Domaine technique

La presente invention a pour objet un procede pour concentrer par electroosmose une boue aqueuse fluide formee de particules fines en Suspension dans l'eau. On'rencontre de telles boues, par exemple dans les residus des stations d'epuration, dans l'exploi- tation des gravieres argileuses, dans les sous-produits resultant du traitement de certains minerais (bauxite) , dans l'industrie pa- petiere, etc ...

Lorsqu'on desire manipuler coππiodement ces boues, par exemple lorsqu'il s'agit de les ramasser ecaniquement pour en charger un vehicule, il faut, au prealable les deshydrater par essorage afin de leur donner la consistance solide voulue et diminuer leur poids mort. Pour ce faire, un simple essorage sous pression ne convient pas car, en raison de la finesse des particules, les pores des fil- tres se bouchent rapidement, la filtration se ralentit exagerement et les depenses d'energie (pression) requises pour l'extraction du liquide deviennent incompatibles avec les resultats escorπptes.

Technique anterieure

On a remedie ä ces inconvenients par des procedes de filtra- 05tion bases sur 1'electro-filtration. En effet on sait que la plu- part des particules de boues minerales en Suspension dans l'eau se chargent negativement au contact de celle-ci et, en consequen- ce, placees dans un champ electrique, elles migrent en direction de l'anode oü elles s'accumulent creant, ainsi, au voisinage de la cathode, une region apauvrie en matieres solides (electropho- rέse) .En intercalant entre ces electrodes un obstacle microporeux

(me brane a proprietes osmotiques) , les particules de boues seront retenues dans le compartiment anodique alors que le liquide, tra- versant la membrane, sera entraine dans le compartiment cathodi- que. Le principe de type de filtration par cathaphorese est illus- tre par le brevet US No 4,003,811 qui decrit un procede consistant ä introduire une Suspension de particules dans le compartiment ano¬ dique d'une cellule electrocinetique σo portant une anode et une cathode, celles-ci etant separees par une meπforane permeable ä l'eau et impermeable aux particules d'argile. Puis, on applique un cou- rant continu entre les electrodes ce qui provoque le passage de l'eau ä travers la membrane et le depδt des particules sur l'elec- trode positive. Ce processus peut se derouler en continu, le depδt solide d'argile etant periodiquement detache de l'anode sur laquelle il s'est depose, tandis que l'exces de liquide du compartiment ca- thodique est evacue regulierement. II existe d'autres procedes d'e- lectro-filtration bases sur le meme principe, certains faisant in- tervenir, en plus, une pression ä laquelle est soumise la boue ä essorer. Parmi les documents σoncretisant cet etat de la technique, on peut citer les documents suivants : "The Electrical De atering of Clay Suspensions", par CE. CURTIS, Annual Meeting American Ce- ramic Society, Cleveland, Ohio, Febr.1931; Electro-Osmotic and Elec- trophoretic Dewatering as Ajplied to Solid-Liquid Separation" par C. RÄMPALEK, dans Solid Liquid Separation by J.P.POOLE & D.DOYLE, H.M.S.O. London (1966); "Application of Electroosmosis in the Gon- solidation of Clayey Soils" par L. 2___aETT__, L'Energia Elettrica 27, 625-31 (1950); "Electro-Chemical Treatment of Clays" par CM. PANT, A. KUMAR et K.P. SHÜKLA, Soils & Fertilizers 16 (1953), Ab- stract.402; les brevets americains 3,773,640-2,099,328-4,001,100- -4,003,819; les brevets allemands No 163.549-316.444-154.114-124.509- -128.085-131.932; le brevet franςais No 2.231.627 et le brevet an- glais No 169,315. Ainsi, la demande de brevet frangais 2.231.627 (27.12.74) concerne un procede de deshydratation d'une boue dcϊns lequel on transporte de la boue deposee sur une bände perπeable aux fluides, on fait passer ä travers cette boue un courant con- tinu entre des electrodes ä electro-endosmose placees de part et d'autre de la couche de boue (c'est-ä-dire l'anode au-dessus et la cathode au-dessous de la bände perπeable) et, si ultanement,

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on soumet la boue ä une pression.

