CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

L'épuration chimique consiste d*une façon générale dans Tintroduction, au sein de l'eau à épurer ou à corriger, d'une ou plusieurs substances qui transforment les matières nuisibles, qui se trouvent dans cette eau, en substances inoffensives. Cette transformation se fait quelquefois sans qu'il y ait précipitation; c'est le cas par exemple de l'acide chlorhydrique. Le plus souvent il se forme des précipités plus ou moins abondants.

Distribution du réactif. — Les installations de correction chimique doivent comprendre un distributeur jde substance épurante et un appareil de clarification. Réduit à sa plus simple expression, l'appareil épurateur se compose d'un réservoir dans lequel l'eau à traiter est soumise à un brassage avec la substance qui doit produire l'épuration, et où on l'abandonne ensuite au repos pour la soutirer quand elle a laissé déposer les précipités formés. L'addition d'une quantité dosée de substance épurante peut se faire sans appareil spécial.

Il n'en est pas ainsi dans les grandes installations où les réservoirs sont volumineux et où on ne peut attendre qu'ils soient remplis pour ajouter à l'eau le réactif nécessaire à sa correction. Des appareils spéciaux doivent être employés dans ce cas pour envoyer

dans le réservoir un courant régulier de Teau à traiter et une quantité proportionnelle de substance épurante.

Cette substance peut être débitée sous forme de poudre ou de pâte, mais le plus souvent c*est sous forme de dissolution claire ou de lait, c'est-à-dire de liquide contenant la matière en suspension, qu'on la distribue.

On comprend que les appareils distributeurs varient avec la substance à distribuer. Les inventeurs leur ont donné des dispo* sitions plus ou moins ingénieuses que nous indiquerons en décrivant les appareils complets.

Le plus souvent c'est au moyen de pompes dont on peut régler le débit ou au moyen de robinets réglés fonctionnant sous pression constante que se fait la distribution de Teau ou des liquides d'épuration.

Souvent l'appareil distributeur comporte un préparateur de réactif. Les substances que l'on emploie pour la correction des eaux n'étant pas toujours livrées par le commerce à l'état où les fournit le distributeur, il faut le plus souvent les dissoudre ou les mettre à l'état de lait et ceci nécessite une disposition spéciale.

Clarification. — La clarification s'opère le plus simplement dans des réservoirs fonctionnant d'une façon intermittente. Un service continu exige alors au moins deux réservoirs dont l'un fournit l'eau clarifiée pendant qu'on effectue les opérations que nécessite l'épuration dans l'autre et que la clarification s'y opère par le repos.

Cette opération est la plus simple, mais elle nécessite des réservoirs volumineux et il est rare que la clarification soit parfaite. Aussi la complète-t-on souvent par l'emploi de la filtration, succédant à la clarification préalable par dépôt.

Pour économiser remplacement, on supprime parfois la décantation et on enlève à l'eau les précipités qu'on a formés, en même temps que les substances en suspension qu'elle contenait, primitivement, par une simple filtration.

Ce système a un inconvénient qui se présente immédiatement à l'esprit, c'est l'encrassement rapide des filtres. A la masse de substances en suspension on ajoute, en effet, une quantité de sédi-

ments beaucoup plus considérable, provenant des réactions chimiques, ce qui entraîne à Temploi de grandes surfaces filtrantes et à des nettoyages fréquents.

Un grand nombre d'inventeurs ont cherché à éviter cet inconvénient et, d'autre part, à diminuer le volume des réservoirs de dépôt, en combinant des appareils où la décantation se fait d'une façon continue.

Il suffit de se reporter à l'analyse que nous avons faite de la part qui revient à la décantation dans le filtrage à travers les éléments incohérents (voir chap. iv, 2, Enide analytique de Vaction des filtres en sable) pour se rendre compte des principes sur lesquels les inventeurs se sont appuyés pour arriver à ce résultat. Le cloisonnement du réservoir de dépôt, fractionnant ce réservoir en une série de tranches minces, où la clarification se fait avec une rapidité qui est fonction du nombre de tranches, est tout indiqué. Reste à l'appliquer en pratique d'une façon plus ou moins économique et à l'approprier à un nettoyage des surfaces encrassées qui ne serait que difficilement réalisé par le fractionnement en tranches horizontales. Les dispositions prises à cet effet ont été plus ou moins heureuses, mais les recherches faites dans cette voie ont abouti à des résultats pratiques dont l'industrie tire aujourd'hui un grand parti.

