FR2694928A1 - Composition de lits de filtres mélangés et son procédé d'utilisation. - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet une composition de lits de filtres mélangés pour purifier l'eau pour la consommation humaine contenant des contaminants inorganiques, organiques et biologiques. Selon l'invention, la composition de lits de filtres mélangés comprend: (a) de environ 40 % à environ 80 % en poids de sorbant carboné; (b) de environ 5 % à environ 20 % en poids d'alumine activée; (c) de environ 5 % à environ 20 % en poids d'hydrogel de silice; (d) de environ 5 % à environ 20 % en poids de zéolithe; et (e) de environ 0 % à environ 10 % en poids d'un composé métallique qui génère des cations métalliques. La présente invention fournit une eau potable libre de contaminants organiques, inorganiques et microbiens. La présente invention a également pour objet les caractéristiques de filtration désirables des adsorbants traditionnels tout en évitant la contamination biologique augmentée de l'eau de boisson pendant le procédé de filtration. La présente invention trouve application dans la domaine de la purification de l'eau.

Description

Cette invention se rapporte d'une manière générale au domaine des

compositions de filtration pour la purification de l'eau.

Quatre catégories principales de contaminants sont présentes dans les alimentations d'eau potable: des matériaux organiques, microbiologiques, inorganiques et particulaires. Il est bien connu dans le domaine de la purification de l'eau qu'une matière particulaire peut être éliminée par des filtres, des filtres fibreux, des lits de sable, des lits emballés d'anthracite granulaire et des filtres de terre de diatomées Cependant, la présente invention est spécifiquement concernée par l'élimination des trois premières catégories de contaminants, qui pénétreront typiquement des filtres particulaires, c'est-à-dire les composés organiques et

inorganiques dissous et les microbes.

Les composés organiques présents dans les systèmes actuels d'eau incluent des hydrocarbures tels que les acides humique, fulvique, et tannique, les produits du pétrole tels que les huiles, gasoil et kérosène, et des composés organiques volatils ("VOC") tels que le chloroforme, le benzène, les aldéhydes, le trichloroéthylène, le toluène, le chloral, le chloroéthane et le chlorure de vinyle D'autres composés organiques incluent les pesticides, les herbicides, les alguicides, la dioxine, les phénols, les biphényles polychlorurés ("PCB"), le

sulfure d'hydrogène, les alcools, l'ammoniac et l'urée.

Des composés organiques sont couramment éliminés de l'eau potable grâce à l'utilisation de charbon activé en granulé ("GAC") et/ou une aération diffusée ou sur colonne garnie Bien que le GAC, comme d'autres adsorbants carbonés, puisse éliminer des VOC, il n'est pas efficace dans l'élimination des autres contaminants dangereux tels que le sulfure d'hydrogène et l'ammoniac Il est également bien connu que le charbon activé tend à former des lits tassés de façon dense, particulièrement dans leur état finement divisé o ils sont le plus efficaces Ces lits tassés de façon dense subissent une perte de pression, inhibant l'écoulement du liquide Ainsi, il est difficile d'utiliser le GAC lorsqu'on met en oeuvre une filtration en continu de courants de liquide Des contaminants microbiens existent aussi communément dans les systèmes d'eau, spécialement dans les zones rurales, qui sont sans l'avantage de la chloruration Ces contaminants incluent les bactéries, les algues, les champignons, les levures et les virus Des contaminants microbiologiques sont couramment éliminés avec des filtres en céramique, une désinfection chimique ou une irradiation

ultraviolet ("UV").

Par rapport à l'élimination de contaminants microbiens, les lits garnis de particules suffisamment petites sont utiles dans la réduction de la contamination microbienne de l'eau Le choléra, par exemple, fûit éradiqué à New York dans

les années 1800 en partie par l'institution de filtres à lits de sable à travers l'Etat.

