FR2548167A1 - Process and device for the treatment of aqueous liquids, industrial and agri-foodstuff effluents, for the production of sterile or drinking water and their reuse or recycling - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et dispositif de traitement des liquides aqueux, effluents industriels et agro-alimentaires, pour l'obtenir tion d'eaux stériles ou potables et leur réutilisation ou recyclage.Process and device for the treatment of aqueous liquids, industrial and food-processing effluents, for obtaining sterile or drinkable water and their reuse or recycling.
La présente invention a trait à un procédé et un dispositif de traitement des liquides et effluents industriels et agro-alimentaires, pour l'obtention d'eaux stériles ou potables et leur réutilisation ou recyclage. The present invention relates to a process and a device for treating liquids and industrial and food-processing effluents, for obtaining sterile or drinkable water and their reuse or recycling.
Les dispositifs de traitement d'eaux destinés a la purification des eaux sont relativement variés. Ils se caractérisent en général par un investissement important en matériel ou par la mise en oeuvre de procédés très complexes adaptés aux propriétés de la source d'eau, notamment d'eau douce, qui doit être purifiée. The water treatment devices intended for water purification are relatively varied. They are generally characterized by a significant investment in equipment or by the implementation of very complex processes adapted to the properties of the water source, in particular fresh water, which must be purified.
On rappelle que, d'une façon générale, en dehors de composés industriels toxiques, tels que les métaux lourds, que l'on rencontre dans certains effluents industriels, les constituants des eaux usées, croupies, ou de sources, notamment d'eau douce, comportent des particules en suspension, des micro-organismes et des ions dissous. En fonction de ces différents constituants, on utilise actuellement des techniques différentes, à savoir la décantation lamellaire, la floculation et décantation avec l'aide d'agents chimiques, la filtration notamment sur du sable, la chloration. Le matériel utilisé est encombrant, peu mobile et nécessite fréquemment un décolmatage. It is recalled that, in general, apart from toxic industrial compounds, such as heavy metals, which are encountered in certain industrial effluents, the constituents of waste water, stagnant water, or of sources, in particular of fresh water. , contain suspended particles, microorganisms and dissolved ions. Depending on these different constituents, different techniques are currently used, namely lamellar decantation, flocculation and decantation with the aid of chemical agents, filtration in particular on sand, chlorination. The equipment used is bulky, not very mobile and frequently requires unclogging.
L'un des problèmes difficiles à résoudre réside dans l'élimination des micro-organismes, laquelle doit etre rigoureuse, notamment lorsqu'il s'agit d'obtenir des eaux potables ou de recycler des effluents d'industries agro-alimentaires ou autres. One of the difficult problems to solve resides in the elimination of microorganisms, which must be rigorous, in particular when it is a question of obtaining drinking water or recycling effluents from agro-food or other industries.
La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif efficaces et sûrs pour le traitement des eaux, eaux croupies, usées, industrielles ou non, pour l'obtention d'eau potable ou stérile. The present invention proposes to provide an effective and safe method and device for the treatment of water, stagnant water, used water, industrial or not, for obtaining drinking or sterile water.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit léger, peu encombrant, économe en énergie et qui, en conséquence, se prête au transport et a la mobilité. Another object of the invention is to provide such a device which is light, compact, energy efficient and which, therefore, is suitable for transport and mobility.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif qui permette le traitement d'eaux ou d'effluents très divers, y compris les effluents industriels, notamment d'industries agro-alimentaires. Another objective of the invention is to provide a device which allows the treatment of very diverse waters or effluents, including industrial effluents, in particular from the food industry.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif permettant le pré-traitement avant osmose inverse ou autre traitement de dessalement pour l'obtention d'eaux potables a partir d'eaux saumâtres ou salines. Another object of the invention is to provide a device allowing pre-treatment before reverse osmosis or other desalination treatment for obtaining drinking water from brackish or saline water.