Dans certaines dispositions de décan leurs cloisonnés on s'est basé, pour activer la décantation, sur l'observation de phénomènes naturels, comme la formation des dépôts dans un cours d'eau aux endroits où les changements de direction des filets liquides produisent les remous, le rassemblement des précipités par le changement brusque de direction et les chocs, observé dans les appareils mômes, phénomène semblable à celui qu'utilise le chimiste qui rassemble certains précipités en battant le liquide qui les contient dans le verre à expériences, à l'aide de l'agitateur.

Ces dispositions de décanteurs font l'objet de nombreux brevets et donnent souvent aux appareils d'épuration leur physionomie particulière.

Avec ces appareils, comme avec les décanteurs fonctionnant par intermittence, il est rare qu'on arrive à obtenir une eau limpide. On les complète en y ajoutant des filtres.

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Le décanteur continu joue alors le rôle d'un filtre dégrossisseur à éléments métalliques présentant les avantages d'un nettoyage facile et d'une grande lenteur d'encrassement. . Le plus souvent on emploie des filtres très simples dans ces appareils. Dans la cuve du décanteur même l'eau dégrossie rencontre une couche filtrante, fréquemment formée de copeaux ou de fibres de bois, qu'elle traverse le plus souvent de bas en haut. Ces substances filtrantes chargent peu les appareils et oCfrent peu de résistance au mouvement de l'eau.

Les filtres employés pour compléter la clarification, commencée dans les décanteurs intermittents, sont le plus communément des filtres à sable, à gravier, à éponges, parfois les filtres -presses.

Nous classerons ces appareils d'épuration ou de correction chimique, d'après ces considérations, de la façon suivante :

Appareils d'épuration chimique :

— — avec simple fîltralion ;

— — avec décantation intermittente, complétée ou non

par une ûltration ;

— — avec décantation continue, complétée ou non

par une filtration.

Nous décrirons à part les appareils d'épuration au fer qui se différencient assez nettement des autres appareils d'épuration chimique.

§ 2. — APPAREILS d'épuration CHIMIQUE AVEC SIMPLE FILTRATION

L'appareil d'épuration le plus simple de ce type consiste dans une cuve que l'on remplit, à un certain niveau, d'eau à épurer, à laquelle on ajoute le réactif nécessaire à l'épuration en quantité déterminée. On remue le mélange, soit à la main avec des râbles, soit au moyen d'agitateurs mécaniques, ou par insufflation d'air. La réaction terminée, on laisse couler l'eau troublée sur un filtre, ou on la reprend par des pompes, ou bien on la laisse couler dans un monte-jus qui l'envoie dans un filtre à pression (un filtrepresse par exemple).

L'eau clarifiée est emmagasinée dans un réservoir ou bien on l'utilise directement. Dans ce cas, si on l'emploie d'une façon conti-

nue on fait usage de deux cuves pour faire la précipitation afin qu'il n'y ait pas de temps d'arrêt.

Parmi les nombreux appareils proposés pour obtenir l'épuration d'une façon continue avec simple filtration, nous citerons les appareils : Bérenger et Stingl (anciens), Porter dit Porter- Clark, Demailly.

Appareils Bérenger et Stingl. — Les appareils Bérenger et Stingl (anciens) qui ont été employés en Autriche, en Allemagne et aussi en France comprennent trois parties principales :

1*" Le préparateur de réactif ;

2^ Le mélangeur;

3* Le filtre.

Le réactif, ou substance destinée à produire l'épuration, est en général, dans ce système, la chaux employée à l'état de dissolution. On lui adjoint la soude pour précipiter le sulfate de chaux (voir l'article Epuration chimique) y et au besoin des sels d'alumine ou de fer pour hâter la clarification.

