CHAPITRE X

APPAREILS POUR ÉPURATION MIXTE

Épuration par échauffement de l'eau et action chimique. — Il a été proposé différents systèmes pour épurer les eaux et principalement les eaux destinées à Talimentation des chaudières, en se basant sur la propriété des bicarbonates terreux de se décomposer à rébullition. Nous avons décrit quelques-uns de ces appareils. Dans ceux que nous allons décrire, on complète cette épuration partielle faite par la chaleur, au moyen d'une correction chimique.

Cette dernière purification est indispensable si les eaux sont chargées de sulfate de chaux.

Appareil de Nolden. — Cet appareil, représenté en coupe (fig. 120 et 121) et en élévation (fig. 122), a été créé pour réaliser celte épuration mixte.

Il se compose de deux vases métalliques fermés, A et B.

Le réservoir supérieur A contient une bâche ouverte C où Teau à épurer arrive par un tuyau t, La vapeur, le plus souvent de la vapeur d'échappement, entre par un tuyau t. L'eau s'échauffe dans la bâche, dépose une partie de ses carbonates, coule par le déversoir d Sur une roue à ailettes E qu'elle met en mouvement. Cette roue tourne lentement et régulièrement en agitant l'eau contenue dans le réservoir A. Elle plonge en partie dans cette eau, qu'un tuyau F maintient à une hauteur constante.

De là, l'eau passe dans la cuve B où elle suit un chemin contrarié par des chicanes.

APPAREILS POUR EPURATION MIXTE

Dans le premier compartiment, elle reçoit Taddition de chlorure de baryum amené par un tuyau V. Cette .dissolution s'écoule d'un vase de Mariotte G. L'eau y est puisée régulièrement par une danaïde H, dont l'axe prolonge l'axe de la roue hydraulique. On

Fig. 120.

peut faire varier le débit de réactif en montant ou abaissant le vase G, au moyen d'une vis.

Le sulfate de chaux est décomposé par l'addition de chlorure de "baryum. Le sulfate de baryte précipité tombe au fond de la cuve B, d'où on l'extrait par une série de tubulures munies de robinets P.

Dans la cuve cloisonnée, l'excès de la vapeur non condensée dans la cuve A, et qui a pénétré par la tubulure K vient continuer à réchauffer l'eau dans la partie L de la cuve B. L'excès s'échappe par le tuyau N dans l'atmosphère.

L'eau chaude épurée arrive à rorifice jt?, où on la prend pour renvoyer à la chaudière.

r'-jr- -ï

iSkr— ^-^^^-^

EET^E^ — T^

Fig. 12i. Fig. 122.

Fig. 120 à 122. — Epurateur rcchaufTeur de Nolden.

Cet appareil assez ingénieux ne s'est cependant pas beaucoup répandu. Il ne peut être appliqué à l'épuration, en général, que lorsqu'on dispose de vapeur perdue, autrement la purification de l'eau serait obtenue d'une façon trop coûteuse.

Si l'eau est demandée chaude en môme temps qu'épurée et c'est le cas de l'eau d'alimentation des générateurs, cette correction devient plus économique mais la disposition adoptée présente des inconvénients.

La précipitation des bicarbonates se faisant par l'élévation graduelle de température dans les vases C et B amène la formation de précipités adhérents qui sont d'un nettoyage difficile et finissent par compromettre la marche de la roue.

APPAREILS POUR EPURATION MIXTE

Il en est de même du nettoyage du récipient inférieur. On déplace ainsi la difficulté sans la résoudre.

De plus, l'envoi de la vapeur d'échappement des machines que l'on renvoie ainsi condensée aux chaudières n'est pas sans inconvénients, à cause des graisses entraînées par cette vapeur.

Un appareil du. même genre a été plus récemment breveté par Schônemann.

Jmjî. vi:\.

iS^^-

c 'A' A B vs/c Fig. 124. — Epurateur réchaufleur automatique Walz.

Appareil de H. Walz *. — Cet appareil se compose d'une cuve en tôle divisée par deux cloisons à trois compartiments P, Q, R (coupe fig. 123, pi. fig. 124.)

Fischer. Chemische technologie des Wassers,

370 EPURATION DES EAUX

Dans le premier compartiment P, Teau à épurer arrivant par le tuyau W se mélange avec la solution de réactif contenue dans le réservoir A et débitée par le robinet H. L'eau traitée coule par la partie inférieure dans la chambre Q, s'élève, se déverse aunlessus de la cloison S et vient se rassembler dans le réservoir R où la pompe d'alimentation la prend par le tuyau E. Un tuyau muni d'un robinet X sert à la vidange.

