Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
APPAREIL ET PROCEDE DE TRAITEMENT DES EAUX USEES PAR ELECTROFLOTTATION ET/OU
ELECTROCOAGULATION
DOMAINE DE L'INVENTION
I La présente invention est reliée au domaine de l'électrochimie
appliquée au traitement des eaux usées. En particulier, l'invention concerne
un
appareil et un procédé permettant de traiter les eaux usées.
ART ANTÉRIEUR
En raison des préoccupations relativement récentes de la société
concernant la pollution; les industries ont du développer des moyens
innovateurs
permettant de se conformer aux règlements environnementaux.
L'électrocoagulation est donc réapparue comme une technologie viable.
La coagulation est une des plus importantes opérations physico-
chimiques utilisées dans le traitement de l'eau. Ce processus est notamment
utilisé
pour provoquer la déstabilisation et l'agrégation de petites particules en de
plus
grandes particules. Les contaminants de l'eau comme les ions (métaux lourds)
et les
colloïdes (organiques et inorganiques) sont principalement retenus en solution
par
les charges électriques. Il a été démontré que les systèmes colloïdaux
pouvaient
être déstabilisés par l'addition d'ions ayant une charge opposés à celle du
colloïde
(Benefield L. D., Judkins J. F. and Weand, B. L. 1982. Process Chemistry for
Water and Wastewater Treatment. Prentice - Hall Inc., p. 212) . Les colloïdes
ainsi
déstabilisés peuvent être agrégés et par la suite enlevés par sédimentation
et/ou
filtration.
La coagulation peut se faire par des moyens chimiques ou électriques.
La coagulation chimique est de nos jours moins utilisée en raison des coûts
élevés
associés aux traitements chimiques. Les coûts élevés s'expliquent par
(utilisation de
produits chimiques nécessaires pour la coagulation et également par le large
volume
de boues et de déchets dangereux de métaux lourds tels que les hydroxydes de
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
2
métaux qui sont ainsi générés. Des procédés de coagulation chimique comprenant
des coagulants tels l'alun, la chaux et/ou des polymères ont été utilisés
durant les
quelques dernières décennies.
L'électrocoagulation est un processus basé sur des principes
scientifiques dans lesquels des contaminants de l'eau sont soumis à de forts
champs
électriques, provoquant ainsi des réactions d'oxydation et de réduction. Ce
procédé
est capable d'enlever plus de 99 p. cent de certains cations de métaux lourds.
De
plus, le champ électrique appliqué permet dans certaines conditions d'obtenir
un
effet bactéricide. Le procédé permet en outre de précipiter les colloïdes
chargés et
d'enlever des quantités importantes d'autres ions, colloïdes et émulsions.
Bien que le mécanisme de l' électrocoagulation ressemble beaucoup à
celui de la coagulation chimique, les espèces cationiques responsables de la
neutralisation de la surface des charges et les caractéristiques des flots
électrocoagulés diffèrent dans chacun de ces procédés. Un flot électrocoagulé
tend
à contenir moins d'eau liée, il est plus résistant au cisaillement et plus
facilement
filtrable. L'électrocoagulation peut souvent neutraliser les ions et charges
de
particules, permettant ainsi aux contaminants ou polluants de précipiter. Il
est ainsi
possible de réduire la teneur en contaminant à des concentrations inférieures
à celles
atteignables via des procédés de précipitation chimique. Du même coup, il est
parfois possible de remplacer et/ou de réduire l'utilisation d'agents
chimiques
coûteux tels les polymères ou les sels métalliques.
La demande américaine publiée portant le numéro 2002/0040855
décrit un procédé dans lequel l'eau est traitée par électrocoagulation. Par
contre,
dans ce procédé, la boue doit être traitée dans un clarificateur ou bassin de
sédimentation et ce procédé nécessite parfois l'utilisation de floculants.
Le brevet américain No 6,488,835 décrit un procédé de traitement des
liquides par électrocoagulation. Après ce traitement, le liquide
électrolytique peut
passer par une chambre de développement où le liquide peut être traité par des
additifs. Alternativement, le liquide électrolytique peut être soumis à un
traitement
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
3
secondaire de séparation afin de procéder à la séparation solide liquide.
Cette
séparation peut se faire avec des purificateurs, des filtres, des séparateurs
centrifuges, ou des centrifugeuses. Chacun . de ces dispositifs peut être
utilisé
séparément ou en combinaison.
La demande américaine publiée portant le numéro 2003/0070919
décrit un réacteur d'électrocoagulation comprenant des électrodes définissant
des
ouvertures permettant au liquide de passer d'une zone à l'autre dans une pile
d'électrodes. Deux types d'électrodes sont utilisées, certaines ayant une
ouverture
centrale et d'autres comprenant chacune une pluralité d'ouvertures
périphériques.
Ces deux types d'électrodes sont alternées dans la pile d'électrodes. Un tel
agencement est choisi de façon à créer écoulement turbulent du liquide ce qui
favorise l'autonettoyage des électrodes. Par contre, l'eau traitée repose
ensuite dans
un réservoir de développement où des flocs sont générés. Un mélangeur statiqûe
où
des polymères sont également utilisé afin d'augmenter la formation des flocs
et la
15. décantation.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de fournir un procédé permettant le
traitement des eaux usées tout en palliant aux inconvénients des techniques ci-
haut
mentionnées.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé simple dans
lequel la boue générée suite au traitement de l'eau usée par un couvrant
électrique
pourrait être facilement séparée de l' eau traitée.
La présente invention a également pour but de fournir un appareil
permettant le traitement des eaux usées tout en palliant aux inconvénients des
techniques ci-haut mentionnées.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
4
IJn autre but de l'invention est de fournir un appareil simple
permettant de facilement sépârer la boue générée de l'eau traitée et ce, sans
avoir
recours à des agents floculants ou des moyens mécaniques complexes.
Selon un premier aspect, (invention concerne un procédé de traitément
des eaux usées caractérisé en ce que:
a) on procure un réacteur comprenant une entrée, une sortie, au
moins un bloc d'électrodes comprenant au moins une anode et au moins . une
cathode, et 'un moyen permettant à l' eau à traiter de circuler entre les
électrodes
selôn un sens ascendant; et
b) on fait passer l' eau à traiter entre les électrodes du au moins un
bloc selon un sens ascendant de façon à soumettre l'eau à un courant
électrique et
ainsi traiter l' eau par électrocoagulation ou électroflottation, générant
ainsi une boue
contenant au moins un polluant compris dans l' eau à traiter et une eau
traitée,
et en ce que la boue générée est séparée de l'eau traitée..
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un ~ procédé de
traitement des eaux usées caractérisé en ce que:
a) on procure un réacteur comprenant une entréé, uné sortie, au
moins deux blocs d'électrodes ayant chacun au moins une anode et au moins une
cathode, et un moyen permettant à l'eau à traiter de circuler entre les
électrodes
selon un sens ascendant;
b) on fait passer l'eau à traiter entre les électrodes d'un premier
bloc selon un sens ascendant de façon à soumettre l'eau à un courant
électrique et
ainsi traiter l'eau par électrocoagulation ou électroflottation, générant
ainsi une boue
contenant au moins un polluant compris dans l' eau à traiter et une première
eau
traitée; et
c) on fait passer l'eau traitée obtenue à l'étape (b) entre les
électrodes d'un deuxième bloc selon un sens ascendant de façon à soumettre
l'eau à
un courant électrique et ainsi traiter l' eau par électrocoagulation ou
électroflottation,
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
générant ainsi une boue contenant au moins un polluant compris dans l'eau à
traiter
et une deuxième eau traitée,
et ën ce qu'à l'étape (b) et/ou (c), la boue générée est séparée de l'eau
traitée.