Préparateur de réactif. -^ La dissolution du réactif se fait dans une cuve en tôle. A de l'eau ordinaire, d'un volume connu, on ajoute une quantité de chaux et de soude calculée d'après l'analyse de l'eau. On brasse le tout jusqu'à dissolution, aussi complète que possible, de la chaux. On laisse décanter. On soutire la dissolution claire dans un réservoir où on la prend pour l'envoyer au mélangeur. On peut faire aussi usage de deux bacs préparateurs de réactif.

On travaille dans Tun pendant que l'autre laisse écouler la solution claire.

On a de cette façon une préparation, aussi rationnelle que possible, d'un réactif convenable pour l'épuration.

La dissolution est amenée des réservoirs par une pompe ou est débitée régulièrement par un ajutage fonctionnant sous niveau constant, en même temps que l'eau y arrive par les mêmes moyens, en quantité déterminée, dans un vase appelé mélangeur.

Mélangeur. — Ce mélangeur est un vase en tôle, fermé (fig. 90), où l'eau arrive par un tuyau A et le réactif par un tuyau B, bran-

hés sur un tuyau collecteur C. Cs tuyau débouche dans le mélangeur en face d'un cône D dont le bord inférieur est dentelé. L'eau frappe ce cône, et, d'après les inventeurs, suit le chemin indiqué par les flèches, circulant ainsi dans la capacité E et remontant ensuite dans le collecteur tronconique F d'où elle s'en va par un tuyau G dans les filtres. Le mélangeur doit être de capacité suffisante pour que la réaction soit terminée quand l'eau en sort. Le fond de l'appareil est embouti de façon que les matières en

Fig. 90. — Mélangeur Bérenger et Stingl, pour épuration chimique.

Fig. 91. — Filtre Bérenger et Stingl.

suspension, trop lourdes pour être entraînées par le courant, se rassemblent sous le cône D en passant par les découpures de la tôle, et puissent être extraites par le robinet de vidange.

Filtre. — Le filtre Bérenger et Stingl a la disposition indiquée par la figure 91 .

Il se compose d'une cuve tronconique en tôle ou en fonte A à fond embouti et surmontée d'un couvercle mobile B. Une grille métallique G forme faux fond. Elle est soutenue par une spirale en tôle à bords découpés pour faciliter le passage de l'eau. On tasse sur ce faux fond une couche de 0", 10 àO"", 15 de copeaux, de bois

que Ton recouvre d'un deuxième diaphragme, maintenu en place par un cercle de bois serré contre les parois. Au-dessus de celte cloison on dispose une couche filtrante formée de trois parties de copeaux de sapin et d'une partie de petits morceaux de coke.

L^eau trouble arrive par le tuyau D, traverse les couches filtrantes et s'écoule, clarifiée, par le robinet E.

L'appareil comprend deux ou plusieurs filtres, de façon à ce qu'on puisse nettoyer sans interrompre le service. On desserre alors les boulons à œil qui maintiennent le couvercle, on défait le joint, on enlève le couvercle, puis la couche filtrante que l'on remplace par des matières fraîchement nettoyées ou au besoin par des matières neuves.

Ces filtres fermés sont d'un prix relativement élevé, leur encrassement est rapide et le nettoyage est long et coûteux. Un filtre à alimentation inférieure, ouvert par le haut, serait certainement moins cher et d'un nettoyage moins dispendieux.

Les inconvénients de ce système ont, du reste, amené MM. Bérenger et Stingl à substituer au filtrage une clarification par décantation continue.

Système Porter. — Le système Porter, peu connu en France mais assez répandu en Angleterre^ utilise également la réaction de Clark, d'où le nom de système Porter-Clark qui lui a été donné. Une installation de ce système comprend essentiellement quatre parties :

i^ Le préparateur de réactif;

2"* Le mélangeur;

3** Le filtre-presse ;

4*^ Le réservoir d'air comprimé.