Un autre objectif de l'invention est de permettre la purification d'eau de différentes provenances, y compris les sources polluées, pour l'obtention d'eau potable sans adjonction de produits chimiques. Another object of the invention is to allow the purification of water from different sources, including polluted sources, to obtain drinking water without adding chemicals.
L'invention a pour objet un procédé de traitement de liquide aqueux caractérisé en ce que 1'on réalise 1'ul- tra-filtration du liquide sur une ou des membranes minéra- les dont les diamètres des pores sont suffisamment petits pour empêcher le passage de particules micro-organiques et que l'on effectue ensuite un traitement électrolytique de l'ultrafiltrat. The subject of the invention is a process for treating an aqueous liquid, characterized in that the ultrafiltration of the liquid is carried out on one or more mineral membranes whose pore diameters are sufficiently small to prevent passage. micro-organic particles and an electrolytic treatment of the ultrafiltrate is then carried out.
Un autre objectif de l'invention est d'assurer un traitement des eaux permettant d'assurer le stockage de l'eau potable obtenue sans adjonction d'agents supplémentaires de conservation. Another objective of the invention is to provide water treatment which makes it possible to store the drinking water obtained without adding additional preservatives.
L'invention a pour objet un dispositif de traitement de liquides aqueux présentant des moyens d'ultrafiltration, caractérisé en ce qu'il comporte un poste d'ultra-filtration équipé de membranes minérales dont les diamètres des pores sont suffisamment petits pour empêcher le passage de particules micro-organiques et, en aval dudit poste d'ultra-filtration, un poste de traitement électrolytique de l'effluent ultra-filtré. The subject of the invention is a device for treating aqueous liquids having ultrafiltration means, characterized in that it comprises an ultrafiltration station equipped with mineral membranes whose pore diameters are small enough to prevent passage micro-organic particles and, downstream of said ultrafiltration station, an electrolytic treatment station for the ultra-filtered effluent.
Le poste d'ultra-filtration comporte un ou plusieurs éléments filtrants à membranes minérales, composés d'un support macro-poreux assurant la résistance mécanique et d'une ou plusieurs couches fines minérales permettant l'ultra-filtration. The ultrafiltration station includes one or more filter elements with mineral membranes, composed of a macro-porous support ensuring mechanical strength and one or more fine mineral layers allowing ultra-filtration.
On doit comprendre que la taille des pores de la membrane ultra-filtrante est supérieure à celle permettant l'osmose inverse mais suffisamment faible pour retenir au moins toutes particules bactériennes, levains, matières organiques de poids moléculaires faibles. It should be understood that the size of the pores of the ultra-filtering membrane is greater than that allowing reverse osmosis but sufficiently small to retain at least all bacterial particles, leaven, organic materials of low molecular weight.
Le diamètre des pores de la couche minérale filtrante est avantageusement inférieur à 1000 Angström. The diameter of the pores of the mineral filtering layer is advantageously less than 1000 Angstroms.
L'épaisseur de la couche se situe entre 1 et 15 microns. The thickness of the layer is between 1 and 15 microns.
Le dispositif comporte des moyens pour permettre la circulation du liquide à purifier de façon à obtenir une composante de vitesse tangentielle convenablement élevée par rapport à la paroi de la membrane ultra-filtrante, ce qui peut avantageusement être obtenu par recyclage du rétentat auquel on intègre, en continu, le volume correspondant au filtrat évacué. The device comprises means for allowing the circulation of the liquid to be purified so as to obtain a component of tangential velocity suitably high relative to the wall of the ultra-filtering membrane, which can advantageously be obtained by recycling the retentate to which one integrates, continuously, the volume corresponding to the filtrate discharged.
Egalement de façon avantageuse, le dispositif peut comporter des moyens de décolmatage, permettant de faire passer du liquide purifié, qui peut être de l'ultrafiltrat, en sens inverse, à travers la membrane minérale ultra-filtrante et ce sous l'effet d'une surpression. Also advantageously, the device can include unclogging means, making it possible to pass purified liquid, which can be ultrafiltrate, in the opposite direction, through the ultra-filtering mineral membrane and this under the effect of overpressure.