Selon un troisième aspect, (invention concerne un appareil de
5 traitement des eaux usées comprenant
un réacteur ayant une entrée pour Peau à traiter et unë sortie
pour Peau traitée, et comprenant au moins un bloc d'électrodes, le bloc ayant
au
moins une anode et au moins une cathode, les électrodes étant disposées de
façon
substantiellement parallèle et elles sont espacées. de sorte à définir entre
elles un
espace permettant le passage de l'eau à traiter, générant ainsi, lorsque l'eau
à traiter
est soumise à un courant électrique, une boue comprenant au moins un polluant
contenu dans l' eau à traiter et une eau traitée, le réacteur comprenant
également un
moyen permettant à (eau de circuler entre les électrodes selon un sens
ascendant; et
- un moyen permettant de séparer la bouë générée de Peau traitée.
La Demanderesse a découvert de façon inattendue et imprévisible
qu'en utilisant les procédés et l'appareil mentionnés ci-dessus, il était
possible de
décontaminer une eau usée en obtenant un taux d'abattement satisfaisant de
divers
contaminants .
L'expression "circuler entre les électrodes selon un sens ascendant"
telle qu'utilisée par la Demanderesse signifie que l'eau circule entre les
électrodes,
du bas vers le haut de ces dernières.
La boue générée dans les procédés de l'invention peut être aspirée par
15~ un moyen de succion afin d'être séparée de l'eau Traitée. Le moyen de
succion est
préférablement un aspirateur ou une pompe. Alternativement, la boue générée
peut
être séparée de l'eau traitée par l'action d'un convoyeur comprenant une
courroie en
mouvement, à laquelle la boue adhère afin d' être convoyée et séparée de l'
eau
traitée. La courroie peut être une membrane perméable à l'eau. L'eau à traiter
peut
étre passée plusieurs fois entre les électrodes d'un ou de plusieurs blocs.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
6
De façon non limitative, les procédés de l'invention peuvent causer un
taux d'abattement d'au moins 85 % des matières en suspension contenues dans
l'eau à traiter. Les procédés de l'invention peuvent aussi causer un taux
d'abâttement d'au moins 85 %, préférablement d'au moins 95 % et encore plus
5. préférablement d'au moins 98 %, de la turbidité de l'eau à traiter. Les
procédés de
l'invention peuvent également causer un taux d'abattement d'au moins 85 %,
préférablement d'au moins 95 % et encore plus préférablement d'au moins 98 %,
des orthophosphates compris dans l'eau à traiter. Les procédés de l'invention
peuvent aussi causer un taux d'âbattement d'au moins 85 % et préférablement
d'au
moins 95 %, du phosphore compris dans l'eau à traiter. Les procédés de
l'invention
peuvent aussi causer un taux d'abattement d'au moins 85 % et préférablement
d'au
môins 95 % de l'azote total I~jeldahl~de l'eau à traiter. Les procédés de
l'invention
peuvent aussi causer un taux d'abattement d'au moins 75 % et préférablement
d'au
moins 90 %, de la demande biochimique en oxygène (pendant 5 jours), de l'eau à
traiter.
Dans l'appareil de l'invention, le réacteur comprend préférablement
un moyen permettant à l'eau de s'écouler de façon à limiter la turbulence. Ce
moyen peut être aù moins une chicane constituée d'au moins deux parois ou un
réseau de chicanes constitué ~ par plusieurs parois. Le réacteur peut être
relié,
préférablement par un conduit, à un réservoir d'alimentation destiné à
contenir une
eau à traiter. Le réacteur peut comprendre un compartiment d'alimentation
relié au
réservoir d'alimentation, préférablement par un conduit. L'eau à traiter
contenue
dans le réservoir d'alimentation peut être acheminée au réacteur,
préférablement au
compartiment d'alimentation, par le biais d'un moyen permettant d'acheminer
l'eau
du réservoir d'alimentation au réacteur, préférablement par le biais d'une
pompe.
Alternativement, l'eau peut être acheminée du réservoir d'alimentation au
réacteur
par gravité.
Dans lés procédés et l'appareil de l'invention, l'eau circule
préférablement entre les électrodes de façon à minimiser la turbulence,
favorisant
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
7
ainsi la flottation de la boue générée. Le fait d'obtenir une telle flottation
où les
particules de contaminants sont substantiellement toutes regroupées à la
surface de
l'eau traitée, permet de faciliter grandement l'étape de la séparation de la
boue et
l'eau traitée. Ainsi, il est possible de séparer la boue formée de l'eau
traitée par un
simple moyen de succion ou un simple moyen de filtration sans avoir recours à
des
floculants, des chambres de sédimentation additionnelles ou tout autre moyen
mécanique complexe de séparation liquide / solide. De façon non limitative, le
débit
moyen de l'eau dans le réacteur peut être inférieur à 8 litres par minute pour
un
volume d'environ 7000 à environ 11500 cm3 et préférablement d'environ 8500 à
environ 10500 cm3, représentant le volume total des espaces entre les
électrodes
(préférablement entre 18 et 26 électrodes) d'un bloc (ayant la forme d'un
prisme
rectangulaire et préférablemènt une forme sensiblement cubique).
Préférablement,
le débit est d' environ 0.5 à 5 litres par minute et, plus préférablement de 1
à 3 litres
par minute. Ä la lumière de ces exemples non limitatifs, l'homme de fart
comprendra qu'il est possible de minimiser la turbulence de Peau en utilisant
d'autres valeurs pour le débit de l'eau et d'autres valeurs pour la surface
totale des
électrodes. L'homme de fart comprendra également qu'une minimisation de la
turbulence de l'eau favorise la flottation de la boue. Les électrodes sont
préférablement des électrodes planes. Les électrodes sont préférablement
submergées dans l'eau de façon à permettre une meilleure flottation de la
boue. Les
électrodes peuvent être pleines, sous forme de grille ou sous forme de peigne.
Les
électrodes des blocs sont préférablement branchées à un générateur de courant
continu, alternatif ou pulsé. De préférence, toutes les connexions électriques
se font
de façon individuelle pour chaque électrode.
Dans les procédés de l'invention, un oil plusieurs blocs) d'électrodes
peuvent être utilisés pour effectuer une électrocoagulation ou une
électroflottation.
Lorsqu'un bloc est utilisé pour traiter l'eau par électrocoagulation, ses
électrodes
comprennent préférablement de (aluminium, du calcium ou du fer.
Alternativement,
ses électrodes peuvent comprendre au moins une anode incluant un mélange
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
ô
comprenant une source d'ions Caa+, un support et de Peau. Lorsqu'un bloc est
utilisé
pour traiter l'eau par électroflottation, ses électrodes sont préférablement
des
électrodes inertes. Les électrodes inertes peuvent être des électrodes
comprenant du
platine ou des électrodes comprenant du titane enrobé d'iridium. Il apparaîtra
évident à l'homme de l'art que d'autres d'électrodes inertes connues peuvent
également être utilisées.
Dans le procédé selon le deuxième aspect de l'invention, l'eau est
préférablement traitée par électrocoagulation à l'étape (b) et par
électroflottation à
l'étape (c). Les électrodes du premier bloc comprennent préférablement de
(aluminium, du calcium ou du fer: Alternativement, les électrodes du premier
bloc
peuvent comprendre au moins une anode incluant un mélange comprenant une
source d'ions Ca2+, un support et de Peau. Les électrodes du deuxième bloc
sont
préférablement des électrodes inertes. Les électrodes inertes peuvent étre des
électrodes comprenant du platine ou des électrodes comprenant du titane enrobé
d'iridium. L'étape (b) etlou (c) peut étre répétée plusieurs fois.
Dans l'appareil de l'invention, les électrodes peuvent comprendre de
l'aluminium, du calcium ou du fer, ou être des électrodes inertes.
Alternativement,
les électrodes peuvent comprendre au moins une anode incluant un mélange
comprenant une source d'ions Caa+, un support et de l'eau. Un ou plusieurs
blocs)
d'électrodes peuvent étre utilisés pour effectuer une électrocoagulation ou
une
électroflottation. Lorsqu'un bloc est utilisé pour traiter l'eau par
électrocoagulation,
ses électrodes comprennent préférablement de (aluminium, du calcium ou du fer.
