FR2536672A1 - Centrifugal lamellar clarifier - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION EST RELATIVE A UN DECANTEUR LAMELLAIRE CENTRIFUGE DESTINE NOTAMMENT A EPURER LES EFFLUENTS CHARGES EN BOUES ET HYDROCARBURES. SELON L'INVENTION, LE DECANTEUR 10 EST COMPOSE D'UNE CUVE 11 MUNIE D'UNE ENTREE 12 ET D'UNE SORTIE 14 D'EVACUATION DES EAUX ET PRESENTE DANS SA PARTIE INTERNE UNE OU PLUSIEURS LAMELLES 13 INCURVEES DISPOSEES LE LONG DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE DE FACON A DEVIER SON PARCOURS DANS LA CUVE. L'INVENTION TROUVERA TOUT PARTICULIEREMENT SON APPLICATION COMME DEBOURBEUR-SEPARATEUR DES HYDROCARBURES UTILISES POUR LE PRETRAITEMENT DES EAUX.THE INVENTION RELATES TO A CENTRIFUGAL LAMELLAR DECANTER INTENDED IN PARTICULAR FOR DETERMINING THE EFFLUENTS CHARGED WITH SLUDGE AND HYDROCARBONS. ACCORDING TO THE INVENTION, THE DECANTER 10 IS COMPOSED OF A TANK 11 EQUIPPED WITH AN INLET 12 AND WITH AN OUTLET 14 FOR DRAINING WATER AND PRESENT IN ITS INTERNAL PART ONE OR MORE CURVED SLATS 13 ARRANGED ALONG THE L ' FLUID FLOW IN A WAY TO DEVIATE ITS COURSE IN THE TANK. THE INVENTION WILL FIND, IN PARTICULAR, ITS APPLICATION AS A DEBURROR-SEPARATOR OF HYDROCARBONS USED FOR THE PRE-TREATMENT OF WATER.
Description
L'invention est relative à un décanteur lamellaire centrifuge. The invention relates to a centrifugal lamellar settling tank.
Elle trouvera notamment son application pour épurer les eaux chargées en boues et hydrocarbures.It will find its application in particular to purify water loaded with sludge and hydrocarbons.
Actuellement, la décantation des eaux chargées en boues et hydrocarbures est réalisée soit au moyen de décanteurs simples où la séparation des boues et hydrocarbures est assurée par le simple jeu de la différence de densité existant entre liteau, les boues et les hydrocarbures. Ce type d'installation nécessite de grands volumes de stockage étant donné que la capacité de décantation est proportionnelle à la surface du bassin de décantation. Currently, the settling of water loaded with sludge and hydrocarbons is carried out either by means of simple decanters where the separation of sludge and hydrocarbons is ensured by the simple play of the difference in density existing between batten, sludge and hydrocarbons. This type of installation requires large volumes of storage since the settling capacity is proportional to the surface of the settling tank.
La vitesse de décantation peut entre très sensiblement améliorée en créant au sein du liquide à épurer une accélération importante. The decantation speed can between very significantly improved by creating within the liquid to be purified a significant acceleration.
Ce résultat est obtenu dans les cyclones ou les décanteuses à vis.This result is obtained in cyclones or decanters with screws.
Avec ces appareils, on fait tourner le fluide dans la cuve extrêmement rapidement d'où une création de force centrifuge très importante et séparation des-produits de densités différentes rapide. Malheureusement, ces installations absorbent une quantité d'énergie extrêmement importante, ce qui# limite considérablement leur exploitation. With these devices, the fluid in the tank is rotated extremely quickly, which creates a very large centrifugal force and separation of the products of different densities quickly. Unfortunately, these installations absorb an extremely large amount of energy, which considerably limits their operation.
Le but de la présente invention est de présenter un décanteur lamellaire centrifuge qui ne nécessite aucune source d'énergie extérieure tout en ayant pour un volume égal, une capacité de traitement des effluents nettement supérieure aux installations de décantation naturelle existant actuellement. The object of the present invention is to present a centrifugal lamellar settling tank which does not require any external source of energy while having, for an equal volume, an effluent treatment capacity clearly greater than the natural settling plants currently existing.