La vapeur d'échappement de la machine débouche dans la chambre P par un tuyau placé à la porte supérieure, passe par D, circule dans les chambres en échauffant l'eau ; la partie non condensée est évacuée par rf.

La distribution du réactif s'arrête quand l'eau cesse d'arriver dans le réservoir P, et reprend quand elle y revient.

L'arrêt ou la remise en marche de l'appareil se font automatiquement et sont commandés par les fluctuations de l'eau dans le réservoir R.

Pour cela, la pompe T chasse l'eau brute contre une plaque qui fait basculer le clapet n et permet au réactif de s'écouler par le robinet réglé h.

La pompe doit cesser d'alimenter l'appareil d'eau froide quand le niveau de l'eau épurée chaude arrive en a 6; pour cela on a disposé sur la clé d'un robinet d'échappement d'air V de la pompe une tige munie en G d'un petit seau, et à l'autre extrémité d'un contrepoids C.

Le petit réservoir G communique au réservoir R par un tuyau de caoutchouc.

La pompe fonctionnant, le réservoir R se remplit, le niveau s'élève en a 6, l'eau monte dans le seau G qui, entraîné par cet excédent de poids, fait basculer la lige C B et ouvre le robinet d'échappement d'air, la pompe marche à vide, le réservoir cesse de se remplh- d'eau, le clapet n, n'étant plus poussé parle courant d'eau de la pompe, vient fermer le tuyau h et le réactif s'arrête ainsi en même temps que l'admission de l'eau brute.

Quand la pompe d'alimentation vide le réservoir R, l'eau du seau G s'écoule dans le réservoir R, le contrepoids fait basculer la lige, le robinet d'air se ferme et la pompe recommence à alimenter, ouvrant du même coup l'arrivée du réactif.

APPAREILS POUR EPURATION MIXTE 371

Le seau G est étanche. Sur le fond supérieur, de petits trous laissent rentrer Fair, ils sont fermés par de petits clapets à flotteur quand Feau remplit le vase G, pour empêcher le siphonnement du réservoir R.

Cet appareil fournit ainsi automatiquement de Feau chaude épurée à la pompe d'alimentation. Il a Finconvénient d'être d'un nettoyage difficile et de fournir de Feau contenant la graisse de Féchappement.

Avantage de Fntilisation de la vapeur d'échappement. — On est souvent amené dans Findustrie par des questions d'économie d'installation, d'emplacement, et aussi par la cherté de Feaii, à ne pas tirer parti de l'excédant de force que procurerait à la machine à vapeur l'emploi de la condensation. On laisse alors échapper la vapeur à l'air libre. Dans ce cas, on trouvera un grand avantage à employer la vapeur d'échappement à échaufl'er et purifier Feau d'alimentation du générateur.

C'est là une dépense, objectera-t-on, et ne vaudrait-il pas mieux faire celle d'un condenseur? Evidemment non, si la cause du rejet de la condensation est la trop grande dépense d'eau de refroidissement. Nous irons même plus loin et dirons que la théorie mécanique de la chaleur nous montre qu'il y a plus d'intérêt à employer la vapeur d'échappement qu'à la condenser, en pure perte, dans une grande masse d'eau dont on ne tire pas parti.

On sait, en efi'et, que la chaleur latente de l'eau emmagasinée dans la vapeur, est de 531 calories. La vapeur à 5 atmosphères contient par kilogramme 331 + 150 = 681 calories. La machine à vapeur ne transforme en énergie mécanique que la quantité de chaleur qui correspond à la chute de température de 150 à 100** environ, soit 50".

La machine n'utilise donc que — ^ — , c'est-à-dire environ 7 p. 100 de l'énergie calorifique contenue dans la vapeur.

En condensant complètement la vapeur dans un réchaufi'eur, on

peut récolter les 631 calories inutilisées, soit — ^ — .

Soit environ 93 p. 100 de la chaleur emmagasinée.