Lorsqu'un bloc est utilisé pour traiter l'eail par électroflottation, ses
électrodes sont
préférablement des électrodes inertes. Les électrodes inertes peuvent être des
électrodes comprenant du platine ou des électrodes comprenant du titane enrobé
d'iridium. Préférablement, le réacteur comprend deux blocs, un ayant des
électrodes
comprenant de l'aluminium, du calcium ôu du fer, et l'autre ayant des
électrodes
inertes. Les électrodes inertes peuvent être des électrodes comprenant du
platine
ou des éléctrodes comprenant du titane enrobé d'iridium. Le bloc destiné à
traiter
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
9
l'eau par électroflottation et ayant des électrodes inertes est préférablement
en aval
du bloc destiné à traiter l'eau par électrocoagulation et ayant des électrodes
comprenant de l'aluminium, du calcium ou du fer.
Dans l'appareil de l'invention, le moyen permettant de séparer lâ boue
générée de Peau traitée peut être un collecteur de boue comprenant
- un réservoir de récupération permettant de récupérer la boue et ayant
une carcasse pourvue d'un orifice supérieur, d'une sortie inférieure pour
vidanger la
boue et d'une entrée munie d'un premier conduit relié au réacteur, l'entrée
étant
disposée à une hauteur entre (orifice supérieur et la sortie infériéure; et
- un moyen de suécion relié par un second conduit à (orifice ,supérieur
du réservoir de récupération et permettant d'acheminer la boue du réacteur au
réservoir de récupération.
Le réservoir de récupération de boue comprend préférablement une
paroi horizontale disposée à une hauteur prédéterminée entre (entrée et la
sortie
inférieure et définissant une chambre supérieure et une chambre inférieure. La
paroi
horizontale étant perforée de façon à permettre le passage de la boue
récupérée de la
chambre supérieure à la chambre inférieure.
Dans l'appareil de l'invention, le réacteur peut aùssi comprendre des
moyens pour recycler Peau traitée sortant par la sortie du réacteur vers le
compartiment d'alimentation pour un traitement supplémentaire. L'entrée du
réacteur est préférablement pourvue d'un moyen de séparation empêchant des
particules grossières contenues dans Peau à traiter de pénétrer dans le
réacteur. Ce
moyen de séparation peut étre une grille comprenant des mailles ayant des
dimensions prédéterminées. Le réacteur peut également comprendre un moyen
permettant d'acheminer l'eau contenue dans le réservoir d'alimentation au
réacteur.
Ce moyen peut être une pompe.
Dans les procédés et l'appareil de l'invention, lorsque qu'une anode
comprenant une source, de Ca2+ est utilisée, les ions Ca2+ peuvent être
présents dans
le mélange dans une proportion d'environ 2 % à environ 30 % et préférablement
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
d'environ 5 % à environ 20 % en poids, par râpport au poids total du mélange.
La
source d'ions Ca2+ comprend préférablement du carbonate de calcium (CaC03), de
la chaux (Ca(OH)a) ou un mélange de ces derniers. Préférablement, la source de
Ca2+ est constituée de carbonate de calcium. Lorsque la source d'ions Ca2+ est
le
5 carbonate de calcium, ce dernier peut être, présent dans le mélange dans une
proportion d'environ 10 % à environ 50 % et préférablement d'environ, 25 % à
environ 40 % en poids, par rapport au poids total du mélange. Le support peut
être
présent dans le mélange dans une proportion d'environ 40 % à environ ~0 % et
préférablement d'environ 45 % à environ 65 % en poids, par rapport au poids
total
10 du mélange. Le support peut comprendre à titre de composantes une argile
limonéuse, une céramique ou un ciment, en association avec un matériau
conducteur. Ce matériau conducteur peut avantageusement être un résidu
industriel.
Le matériau conducteur compris dans le support peut être choisi parmi le
groupe
constitué par du graphite, du coke, des fibres de carbones, du fer et un
mélange de
ces derniers. Le 'graphite est préféré. L'eau peut être présente dans le
mélange dans
une proportion d'environ 2 à environ 30 % et préférablement d'environ 10 % et
environ 20 % en poids, par rapport au poids total du mélange.
Suivant un premier mode de réalisation préféré de l'appareil de
(invention, le réacteur comprend un seul bloc d'électrodes. Préférablement, le
moyen permettant à Peau de circuler entre les électrodes selon un sens
ascendant
comprend une première paroi substantiellement verticale disposée en amont du
bloc
d'électrodes, et définissant un passage inférieur destiné à recevoir feaû à
traiter. Le
réacteur peut également comprendre un compartiment d'alimentation en amont de
la
première paroi. Ce compartiment d'alimentation sert à recueillir Peau à
traiter
provenant du réservoir d'alimentation. Préférablement, le réacteur comprend
également un moyen permettant à Peau de s'écoulér de façon à minimiser la
turbulence. Le moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
turbulence peut permettre à l'eau à traiter provenant du réservoir
d'alimentation de
s'écouler de façon à minimiser la turbulence avant d'atteindre la première
paroi, et
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
11
peut comprendre une seconde paroi substantiellement verticale disposée entre
l'entrée du réacteur et la première paroi. La seconde paroi définie un passage
supérieur destiné à recevoir Peau à traiter. La seconde paroi
substantiellement
verticale permet préférablement de contrôler le niveau de l'eau dans le
réacteur.
Le réacteur peut également comprendre un compartiment de retenue
de Peau traitée disposé en aval du bloc d'électrodes. Le moyen permettant à
l'eau de
s'écouler de façon à minimiser la turbulence peut également comprend une
troisième paroi substantiellement verticale disposée entre le bloc
d'électrodes et le
compartiment de retenue et définissant un passage inférieur destiné à recevoir
Peau
traitée. Cette troisième paroi permet à Peau traitée provenant du bloc
d'électrodes de
s'écouler de façon à minimiser la turbulence avant d'entrer dans le
compartiment de
retenue.
Le moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
turbulence peut aussi comprendre une quatrième paroi substantiellement
verticale
disposée en amont de la troisième paroi. Les troisième et quatrième parois
définissent entre elles un autre espace permettant à Peau de s'écouler de
façon à
minimiser la turbulence. La quatrième paroi définie un passage supérieur
disposé à
une hauteur prédéterminée de façon à empêcher la boue de pénétrer dans l'autre
espace.
Préférablement, le bloc d'électrodes est surélevé par rapport au fond
du réacteur , de façon à définir un espace supplémentaire communiquant avec
(espace entre les électrodes et permettant à Peau à traiter de circuler sous
les
électrodes. Le bloc d'électrodes est préférablement monté sur un support
reposant de
façon amovible sur le fond du réacteur et permet à Peau à traiter de passer à
travers
(espace supplémentaire. Alternativement, le support peut étre fixé, de façon
amovible au non, à au moins une des parois du réacteur et permet à Peau à
traiter de
passer à travers (espace supplémentaire.
Suivant un deuxième mode de réalisation préféré de l'appareil de
(invention, le réacteur peut comprendre un seul bloc d'électrodes ét comprend
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
12
préférablement un moyen permettant à l'eau de s'écouler de façon à minimiser
la
turbulence. Le bloc d'électrodes peut être surélevé par rapport au fond du
réacteur
de façon à définir un espace supplémentaire communiquant avec (espace entre
les
électrodes et permettant à Peau à traiter de circuler sous les électrodes. Le
moyen
permettant à Peau de circuler entre les électrodes selon un sens ascendant
peut
comprendre un conduit reliant l'entrée du réacteur avec l'espace
supplémentaire.
Préférablement, le moyen permettant à Peau de s'écoiller de façon à minimiser
la
turbulence comprend un réservoir de transition disposé en aval du bloc
d'électrodes,
et communiquant avec ce dernier, le réservoir de transition permet de
recueillir
l'eau ayant été traitée par le blôc d'électrodes. Préférablement, le bloc
d'électrodes
est monté sur un support reposant de façon amovible sur .le fond du réacteur
et
permettant à Peau à traiter de passer à travers (espace supplémentaire.