Le décanteur lamellaire centrifuge de l'invention est parfaitement adapte aux problèmes des eaux de ruissellement avec crues exceptior nelles notamment dans le cas des pluies d'orage ou tout autre problème de séparation primaire. The centrifugal lamellar settling tank of the invention is perfectly suited to the problems of runoff with exceptional floods, in particular in the case of storm rains or any other problem of primary separation.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui nta pas pour but de la limiter. Other objects and advantages of the present invention will appear during the description which follows which is however given only for information and which is not intended to limit it.
Le décanteur lamellaire centrifuge destiné notamment à épurer les effluents chargés en boues et-hydrocarbures, composé d'une cuve généralement de forme cylindrique verticale munie d'une entrée et-d'une sortie d'évacuation des eaux, est caractérisé par le fait qu'il présente une ou plusieurs lamelles incurvées disposées le long de l'écoulement du flui de de façon à le canaliser et dévier son parcours dans la cuve. The centrifugal lamellar settling tank intended in particular to purify the effluents loaded with sludge and hydrocarbons, composed of a tank generally of vertical cylindrical shape provided with an inlet and an outlet for evacuation of water, is characterized by the fact that 'it has one or more curved strips arranged along the flow of the fluid so as to channel it and deflect its course in the tank.
L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la descrip tion ci-dessous ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie inté grante. The invention will be better understood if reference is made to the description below as well as to the accompanying drawings which form an integral part thereof.
La figure l schématise le principe de fonctionnement du décanteur lamellaire centrifuge de l'invention. Figure l shows schematically the operating principle of the centrifugal lamellar settling tank of the invention.
La figure 2 illustre un mode de réalisation préférentiel du décanteur lamellaire centrifuge de l'invention. FIG. 2 illustrates a preferred embodiment of the centrifugal lamellar settling tank of the invention.
Le décanteur lamellaire centrifuge de l'invention est destiné à épurer les effluents chargés en boues et hydrocarbures c'est-à-dire respectivement des composants plus lourds et plus légers que l'eau dans laquelle ils sont en#suspenSîon. The centrifugal lamellar settling tank of the invention is intended to purify the effluents loaded with sludge and hydrocarbons, that is to say respectively components heavier and lighter than the water in which they are suspended.
Le décanteur de l'invention combine deux effets, d'une part, la decantation naturelle c'est-à-dire la séparation des différents constituants par la seule action de la gravité. Il est en effet connu, notamment par application du principe d'Archimède, que les éléments tels que les hydrocarbures de densité inférieure à l'eau et non missibles ont tendance à flotter sur l'eau alors que les éléments de densité supérieure à l'eau tels quelles boues ont tendance à couler au fond de l'eau. The decanter of the invention combines two effects, on the one hand, natural decantation, that is to say the separation of the various constituents by the sole action of gravity. It is in fact known, in particular by application of the Archimedes principle, that elements such as hydrocarbons of density less than water and non-missiles tend to float on water while elements of density greater than water as such sludge tends to sink to the bottom of the water.
D'autre part, le décanteur de l'invention utilise la force centrifuge pour réaliser la séparation des constituants. Il est en effet connu que, lorsque l'on modifie la direction d'écoulement d'un fluide, on crée au sein de ce fluide une accélération dirigée selon le rayon de courbure de la déviation, la dite accélération centrifuge jouant un rôle tout à fait analogue à l'accélération de la pesanteur et donc provoque une séparation des composants présents dans les effluents à traiter. On the other hand, the decanter of the invention uses centrifugal force to achieve the separation of the constituents. It is in fact known that, when the direction of flow of a fluid is modified, an acceleration is directed within this fluid according to the radius of curvature of the deflection, said centrifugal acceleration playing an entirely different role. analogous to the acceleration of gravity and therefore causes separation of the components present in the effluents to be treated.
Les hydrocarbures ayant tendance à se rapprocher du-centre de rayon de courbure de la déviation alors que, les éléments' lourds tels que les boues ont tendance, au contraire, à s'en écarter, au sein de la veine de fluide en circulation.Hydrocarbons tend to approach the center of radius of curvature of the deflection whereas, the heavy elements such as sludge tend, on the contrary, to move away from it, within the vein of circulating fluid.