Les lits à adsorbants granulaires peuvent aussi éliminer les bactéries et les algues de l'eau; cependant, ils mènent plus à une colonisation biologique que le sable en raison de leurs surfaces déchiquetées, irrégulières, qui fournissent des crevasses fixes, stagnantes pour l'attachement et la croissance des microbes De plus, comme un résultat de leur sorption de certains autres contaminants tels que les sulfates et l'acide humique, les lits d'adsorbants granulaires peuvent aussi fournir des nutriments aux microbes attachés La présence de nutriments favorisent la croissance biologique des microbes Les microbes, tels que les bactéries anaérobiques, à leur tour, produisent des gaz sulfures Donc, l'utilisation d'adsorbants granulés seuls peut augmenter la contamination biologique de l'alimentation d'eau aussi bien que l'augmentation de la production de gaz sulfuré indésirable, nocif De plus, l'utilisation d'un tel système de filtre requérerait une étape supplémentaire de désinfection telle

qu'une irradiation UV.

La croissance biologique est retardée dans la présente invention par la présence d'un sorbant hydrogel de silice Ce sorbant créé une condition acide

dans son environnement aqueux, spécialement pendant les périodes de non-

écoulement Des quantités de traces d'ions aluminium provenant du sorbant alumine activée, aussi bien que du cuivre, du zinc, du laiton, du manganèse et

de l'argent, retardent également la croissance biologique.

Des contaminants inorganiques dissous dans des systèmes d'eau incluent des radicaux tels que des chlorures, fluorures, nitrates, sulfates et phosphates aussi bien que des métaux tels que le mercure, plomb, arsenic, cuivre, zinc, chrome et fer Des composés inorganiques sont habituellement éliminés de l'eau potable par les procédés d'osmose inverse ("RO"), déionisation ("DI"),

distillation, électrodialyse, et cristallisation (ou congélation).

Dans l'art antérieur, le brevet U S 4238 334, Halbfoster, a pour objet un lit filtrant pour éliminer les impuretés de liquides, tels que l'élimination de chlorures d'une suspension aqueuse, comprenant un mélange de matériau d'aide à un filtre fibreux traité et d'un matériau particulaire actif Le matériau particulaire actif est indiqué être choisi dans le groupe consistant d'un absorbant polymérique organique, zéolithe, bentonite, oxyde de zirconium, phosphate de

zirconium, alumine activée, sulfure de fer, charbon activé et terre de diatomées.

Aucune discussion n'a pour objet l'eau potable.

Le brevet U S 4 081 365, Eugène B White et al, a pour objet un procédé et un dispositif pour le traitement de matériaux de vidange et de déchets selon un procédé spécifique Dans le procédé, une étape de régénération peut être utilisée par laquelle un appareil de traitement tertiaire est réactivé au travers d'un procédé d'oxydation humide, en employant de l'air et de l'eau qui a été chauffée à une température désirée, l'eau étant fournie à partir d'un réservoir et ensuite chauffée Le lit de sorbant est décrit comme contenant des minéraux, tels que le silex rouge, sur le sommet duquel est disposée une couche 'adsorption comprenant un mélange hydraulique de charbon activé et de quartz Le brevet 4 081 365 indiquait que l'effluent pouvait de façon concevable être utilisé comme eau potable, avec l'addition de chlore, indiquant clairement, ensuite, que l'eau n'est pas de l'eau appropriée ou potable dans ce traitement tertiaire De plus, la chloruration de l'eau peut résulter en la production d'hydrocarbures chlorés potentiellement dangereux, tels que du chloroforme et des trihalométhanes ("THM") par la réaction de chlorure avec les matériaux humiques. Le brevet U S 4 661 256, Johnson, a pour objet l'élimination de quantités en traces de composés hydrocarbonés à partir d'un courant aqueux, par adsorption des impuretés hydrocarbures sur un adsorbant régénérable Selon le brevet, le courant aqueux est mis en contact avec un adsorbant tel qu'un tamis moléculaire, un gel silice-alumine amorphe, du charbon activé, de l'alumine activée, un gel de silice, ou une argile Cependant, aucune discussion d'une

utilisation d'un mélange de tels adsorbants n'apparaît dans ce brevet.

Clairement, jusqu'à présent il n'existait pas de moyen de filtration unique qui soit capable de traiter l'une quelconque ou plusieurs d'une variété de contaminants incluant les contaminants organiques, inorganiques et microbiens, pour rendre ladite eau potable Un dispositif capable de traiter une aussi grande variété de contaminants est spécialement désirable pour l'utilisation dans des applications dans lesquelles la nature des contaminants et la quantité de ceux-ci peut varier journalièrement, ou toutes le heures, comme cela est le cas pour des applications de purification d'eau en environnement fermé, comme cela existe pour des canaux d'exploration d'eau souterraine et les analogues Un besoin similaire existe aussi pour une utilisation en pointe d'utilisation de filtration dans le voisinage de sites de superfonds, ce qui peut faire que l'effluent a tout une grande variété de contaminants, qui peuvent changer fréquemment, selon

l'écoulement d'eau souterraine, l'écoulement d'eau de surface, et les analogues.