Alternativement, le support peut être fixé, de façon amovible ou non, à au
moins
une des parois du réacteur et permet à Peau à traiter de passer à travers
(espace
supplémentaire. Préférablement, le réacteur comprend en outre un compartiment
d'alimentation en amont du bloc d' électrodes.
Suivant un troisième mode de réalisation préféré de l'appareil de
(invention, le réacteur peut comprendre un premier bloc d'électrodes et un
second
bloc d'électrodes disposé en aval du premier bloc d'électrodes. Le moyen
permettant
à Peau de circuler entre les électrodes selon un sens ascendant peut
comprendre une
première paroi substantiellement verticale disposée en amont du premier bloc
d'électrodes et définissant un passage inférieur destiné à recevoir l'eau à
traiter. Le
réacteur peut également comprendre un compartiment d'alimentation en amont de
la
première paroi. Ce compartiment d'alimentation sert à recueillir Peau à
traiter
provenant du réservoir d'alimentation. Préférablement, le réacteur comprend
également un moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
turbulence. Le moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
turbulence peut permettre. à l'eau à traiter provenant du réservoir
d'alimentation de
s'écouler de façon à minimiser la turbulence avant d'atteindre la première
paroi, et
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
13
peut comprendre une seconde paroi substantiellement verticale disposée entre
l'entrée du réacteur et la première paroi. La seconde paroi définie un passage
supérieur destiné à recevoir Peau à traiter.
La seconde paroi substantiellement verticale permet préférablement
de contrôler le niveau de l'eau dans le réacteur. Le réacteur peut également
comprendre un compartiment de retenue de Peau traitée disposé en aval du
second
bloc d'électrodes. Le moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à
minimiser la
turbulence comprend préférablement une troisième paroi substantiellement
verticale
disposée entre le second bloc d'électrodes et , le compartiment de retenue et
définissant un passage inférieur destiné à recevoir Peau traitée. La troisième
paroi
permet à Peau traitée provenant du second bloc d'électrodes de s'écouler de
façon à
minimiser la turbulence avant d'entrer dans le compartiment de retenue.
Le moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
turbulence peut aussi comprendre une quatrième paroi substantiellement
verticale
disposée en amont de la troisième paroi. Les troisième et quatrième parois
définissent entre elles un autre espace permettant à Peau de s'écouler de
façon à
minimiser la turbulence. La quatrième paroi définie un passage supérieur
disposé à
une hauteur prédéterminée de façon à empêcher la boue de pénétrer dans l'autre
espace. Préférablement, les blocs d'électrodes sont séparés par un moyen
permettant
à Peau de circuler du bas vers le haut entre les électrodes du second bloc. Le
moyen
séparant les blocs d'électrodes et permettant à Peau de circuler du bas vers
le haut
entre les électrodes du second bloc peut aussi comprendre une cinquième paroi
substantiellement verticale définissant un passage inférieur destiné à
recevoir l'eau
traitée provenant du premier bloc d'électrodes. De plus, ce moyen peut
comprendre
une sixième paroi disposée en amont de la cinquième paroi. Les cinquième et
sixième parois définissent entre elles un espace additionnel permettant à Peau
de
s'écouler de façon à minimiser la turbulence. La sixième paroi définissant un
passage supérieur disposé à une hauteur prédéterminée de façon à empêcher la
boue
de pénétrer dans l'espace additionnel.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
14
Les blocs d'électrodes sont préférablement surélevés par rapport au
fond du réacteur de façon à ce que les blocs d'électrodes définissent chacun
un
espace supplémentaire communiquant avec (espace entre leurs électrodes et
permettant 'à Peau à traiter dé circuler sous les électrodes. Châcun des blocs
d'électrodes peut être monté sur un support reposant de façon amovible sur le
fond
du réacteur et permettant à l'eau à traiter de passer àe travers de (espace
supplémentaire. Alternativement, le support peut être fixé, de façon amovible
au
non, à au moins une des parois du réacteur et permet à Peau à traiter de
passer à
travers (espace supplémentaire.
Dans les appareils selon le premier et le troisième mode de réalisation
préféré de l'invention, les électrodes sont préférablement disposées selon un
plan et
le déplacement global de l'eau dans le réacteur de l'entrée jusqu'à la sortie
s'effectue perpendiculairement à ce plan. Le réacteur peut comprendre
également
une autre paroi disposée en aval de la troisième paroi, l'autre paroi
définissant un
passage supérieur et permettant de contrôler le niveau de l'eau dans le
réacteur.
Suivant un quatrième mode de réalisation préféré de l' appareil de
(invention, le réacteur peut comprendre un premier bloc d'électrodes et un
second
bloc d'électrodes disposé en aval du premier bloc d'électrodes.
Préférablement, le
réacteur comprend un moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser
la
turbulence: Les blocs d'électrodes sont préférablement surélevés par rapport
au fond
du réacteur de façon à définir un espace supplémentaire entre chacun des blocs
et le
fond. L'espace supplémentaire communique avec (espace entre les électrodes et
permet à Peau à traiter de circuler sous les électrodes. Le moyen permettant à
Peau
de circuler entre les électrodes selon un sens ascendant peut comprendre un
conduit
reliant l'entrée du réacteur avec l'espace supplémentaire du premier bloc
d' électrodes. Chaque bloc d' électrodes est préférablement ~ monté sur un
support
reposant de façon amovible sur le fond du réacteur et permettant à l'eau à
traiter de
passer à travers (espace supplémentaire. Alternativement, le support peut être
fixé,
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
de façon amovible au non, à au moins une des parois du réacteur et permet à
Peau à
traiter de passer à travers (espace supplémentaire.
Dans l'appareil selon le quatrième mode de réalisation préféré de
l'invention, le moyen permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
5 turbulence peut comprendre un premier réservoir de transition disposé en
aval du
premier bloc d'électrodes, et communiquant avec ce dernier. Le premier
réservoir
de transition permet de recueillir l'eau ayant été traitée par le premier bloc
d'électrodes. De plus, ce moyen peut également comprendre un deuxième
réservoir
de transition disposé en aval du second bloc d'électrodes, et communiquant
avec ce
10 dernier. Le deuxième réservoir de transition permet dë rëcueillir l'eau
ayant été
traitée par le deuxième bloc d'électrodes.
Le moyen permettant de séparer la boue générée de Peau traitée peut
aussi comprendre un convoyeur ayant une partie disposée dans le premier
réservoir
de transition. Le convoyeur comprend une courroie en mouvement à laquelle la
15 boue adhère afin d'être transportée et séparée de l'eau traitée. Le moyen
permettant
de séparer la boue générée de Peau traitée peut également comprendre un
convoyeur
ayant une partie disposée dans le deuxième réservoir de transition. Le
convoyeur
comprend une courroie en mouvement à laquelle la boue adhère afin d'étre
transportée et séparée de l'eau traitée. La courroie peut être une membrane
perméable à l'eau.
Dans l'appareil selon le quatrième mode de réalisation préféré de
l'invention, le convoyeur est préférablement en communication avec un
collecteur
de boue comprenant
- un réservoir de récupération permettant de récupérer la boue et ayant
une carcasse pourvue d'une entrée et d'une sortie pour vidanger la boue; et
- un moyen de succion relié par un conduit au réservoir de
récupération et permettant d'acheminer la boue de l'entrée jusqu'à l'intérieur
de la
carcasse.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
,,iv."~
16
Le convoyeur du premier ou du deuxième bloc d'électrodes est
préférablement muni d'un filtre. Ce filtre permet de filtrer l'eau provenant
du
premier ou deuxième bloc d'élecirodes avant qu'elle pénètre dans le réservoir
de
transition correspondant. Le moyen permettant à l'eau de circuler entre les
électrodes selon un sens ascendant peut comprendre un conduit reliant le
premier
réservoir de transition avec l'espace supplémentaire du second bloc
d'électrodes. Ce
conduit peut aussi comprendre un dispositif de dérivation destiné à acheminer
l'eau
traitée provenant du premier réservoir de transition jusqu'à l'espace sous les
électrodes du premier bloc pour un traitement supplémentaire. Le réacteur peut
~ aussi comprendre un réservoir destiné à recevoir° l'eau traitée, le
réservoir
communiquant d'une part avec le deuxième réservoir de transition par le biais
d'un ,
conduit et d'autre part avec la sortie pour l'eau traitée.