Le brevet allemand DPS 316.444 (14.02.1918) decrit un dispo- sitif pour 1'electro-filtration de boues aqueuses comportant une grille etallique cathodique sur laquelle on depose la boue ä fil- trer et une plaque anodique abaissable ä volonte sur la couche de boue de maniere ä la presser πecaniquement au cours de 1'electro-fil¬ tration. La grille, qui peut se deplacer cαπme une bände sans fin, repose sur un support ä trous ä travers lequel le liquide filtre s'ecoule. Cependant, la mise en oeuvre de ces procedes est toujours delicate car il est difficile d'equilibrer les effets du champ e- lectrique et ceux düs ä la pression. En effet, le champ electri- que a tendance ä retenir les particules ä proximite de l'anode et ä empecher qu ¹ elles ne bouchent le filtre cathodique. La pression, au contraire, bien qu'elle favorise le passage du liquide ä tra¬ vers les mailleε du filtre, a .tendance ä piaquer les particules sur celui-ci et ä en boucher les pores. C'est donc un equilibre energetique qu'il faut etablir entre la tension electrique et la pression dynamique, les parametres de cet equilibre variant en fonc- tion de la quantite d'eau que contient la boue ä un instant donne et, en consequence, en fonction du degre de filtration. En effet, plus la boue se deshydrate plus la filtration se ralentit et plus la pression necessaire pour maintenir une vitesse de filtration süffisante devient elevee. Il convient de noter que le fait de maintenir une pression superieure ä la pression atmospherique dans le cas d'une installation de filtration en continu est extremement difficile et revient tres eher ä cause, principalement, des pro- blemes d'etancheite qui doivent etre alors resolus. Expose de l'invention Le procede de l'invention per et justement d*elever peu ä peu la pression ä laquelle est soumise la boue au cours de la filtra¬ tion et, ceci, d'une maniere particulierement naturelle et progres¬ sive sans faire appel ä un dispositif dans lequel intervient une pression de gaz. Suivant ce procede, on introduit la boue dans une eneeinte, de preference tubulaire, dont au moins une des parois en contact avec la boue compoite une cathode filtränte en matiere conduetrice

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poreuse qui retient les constituants solides de la boue mais lais- se passer le liquide de celle-ci. Cette cathode peut consister en une plaque d'un metal poreux ou, plus simplement, en une plaque metallique perforee recouverte d'un tissu ä mailles tres fines, 5 ce tissu pouvant etre lui-me e conducteur (tissu mstallique) ou isolant (tissu plastique) . Cette enceinte contient encore, bien entendu, une anode placee parallelement ä la cathode, lui faisant face et ä une distance convenable de celle-ci, cette anode etant egalement en contact avec la boue. On applique alors entre les elec- 0 trodes une tension süffisante pour creer, ä travers la boue, un champ electrique et ainsi provoquer, par electro-osmose, le pas¬ sage du liquide ä travers la cathode filtrante. Cette tension est de l'ordre de 10 ä 70 V/cm. Si ultanement, on fait progressivement circuler la boue du haut en bas de 1'enceinte, l'axe longitudinal 5 de celle-ci etant dans une position' non horizontale; chaque element de la boue en mouvement estalors soumis ä une pression hydrosta- tique qui s'accroit avec son deplacement vers le bas, 1*effet de cette pression sur l'exsudation du liquide renforcant progressi¬ vement celui du champ electrique et augmentant l'efficacite relative ^ de la filtration au für et ä mesure que la boue descend dans 1'en¬ ceinte et qu'elle s'epaissit.

L'augmentation de la pression hydrostatique par cm parcouru ä laquelle la boue est soumise est, bien entendu, fonction de l'in- clinaison de 1'enceinte. Elle est aximum lorsque 1"enceinte est 5 en position verticale. Si desire, on peut soumettre la boue dans 1'enceinte ä une pression globale additionnelle, par exemple une pression d'air ou de gaz, ou une pression mecanique par le moyen d'un piston ou par pressage au moyen de l'anode.

II est ä noter que, dans le brevet allemand DRP 476 144 on 0 decrit un dispositif pour deshydrater des boues par electro-osmo¬ se. La figure 1 du dessin de ce brevet represente un tube de sec- tion rectangulaire dont deux des parois opposees sont munies d'elec¬ trodes, la cathode etant perforees et permettant le passage d'un liquide. La partie inferieure du tube est aveuglee par un tiroir mobile. On introduit la boue sous pression par le haut du tube ou eile se deshydrate, l'eau s'ecoulant ä travers la cathode et, de la, hors du tube par un canal de sortie. Une fois la boue suffi-

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samment deshydratee, on - de asque la sortie inferieure du tube en retirant le tiroir de maniere que ladite boue soit expulsee au de- hors. Ce dispositif fonctionne de maniere inter ittente et la fil¬ tration s'effectue sous pression, ce qui constitue deux defauts qui n'existent pas dans la presente invention.

Par ailleurs, il faut encore signaler une publication dans ce dαnaine, en l'occurence la demande de brevet allemand DOS 1.927.740 qui concerne un dispositif et un prccede de filtration de boues. La revendication de procede (revendication 7) , la plus generale, ä la teneur suivante :

"Procede electrique de filtration pour purifier un milieu com- portant plusieurs phases suivant lequel on verse le milieu ä fil- trer dans un recipient ccntenant un element filtrant et on en reti- re en continu la phase liquide par une sortie situee ä la partie inferieure du filtre, caracterise χ_>ar le fait qu'on accelere le deplacement et la Separation des particules solides et liquides constituant le milieu poly-phases en appliquant une difference de potentiel entre une electrode agencee dans -1*element filtrant et une autre electrode en contact avec le milieu ä- filtrer de anie- re a creer un champ electrique dans le recipient".