On constate et contrôle qu'il est possible, grâce a l'invention, d'obtenir en un seul passage, de l'eau potable a partir de liquides aqueux divers très pollués. It is found and checked that it is possible, thanks to the invention, to obtain, in a single pass, potable water from various highly polluted aqueous liquids.
Un poste de traitement électrolytique peut avantageusement être réalisé à l'aide d'un empilement d'électrodes de polarités opposées ou bi-polaires présentant des propriétés de percolation réalisées par exemple en matériaux conducteurs percolants. An electrolytic treatment station can advantageously be produced using a stack of electrodes of opposite or bi-polar polarities having percolation properties produced for example from percolating conductive materials.
Il peut être avantageux, dans le cas de liquides chargés de très grosses particules, de disposer, en amont du dispositif proprement dit, d'un poste de prétraitement par exemple par filtration ou décantation. Dans la plupart des cas, ce poste n'est pas indispensable et il" est possible de traiter les liquides pour obtenir directement de l'eau potable a l'aide du dispositif qui peut, en raison de son faible encombrement et de sa faible consommation d'énergie, être conçu sous forme d'unité facile a transporter, susceptible de traiter immédiatement l'eau sur place. It may be advantageous, in the case of liquids loaded with very large particles, to have, upstream of the device itself, a pre-treatment station for example by filtration or decantation. In most cases, this station is not essential and it is "possible to treat liquids to obtain drinking water directly using the device which can, due to its small size and low consumption energy, be designed as an easy-to-transport unit capable of immediately treating the water on site.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront a la lecture de la description suivante, faite a titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel
La figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention.Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the following description, given by way of nonlimiting example and referring to the attached drawing in which
FIG. 1 schematically represents a device according to the invention.
La figure 2 représente schématiquement une vue du poste d'électrolyse du dispositif. FIG. 2 schematically represents a view of the electrolysis station of the device.
Le dispositif représenté est relié une source d'eau douce 1, par exemple de l'eau douce fluviale, de l'eau stagnante, une eau de lavage ou un effluent d'une industrie agro-alimentaire ou autre. Ce liquide est pris en charge par une canalisation 2 par l'intermédiaire d'une pompe 3. La conduite de refoulement 4 de la pompe débouche dans la canalisation d'entrée 5 du poste d'ultra-filtration 6. Celui-ci comprend, dans une enceinte hermétiquement fermée 6a, une chambre d'entrée 6b et une chambre de sortie 6c, entre lesquelles sont disposés les éléments à membranes minérales ultra-filtrantes, parallèles entre elles, 6d. The device shown is connected to a source of fresh water 1, for example river fresh water, standing water, washing water or an effluent from an agrifood or other industry. This liquid is taken up by a pipe 2 by means of a pump 3. The discharge pipe 4 of the pump opens into the inlet pipe 5 of the ultrafiltration station 6. This comprises, in a hermetically closed enclosure 6a, an inlet chamber 6b and an outlet chamber 6c, between which are arranged the elements with ultra-filtering mineral membranes, parallel to each other, 6d.
La membrane minérale proprement dite est disposée sur un support macro-poreux, céramique ou dérivés, de type composite, dans lequel l'ultra-filtrat se déplace et s'évacue facilement. Le diamètre intérieur du tube support se situe entre 2 et 15 millimètres, l'épaisseur de la membrane se situe entre 1 et 15 microns. Le diamètre des pores est inférieur à 1000 Angström. The mineral membrane proper is placed on a macro-porous support, ceramic or derivatives, of the composite type, in which the ultra-filtrate moves and is easily evacuated. The inside diameter of the support tube is between 2 and 15 millimeters, the thickness of the membrane is between 1 and 15 microns. The pore diameter is less than 1000 Angström.