Dans l'appareil de l'invention, les valves des conduits, le générateur
de courant ainsi que la pompe peuvent être reliés à un système de contrôle. Ce
système peut permettre de contrôler de façon automatique le débit d'entrée de
Peau à
traiter et le débit de sortie de Peau traitée dans l'appareil, ainsi que le
courant
appliqué aux électrodes. L'appareil péut étre surélevé du sol et disposé sur
un
support où sont connectés les conduits des divers réservoirs. Les électrodes
peuvent
avoir une hauteur de 15 à 100 cm, préférablement comprise entre 20 et 50 cm.
Les
électrodes peuvent avoir une largeur de 15 à 100 cm, préférablement comprise
entre 20 et 50 cm. L'épaisseur de ces électrodes peut être de 1,5 à ~ mm,
préférablement comprise entre 1,6 et 5 mm. Un bloc d'électrodes comprend
préférablement entre 14 ' et 30 et plus préférablement entre 1 ~ et 26
électrodes.
L'espace entre deux électrodes adjacentes dans le bloc peut être de 0,5 à 1,5
cm et
préférablement comprise entre 0,7 et 1,1 cm.
Dans l'appareil de l'invention, le réacteur peut comprendre un moyen
permettant l'inversion de polarité des électrodes et/ou un moyen permettant un
autonettoyage des électrodes. Le moyen permettant fautonettoyage des
électrodes
peut être constitué d'un dispositif générant des vibrations et préférablement
des
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
17
ultrasons. Le réservoir d'alimentation peut également être muni d'un
régulateur de
pH. Le réacteur peut comprendre un couvercle hermétique muni d'une cheminée
permettant une évacuation des gaz produits dans le réacteur. Le réacteur
comprend
préférablement un dispositif permettant -de récupérer les gaz produits. Le
support
des électrodes peut être constitué d'un matériau non-conducteur, tel qu'un
polymère
non-conducteur. La carcasse de l'appareil peut également est constituée du
même
matériau que les supports. Ä titre d'exemple de polymère non-conducteur, on
peut
citer le polyméthylméthacrylate. Le réacteur peut comprendre un moyen.
permettant d'effectuer un contrôle de qualité de l'eau traitée. Le moyen pour
effectuer le contrôle de la qualité de Peau traitée peut comprendre un lecteur
infrarouge.
L'appareil et les procédés de l'invention permettent donc de traiter de
façon efficace des eaux usées de diverses compositions et pouvant contenir une
vaste gamme de contaminants. L'appareil et les procédés de l'invention sont
donc
utiles pour des fins de protection de l'environnement ou pour permettre à un
utilisateur de se conformer aux normes environnementales.
L'électrocoagulation est basée sur le principe des anodes solubles. Il
s'agit de générer, en imposant un courant continu entre les électrodes de fer,
d'aluminium ou d'un quelconque alliage, des cations métalliques (A13+ ou Fe3+
),
selon les réactions (1) ou (2) qui vont jouer le rôle de coagulants pour
permettre la
déstabilisation par décharge des particules en suspension et des édifices
colloïdaux.
Al ' A13+ + 3e (1)
Fe ~ Fe3+ + 3e (2)
La formation d'hydroxydes de fer ou d'aluminium et la géométrie
particulière ~ des réacteurs d'électrocoagulation entraînent des phénomènes de
floculation. Les flocs ainsi formés peuvent être éliminés par flottation.
Le procédé électrochimique outre les phénomènes de coagulation-
floculation fait intervenir des réactions d'oxydoréductions aux électrodes
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
18
oxydations aux anodes et réductions aux cathodes selon les réactions (3) et
(4). Les
réactions électrochimiques suivantes se développent aux électrodes:
Anode
2H20 - 4e -- . Oa +, 4H+ (3)
Al -- Al3+ + 3e (1)
Fe , Fe3++ 3e (2)
Cathode
2Ha0 + 2e ' Ha + 20H- (4)
Lorsque déux électrodes métalliques entre lesquelles est établie une
différence de potentiel plongent dans une solution, les ions présents sont
soumis à
faction du champ électrique, les ions négatifs se dirigent vers l'anode alors
que les
ions positifs se dirigent vers la cathode. Le passage du courant à travers la
solution
est ainsi dû au transport des charges électriques par l'intermédiaire des
anions et des
cations. Les ions en arrivant aux électrodes s'y déchargent et participent à
des
réactions dont (ensemble constitue le phénomène d'électrolyse.
De plus, les courants d'ions et de particules chargées créés par le
champ électrique augmentent la probabilité de collision entres les ions et les
particules de signe contraire qui migrent en sens opposé. Cette action
rassemble les
matières en suspension sous forme d'un floc que fon élimine par les micro-
bulles
produites aux électrodes.
Au cours du traitement des eaux, les réactions d'électrolyse aux
électrodes (3) et (4) permettent de produire des micro-bulles d'oxygène et
d'hydrogène. Ces micro-bulles, finement divisées vont entraîner dans leur
mouvement ascensionnel les flocs ainsi formés.
La dissolution des ions métalliques de l'anode fait augmenter
considérablement la rugosité des anodes. Pour cette raison,
(électrocoagulation ne
peut pas produire des bulles minuscules et uniformes. Les dimensions des
bulles
produites par électrocoagulation sont en général supérieures à 100 gym. De
plus, la
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
19
rugosité de la surface de (anode fait augmenter la force d'adhérence des
bulles ce
qui diminue (efficacité du traitement. On estime généralement que plus les
bulles
sont petites, plus l'efficacité de séparation du processus de flottation est
grande.
Lorsque le traitement d'une eau usée est effectué avec des électrodes
inertes, le processus est appelé électroflottation. L'intérêt de
l'électroflottation est
davantage d'enlever les particules qui se sont agrégées mais non séparées lors
du
processus d' électrocoagulation.
Lors d'une électroflottation les électrodes inertes employées sont
lisses, et elles uniformisent et réduisent la taille des micro-bulles,
minimisant ainsi
les effets de leur adhérence. Les bulles de petites tailles perméttent une
meilleure
flottation des particules en suspension dans (eau.. De plus, ces électrodes ne
sont pas
solubles et ne se dégradent pas avec l'utilisation. Elles ont donc une durée
de vie
beaucoup plus longue que les électrodes solubles et nécessitent donc moins
d'entretient. Par contre, (absence des cations métalliques, nécessaires pour
neûtraliser les charges électriques des polluants, réduit (efficacité de la
dépollution
de ces eaux. Il peut donc être très avantageux de combiner l'
électrocoagulation et
l'électroflottation lors du traitement d'une eau usée.
BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et des avantages de l'invention apparaîtront
plus clairement à la .lecture de la description ci-après d'un mode de
réalisation
préféré de (invention tel qu'illustré à titre d'exemple dans les dessins ci
joints, dans
lesquels
la Figure 1 est une représentation schématique d'un appareil pour le
traitement des eaux usées, selon un mode de réalisation préféré de
l'invention;
la Figure 2 est une vue en perspective du réacteur utilisé dans
l'appareil illustré dans la Figure 1, dont le couvercle et une paroi latérale
verticale
ont été enlevés pour des fins d'illustration;
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
la Figure 3 est une vue en perspective d'une variante du réacteur
utilisé dans l' appareil illustré dans la Figure 1, dont le couvercle et une
paroi
lâtérale verticale ont été enlevés pour des fins d'illustration;
la Figure 4 est une vue en perspective du collecteur de boue utilisé
5 . dans l'appareil illustré dans la Figure 1; et
la Figure 5 est une vue en perspective d'un réacteur pour le traitement
des eaux usées, selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
La Figure 1 représente schématiquement un appareil pour le
traitement des eaux usées comprenant un réservoir d'alimentation 10 destiné à
recevoir l'eau. à traiter, un réacteur 12 ou 12' servant à traiter l'eau usée
et un
collecteur de boue 14 pour récupérer la boue générée lors du traitement de
l'eau
usée. Le réservoir d'alimentation 10 est relié à une pompe 16 via un conduit
18. La
pompe 16 est reliée à (entrée 20 du réacteur 12 ou 12' par un conduit 22.