Si l'on dispose d'une masse d'eau suffisante à échaufifer et qu'on

372 EPURATION DES EAUX

y fasse circuler la vapeur de façon à la condenser totalement, on voit que le bénéfice à réaliser est hors de proportion, au point de vue de Tutilisation de la chaleur, avec celui que donne la machine même. Le condenseur ne fournit lui-même qu'une fraction de la force et n'utilise par conséquent qu'une très minime portion de l'énergie contenue dans la vapeur. Son emploi, comme utilisation de chaleur, n'est donc pas à comparer à celui qui peut être fourni par la vapeur d'échappement, employée méthodiquement à échauffer de l'eau.

Récupérer l'énorme quantité de chaleur à l'état latent et à l'état sensible, emportée par la vapeur d'échappement, ne peut donc être qu'une bonne opération si on la réalise dans des appareils économiques, simples et d'un fonctionnement assuré.

Si l'on emploie en même temps cette vapeur à produire l'épuration de l'eau, en la secondant au besoin par une action chimique, il en résulte d'autres avantages que nous avons énumérés en traitant des inconvénients des impuretés des eaux.

Pour condenser la vapeur on peut avoir recours au condenseur par surface. Ce système est assez coûteux, à cause du grand développement qu'on doit donner au condenseur. On l'utilise cependant aujourd'hui, spécialement dans la marine, mais dans un but autre que celui dont nous parlons.

On peut simplifier le condenseur en terminant le réchauffage par l'action de la vapeur directe sur le liquide à échauffer. La vapeur devra être débarrassée des graisses entraînées, qui nuisent aux usages industriels. On peut y arriver par une disposition très simple, permettant d'évacuer la graisse, en même temps que l'eau condensée dans le condenseur qui commence réchauffement de l'eau à épurer.

Sur ces données nous avons construit un appareil dont la figure 125 donne la coupe et le plan.

Epurateur-échanffeur Delhotel. — Cet appareil consiste en une cuve, dont la forme peut varier et qui est divisée en deux compartiments A et B par une cloison verticale, en un faisceau tubulaire I placé dans la cuve B et à l'intérieur duquel doit circuler la vapeur,

APPAREILS POUR EPURATION MIXTE

en des plateaux mobiles E, où commence réchauffement Ae Teau et en un appareil C distribuant le réactif épurant.

La vapeur d'échappement arrive par le tuyau H, se divise dans le faisceau tubulaire, en transmettant à Teau à échauffer une partie

du sa chaleur cL sort ]U ^ Lremenl de ce faisceau dans la cuve* Elle passe autour d'une série de plateaux E placés en cascade j et dans lesquels circule Feau à échaulTer, L'excédent de vapeur est évacué par un tuyau d'échappement F.

A cause des changements de direction et des chocs subis dans les

.. * j jfc i ^ — . -^ — fT= — - I

Fig. 125.

tuyaux, de la condensation dune partie de la vapeur et de la diminution considérable de vitesse, qui se trouve réduite environ au trentième dans les cas les plus défavorables, au sortir du condenseur, la graisse qui avait été entraînée du cylindre par le courant rapide de la vapeur d'échappement, vient se réunir avec Teau condensée dans la partie horizontale infé-

EPURATION DES EAUX

rieure du faisceau tubulaire et s'écoule au dehors par un ajutage K.

L'eau à épurer arrive par le tuyau G, passe dans un robinet commandé par le flotteur F, puis se divise dans deux conduits sur lesquels se trouvent deux robinets de réglage S et S'.

Une partie deTeau à épurer passe directement dans la nochëre D, l'autre arrive dans l'appareil C.

Fig. 126. — Epurateur-cchauffeur automatique Delhotel.

Cet appareil représenté en coupe (fig. 126) se compose d'une cuvette q dans laquelle se place un cylindre chargeur j). Dans ce cylindre en tôle perforée se place le réactif.

Une partie de l'eau à épurer arrive dans la cuve par U et y circule en dissolvant une partie du réactif placé dans le chargeur. L'eau s'écoule par un ajutage T, convenablement réglé dans la nochère D. En réglant les robinets S et S', on peut à volonté faire passer plus ou moins d'eau dans la cuvette q et comme la hauteur de l'eau augmente et par conséquent la surface d'attaque du réactif, on fournira à Teau plus ou moins de l'agent chimique épurant.