Cet appareil est représenté, vu extérieurement, figure 92, et en plan figure 93.

L'eau de chaux est préparée dans un cylindre A muni d'un agitateur; l'eau à épurer, arrivant sous pression dans le mélangeur B et dans le réservoir C, transmet cette pression dans le préparateur de réactif A, par l'intermédiaire de l'air contenu dans ce réservoir. L'eau de chaux s'élève, poussée par cette pression, et vient couler dans le mélangeur. La réaction s'effectue,* Feau se trouble et, continuant son chemin, est refoulée dans le filtre-presse où

EPURATION DES EAUX

elle traverse des feutres sur lesquels elle se dépouille de ses précipités. Le dépôt de carbonate de chaux forme sur ces feutres une couche filtrante qui permet, au bout de quelques instants de fonctionnement, d*obtenir une eau limpide.

A la fin de Topéralion, quand le réservoir d'air s'est rempli de l'eau qui a expulsé l'air, on ouvre le robinet qui met en communication le bas du réservoir C et le cylindre A, on laisse échapper l'air du cylindre. L'eau contenue dans le réservoir C s'y écoule. On ajoute par l'entonnoir F la dose de chaux voulue (on pourrait y ajouter également de la soude ou du carbonate de soude, ou d'autre réactif, s'il en était besoin), on met en mouvement la mani-

Fig. 92. — Appareil Porter, dit Porter-Clark.

velle G, jusqu'à ce que l'eau soit saturée de chaux, on arrête l'opération, on laisse le liquide s'éclaircir et on peut alors recommencer l'opération. Tous les jours, ou même plusieurs fois par jour, on desserre le filtre-presse et on nettoie les feutres.

Quand on remet en marche, il faut procéder doucement pour avoir de l'eau claire, et au besoin rejeter les premières portions filtrées.

La disposition indiquée par les figures 92 et 93 peut être modifiée; on peut faire usage de plusieurs filtres.

De toutes façons, ce système est d'une construction coûteuse et l'emploi, pour le réglage, de l'air sous pression, rend la régula^ rite du fonctionnement bien aléatoire. On sait en effet qu'il est difficile d'assurer d'une façon complète l'étanchéité d'appareils contenant de l'air ; la moindre fissure, un joint mal serré, peuvent compromettre la bonne marche de l'appareil ; la surveillance doit

Fig. 93. — Appareil Porter, dit Porter-Clark. (Plan.)

donc être très active et, d'autre part, la manutention est compliquée et chère.

Quand l'appareil fonctionne normalement, la purification se fait bien et la clarification est satisfaisante.

Système Demailly. — Ce système a été proposé pour la correction des eaux destinées à l'alimentation des générateurs et n'a été appliqué qu'à cet usage.

On place l'appareil sur le tuyau d'alimentation, entre la pompe alimentaire et la chaudière.

Il se compose essentiellement de deux parties, l'une B où se prépare le réactif, l'autre D où s'opèrent la réaction et la filtration de l'eau trouble obtenues (fig. 94).

Le tuyau d'alimentation T amène la majeure partie de l'eau dans le bâti de l'appareil, tandis qu'une bifurcation t en conduit une

partie dans [le préparateur A. Dans ce vase se trouve le réactif épurant. L'eau y arrive par un tuyau percé de petits trous, se divise en jets qui remuent le réactif, et se charge de ce réactif ; la dissolution traverse un filtre F où elle se clarifie; elle s'écoule dans le bâti, au centre d'une roue à ailettes r, mue par le courant principal. L'eau à épurer et le réactif sont mélangés par ce moyen et arrivent dans le cylindre B où la réaction s'effectue. L'eau trou-

Ji-*. : r;-*

Fig..94. — Appareil Demailly.

blée est filtrée par le filtre G et, clarifiée, s'écoule par un ajutage pratiqué dans le bâti.

Une brosse fixe H permet de nettoyer la surface extérieure du filtre G, que l'on fait tourner au moyen d'un arbre, passant dans un presse-étoupes et d'un volant V.