Ainsi, il existe un besoin pour un dispositif et une méthode qui soient capables de fournir de l'eau potable en éliminant effectivement substantiellement tous les composants organiques, inorganiques et microbiens grâce à un procédé en une étape Un tel dispositif devrait aussi prévenir toute

contamination biologique augmentée de l'eau pendant le procédé de filtration.

La présente invention surmonte les inconvénients associés aux compositions pour filtration antérieures en proposant une nouvelle composition de filtre qui, lorsqu'utilisée pour traiter de l'eau fournit de l'eau potable qui est substantiellement libre de contaminants organiques, inorganiques et microbiens

par un procédé en une étape.

La présente invention a également pour objet les caractéristiques de filtration désirables des adsorbants traditionnels tout en évitant une contamination biologique augmentée de l'eau potable pendant le procédé de filtration. En général, la présente invention est une composition de lits de filtres mélangés comprenant des sorbants inorganiques et carbonés qui fournit de l'eau potable en éliminant les contaminants inorganiques, organiques et microbiens

de l'eau Les sorbants se complètent les uns les autres dans cet arrangement.

Dans un mode préféré, la présente invention est une composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants généraux de l'eau à boire comprenant (a) d'environ 60 % à environ 80 %, de préférence environ 70 % de sorbants carbonés; (b) d Tenviron 5 % à environ 15 %, de préférence environ 10 % d'alumine activée; (c) d'environ 5 % à environ 15 %, de préférence environ 10 % d'hydrogel de silice; (d) d'environ 5 % à environ 15 %, de préférence environ 10 % de zéolithe et (e) d'environ O % à environ 5 %, de préférence d'environ O % à environ 1 %, de composés métalliques qui génèrent des cations métalliques, tous ces pourcentages étant basés sur le poids total du

lit de filtres mélangés.

En général, la présente invention est un lit de filtres mélangés comprenant des sorbants inorganiques et carbonés pour purifier l'eau contaminée contenant des contaminants inorganiques, organiques et microbiens pour l'eau de boisson Les sorbants variés se complètent l'un l'autre dans

l'arrangement de lits de filtres.

Les classes variées des sorbants utilisés dans la présente invention diffèrent dans leurs mécanismes de sorption, leurs porosités et leurs activités de surface Par exemple, des sorbants carbonés éliminent les contaminants premièrement par une chimisorption dans laquelle les groupes fonctionnels carbone-oxygène sont formés sur les surfaces internes des granulés microporeux En contraste, les sorbants inorganiques tels que l'alumine activée, l'hydrogel de silice, la zéolithe éliminent les contaminants principalement par adsorption à travers l'attraction physique des molécules aux surfaces polaires et

ioniques par des forces de van der Waals.

"Forces de van der Waals" est un terme collectif englobant toutes les forces d'attraction qui incluent les forces de dispersion ioniques, polaires et de London Dans les procédés purement d'adsorption physique, les réactions chimiques ne se produisent pas sur la surface de l'adsorbant, sauf pour la possibilité de lier un hydrogène, et le procédé est réversible sans affecter la composition chimique de l'adsorbat ou sans affecter de façon permanente la

structure physique de l'adsorbant.

Le tableau suivant illustre l'adsorption efficace des contaminants typiques trouvés dans des systèmes d'eau par des classes variées de sorbants Un classement de "Bon" indique que le sorbant particulier est efficace d'environ % à environ 100 %, un classement de "Honnête" indique que le sorbant est efficace d'environ 25 % à environ 75 % et; un classement de "Faible" indique que le sorbant est efficace d'environ 0 % à environ 25 % dans l'élimination d'un

contaminant particulaire de l'eau.