. Tel qu'illustré à la Figure 2, le réacteur 12 comprend une carcasse 24,
un fond 26, un couvercle amovible (non illustré) et deux blocs d'électrodes 28
et 30,
disposés à (intérieur de la carcasse 24. Chacun de ces blocs d'électrodes est
monté
sur un support 32. Les supports 32 définissent respectivement sous les blocs
28 et
30, des espaces 34 et 36 permettant le passage de~feau à traiter. Le bloc
d'électrodes
28 comprend des électrodes 38 disposées de façon parallèle et les électrodes
38 sont
espacées afin de définir entre elles des espaces 40 permettant le passage de
Peau. De
façon analogue, le bloc 30 comprend des électrodes 42 disposées de façon
parallèle
et les électrodes 42 sont espacées afin de définir entre elles des espaces 44
permettant le passage de Peau. Les blocs d'électrodes 28 et 30 peuvent
comporter.
ou non un même nombre d'électrodes et les électrodes 38 et 42 peuvent être
constituées d'un même matériau ou non. La nature du ou des matériaux
constituant
les électrodes 38 et 42 peut variér selon la composition de l'eau à traiter et
selon les
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
21
contaminants contenus dans cette dernière. Les blocs d'électrodes 28 et 30
sont
séparés par deux parois 45 et 46 ayant respectivement un passage supérieur 47
et
un passage inférieur 48 et définissant entre elles un espace 49 permettant à
Peau de
s'écouler de façon à minimiser la turbulence. Le passage supérieur 47 est
disposé à
une hauteur telle à empêcher la boue dé pénétrer dans (espace 49. Une paroi 50
est
disposée en amont du bloc d'électrodes 28, la paroi 50 définissant un passage
inférieur 52 destiné à recevoir l'eau à traiter. Une paroi 53 définissant un
passagé
supérieur 55 est disposée en aval du bloc d'électrodes 30 et une paroi 54
définissant
un passage inférieur 56 est disposé en aval de la paroi 53. Les parois 53 et
54
définissent entre elles un espace ~ 57 permettant à l'eau de s'écouler de
façon à
minimiser la turbulence avant de pénétrer dans un compartiment , de retenue 68
disposé en aval de la paroi 54 et destiné à recevoir Peau traitée.
Le réacteur 12 comprend également un compartiment d'alimentation
58 disposé en amont de la paroi 50. Le compartiment 58 est muni de parois 60
et 62
définissant respectivement des passages supérieurs 64 et 66 qui permettent à
l'eau
de circuler de façon à minimiser la turbulence. D'autre part, le compartiment
de
retenue 68 comprend une paroi 70 définissant un passage supérieur 72 et un
sous-
compartiment 74 servant à recueillir l'eau destinée à étre évacuée du réacteur
12 par
une sortie 76 et par le biais d'un conduit 78.
Tel qu'illustré à la Figure 3, le réacteur 12' comprend une carcasse 24,
un fond 26, un couvercle amovible (non illustré) et un bloc d'électrodes 28
disposé à
(intérieur de la carcasse 24. Le bloc d'électrodes 28 est monté sur un support
32. Le
support 32 défini sous le bloc d'électrodes 28 un espace 34 permettant le
passage de
(eau à traiter. Le bloc d'électrodes 28 comprend des électrodes 38 disposées
de
façon parallèle et les électrodes 38 sont espacées afin de définir entre elles
des
espaces 40 permettant le passage de Peau. La nature du ou des matériaux
constituant
les électrodes peut varier selon la composition de l'eau à traiter et selon
les
contaminants contenus dans cette dernière. Une paroi 50 est dispôsée en amont
du
bloc d'électrodes 28, la paroi 50 définissant un passage inférieur 52 destiné
à
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
22
recevoir Peau à traiter. Une paroi 53 définissant un passage supérieur 55 est.
disposée en aval du bloc d'électrodes 28 et une paroi 54 définissant un
passage
inférieur 56 est disposée en aval de la paroi 53. Les parois 53 et 54
définissent entre
elles un espace 57 permettant à Peau de s'écouler de façon à minimiser la
turbulence
avant de pénétrer dans un compartiment de retenue 68 disposé en aval de la
paroi 54
et destiné à recevoir l'eau traitée.
Le réacteur 12' comprend également un compartiment d'alimentation
58 disposé en amont de la paroi 50. Le compartiment 58 est muni de parois 60
et 62
définissant respectivement des passages supérieure 64 et 66 qui permettent
(écoulement de Peau de façon à minimiser la turbulence. D'autre part, le
compartiment de retenue 68 comprend une paroi 70 définissant un passage
supérieur 72 et un sous-compartiment 74 servant à recueillir Peau destinée à
être
évacuée du réacteur 12' par une sortie 76 et par le biais d'un conduit 78.
Tel qu'illustré dans la Figure 4, le collecteur de boue 14 comprend un
réservoir de récupération 80 relié à un aspirateur 82 via un conduit 84. Le
réservoir
80 comprend une carcasse 86 pourvue d'une entrée 88, d'une sortie inférieure
90 et
d'un orifice supérieur 92 relié au conduit 84. Une paroi 94 munie de
perforations 96
est disposée à (intérieur de la carcasse 86. La paroi 94 définie une chambre
supérieure 98 et une chambre inférieure 100. L'entrée 88 est reliée à un
conduit 102
par lequel la boue générée est aspirée. Les perforations 96 de la paroi 94
permettent
à la boue de passer de la chambre supérieure 98 à la chambre inférieure 100.
Lorsque (appareil de la Figure 1 est muni du réacteur 12, Peau à
traiter est homogénéisée dans le réservoir 10 par un moyen d'homogénéisation
(non
illustré), puis elle est acheminée par le biais de la pompe 16 dans les
conduits 18 et
22 avant d' atteindre l' entrée 20 du réacteur 12. L' eau à traiter arnve
ensuite dans le
compartiment 58 du réacteur 12 où elle s'écoule le long des parois 60 et 62 de
façon
à minimiser la turbulence, et à travers les passages supérieurs 64 et 66.
Puis, l' eau
s'écoule entre les parois 50 et 62, de façon à minimiser la turbulence, avant
de
passer à travers le passage inférieure 52 et de circuler dans (espace 34 sous
le bloc
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
23
d'électrodes 28 reposant sur le support 32. L'eau monte ensuite entre les
électrodes.
38, dans les espaces 40, afin d'être traitée et une boue est ainsi générée.'
Les
électrodes sont submergées dans l'eau de façon à permettre une meilleure
flottation
de la boue. L'eau s'écoule dans les espaces 40 de façon à minimiser la
turbulence et
favoriser la flottation de la boue. Des micro-bulles d'oxygène et d'hydrogène
sont
alors formées lors de l'électrolyse de l'eau et elles entraînent avec elles
vers le haut
les particules de polluants contenus dans l'eau usée, formant ainsi une boue.
La
boué ainsi générée possède une faible densité et se retrouve sous forme de
mousse
en raison des micro-bulles mentionnées ci-dessus. Cette faible densité permet
en
outre à la boue de flotter à la surface de l'eau. L'eau ainsi traitée une
première fois,
passe par le passage 47 afin d'atteindre (espace 49 défini entre les parois 45
et 46 où
elle s'écoule de façon à minimiser la turbulence avant de passer à travers le
passage
inférieur 48. Puis, Peau circule dans (espace 36 sous le bloc d'électrodes 30
reposant sur feutre support 32. L'eau monte ensuite entre les électrodes 42,
dans les
espaces 44, afin d' être traitée une seconde fois et une autre boue est ainsi
générée.
