FR2965731A1 - Dispositif de decontamination d'un fluide pollue et procede de decontamination associe - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de décontamination d'un fluide pollué et un procédé associé. Le dispositif (1) de décontamination d'un fluide pollué comprend au moins un réacteur (2) comportant au moins un élément (3) photocatalytique susceptible d'être éclairé par une source lumineuse (4), caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un détecteur (5, 11) pour mesurer la concentration d'au moins un composé organique volatil dans le réacteur (2), ce détecteur (5, 11) comprenant au moins un capteur (5) fournissant au moins une information caractéristique sur ledit au moins un composé organique volatil et un moyen (11) pour exprimer ladite caractéristique sous la forme d'une concentration dudit au moins un composé organique volatil dans le réacteur (2); - au moins un moyen (6) pour obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur (2) ; - au moins un comparateur (7), dont l'entrée est connectée au détecteur (5, 11) et dont la sortie est connectée au moyen d'obturation (6), pour au moins transmettre une commande d'obturation au moyen d'obturation (6) lorsqu'une concentration de composés organiques volatils supérieure à une valeur prédéterminée a été identifiée par l'ensemble formé par le détecteur (5, 11) et le comparateur (7).

Description

i
DISPOSITIF DE DECONTAMINATION D'UN FLUIDE POLLUE ET PROCEDE DE DECONTAMINATION ASSOCIE.
La présente invention se rapporte au domaine de la s dépollution par photocatalyse. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de décontamination d'un fluide pollué fonctionnant par photocatalyse, ce fluide pouvant être un liquide tel que l'eau ou un gaz. Un tel dispositif comporte un réacteur comprenant un élément io photocatalytique susceptible de réagir sous l'effet de la lumière. Cette lumière est généralement fournie par une lampe insérée dans le réacteur, telle qu'une lampe UV. Certains dispositifs de décontamination sont conçus pour traiter un polluant particulier. ls Généralement, ces dispositifs permettent de décomposer le polluant, par photocatalyse, en des produits finaux sans danger. Les dispositifs permettant de traiter un polluant particulier s'appuient sur une maîtrise des processus de dégradation du polluant dans le réacteur. 20 Cette maîtrise confère à ces dispositifs une grande efficacité. Cependant, dans des cas particuliers, la concentration du polluant entrant dans le dispositif de décontamination n'est pas stationnaire et/ou la source lumineuse ne présente pas une stabilité absolue et/ou l'humidité relative du milieu pollué (lorsqu'il s'agit d'un gaz) est variable si bien 25 que l'efficacité du dispositif de décontamination s'en trouve affectée. Par ailleurs, de nombreux dispositifs de décontamination sont présentés dans le commerce comme étant polyvalents. Par exemple, certains dispositifs permettent d'éliminer par photocatalyse à la fois des bactéries, des solvants, des odeurs de cigarette ou de cuisson etc...de façon efficace.
Toutefois, ces dispositifs ne s'intéressent pas à la pollution résiduelle ou consécutive liée à la génération de polluants tels que des composés organiques volatils (COV) provenant de cette photocatalyse. C'est par exemple le cas du dispositif divulgué dans le s document FR 2 906 473. Ce dispositif permet d'éliminer efficacement des microorganismes aéroportés, en particulier responsables de mauvaises odeurs, mais il n'est pas possible avec ce dispositif de s'assurer de l'élimination de composés organiques volatils susceptibles d'être générés dans le dispositif. io En effet, la cinétique de décomposition par photocatalyse de différents polluants dans un même réacteur n'est à ce jour pas bien maîtrisée, notamment en raison des produits issus de la décomposition de chaque polluant. Certains produits de décomposition se présentent sous la ts forme de radicaux libres qui peuvent interférer avec d'autres produits issus de la décomposition d'un autre type de polluant pour former de nouveaux produits intermédiaires, tels que des COV, ou d'autres COV si les polluants entrant dans le dispositif de décontamination sont eux-mêmes des COV. L'élimination ultérieure de ces COV n'est alors pas maîtrisée. 20 On ne dispose actuellement que de peu d'informations sur les cinétiques de dégradation de mélanges de polluants, en particulier de type COV. L'efficacité de la photocatalyse dépend par ailleurs de la nature des polluants pris isolément. 25 Enfin, il faut noter que l'efficacité de la photocatalyse de polluants peut diminuer avec l'augmentation de la concentration de ces polluants dans le milieu gazeux à traiter. Partant de ces constats, on se pose le problème de l'efficacité des dispositifs de décontamination actuels dans le traitement de composés 30 organiques volatils qu'ils sont susceptibles de générer.