Réduction Relative de Quelques Contaminants Dissous Dans Des Systèmes D'eau Par Différentes Classes de Sorbants Carboné Alumine Silicié Zéolithique Métallique Composés organiques Hydrocarbures Acide humique Bon Bon Bon Bon Faible Acide fulvique Bon Bon Bon Bon Faible Acide Tannique Bon Bon Bon Bon Faible Huile Bon Bon Bon Bon Faible Gas-oil Honnête Honnête Honnête Honnête Faible Kérosène Honnête Honnête Honnête Honnête Faible Organique Volatil Chloroforme Honnête Faible Faible Faible Faible Autre THM Honnête Faible Faible Faible Faible Benzène Honnête Faible Faible Faible Faible Aldéhydes Honnête Faible Faible Faible Faible Trichloroéthylène Honnête Faible Faible Faible Faible Toluène Honnête Faible Faible Faible Faible Chloral Honnête Faible Faible Faible Faible Chloroéthane Honnête Faible Faible Faible Faible Chlorure de Vinyle Honnête Faible Faible Faible Faible Autre composés chimiques Composés Pesticides Honnête Bon Bon Bon Faible Herbicides Honnête Bon Bon Bon Faible Alguicides Honnête Bon Bon Bon Faible Dioxine Honnête Bon Bon Bon Faible Phénols Honnête Bon Bon Bon Faible PCB Honnête Bon Bon Bon Faible Sulfure d'hydrogène Faible Faible Faible Faible Bon Alcools Faible Honnête Bon Bon Faible Ammoniac Faible Honnête Bon Bon Faible Urée Faible Honnête Bon Bon Faible Radicaux Chlorure Honnête Bon Faible Bon Honnête Fluorure Honnête Bon Faible Bon Honnête Nitrates Honnête Bon Bon Bon Faible Sulfates Honnête Bon Bon Bon Faible Phosphates Honnête Bon Bon Bon Faible Minéraux Métaux Mercure Honnête Bon Bon Bon Honnête Plomb Honnête Bon Bon Bon Honnête Arsenic Honnête Bon Bon Bon Honnête Cuivre Honnête Bon Bon Bon Honnête Zinc Honnête Bon Bon Bon Honnête Chrome Honnête Bon Bon Bon Honnête Fer Honnête Bon Bon Bon Honnête Dans un mode préféré, la présente invention est une composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants généraux de l'eau potable ladite composition comprenant (a) de environ 60 % à environ 80 %, de préférence environ 70 % de sorbants carbonés; (b) de environ 5 % à environ %, de préférence environ 10 % d'alumine activée; (c) de environ 5 % à environ 15 %, de préférence environ 10 % d'hydrogel de silice; (d) de environ % à environ 15 %, de préférence 10 % de zéolithe; et (e) de environ O % à environ 5 %, de préférence de environ O % à environ 1 %, de composés métalliques qui génèrent des cations métalliques Tous les pourcentages exprimés dans cette demande sont des pourcentages en poids sauf s'il en est

spécifié autrement.

Dans un autre mode préféré, la présente invention est une composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants généraux aussi bien que les contaminants biologiques des alimentations d'eau potable, ladite composition comprenant (a) de environ 50 % à environ 70 %, de préférence environ 60 % de sorbants carbonés; (b) de environ 5 % à environ 15 %, de préférence environ 10 % d'alumine activée; (c) de environ 10 % à environ 20 %, de préférence environ 15 % d'hydrogel de silice; (d) de environ 5 % à environ 15 %, de préférence environ 10 % de zéolithe; et (e) de environ O % à environ 10 %, de préférence 5 % de composés métalliques qui génèrent des

cations métalliques.

Dans un mode préféré additionnel, la présente invention est une composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants chimiques aussi bien que les contaminants généraux et les contaminants biologiques d'une alimentation d'eau non potable, ladite composition comprenant (a) de environ 40 % à environ 60 %, de préférence environ 50 % de sorbants carbonés; (b) de environ 10 % à environ 20 %, de préférence environ 15 % d'alumine activée; (c) de environ 10 % à environ 20 %, de préférence environ 15 % d'hydrogel de silice; (d) de environ 10 % à environ 20 %, de préférence environ 15 % de zéolithe; et (e) de environ O % à environ 10 %, de préférence environ 5 % de composés métalliques qui génèrent des cations métalliques. Des sorbants carbonés typiquement employés dans la présente invention incluent une base charbon, des coquilles de fruits telles que les coquilles de noix de coco, des carbones activés à base de pétrole, des carbones synthétiques et des mélanges de ceux-ci Quelques sorbants carbonés sont activés dans la vapeur, et d'autres dans un gaz inerte La température et la durée d'exposition affectent

significativement les propriétés d'adsorbant du charbon activé.