L'eau traitée s'écoule ensuite dans les espaces 44 de façon à minimiser la
turbulence et favoriser la flottation de la boue. Ä la suite de ce deuxième
traitement,
Peau traitée passe par le passage 55 afin d'atteindre l'espace 57 défini entre
les
parois 53 et 54 où elle s'écoule de façon à minimiser la turbulence avant de
passer à
travers le passage inférieur 56 et rejoindre le compartiment de retenue 68.
L'eau traitée longe ensuite la paroi 70 avant de passer à travers le
passage supérieur 72 et d'atteindre le sous-compartiment 74. Finalement, l'eau
traitée est évacuée du réacteur ~ 12 par la sortie 76 puis par le conduit 78.
Dans le
réacteur 12, les parois 45, 46, 50, 53, 54, 60, 62 et 70 constituent donc un
réseau de
chicanes permettant de minimiser la turbulence de l'eau. De façon analogue,
dans le
réacteur 12' les parois 50, 53, 54, 60, 62 et 70 constituent donc un réseau de
chicanes.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
24
Lorsque l'appareil de la Figure 1 est muni du réacteur 12', l'eau
circule, dans le réacteur 12', de façon analogue à la façon précédemment
mentionnée pour le réacteur 12.
La boue générée au dessus des blocs d'électrodes 28 et 30 du réacteur
12, ou celle générée au dessus du bloc d'électrodes 28 du réacteur 12', est
récupérée
par le collecteur de boue 14 illustré à la Figure 4. La boue est aspirée par
le conduit
102 et pénètre ensuite dans la chambre supérieure 98 du réservoir 80 via
l'entrée 88.
Cette succion est générée par (aspirateur 82 qui est relié au réservoir 80 par
le
conduit 84. Puis, la boue passe à travers les perforations 96 de la paroi 94
afin
d'atteindre la chambre inférieure 100 où elle est finalement évacuée via la
sortie
inférieure 90. La boue qui était sous forme de mousse perd éventuellement ses
bulles d'air ainsi que de l'eau et tend à se densifier.
La Figure 5 représente schématiquement un appareil pour le
traitement des eaux usées incluant un réacteur 112 comprenant une carcasse
111, un
fond 113, un compartiment d'alimentation 110 destiné à recevoir l'eau à
traiter, un
premier bloc d'électrodes 114, un premier réservoir de transition 116, un
séparateur
de boue 118, un deuxième bloc d' électrodes 120, un deuxième réservoir de
transition 122, et un réservoir destinée à recevoir l'eau traitée 124. Chacun
de ces
blocs d'électrodes est monté sur un support 126 fixé aux parois de la carcasse
111.
Les supports 126 définissent respectivement sous les blocs 114 et 120, des
espaces
128 et 130 permettant le passage de l'eau à traiter. Le bloc d'électrodes 114
comprend des électrodes 115 disposées de façon parallèle et les électrodes 115
sont
espacées afin de définir entre elles des espaces 132 permettant le passage de
Peau.
De façon analogue, le bloc 120 comprend des électrodes 121 disposées de façon
parallèle et les électrodes 121 sont espacées afin de définir entre elles des
espaces
134 permettant le passage de Peau. Les blocs d'électrodes 114 et 120 peuvent
comporter ou non un même nombre d'électrodes et les électrodes 115 et 121
peuvent être constituées d'un méme matériau ou non. La nature du ou des
matériaux
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
constituant les électrodes 115 et 121 peut varier selon la composition de
l'eau à
traiter et selon les contaminants contenus dans cette dernière.
Le compartiment d'alimentation 110 et le réacteur 112 sont reliés par
un conduit 136 dont une extrémité est située sous le bloc 114, dans l'espace
128
5 afin de permettre à l'eau de circuler 'du bas vers le haut des électrodes
115. Le
réservoir de transition 116 est relié à l' espace 130 par un conduit 13 8. Le
réservoir
de transition 122 est relié au réservoir d' eau traitée 124 par un conduit
140. Le
6
séparateur de boue 118 comprend des convoyeurs 141 et 142 incluant chacun des
rouleaux 144 et une courroie 146, et un collecteur de boue 148 comprenant un
10 réservoir de récupération 150 destiné à recevoir la boue, un entrée 152 et
une sortie
. 154. Les convoyeurs 141 et 142 sont actionnés par un moteur (non illustré).
Le
moteur entraine les rouleaux supérieurs par friction. Le collecteur 148
comprend
également une sortie 155 qui est relié à un moyen de succion i.e. une pompe ou
un
aspirateur (non illustré) et qui permet d'aspirer la boue à l'entrée 152. La
sortie 154
15 est reliée à un conduit 156 permettant d'évacuer la boue. Le convoyeur 142
est
muni d'un filtre 157 comprenant des rainures 158. Dans le réacteur 112, la
disposition du bloc 114 par rapport au réservoir 116, la disposition de ~ ce
dernier par
rapport au bloc 120, et la disposition de ce dernier par rapport au réservoir
122
constitue un réseau de chicanes dans lequel l'.eau circule de façon à
minimiser la
20 turbulence.
L'eau à traiter est donc premièrement introduite dans le compartiment
d'alimentation 110 puis elle est acheminée par le conduit 136 jusque dans
l'espace
128 sous le bloc d' électrodes 114. Puis, l' eau monte dans les espaces 132
entres les
électrodes 115 où elle est soumise à un courant électrique. Les électrodes
sont
25 submergées dans l'eau de façon à permettre une meilleure flottation de la
boue.
L'eau circule entre les électrodes de façon à minimiser la turbulence et
favoriser la
flottation de la~boue. Des micro-bulles d'oxygène et d'hydrogène sont alors
formées
lors de l'électrolyse de l'eau et elles entrainent avec elles vers le haut les
particules
de polluants contenus dans l'eau usée, formant ainsi une boûe. La boue ainsi
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
26
générée possède une faible densité et se retrouve sous forme de mousse en
raison
des micro-bulles mentionnées ci-dessus. Cette faible densité permet en outre à
la
boue de flotter à la surface de l'eau. L'eau et la boue, une fois rendues au
dessus du
bloc 114, sont ensuite acheminées à l'entrée du réservoir de transition 116 où
elles
seront séparées l'une de l'autre. L'eau passe à travers la courroie 146 du,
convoyeur
141 afin de pénétrer dans le réservoir 116 alors que la boue adhère à la
courroie 146
du convoyeur 141 et elle est ensuite acheminée vers l'entrée 152 où elle est
aspirée
jusque dans le réservoir de récupération 150. Puis, la boue est évacuée par le
conduit 156. Une paroi servant de racle (non illustrée) peut être disposée de
façon
adjacente à l'entrée 152 de façon à décoller la boue de la courroie et ainsi
faire
tomber la boue plus facilement dans l'entrée 152. La densité de la boue
augmente
lorsqu'elle est acheminée par le convoyeur et lorsqu'elle introduite dans le
réservoir
150. En fait, la boue qui était sous forme de mousse perd ses bulles d'air
ainsi que
de l' eau et tend à se densifier.
Par la suite, l'eau ayant été substantiellement séparée de la boue par la
courroie, elle quitte le réservoir 116 en s'écoulant dans le conduit 138 avant
d'atteindre l'espace 130 sous le bloc d'électrodes 120 pour être traitée à
nouveau.
Tout comme pour lors de son passage à travers les électrodes du bloc 114,
l'eau
monte dans les espaces 134 entres les électrodes 121 du bloc 120 où elle est
soumise à un courant électrique. Une boue sous forme de mousse est alors
générée
comme lors du traitement par le bloc 114, puis l'eau et la boue sont ensuite
acheminées vers l'entrée du réservoir de transition 122 où ellès seront
séparées
l'une de l'auire par le biais de la courroie 146 du convoyeur 142 comme il a
été
décrit précédemment pour le convoyeur 141. Le filtre 157 empêche certaines
particules de polluants de contaminer l'eau traitée et recueillie dans le
réservoir 122.