La chambre de sortie 6c, reliée à l'entrée de la chambre 6b par les différents canaux tubulaires, est reliée par une canalisation de sortie 7 à une canalisation de recirculation 8 qui, par l'intermédiaire d'une pompe 9, débouche également dans la canalisation d'entrée 5. The outlet chamber 6c, connected to the inlet of the chamber 6b by the various tubular channels, is connected by an outlet pipe 7 to a recirculation pipe 8 which, via a pump 9, also opens into the inlet pipe 5.
Par ailleurs, cette canalisation de sortie 7 est reliée par l'intermédiaire d'une vanne 10 à une canalisation d'évacuation 11 aboutissant à un conduit d'évacuation 12 auquel est également reliée la canalisation 5 par l'intermédiaire d'une vanne 13. L'ultra-filtrat, qui a traversé le dispositif de filtration et qui circule dans le bloc poreux, sort de l'enceinte 6a par un conduit 14 aboutissant à un poste de traitement électrolytique 15 alimenté par une source électrique 16, par exemple un générateur autonome. La sortie 17 du poste de traitement électrolytique 15 parvient à un réservoir vertical 18 dans la partie inférieure duquel débouche la canalisation 19 d'évacuation de l'eau potable, munie d'une vanne 20. Dans la partie supérieure du réservoir 18, débouche une conduite d'amenée d'air comprimé 21, normalement fermée par une vanne 22.Furthermore, this outlet pipe 7 is connected via a valve 10 to a discharge pipe 11 leading to a discharge pipe 12 to which the pipe 5 is also connected via a valve 13 The ultra-filtrate, which has passed through the filtration device and which circulates in the porous block, leaves the enclosure 6a by a conduit 14 leading to an electrolytic treatment station 15 supplied by an electrical source 16, for example a autonomous generator. The outlet 17 of the electrolytic treatment station 15 reaches a vertical tank 18 in the lower part of which opens the pipe 19 for evacuating drinking water, provided with a valve 20. In the upper part of the tank 18, there opens a compressed air supply line 21, normally closed by a valve 22.
Le fonctionnement est le suivant
Tout d'abord, les vannes 10 et 20 sont ouvertes et les vannes 13 et 22 fermées. La pompe 3 est mise en marche. Le liquide pompé remplit puis traverse le poste 6 et, lorsqu'il arrive au niveau de la vanne 10, celle-ci se ferme, de sorte que seule la vanne 20 reste ouverte. The operation is as follows
First of all, the valves 10 and 20 are open and the valves 13 and 22 closed. Pump 3 is started. The pumped liquid fills then passes through the station 6 and, when it reaches the level of the valve 10, the latter closes, so that only the valve 20 remains open.
A ce moment, la pompe 9 est également mise en route.At this time, the pump 9 is also started.
En conséquence, le liquide parcourt de façon continue les canaux qui s'étendent entre les chambres 6b et 6c dont les membranes sont ainsi parcourues a grande vitesse par un flux tangentiel de préférence en écoulement turbulent. Une partie de ce flux est ultra-filtrée et recueillie dans la canalisation 14. La plus grande partie du flux circulant a travers les canaux sort par la canalisation 7. Il est recyclé par la canalisation 8 et la pompe 9 pour être a nouveau passé au travers du poste d'ultrafiltration 6. La pompe 3 est donc réglée de façon a alimenter vers le dispositif 6 un débit égal au débit de l'ultrafiltrat évacué par la canalisation 14. Consequently, the liquid continuously traverses the channels which extend between the chambers 6b and 6c, the membranes of which are thus traversed at high speed by a tangential flow, preferably in turbulent flow. Part of this flow is ultra-filtered and collected in line 14. Most of the flow circulating through the channels exits through line 7. It is recycled through line 8 and the pump 9 to be passed again to the through the ultrafiltration station 6. The pump 3 is therefore adjusted so as to supply to the device 6 a flow rate equal to the flow rate of the ultrafiltrate discharged through the pipe 14.