Les composés métalliques employés dans la présente invention incluent

le cuivre, le zinc, le laiton, le manganèse, l'argent et les mélanges de ceux-ci.

Les tailles des granulés des adsorbants et composés choisis pour compositions de lits de filtres mélangés de la présente invention sont généralement dans l'intervalle de un demi à cinq millimètres Cet intervalle de taille représente un compromis entre les caractéristiques non désirées de perte de pression et les propriétés de transfert désirées des lits tassés Des particules de taille plus petite mènent à des taux de transfert plus élevés, mais les pertes de

pression peuvent devenir excessives.

De façon à obtenir des tailles de granulé utiles, les adsorbants sont soit granulés soit agglomérés dans le procédé de fabrication Les carbones sont usuellement broyés et tamisés avant activation de façon à obtenir des tailles de granulés désirées et les granulés hydrogel de silice sont produits par broyage et tamisage L'alumine activée et la zéolithe, qui sont généralement produites dans l'intervalle de taille de 3 à 7 Il, sont souvent mises sous forme de perles ou de

pastilles pour obtenir des granulés de plus grande taille.

Les granulés mis sous forme de perles d'adsorbants sont préférés parce qu'ils procurent un meilleur taux de transfert de masse que les granulés de formes irrégulières pour des conditions de perte de pression égales Des granulés de formes irrégulières forment des cavités sans écoulement et des poches cul-de-sac dans les lits tassés qui augmentent la résistance à l'écoulement et aux procédés de transfert De manière similaire, une distribution étroite des tailles de granulés est préférée parce qu'elle amène à de meilleurs taux de

transfert qu'une distribution large pour la même condition de perte de pression.

-Dans des lits de distribution large, des granulés plus petits tendent à bloquer certains des passages entre les granulés plus grands créant des poches stagnantes ou "espaces rendus inefficaces" Ces espaces rendus inefficaces diminuent le

taux de transfert de masse et augmentent la résistance à l'écoulement.

Une caractéristique principale d'un adsorbant est sa capacité à éliminer les contaminants sur leur intervalle de concentration de l'état de flux entrant à l'état désiré de flux sortant La capacité d'un adsorbant à éliminer des contaminants dépend de sa porosité et de son activité de surface Ces caractéristiques peuvent être calculées selon les méthodes décrites dans D. White, "Regenerable Pressure-Swing Adsorption Systems For Continuous Chemical Warfare Collection Protection", présenté au Naval Research

Laboratory, Washington, D C, 1986, pp 10-17.

La porosité d'une particule d'adsorbant est décrite par son volume interstitiel mort, sa distribution de tailles de pores et sa stéricité, et sa surface spécifique interne L'activé de surface est définie par l'efficacité des surfaces de l'adsorbant à attirer et retenir les molécules contaminantes La capacité maximale d'une particule d'adsorbant est déterminée par le volume mort interstitiel total Dans la présente invention, les adsorbants variés doivent posséder des volumes morts interstitiels dans les intervalles suivants: Charbon (Charbon Activé): 0,60 à 0,80 cm 3/g Hydrogel de silice: 0,30 à 0, 50 cm 3/g Alumine activée: 0,30 à 0,50 cm 3/g Zéolithe: 0,14 à 0,36 cm 3/g Des volumes de pores typiques pour des absorbants carbonés, siliciés ou alumines peuvent être trouvés dans Industrial Gas Cleaning, par W Strauss, page 108, Tableau 3 7 Les volumes des pores pour une zéolithe sont fournis au

tableau 1 de "Crystalline Molecular Sieves" par D W Breck.

Les tailles de pores et l'activité de surface affectent la force des forces attractives pour les molécules de contaminant Des pores petits augmentent l'attraction comme les molécules intruses sont affectées par des forces émanant de tous les côtés du pore Des molécules polaires et des liaisons ioniques sur la surface de l'adsorbant augmentent aussi l'attraction Alors que toutes les surfaces montrent un certain degré de force d'adsorption, celles des oxydes métalliques et celles des complexes avec l'oxygène formé sur leurs surfaces possèdent un haut

degré d'attraction.