En outre, une des figures du dessin de cette reference (fig.4) represente un recipient tronconique inverse dont le fond est cons¬ titue d'un σδne central perfore (cathode) par ou s'ecoule en con¬ tinu l'eau de filtration, la matiere solide deshydratee etant eli- minee egalement en continu par des ouvertures annulaires de la ba- se inferieure du tronc du cδne (petite base) . Ce dispositif pre¬ sente quelque analogie avec une des formes d'execution de l'inven¬ tion et, ä premiere vue, son fonctionnement ressemble ä celui du procede revendique. Il en differe cependant par deux points d'i - portance pratique indeniable : il n'y a aucun moyen envisage pour faire circuler la boue et, par ailleurs, les electrodes ne sont pas en face l'une de 1'autre et ne sont pas paralleles l'une ä 1'au¬ tre ce qui empeche la creation d'un champ electrique homogene pro- pice ä une electro-filtration efficace. En consequence, ce disposi- tif oonnu ne presente pas les avantages des dispositifs mettant en oeuvre la presente invention cσimve on le verra ci-dessous. En •effet, le present procede peut etre mis en oeuvre au moyen d'un

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dispositif σo prenant une chambre tubulaire de section rectangu- laire dont l'une des faces generatrices coπporte un treillis con- ducteur cathodique, et la face opposee une bände anodique. Les pa- ra etres dimensionnels de ces elements dependent essentiellement des caracteres chimico-physiques de la boue ä filtrer, de sa te- neur en eau, de sa fluidite, de la dimension des particules, de leur affinite utuelle, etc ... Ces parametres pourront etre fa- cilement determines par l'homme de metier en fonction des besoins. Ainsi, en general, on peut obtenir grace au present procede des taux d'extraction de l'ordre de 60 % de l'eau contenue dans la boue en 15 ä 30 minutes.

Meilleures manieres de realiser l'invention

Le dessin annexe represente trois for es d'execution du dis¬ positif permettant de mettre le procede en oeuvre. La figure 1 represente schematiquement en coupe une encein¬ te de filtration vue en position de travail.

La figure 2 est une coupe de cette enceinte selon la ligne II-II.

La figure 3 represente une Variante plus elaboree d'enceinr- te de filtration.

La figure 4 represente une Variante plus performante de 1'en¬ ceinte de la figure 3.

Le dispositif represente ä la figure 1 co prend une chambre tubulaire 1 constituee de deux plaques metalliques perforees 2 et 3 separees par des eclisses 4 en matiere isolante, le tout etant maintenu en place par des serre-joints 5 agissant sur des longe- rons 6.

Le dispositif comprend deux bandes de tissu filtrant plasti- que ou metallique 7 et 8, mobiles, et pouvant coulisser longitu- dinalement au contact des plaques 2 et 3, celles-ci etant reliees aux bornes, respectivement negatives et positives, d'un generateur de oourant oontinu 9.

Le dispositif comprend enσore un support 10 et un bac de re- cuperation d'eau 11. Lors du fonctionnement du present dispositif, on introduit la boue ä filtrer sous forme d'une Suspension fluide dans 1Ouver¬ türe superieure de la chambre 1, entre les portions libres des ban-

des 7 et 8, puis on applique une tension continue entre les elec¬ trodes 2 et 3, de maniere que 1'electro-filtration s'effectue, l'eau s'ecoulant sous forme de gouttes 12 qui s'accumulent dans le bac 11. Au für et ä mesure que la boue descend dans la chambre 1, eile 5 est soumise ä une pression hydrostatique croissante dont la gran- deur depend de sa position par rapport au niveau superieur d'en- tree. Cet accroissement de pression compense le ralentissement nor¬ mal de la filtration du ä la diminution du taux en eau de la boue et, ceci, sans que cette pression n'atteigne des valeurs trop gran- ° des pouvant conduire au colmatage du filtre. Par ailleurs, au für et ä mesure de sa descente, la boue, perdant son eau, s'epaissit et, pour faciliter son deplacement en fin de parcours, on l'entraϊ- ne en deplagant par traction les bandes filtrantes 7 et 8 dans le sens de la fleche. On obtient ainsi, ä la sortie du filtre, un ga- 5 teau de boue filtree compact ayant ^' perdu une quantite notable de son eau de depart et pouvant etre manipule aise ent avec des ou- tils (pelles) .