Pour obtenir une épuration convenable, on règle au moyen de robinets les quantités d'eau qui passent dans le distributeur de réactif, ou qui sont envoyées directement à l'appareil épurateur.

Pour espérer obtenir un fonctionnement régulier, avec cet appareil, il faudrait employer des substances peu solubles comme la

chaux ou la baryte. Des substances solubles, comme le carbonate de soude, la soude, les oxalates, se dissoudraient rapidement et passeraient dès le début dans les chaudières sans que le but qu*on se propose soit rempli. On devrait pour parer à cet inconvénient procéder à un réglage continuel des robinets, chose impraticable.

La chaux et la baryte ont d'autre part l'inconvénient grave pour cet appareil de donner d'abondants précipités. Il suffit de se rappeler le mode d'action de ces corps pour voir qu'ils viennent ajouter leur poids, à celui des carbonates en solution et qu'ils augmentent la masse des précipités en formant eux-mêmes des carbonates insolubles.

De plus la chaux en suspension viendrait se coller contre le filtre et pour ces diverses raisons le filtrage deviendrait bientôt illusoire.

La résistance du filtre, qui va constamment en croissant, est encore une cause d'irrégularité dans ce système.

D'ailleurs un appareil de ce genre devant résister à la pression de la chaudière et présentant des joints qu'il faut démonter fréquemment pour le nettoyage, et qui doivent être soignés pour ne pas occasionner de fuites, est forcément très coûteux.

A moins de faire le cylindre B très volumineux la réaction n'a pas le temps de se ffiiire d'une façon complète. Il est facile de constater en effet que si l'on ajoute à l'eau un réactif tel que la chaux en solution qui doit absorber l'acide carbonique et donner une précipitation de carbonate de chaux, ou le carbonate de soude qui donne avec le sulfate de chaux une double décomposition, ces réactions, si elles sont instantanées, ne se traduisent pas par une précipitation immédiate des nouveaux sels formés ; il faut un certain temps pour qu'ils se rassemblent et deviennent visibles.

Ce temps est fonction de la température de l'eau, de l'excès de réactif, de l'agitation ; mais dans les conditions où se trouve l'appareil que nous décrivons, il n'est pas moindre de cinq minutes et même au bout de ce temps, le précipité peut être encore assez ténu pour traverser le filtre s'il n'est pas fait de substances à pores très petits.

On court donc le risque, en ne donnant pas des dimensions considérables à l'appareil, de laisser passer des précipités et en même

temps d'encrasser rintérieur des filtres, auquel cas, le nettoyage extérieur ne serait plus qu'un palliatif fort irisufflsant.

Ce que nous disons du temps de la réaction s'appliquerait certainement aux appareils autres que celui-ci. Cette considération amène d'ailleurs les constructeurs d'appareils épurateurs d'eau à donner aux parties de l'appareil où se fait la réaction des dimensions considérables.

MM. Gaillet et Huet estiment que la durée de la réaction est de deux heures * et que les appareils doivent être calculés sur celte donnée. Ceci est sans grands inconvénients pour des vases peu coûteux comme le sont de simples épurateurs, décantant sans pression et auxquels il faut, de toutes façons, donner de grandes dimensions pour permettre au dépôt de se faire ; mais pour un appareil qui doit fonctionner sous une pression élevée ces considérations amèneraient à des prix inabordables.

Le système Demailly, assez ingénieux comme conception, prête donc cependant largement à la critique.

L'idée première de loger sur la conduite de refoulement qui va à la chaudière un appareil de petite dimension, séduisante au premier abord amène donc à des complications et à des dépenses qu'on éviterait en plaçant l'appareil avant la pompe d'alimentation.

Système Le Tailler. — L'appareil de Le Tellier se rapproche beaucoup de celui de Demailly, il présente des inconvénients du même ordre et l'on peut en dire autant de tous les appareils placés sur la canalisation d'eau d'alimentation et soumis à une pression élevée.

§ III. APPAREILS d'épuration CHIMIQUE AVEC DÉCANTATION