La porosité et l'activité de surface des adsorbants poreux peuvent être déterminées par des techniques variées telles que la porosimétrie au mercure, B.E T, l'adsorption d'azote, les appareils de test standards d'adsorption statique et dynamique, la calorimétrie, la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, et la microscopie électronique sont des méthodes utiles pour

l'évaluation à la fois quantitative et qualitative du phénomène d'adsorption.

L'eau contaminée à traiter avec la présente invention est mise en contact avec les sorbants dans une zone d'adsorption Les sorbants peuvent être placés dans la zone d'adsorption de toute manière appropriée Une méthode préférée pour une installation des sorbants est un arrangement à lits fixes de sorbants mélangés Une autre méthode préférée d'installation des sorbants est la mise en couche des sorbants dans un arrangement de lit fixe L'ordre des couches de sorbants n'est pas essentiel tant qu'il existe une quantité efficace de chaque

sorbant pour éliminer effectivement les contaminants de l'eau.

Les problèmes communément associés avec les systèmes à lits de filtres tassés incluent la fluidisation et l'attrition Comme les granulés dans des lits tassés normaux ne sont pas interbloqués rigidement, l'application d'une force à l'extrémité dudit lit soit en tassant soit avec des tampons de fibres compressées est insuffisante pour prévenir l'attrition Les granulés perdus dans le lit chargé

par une pression sont libres de vibrer et d'éroder les particules coincées voisines.

La fluidisation et l'attrition peuvent être surmontées dans la présente invention

en immobilisant l'adsorbant empêchant par là le mouvement granulaire.

Une méthode préférée d'immobilisation des granulés dadsorbant est l'application d'un liant à travers le lit pour coincer physiquement tous les granulés en une masse commune Une telle immobilisation permet le dessin de lits d'adsorbants avec des vitesses beaucoup élevées et des taux de transfert de

chaleur et de masse plus élevés qui sont des caractéristiques désirables.

L'augmentation non voulue de pression différentielle résultant de l'immobilisation des granulés peut être compensée par l'utilisation de lits peu

profonds de plus grand diamètre.

Des modèles de lits peu profonds sont gênés par une distribution d'écoulement non uniforme et par des effets de bord qui peuvent résulter en des percées de chemins à l'avant de transfert prématuré De tels lits peuvent être soigneusement dessinés et construits pour surmonter ces tendances La distribution d'écoulement dans de tels lits peut être rendue plus uniforme en mettant des écrans pour réduire les effets de bord et en utilisant des écrans de support perforés calibrés contenant des perforations plus petites ou moins nombreuses dans les zones de vélocité élevée Ceci produira une pression différentielle plus élevée dans ces zones et réduira localement la vélocité De telles modifications peuvent étendre grandement la durée de vie du lit

d'adsorbant et sa capacité utile.

Dans les arrangements de lits de filtres en couches ou mélangés, l'adsorbant peut être placé dans un ou plusieurs canaux, et soit en série soit parallèles au duplex d'écoulement L'écoulement d'eau contaminée au travers de la zone d'adsorption est effectué de préférence d'une manière parallèle de sorte que lorsqu'un des lits ou des chambres d'adsorbant est épuisé par l'accumulation de contaminants à sa surface, la zone d'adsorbant épuisée est court-circuitée tout

en continuant l'opération ininterrompue à travers la zone d'adsorption parallèle.

Le potentiel de croissance biologique dans les compositions de filtres est aussi significativement réduit dans la présente invention Spécifiquement, le sorbant hydrogel de silice produit un état acide dans son environnement aqueux, spécialement pendant les périodes de non écoulement En addition, des quantités de traces d'ions aluminium, existantes dans la composition du filtre en raison de la présence d'alumine activée dans la composition du lit de filtres, aident aussi dans la biostase De plus, les additifs métalliques tels que le cuivre, le zinc, le laiton, le manganèse et l'argent sont recommandés dans le mélange de sorbants pour des applications de filtre d'eau requérant une protection

biologique plus grande.

Le retard de la croissance biologique et la destruction biologique offerte par la présence dions métalliques dans la présente invention est un résultat dune réaction électrochimique dans la membrane du plasma des cellules vivantes La continuation de la vie d'une cellule microbienne dépend du transport des nutriments et des produits secondaires du métabolisme ("excréta")

à travers la surface des micro-organismes, connue comme la membrane plasma.