La figure 1 schématise le principe de fonctionnement du décanteur lamellaire centrifuge de l'invention. Ce type d'installation est notamment compose d'une cuve qui fait office de bassin de décantation et qui est munie d'une entrée et d'une sortie d'évacuation des eaux. Figure 1 shows schematically the operating principle of the centrifugal lamellar settling tank of the invention. This type of installation is notably composed of a tank which acts as a settling tank and which is provided with an inlet and an outlet for discharging the water.
Dans la dite cuve, selon l'invention, on place une ou plusieurs lamelles incurvées disposées le long de l'écoulement du fluide de façon à le canaliser et dévier son parcours dans la cuve. Il est possible d'envisager d'utiliser des lamelles présentant toute une série de courbures successives, toutefois, dans l'exemple choisi à la figure 1, les lamelles 1, 2, 3 et 4 présentent une simple courbure.In said tank, according to the invention, one or more curved strips placed along the flow of the fluid are placed so as to channel it and deflect its course in the tank. It is possible to envisage using strips having a whole series of successive curvatures, however, in the example chosen in FIG. 1, the strips 1, 2, 3 and 4 have a simple curvature.
I1 a été représenté un volume 5 de forme cubique d'effluents pris en amont de la décantation. Ces effluents sont chargés notamment en boues 6 et hydrocarbures 7 disposés de façon quelconque au sein du volume. I1 has been shown a volume 5 of cubic form of effluents taken upstream of decantation. These effluents are loaded in particular with sludge 6 and hydrocarbons 7 arranged in any manner within the volume.
Ce volume est entraîné par le courant de fluide à traiter selon la direction d'écoulement et est entraîné entre les lamelles 1 à 4, tel que représenté par les volumes 8. Les lamelles 1 à 4 canalisent donc l'écoulement du fluide. This volume is driven by the flow of fluid to be treated in the direction of flow and is driven between the slats 1 to 4, as represented by the volumes 8. The slats 1 to 4 therefore channel the flow of the fluid.
De plus, puisque les lamelles sont incurvées, la direction dFe- coulement du fluide est modifiée durant son parcours. Cette déviation provoque au sein du fluide 8 une accélération qui engendrera une separation des différents constituants selon leur densité, en particulier, on retrouvera les boues 6 dans la partie extérieure de la courbure alors que, les hydrocarbures 7 auront tendance à se trouver dans la partie intérieure de la courbure. Cette séparation sera d'autant plus énergique que le rayon de courbure sera faible et que la vitesse de parcours du fluide sera élevée. Il est toutefois souhaitable de maintenir les caractéristiques de l'ecoulement telles Qu'il soit laminaire.En effet, les perturbations internes propres aux écoulements turbulents sont extrêmement défavorables à la décantation notamment des fines particules. In addition, since the slats are curved, the direction of flow of the fluid is modified during its course. This deviation causes within the fluid 8 an acceleration which will generate a separation of the different constituents according to their density, in particular, we will find the sludge 6 in the external part of the curvature whereas, the hydrocarbons 7 will tend to be in the part interior of the curvature. This separation will be all the more energetic as the radius of curvature will be small and the speed of travel of the fluid will be high. It is however desirable to maintain the characteristics of the flow such that it is laminar. Indeed, the internal disturbances specific to turbulent flows are extremely unfavorable to the settling, in particular of fine particles.
L'accélération de la pesanteur jouant égalèrent son rôle dans la décantation, les boues 6 plaquées dans la partie extérieure de la courbe auront tendance a s'enfoncer tel qu'illustré dans le-premier plan de la figure 1, alors que les hydrocarbures 7 auront tendance à remonter. The acceleration of gravity playing equalized its role in decantation, the sludge 6 plated in the outside part of the curve will tend to sink as illustrated in the foreground of Figure 1, while the hydrocarbons 7 will tend to go up.
Et donc, le volume d'eau 9 imaginé précédemment est épuré après son passage entre les lamelles 1 à 4.And therefore, the volume of water 9 previously imagined is purified after it has passed between the slats 1 to 4.
Il faut souligner que le nombre élevé de lamelles mises en jeu est favorable à la décantation. En effet, un nombre de lamelles élevé a pour conséquence de diminuer sensiblement la distance de parcours normale à la circulation, qui doit être franchie par les boues ou les hydrocarbures pour être concentrés sur le bord d'une lamelle. It should be noted that the high number of lamellae involved is favorable to decantation. Indeed, a high number of lamellae has the consequence of significantly reducing the normal travel distance for traffic, which must be crossed by sludge or hydrocarbons to be concentrated on the edge of a lamella.