La Variante representee schematiquement ä la figure 3, com¬ prend les principaux organes fonctionnels suivants -: 0 Une cathode 22, une anode 23, egalement constituees par des tδles de metal perfore, par exemple en acier inoxydable. Deux treil- lis fixes, respectivement 27 et 28, aux mailles tres fines (de 10 ä environ) appliques et fixes sur les electrodes 22 et 23. Deux bandes sans fin 24 et 25, en treillis grossier de matiere iso- lante, se deplagant en continu grace ä des rouleaux 26 entraϊna- bles par un moteur non represente. Une tremie de chargement 29, un conduit de sortie 30 et un bac ä eau 31.

Lors du fonctionnement de ladite Variante, on Charge la boue par la tranie 29 et celle-ci est entraϊnee par les rubans ajoures 24 et 25 du haut en bas de l'appareil. Tout en circulant, cette boue est soumise au champ cree par les electrodes perforees 22 et

23 et ä la pression hydrostatique produite par son propre poids.

Des lors la filtration s'effectue regulierement et les gouttes

(33) s'accumulent au bas de l'appareil tandis que les gaz eventuel- lement produits par l'action du courant electrique sur la boue se degagent ä travers l'anode perforee (35). La boue deshydratee en fin de course est evacuee par le conduit 30 sous forme d'un bou-

din de consistance semi-solide qui peut etre aisement Charge dans un camion et transporte co me de la terre ordinaire.

La Variante representee ä la figure 4 comprend deux cathodes perforees 42 placees symetriquement de part et d'autre d'une ano- de centrale creuse 43, egalement perforee; ces electrodes etant fabriquees en un netal inerte dans les conditions de travail, en acier inoxydable par exemple. Le dispositif comprend encore des rubans 44 et 45 en tissu ou treillis filtrant ä mailles tres fi- nes acσoles, dans la zone de filtration, ä des bandes sans fin 47 et 48 aux mailles grossieres entrainees en continu par des rouleaux 46 grace ä l'action d'un moteur non represente au dessin. Gemme on le voit au dessin, le trajet des rubans 44 et 45 n'est pas le me que celui des bandes 47 et 48 en dehors de la zone de filtra¬ tion, les premiers etant devies vers l'exterieur par des tendeurs munis de poulies, celles-ci figurant au dessin au chiffre 49. Le dispositif oomprend encore une tremie de chargement 50 un conduit de sortie 51 et des bacs 52 de recolte de l'eau de filtration.

Lors de son fonetionnement, cette Variante se co porte com¬ me la Variante rerpresentee ä la figure 3 ä 1-exception du fait que son action de filtration est symetrique par rapport ä son axe longitudinal lequel est oecupe par l'anode. Celle-ci etant creu¬ se, les gaz eventuellement produits par reaction anodique se de- gagent ä l'interieur de l'anode et sont expulses vers le haut com¬ me l'indique la fleche 53. Par ailleurs les rubans filtrants 44 et 45 etant intercales entre la boue ä filtrer et les bandes d'en- traϊnement 47 et 48 et se deplagant de concert avec elles, celles- ci sont protegees des contaminations par la boue ce qui facilite l'entretien du mecanisme d'entraϊnement et diminue son usure. Pen¬ dant la marche du dispositif, la boue attenant au tissu ou treil- lis filtrant des rubans 44 et 45 peut etre aisement eliminee par raclage ou lavage au niveau des taπbours 49. Les dispositifs de raclage ou de lavage (par exemple au moyen d'un jet d'eau) sont classiques et, pour ne pas compliquer la lecture du dessin, n'ont pas ete representes. Application pratique

L'exemple qui suit illustre l'invention. Exemple

On utilise un dispositif conforme ä celui decrit ä la figure 3 dont les cotes sont approximativement les suivantes : plaques perforees 22 et 23 : 25 x 200 cm. Separation entre les electrodes : 4 cm. Les plaques perforees sont en tδle d'acier inoxydable de 1 mm co portant des trous de 0,5 cm places ä environ 2-3 cm les uns des autres. Les grilles 27 et 28 sont en acier inoxydable ou en nic el et leurs mailles sont de 80_ .m.

Par la tremie superieure on introduit de la boue argileuse provenant d'une graviere, cette boue contenant 600 g environ de matieres minerales par litre. Puis on fait defiler les rubans d'en- traϊne ent 24 et 25 en polyethylene ajoure ä une vitesse d'envi¬ ron 50 cιη/min et, simultanβnent, on etablit une tension de 15 V/cm entre les electrodes. L'eau sourd ä travers les perforations de la cathode 22 et s'accumule dans' le bac 31 tandis que la boue con- centree est extraite par le tube 30 apres avoir perdu environ 60 % de son eau initiale.

La consommation electrique est de l'ordre de 15 KWh par τ ^~ ? d'eau extraite ä une densite de courant d'environ 0,3 A/dm ² .

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