La membrane plasma est sélectivement perméable et contient des protéines il capables de transporter certains nutriments dans la cellule et des excrétas en

dehors de la cellule.

Des ions métalliques dans l'eau sont attirés vers la membrane plasma par des forces de van der Waals Chaque type particulier de cellule microbienne a une certaine capacité pour un ion métallique spécifique Si une capacité d'une cellule microbienne pour l'ion métallique spécifique est déjà satisfaite, la cellule rejette l'ion approchant en établissant une surface polarisée dans la région autour de l'ion métallique La polarisation est accomplie par un déplacement vers l'extérieur des ions négatifs, principalement des ions chlorures, et un déplacement vers l'intérieur des ions positifs, principalement les ions potassium,

de la cellule microbienne.

La membrane plasma dans la région polarisée devient non perméable, inhibant le transport des nutriments dans une cellule aussi bien que restreignant le transport d'excreta hors d'une cellule Comme un résultat, il y a une

diminution dans le métabolisme microbien de la cellule et dans sa croissance.

La diminution dans le métabolisme et la croissance d'une cellule microbienne est largement dépendante de la quantité d'ions métalliques présents dans les environs de la cellule et du pourcentage de surface de la membrane plasma polarisée Si une quantité suffisante d'ions métalliques sont présents, des doses létales d'excréta peuvent s'accumuler dans un cytoplasme de cellules en

quelques heures.

Le nombre dions métalliques requis pour détruire une cellule

microbienne dépend du type spécifique d'organisme et du type d'ion métallique.

Par exemple, couvrir si peu que 1/10 000 de la surface totale d'une cellule de levure avec des ions argent est suffisant pour provoquer ladestruction de la cellule En addition, moins d'ions arsenic que dions argent sont requis pour

détruire une cellule de levure.

La quantité d'ions métalliques utilisée dans la composition du lit de filtres de la présente invention doit être soigneusement maintenue Alors que les humains requièrent une quantité de traces d'ions métalliques pour des fonctions corporelles normales, des quantités extrêmement grandes peuvent causer une

destruction des cellules de la même manière que les microbes sont détruits.

Cette destruction des cellules mène à des problèmes de santé et de façon

possible à la mort.

Typiquement, le corps humain dispose d'un excès d'ions métalliques

dans l'urine, les excrétions, la bile, la transpiration et la croissance des cheveux.

La vitesse d'élimination dépend de l'ion métallique spécifique Par exemple, le

plomb et l'arsenic sont très lentement éliminés du corps humain.

Si le procédé d'élimination devient écrasant, les ions métalliques en excès provoquent le mauvais fonctionnement et la destruction possible des cellules humaines Par exemple, il est bien connu que le plomb affecte les cellules du système nerveux central, résultant potentiellement en un retard mental En addition, les parois de l'intestin grêle peuvent être endommagées par

l'exposition à des quantités excessives de zinc et de cuivre.

Dans la composition de lits de filtres mélangés de la présente invention, des ions métalliques en excès à des niveaux qui concernent la santé humaine sont adsorbés par les sorbants inorganiques Les sorbants inorganiques tels que l'alumine activée et la zéolithe attirent et maintiennent les ions métalliques sur

leurs surfaces internes par des forces de van der Waals.

En pratique, les ions métalliques produits par les particules métalliques passant à travers l'eau dans le lit de sorbants, s'associent avec la membrane plasma des cellules microbiennes dans le lit de sorbants Les ions métalliques

s'attachent eux-mêmes aux surfaces d'adsorbants des sorbants inorganiques.

La présente invention est de plus décrite grâce aux exemples non limitatifs suivants L'application "A" est pour le filtre d'eau de boisson typique

utilisée dans les puits profonds ou les systèmes d'alimentation en eau de ville.

L'application "B" est suggérée pour un système d'alimentation en eau rurale qui contient communément une contamination biologique L'application "C" est pour les systèmes d'eau grises telles que pour les galeries et les eaux de lavage

entraiîées dans beaucoup de canalisation.