Puis, l'eau traitée quitte le réservoir 122 pour rejoindre le réservoir 124
par le biais
du conduit 140. Ce conduit est ajustable et peut effectuer une rotation de
façon à
contrôler le débit de l'eau sortant' du réservoir 124.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
27
L'appareil de la Figure 5 peut comprendre un réservoir d'alimentation
reliée au compartiment d'alimentation par un conduit. L'eau contenue dans le
réservoir d'alimentation peut étre acheminée dans le cômpartiment
.d'alimentation
par le biais d'une pompe munie d'un filtre. La paroi entre le' compartiment
d'alimentation et le réacteur peut également comprendre au moins une autre
entrée
située au-dessus du conduit 136. Cette entrée consiste en un orifice dans
cette paroi
et l'eau contenue dans le compartiment 110 s'écoule le long d'un conduit avant
d'atteindre l'espace 128. La paroi peut aussi avoir d'autres entrées
similaires selon
le débit d'entrée désiré dans le réacteur. Le conduit reliant le réservoir
d'alimentation et le compartiment d'alimentation ainsi que les conduits 136,
138, et
140 peuvent être munis de valves ou d'un moyen permettant de contrôler le
débit
d'eau dans l'appareil. Les réservoirs 110, 116, 122, 124 ainsi que les parois
situées
sous les espaces 128 et 130 peuvent également comprendre des sôrties reliées à
des
conduits et permettant de vidanger les réservoir. Ces conduits sont
préférablement
munis de valves. De façon analogue, dans les Figures 2 et 3, les conduits 22
et 78
peuvent être munis de valves ou d'un moyen permettant de contrôler le débit
d'eau
dans ces appareils. Le compartiment 58 et le réservoir 68 peuvent également
comprendre des sorties reliées à des conduits et permettant de vidanger les
réservoir. Ces conduits sont préférablement munis de valves.
L'appareil selon la Figuxe 5, le réservoir 122 peut aussi comprendre
un dispositif de dérivation permettant, le cas échéant, d'acheminer l'eau
traitée
jusqu'à, l'espace 128 sous les électrodes du bloc 114, jusqu'à l'espace 130
sous les
électrodes du bloc 120 ou dans le compartiment d'alimentation 110 pour un
traitement supplémentaire. Ce dispositif de dérivation est un conduit muni de
valve
et cette dernière est ouverte si le moyen de contrôle de la qualité de l'eau.
indique
que l'eau traitée nécessite un traitement supplémentaire. De façon analogue,
dans
les appareils des Figures 2 et 3, le conduit 78 peut être muni d'un tel
dispositif de
variation perméttant de retourner l'eau dans le compartiment 58 pour un
traitement
supplémentaire.
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
28
Avant d' être acheminée dans le compartiment d' alimentation, l' eau
peut être traitée afin d'ajuster le pH et/ou homogénéisée. Le pH peut
également être
ajusté à la fin du traitement, et préférablement dans le réservoir d'eau
traitée, afin de
répondre à certaines normes environnementales. Dés lectures peuvent être
effectuées au niveau des réservoirs d'alimentation et d'eau traitée et du
compartiment d'alimentation afin de déterminer la teneur, dans l'eau à traiter
et
dans l'eau traitée, de divers polluants ou contaminants.
EXEMPLES
Des exemples ont été réalisés en utilisant l'appareil tel qu'illustré à la
Figure 5. Dans un premier temps une eau usée provenant d'une usine de
transformation des viandes a été traitée (Table 1) et dans un deuxième temps,
une
eau usée provenant d'une laiterie a été traitée (Table 2). Lors de ces
traitements les
deux blocs d'électrodes étaient chacun munis de 22 électrodes constituées
d'aluminium. Les électrodes des deux blocs étaient identiques. Les électrodes
avaient des dimensions de 22.5 cm par 24 em et l' espacement entre les
électrodes
était de 0.8 cm. Le volume total de tous les espaces (21 espaces) d'un bloc
était
donc de 9072 cm3. Lors de ces essais, la teneur en divers polluants de l'eau à
traiter
et de l'eau traitée a été mesurée afin de déterminer le taux d'abattement
obtenu pour
chacun de ces polluants lors du traitement. Lors du traitement de l'eau usée
provenant d'une usine de transformation des viandes (Table 1) 200 litres d'eau
ont
été traités à un courant moyen de 78.4 A et une tension moyenne de 4.6 V. Le
traitement a duré 106 minutes et le débit moyen était de 1.9 litre par minute.
Lors du
traitement de l'eau usée provenant d'une laiterie (Table 2) 240 litres d'eau
ont été
traités à un courant moyen de 57.8 A et une tension moyenne de 6.5 V. Le
traitement a duré 130 minutes et le débit moyen était de 1.8 litre par minute.
Lors de essais, le taux d'abattement a été calculé de la manière suivante
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
29
[(concentration initiale- concentration finale) / concentration initiale] X
100
Table 1.
Paramtre Units Avant Aprs Taux
traitement traitementd'abattement
Conductivit ~,S/cm 4420 4290 -
PH . - 10.25 9.96 -
Couleur vraie UCV 313 68 78.27
Turbidit UTN 240 37 84.58
Azote total Kjeldahlmg N/L , 110 48 56.36
Orthophosphates mg P/L 16 0.23 98.56
Phosphores totauxmg P/L 83 7 91.57
Solides dissous mg/L 2862 2286 20.12
Demande biochimiquemg/L 1188 777 34.60
en oxygne soluble,
j ours
Demande biochimiquemg/L 1374 1028 25.18
en oxygne, 5
jours
Demande chimiquexng/L 2006 1094 45.46
en
oxygne soluble
Demande chimiquemg/L 2650 2160 18.49
en
oxygne
Huiles et graissesmg/L 16.1 7.3 54.66
totales
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
Table 2.
Paramtre unit Avant Aprs Taux
traitement traitementd'abattement
Conductivit ~,S/cm 1641 1307
PH - 7.36 9.72 -
Couleur vraie UCV 190 < 5 97.37
Turbidit UTN 780 15.3 98.04
Matires en sus mg/L 766 92 87.99
ension
Azote total Kjeldahlm N/L 68 5.6 91.76
Orthophosphates mg P/L 98 0.46 99.53
Phosphores totauxmg P/L 98 1.2 98.77
Solides dissous m L 1388 1120 19.31
Demande biochimiquemg/L 542 264 51.29
en oxygne soluble,
5
j ours
Demande biochimiquemg/L 1599 363 77.30
en oxygne, 5 j
ours
Demande chimique mg/L 963 511 . 46.93
en
oxy ne soluble
Demande chimique mg/L 2614 590 77.42
en
oxygne
5 Les résultats présentés dans les Tables 1 et 2 démontrent clairement
que l'appareil et le procédé de la présente invention sont efficaces pour
traiter des
eaux usées de diverses provenances comprenant des polluants variés. Il a donc
été
démontré que le procédé et l'appareil de l'invention permettent de trâiter une
eau
usée de façon simple sans avoir recours à des divers adjuvants chimiques tels
des
10 floculants, et sans avoir recours à des bassins de sédimentation, des
clarificateur ou
des moyens, mécaniques complexes afin de séparer la boue de l'eau traitée.
Dans
l'appareil et les procédés de l'invention, la boue est séparée de l'eau
traitée de façon
simple et efficace. Cette ,étape est également facilitée par lé fait que la
boue est
récupérée juste au dessus des électrodes ou à proximité de celles-ci.
Finalement, le
15 traitement peu être effectué en une courte période de temps.
Bien que. la présente invention ait été décrite à l'aide de modes de
réalisation préférés, il est entendu que plusieurs variations et modifications
peuvent
CA 02505011 2005-05-05
WO 2004/050562 PCT/CA2003/001882
31
se greffer à ces modes de réalisation spécifiques, et la présente invention
vise à
couvrir de telles modifications, usages ou adaptations de la présente
invention
suivant en général, les principes de l'invention et incluant toute variation
de la
présente description qui deviendra connue ou conventionnelle dans le champ
d'activité dans lequel se retrouve la présente invention, et qui peut
s'appliquer aux
éléments essentiels mentionnés ci-haut, en accord avec la portée des
revendications
suivantes.