L'ultra-filtrat traverse alors le poste de traitement électrolytique 15 dont les électrodes sont soumises a une différence de potentiel telle que l'intensité du courant soit de l'ordre de 500 mA. The ultra-filtrate then passes through the electrolytic treatment station 15, the electrodes of which are subjected to a potential difference such that the intensity of the current is of the order of 500 mA.
Dans ce dispositif se trouve disposé un empilage d'électrodes bi-polaires 23 séparées par des nappes isolantes. Les électrodes sont constituées par des disques de feutre de graphite ayant une épaisseur de 9 mm et une porosité suffisante pour être percolés par l'eau sans se colmater. Les électrodes 23 peuvent être isolées en leur périphérie au contact avec la paroi de l'enveloppe 15.Les électrodes 23 sont séparées les unes des autres par des disques 24 constitués de tamis très fins de Nylon, lequel forme un très bon isolant électronique mais qui laisse bien passer les ions. L'épaisseur du tamis est de 0,08 mm. In this device is located a stack of bi-polar electrodes 23 separated by insulating plies. The electrodes are constituted by graphite felt discs having a thickness of 9 mm and a porosity sufficient to be percolated by water without clogging. The electrodes 23 can be isolated at their periphery in contact with the wall of the casing 15. The electrodes 23 are separated from each other by discs 24 made up of very fine nylon screens, which form a very good electronic insulator but which lets the ions through well. The thickness of the sieve is 0.08 mm.
Dans les deux électrodes 23 extrêmes, ont été insérées deux électrodes en charbon 25, formant l'une une électrode positive et l'autre une électrode négative, ces électrodes étant isolées par rapport a l'enveloppe 15.Les deux électrodes 25, réalisées en bâton en charton, sont reliées a un générateur basse tension continue a6 capable d'établir et de maintenir un courant d'une inten site donnée. Le liquide aqueux est amené dans le sens de la flèche par l'embout 15a à l'intérieur de l'enveloppe 15 et il ressort par l'embout 15b après avoir percolé à travers les différentes couches contenues dans l'enveloppe. In the two extreme electrodes 23, two carbon electrodes 25 were inserted, one forming a positive electrode and the other a negative electrode, these electrodes being isolated with respect to the casing 15. The two electrodes 25, produced in stick to charton, are connected to a low voltage generator a6 capable of establishing and maintaining a current of a given intensity. The aqueous liquid is brought in the direction of the arrow by the nozzle 15a inside the envelope 15 and it emerges through the nozzle 15b after percolating through the various layers contained in the envelope.
La maille des filtres formant les nappes est de préférence de 15 microns. The mesh of the filters forming the sheets is preferably 15 microns.
De préférence dans le procédé selon l'invention, le générateur est réglé de façon à assurer le passage d'une intensité de courant fixée à une valeur désirée, par exemple 500 mA pour un dispositif ayant 8 cm de diametre et deux électrodes bi-polaires seulement. La tension résultante était de 5 volts. Preferably in the method according to the invention, the generator is adjusted so as to ensure the passage of a current intensity fixed at a desired value, for example 500 mA for a device having 8 cm in diameter and two bi-polar electrodes only. The resulting voltage was 5 volts.
Le débit de liquide à travers le dispositif est assuré de façon à obtenir une vitesse suffisante pour que les variations de champ électrique (positif sur une face de chaque électrode et négatif sur l'autre face) soient assez rapides. The flow of liquid through the device is ensured so as to obtain a sufficient speed for the electric field variations (positive on one side of each electrode and negative on the other side) to be fairly rapid.
Dans le cas d'un dispositif de 8 cm de diamètre, le débit peut avantageusement être de l'ordre de 4 1/heure. In the case of a device 8 cm in diameter, the flow rate can advantageously be of the order of 4 1 / hour.