Placement du volume Débit Service Eau alimentée Volume d'adsorbant Pds Ads Total Pds Carbone Pds Alumine Pds Silice Pds Zéolithe Pds Métal A 757,082 g ( 200 gal) 0,031545 /mn Continu

Potable

0,2667 cm 3 ( 0,00875 Ft 3) 139,2 grammes 97,5 grammes 13,9 grammes 13,9 grammes 13,0 grammes 0 gramme B 757,082 g ( 200 gal) 0,031545 /mn Continu Potable (Eau de surface)/ contamination microbienne 0,2667 cm 3 ( 0,00875 Ft 3) 149,0 grammes 89,4 grammes 14,9 grammes 22,3 grammes 14, 9 grammes 7,5 grammes C 883,13615 g ( 223,300 gal) 0,031545 g /mn Continu Eau grise non

potable

298,704 cm 3 ( 9,80 Ft 3) 313806,22 g( 381 lpounds) 86409,346 g( 190,5 pounds) 25900,124 g( 57,1 pounds) 25900,124 g( 57,1 pounds) 25900,124 g( 57,1 pounds) 8663,6142 g( 19,1 pounds)

% en Pds.

Carbone Alumine Silice Zéolithe Métal % % % % 0 % % % % % % % % % % %

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Composition de lits de filtres mélangés pour purifier de l'eau pour consommation humaine caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) de environ 40 % à environ 80 % en poids de sorbants carbonés; (b) de environ 5 % à environ 20 % en poids d'alumine activée; (c) de environ 5 % à environ 20 % en poids d'hydrogel de silice; (d) de environ 5 % à environ 20 % en poids de zéolithe; et (e) de environ 0 % à environ 10 % en poids de composés métalliques qui

génèrent des cations métalliques.

2 Composition de lits de filtres mélangés selon la revendication 1, caractérisée en ce que les composés métalliques sont choisis dans le groupe consistant du cuivre, du zinc, du laiton, du manganèse, de l'argent et des

1.5 mélanges de ceux-ci.

3 Composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants généraux de l'eau comprenant: (a) environ 70 % en poids de sorbants carbonés; (b) environ 10 % en poids d'alumine activée; (c) environ 10 % en poids d'hydrogel de silice; (d) environ 10 % en poids de zéolithe; et (e) environ 0 % en poids de composés métalliques qui génèrent des cations métalliques. 4 Composition de lits de filtres mélangés selon la revendication 3, caractérisée en ce que les composés métalliques sont choisis dans le groupe consistant du cuivre, du zinc, du laiton, du manganèse, de l'argent et des

mélanges de ceux-ci.

Composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants biologiques de l'eau comprenant: (a) environ 60 % en poids de sorbants carbonés; (b) environ 10 % en poids d'alumine activée; (c) environ 15 % en poids d'hydrogel de silice; (d) environ 10 % en poids de zéolithe; et (e) environ 5 % en poids de composés métalliques qui génèrent des cations

métalliques.

6 Composition de lits de filtres mélangés pour éliminer les contaminants chimiques de l'eau potable caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) environ 50 % en poids de sorbant carboné; (b) environ 15 % en poids d'alumine activée; (c) environ 15 % en poids d'hydrogel de silice; (d) environ 15 % en poids de zéolithe; et (e) environ 5 % en poids de composés métalliques qui génèrent des

cations métalliques.

7 Procédé pour purifier de l'eau contaminée contenant des contaminants organiques, inorganiques et microbiologiques, caractérisé en ce qu'il comprend: ( 1) le placement d'une composition de filtre dans un arrangement de lits de filtres ladite composition comprenant: (a) de environ 40 % à environ 80 % en poids de sorbant carboné; (b) de environ 5 % à environ 20 % en poids d'alumine activée; (c) de environ 5 % à environ 20 % en poids d'hydrogel de silice; (d) de environ 5 % à environ 20 % en poids de zéolithe; et (e) de environ O % à environ 10 % en poids de composés métalliques qui génèrent des cations; et ( 2) la mise en contact de l'eau à traiter avec ladite composition de filtres

dans une zone d'adsorption.

8 Procédé de production d'eau potable selon la revendication 7, caractérisé en ce que le composé métallique qui génère des cations métalliques est choisi dans le groupe consistant du cuivre, du zinc, du laiton, du manganèse,

de l'argent et des mélanges de ceux-ci.