Par ailleurs, il est connu qu'en régime laminaire, il existe au voisinage de la paroi une couche limite dans laquelle la vitesse d'écoulement du fluide est pratiquement nulle. Par conséquent, en prenant l'exemple des particules de boues qui sont éjectées dans la partie externe de la courbe, celles-ci pénétreront dans la couche limite réalisée au voisinage de la lamelle et ces particules de boues ne seront donc plus entraînées par le courant de circulation du fluide. Le temps de passage des particules de boues entre les lamelles du décanteur de l'invention sera ainsi artificiellement augmenté, d'où un pouvoir de décantation extrêmement fin. Furthermore, it is known that in laminar mode, there exists in the vicinity of the wall a boundary layer in which the speed of flow of the fluid is practically zero. Consequently, taking the example of the particles of sludge which are ejected into the external part of the curve, these will penetrate into the boundary layer produced in the vicinity of the lamella and these particles of sludge will therefore no longer be entrained by the current. fluid circulation. The passage time of the sludge particles between the lamellae of the settling tank of the invention will thus be artificially increased, hence an extremely fine settling power.
La géométrie des lamelles et leur disposition dans la cuve seront telles qu'elles favorisent l'écoulement laminaire du fluide dans leur voisinage. Pour cela, les lamelles seront sensiblement tangentes entre elles et leur surface devra, de préférence, ne pas comporter de points d'inflexion divergents. The geometry of the strips and their arrangement in the tank will be such that they promote the laminar flow of the fluid in their vicinity. For this, the strips will be substantially tangent to each other and their surface should preferably not have divergent inflection points.
Les lamelles devront également être tangentes à la direction d'écoulement du fluide dans-le voisinage du point de la lamelle consi dégrée. Dans ce cas, il n'y aura aucun décollement de la couche limite de la paroi. Et le bord d'attaque des lamelles par où rentre l'ecoulement du fluide sera avantageusement tel que le fluide rentre tangentiellement aux parois des lamelles. The lamellae must also be tangent to the direction of flow of the fluid in the vicinity of the point of the considered lamella. In this case, there will be no separation of the boundary layer from the wall. And the leading edge of the lamellae through which the flow of the fluid enters is advantageously such that the fluid enters tangentially to the walls of the lamellae.
Selon un mode préférentiel de réalisation du décanteur lamellaire centrifuge de l'invention, il présentera des lamelles dont les parois forment entre elles une certaine divergence. Par conséquent, pour un débit-de fluide donne, la vitesse d'écoulement diminuera progressivement étant donne que la section de passage augmentera en raison de l'écartement progressif des lamelles. La vitesse importante au départ sera favorable à la création dtune force centrifuge élevée, par contre, la vitesse ultérieure plus réduite de l'écoulement favorisera la décantation par gravité qui aura plus de temps pour se réaliser, étant donné que la vitesse d'entraînement est réduite. According to a preferred embodiment of the centrifugal lamellar settling tank of the invention, it will have lamellae whose walls form a certain divergence between them. Consequently, for a given fluid flow rate, the flow speed will gradually decrease since the passage section will increase due to the progressive spacing of the lamellae. The high speed at the start will favor the creation of a high centrifugal force, on the other hand, the later lower speed of the flow will favor the settling by gravity which will have more time to be realized, since the driving speed is scaled down.
Le mode de réalisation préférentiel adopté ici pour la fabrication des lamellesestl'utilisation de plaques cintrées en forme de portions de parois extérieures d'un cylindre telles que représentées à la figure 1. En effet, cette forme peut facilement être réalisée. The preferred embodiment adopted here for the manufacture of the slats is the use of curved plates in the form of portions of the outer walls of a cylinder as shown in FIG. 1. In fact, this shape can easily be produced.
Toutefois, le rendement du décanteur peut être amélioré en utilisant des lamelles qui sont des plaques cintrées en forme de parois extérieures de troncs de cône. Les sommets des cônes correspondant aux différentes lamelles étant dirigés vers le bas. However, the efficiency of the decanter can be improved by using lamellae which are curved plates in the form of external walls of truncated cones. The tops of the cones corresponding to the different lamellae being directed downwards.