Le mélange de l'eau à épurer et du réactif se fait dans la nochère mobile D et coule par un ajutage dans les plateaux avant -chauffeurs E. L'eau y ,circule, coule en cascades, s'échauffe au contact de la vapeur et tombe dans la cuve G où elle entre en ébuUition, puis elle passe dans la partie A non t^hauffée où elle est soumise à un repos relatif. Elle se débar-

APPAREILS POUR ÉPURATION MIXTE 375

rasse ainsi des précipités que rébullition a rendus très denses et coule chaude et corrigée par la tubulure M où la prend la pompe d'alimentation.

La marche de cet appareil est rendue absolument automatique de la façon suivante :

Lorsqu'on ne consomme pas d'eau le flotteur, arrivé à un niveau déterminé, ferme le robinet d'arrivée d'eau brute. L'eau cessant de couler, la cuvette de l'appareil distributeur reste à sec et il ne se dissout plus de réactif. Quand on prend de l'eau pour l'alimentation du générateur, ou d'autres usages, le flotteur baisse, ouvre le robinet d'arrivée d'eau et le fonctionnement recommence.

Une fois les robinets S et S' réglés, le débit de l'eau peut varier sans qu'il cesse d'y avoir proportionnalité entre le débit de la solution de réactif et celui de l'eau brute. Ceci nécessite une disposition spéciale. En effet, le débit variant, l'eau qui arrive dans la cuvette montera à une hauteur plus ou moins grande, mais cette hauteur, et par conséquent la quantité de réactif attaqué ne serait pas proportionnelle au débit si l'eau s'écoulait simplement par l'ajutage r, la hauteur variant en raison du carré de la vitesse d'écoulement, aussi une partie de l'eau s'écoule-t-elle par un tube x dans lequel on a pratiqué une ouverture calculée de façon que l'eau, trouvant au fur et à mesure qu'elle monte dans la cuvette une section d'échappement de plus en plus grande, ne s'élève plus que proportionnellement à la vitesse d'écoulement et, par conséquent, au débit.

Ainsi quelles que soient les variations qui se feront dans l'écou* lement de l'eau à épurer, elle recevra toujours la quantité de réactif nécessaire .

L*appareil étant absolument automatique ne demande d'autres soins de la part de l'homme préposé à sa surveillance qu'un nettoyage, en général peu fréquent, des pièces de l'appareil susceptibles de s'encrasser. Ces pièces sont, du reste, mobiles et facilement maniables. On peut les enlever et les démonter instantanément. Le réactif employé peut varier ; on peut faire usage de carbonate de soude calciné en grains ou de carbonate en cristaux réguliers, ou encore de chlorure de baryum ou d'oxalate, également à l'état solide, mais le carbonate de soude est plus écono-

376 EPURATION DES EAUX

mique et remplit parfaitement le but, qui est la précipitation du sulfate de chaux. On peut laisser couler un léger excès de ce réactif, si on veut aider à la précipitation du carbonate de chaux produite par le chauffage de l'eau. On sera ainsi bien certain d'avoir comme précipité une poudre non incrustante. L'appareil est disposé, du reste, de telle façon qu'il est visi table dans toutes ses parties. En enlevant la nochère mobile D et soulevant le couvercle 0, facilement démontable, on peut enlever et nettoyer les bassins avant-chauffeurs E où commence à s'effectuer le dépôt.

Un robinet inférieur L permet de faire la vidange des boues.

Les serpentins qu'on emploie dans certaines installations pour utiliser les vapeurs d'échappement à réchauffement de l'eau ne peuvent se nettoyer; l'intérieur se recouvre bientôt d'une épaisse couche de graisse et de savons métalliques, provenant des cylindres et la transmission devient très mauvaise. Au contraire, les tubes droits des faisceaux tubulaires peuvent être nettoyés avec la plus grande facilité.

On peut traduire ainsi l'économie de ce système. Il permet avec une machine de 10 chevaux d'échauffer à 100** et d'épurer non seulement l'eau destinée à être transformée en vapeur et fournie à cette machine, mais encore l'eau destinée à fournir la vapeur à une machine de 40 à 50 chevaux, et cela, sans autre dépense qu'une minime quantité de carbonate de soude qui a l'avantage de supprimer les incrustations dures de sulfate de chaux.

Un appareil semblable peut être placé dans les cameaux des -chaudières pour utiliser la chaleur de gaz et produire, sans dépenses, réchauffement de l'eau et son épuration dans un vase ouvert, accessible et facilement nettoyable. Dans ce cas, on supprime le faisceau tubulaire et on chauffe les parois du vase B par une disposition spéciale.