A titre d'exemple, un dispositif de 8 cm de diamètre avec deux électrodes percolantes bi-polaires de 9 mm d'épaisseur, un courant imposé de 500 mA sous une tension résultante de 5 volts, avec un débit de 4 1/heure a permis, à partir d'une eau usée avec un nombre extrêmement élevé de bactéries, d'obtenir une eau presque totalement désin bectée contenant moins de 3 bactéries par 1.For example, a device 8 cm in diameter with two percolating bi-polar electrodes 9 mm thick, an imposed current of 500 mA at a resulting voltage of 5 volts, with a flow rate of 4 1 / hour a allowed, from waste water with an extremely high number of bacteria, to obtain an almost totally disinfected water containing less than 3 bacteria per 1.
L'ultra-filtrat utilisé sortant du poste de traitement électrolytique par la canalisation 17 est de
l'eau strictement potable. Cette eau potable s'accumule
d'abord dans le réservoir 18 puis sort par la canalisation
19. En fin de cycle, on effectue une opération de décolma
tage. Pour cela, la vanne 20 se ferme, la pompe 3 s'arrête,
la vanne 10 s'ouvre, la pompe 9 s'arrête, et les vannes
13 et 22 s'ouvrent. L'air comprimé refoule alors l'ultrafiltrat électrolysé situé dans le réservoir 18, à contre courant vers l'enceinte 6a. L'ultra-filtrat traverse alors les membranes minérales poreuses qui se trouvent décolmatees et le liqude est alors évacué par la canalisation 12. A la fin de cette opération, qui dure quelques minutes, le dispositif est remis en route comme auparavant.The ultra-filtrate used leaving the electrolytic treatment station via line 17 is
strictly potable water. This drinking water accumulates
first in tank 18 then out through the pipeline
19. At the end of the cycle, a decolma operation is carried out
floor. For this, the valve 20 closes, the pump 3 stops,
valve 10 opens, pump 9 stops, and the valves
13 and 22 open. The compressed air then delivers the electrolyzed ultrafiltrate located in the reservoir 18, against the current to the enclosure 6a. The ultra-filtrate then crosses the porous mineral membranes which are unclogged and the liquid is then evacuated through the pipe 12. At the end of this operation, which lasts a few minutes, the device is restarted as before.
Il est également possible, dans ce dispositif, d'effectuer un décolmatage sans utilisation d'air comprimé, en fermant la vanne 20,. ouvrant la vanne 10, arrêtant la pompe 9, puis ouvrant la vanne 13. It is also possible, in this device, to unclog without using compressed air, by closing the valve 20 ,. opening the valve 10, stopping the pump 9, then opening the valve 13.
La commande du décolmatage peut être effectuée soit a partir d'une minuterie, soit par l'intermédiaire d'un manomètre 23 situé sur la conduite 8, ce manomètre étant sensible å une légère augmentation de pression qui se produit lorsque la membrane commence à se colmater. The unclogging control can be carried out either from a timer, or by means of a pressure gauge 23 located on the pipe 8, this pressure gauge being sensitive to a slight increase in pressure which occurs when the membrane begins to patch up.
Il est remarquable de pouvoir obtenir, grâce a un tel dispositif extrêmement simple, peu encombrant et facilement transportable, une eau potable a partir de sources d'eau douce extrêmement polluée. It is remarkable to be able to obtain, thanks to such an extremely simple device, compact and easily transportable, drinking water from sources of extremely polluted fresh water.
De plus, on constate l'obtention d'un effet rémanent sur l'eau potable, permettant son stockage pendant une longue durée sans aucun traitement chimique. L'effet bactéricide du traitement électrolytique se superpose å l'effet d'ultra-filtration des membranes minérales. In addition, there is a obtaining of a residual effect on drinking water, allowing its storage for a long period without any chemical treatment. The bactericidal effect of the electrolytic treatment is superimposed on the ultrafiltration effect of the mineral membranes.
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