Selon cette conception, en effet, la distance à parcourir pour une particule présente dans le fluide en circulation, pour qu'elle atteigne la paroi d'une lamelle en prenant en considération la gravite est minimale. According to this design, in fact, the distance to travel for a particle present in the circulating fluid, so that it reaches the wall of a lamella taking into account the gravity is minimal.
La figure 2 représente une réalisation préférentielle du décan~ teur lamellaire 10 de l'invention. Le décanteur 10 comprend une cuve
11 de forme cylindrique verticale qui fait office de bassin de décanta- tion et qui est munie d'une entrée 12 par laquelle sont introduits les effluents tangentiellement à la cuve 11. Cette introduction tangentielle des effluents favorise le mouvement de giration du fluide dans la cuve 11. Dans le cas envisagé ici, l'écoulement du fluide est réalisé naturellement mais il est evident qu'il peut être utilisé une pompe pour notamment augmenter la vitesse d'introduction du fluide dans le décanteur 10.Figure 2 shows a preferred embodiment of the lamellar decan ~ 10 of the invention. The decanter 10 comprises a tank
11 of vertical cylindrical shape which acts as a settling tank and which is provided with an inlet 12 through which the effluents are introduced tangentially to the tank 11. This tangential introduction of the effluents promotes the movement of the fluid in the tank 11. In the case envisaged here, the flow of the fluid is carried out naturally but it is obvious that a pump can be used in particular to increase the speed of introduction of the fluid into the decanter 10.
Les lamelles 13 sont disposées sensiblement verticalement et tangentes dans leur-partie amont à la direction d'écoulement du flux entrant. Les lamelles, en forme de portions de parois extérieures d'un cylindre, sont disposées de telle sorte à diverger légèrement en raison de leur rayon de courbure différent. La récupération des eaux épurées est réalisée par l'intermédiaire d'une canalisation d'évacuation 14.Il pourra-être avantageux de réaliser l'évacuation des eaux épurées par l'intermédiaire d'une canalisation intérieure à la cuve 10 qui disposera d'une ou plusieurs entrées placées dans les parties épurées du fluide en circulation.'
Par ailleurs, un by-passe 15 sera disposé entre l'entrée 12 et la sortie 14 de la cuve 11 afin de les placer en liaison directe notamment pour résoudre les problèmes de ruissellement avec crues exceptionnelles. Dans ce dernier cas, il n'est pas nécessaire d'épurer les eaux qui sont propres, toutefois, il était impératif de les évacuer rapidement. Pour cela, la liaison directe entrée-sortie de la cuve permet d'éviter la saturation exceptionnelle. Le by-passe 15 se présente sous la forme d'une paroi de hauteur limitée et calculée placée dans le circuit d'entrée du fluide dans la cuve et au-dessous de laquelle se trouve le circuit d'évacuation des eaux épurées. De la sorte, lorsque le niveau de fluide introduit dans la cuve dépasse la hauteur de la paroi, le trop-plein correspondant est immédiatement recueilli par le circuit en sortie de cuve et donc est évacue.The lamellae 13 are arranged substantially vertically and tangent in their upstream part to the direction of flow of the incoming flow. The lamellae, in the form of portions of the outer walls of a cylinder, are arranged so as to diverge slightly due to their different radius of curvature. The recovery of the purified water is carried out by means of an evacuation pipe 14. It may be advantageous to carry out the evacuation of the purified water by means of a pipe internal to the tank 10 which will have one or more inlets placed in the purified parts of the circulating fluid. '
Furthermore, a bypass 15 will be disposed between the inlet 12 and the outlet 14 of the tank 11 in order to place them in direct connection, in particular to solve the problems of runoff with exceptional floods. In the latter case, it is not necessary to purify the clean water, however, it was imperative to drain it quickly. For this, the direct input-output connection of the tank makes it possible to avoid exceptional saturation. The bypass 15 is in the form of a wall of limited and calculated height placed in the fluid inlet circuit in the tank and below which is the purified water discharge circuit. In this way, when the level of fluid introduced into the tank exceeds the height of the wall, the corresponding overflow is immediately collected by the circuit at the tank outlet and therefore is discharged.
D'autres formes ou réalisations du décanteur lamellaire centrifuge de la présente invention auraient pu être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-c#. Other forms or embodiments of the centrifugal lamellar settling tank of the present invention could have been adopted without departing from the scope of the latter.
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