés et éviter leur dépôt sur les parois, les parois de la zone de sédimentation ont deux pentes distinctes. La première moitié de la zone de sédimentation a été conçue avec une inclinaison de 60 degrés par rapport à l'horizontale et la seconde moitié avec une inclinaison de 45 degrés.

Brève description des dessins.

Figure 1 : représente une vue de face du réacteur de cristallisation.

Figure 2 ; représente une vue de dessus du réacteur de cristallisation.

Description détaiiiée d’une réalisation.

La récupération du phosphore sous forme de struvite a été menée à bien dans une station d'épuration (STEP) des eaux usées qui traite un débit de 23000 m®/jour et dispose d'une élimination biologique de la matière organique, azote et phosphore (schéma A^/0). Le surnageant est produit dans l'épaississeur primaire au sein duquel est installé un système d’élutriation pour favoriser l'extraction du phosphore. Le débit de ce surnageant qui alimentait le réacteur de cristallisation était de 12,5 m^/jour. Les concentrations de phosphore et d'azote ammo-niaqué étaient respectivement de 974mgP/L et 98mgN/L. Un ajout de MgCb était réalisé en raison du faible rapport Mg/P dans le courant d'alimentation (0,4). L'emploi de NaOH était destiné au contrôle du pH.

Le réacteur de cristallisation (1) est un réacteur vertical d'un volume de 5,12 m® et de 3 m de hauteur, qui comprend, d’une part, une zone de réaction (1b) de forme cylindrique et de volume 2,11 m®. Cette zone de réaction (1b) est dotée d’un dispositif d’agitation (3) axial qui est activé par un dispositif d’actionnement électrique. Le dispositif d’agitation (3) comprend une hélice (3a) et une turbine (3b), situées vers l’extrémité correspondant à une zone de décharge (1d) du réacteur. L’autre extrémité du dispositif d’agitation (3) est reliée à un dispositif d’actionnement électrique (6). De cette façon, les zones « mortes » sont évitées dans le réacteur. Sur les parois internes de la zone de réaction (1b) du réacteur, sont fixées 3 contres-pales qui s’étendent sur toute la hauteur de la zone de réaction, ainsi que 3 conduites d’alimentation des fluides (2a) et des réactifs (2b) séparées les unes des autres par un angle de 120 degré, pour l’entrée des fluides et le dosage des réactifs. D’autre part, le réacteur (1) comprend une zone de sédimentation (la) d’un volume de 3,01 m^, lequel est limité par une zone de sortie des effluents (2). La zone de sédimentation (la) est conçue avec 2 pentes (5), une pente de plus grande inclinaison (5a) suivie d’une pente de plus faible inclinaison (5b), afin d’améliorer l’efficacité de récupération du phosphore. Ainsi, la forme cylindrique de la zone de réaction (1b) est limitée par les formes tronconiques correspondant à la zone de sédimentation (la), à partir de ces deux pentes. Le réacteur (1), à l’extrémité de la forme tronconique qui présente la plus faible inclinaison, reprend une forme cylindrique dans la zone de sortie de l’effluent (2), avec un diamètre supérieur à celui de la zone de réaction (1b). L’efficacité de récupération du phosphore a été de 70%, la concentration en phosphore dans l’effluent étant de 7 mg/l et la production de struvite dans le dispositif étant de 8 kg/jour.

Claims

REVENDtCATIONS

1. Réacteur (1) de cristailisation qui GOmprend une zone (1b) de réaction de forme cylindrique, ladite zone de réaction (1b) se trouve entre une zone (ta) de sédimentation de forme tronconique et une zone (1d) de décharge située â l’extrénriité inférieure du réacteur, une zone (2) de sortie de l’effluent de forme Gylindrique, située à rextrémité supérieure, des dispositifs d’actionnement électrique (6) et des dispositifs de transport et de dosage des fluides, caractérisé en ce que les parois (5) de la zone (la) de sédimentation du réacteur (1) présentent deux pentes, une pente étant de plus forte inclinaison (Sa) et l’autre pente étant de moindre inclinaison (5b) ; des contres-pales (4) sont fixées sur les parois intérieures de ladite zone de réaction (1b), le long de toute la hauteur de ladite zone de réaction ; un dispositif d’agitation (3), actionrié par le«iits moyens d’actionnemènt (6), parcourt axialement le réacteur (1) errtie ses extrémités supérieure et inférieure ; des conduites doseuses (2a, 2b) séparées entre elles et traversant la zone de réaction (1b) Jusqu’à rintêrieur et le centre du réacteur (1) permettant rintroduction dans le réacteur de fluides d’alimentation et de substances réactives.
2. Réacteur de cristallisation selori la revendication 1, caractérisé en ce que lé système d’agitation (3) comprend â son extrémité correspondant à la zone de décharge (1d), une turbine et une hélice (3a).