En effet, si les dispositifs connus visant à traiter de nombreux polluants à la fois sont susceptibles de décomposer des polluants entrant dans le dispositif de décontamination, il n'est pas certain aujourd'hui que ces dispositifs soient adaptés pour éliminer des COV qui sont générés dans le s dispositif en présence d'une combinaison particulière de certains polluants entrant dans ce dispositif. II n'est pas non plus certain que ces dispositifs soient adaptés pour maintenir une telle efficacité compte tenu de la concentration de ces polluants dans le milieu gazeux à traiter. io La question du maintien de l'efficacité de ces dispositifs est encore accrue si on prend en compte leur vieillissement, en particulier le vieillissement de la source lumineuse et/ou celui de l'élément photocatalytique. Même si cela apparaît moins gênant, il n'est pas non plus ls certain que les dispositifs de décontamination visant à éliminer un polluant particulier soient efficaces dans certaines conditions d'utilisation. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif de décontamination dont le manque d'efficacité vis-à-vis de l'élimination de COV résiduels peut être déterminé et partiellement, voire totalement, résorbé. 20 Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de décontamination permettant de déterminer le manque d'efficacité d'un dispositif de décontamination vis-à-vis de l'élimination de COV résiduels et de résorber partiellement, voire totalement, ce manque d'efficacité. Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, l'invention 25 propose un dispositif de décontamination d'un fluide pollué comprenant au moins un réacteur comportant au moins un élément photocatalytique susceptible d'être éclairé par une source lumineuse, caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un détecteur pour mesurer la concentration d'au moins un 30 composé organique volatil dans le réacteur, ce détecteur comprenant au moins un capteur fournissant au moins une information caractéristique sur ledit au moins un composé organique volatil et un moyen pour exprimer ladite caractéristique sous la forme d'une concentration dudit au moins un composé organique volatil dans le réacteur; s au moins un moyen pour obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur ; au moins un comparateur, dont l'entrée est connectée au détecteur et dont la sortie est connectée au moyen d'obturation, pour au moins transmettre une commande d'obturation au moyen io d'obturation lorsqu'une concentration de composés organiques volatils supérieure à une valeur prédéterminée a été identifiée par l'ensemble formé par le détecteur et le comparateur. Le dispositif pourra prévoir d'autres caractéristiques techniques, prises seules ou en combinaison: ls le capteur de composés organiques volatils est disposé dans le dernier tiers du réacteur, en référence au sens d'écoulement du fluide pollué dans le réacteur ; le capteur de composés organiques volatils est choisi parmi : un capteur infrarouge, un capteur à ionisation de flamme, un capteur à 20 spectroscopie Raman ; il est prévu au moins une alarme connectée au comparateur ; ledit au moins un élément photocatalytique comprend de l'oxyde de titane ; la source lumineuse fonctionne dans le domaine ultraviolet ; 25 le détecteur comprend plusieurs capteurs de composés organiques volatils disposés dans le réacteur, de préférence tous situés dans le dernier tiers du réacteur en référence au sens d'écoulement du fluide pollué dans le réacteur ; le comparateur commande le taux d'ouverture du moyen 30 d'obturation, en effectuant une comparaison de la valeur de 2965731 s
concentration de composés organiques volatils fournie par le détecteur et de ladite valeur prédéterminée. Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, l'invention propose également un procédé de décontamination d'un fluide pollué avec un s dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (a) détecter la concentration de composés organiques volatils dans le réacteur; (b) obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur, si la io concentration détectée à l'étape (a) a dépassé une valeur prédéterminée. Le procédé pourra prévoir d'autres caractéristiques techniques, prises seules ou en combinaison: émettre un signal d'alarme, si la concentration détectée à l'étape ls (a) a dépassé une valeur prédéterminée ; il est prévu une étape consistant à augmenter le taux d'ouverture de l'entrée du réacteur (2), si la concentration détectée à l'étape (a) est passée sous la valeur prédéterminée. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention 20 seront énoncés dans la description détaillée ci-après, faite en référence à un exemple de dispositif de décontamination conforme à l'invention qui est représenté sur la figure 1. Ce dispositif 1 comprend un réacteur 2 présentant une forme générale cylindrique et creuse. A titre d'exemple, on peut considérer un 25 réacteur 2 cylindrique de longueur L = 100cm et de diamètre intérieur D = 20cm. Le fluide pollué entre dans le réacteur 2 par une extrémité 22 et sort de ce réacteur 2 par l'autre extrémité 23. Le réacteur 2 comprend, sur son contour périphérique interne, 30 un élément photocatalytique 3, qui présente donc la forme d'un anneau périphérique disposé contre la paroi interne du réacteur 2.
Avantageusement, l'élément photocatalytique 3 comprend de l'oxyde de titane pour la photocatalyse. Cet oxyde de titane peut être enrichi avec d'autres substances capables de réagir à une lumière de plus grande longueur d'onde que la longueur d'onde permettant d'activer l'oxyde de titane. s Ces substances peuvent être à base de fer ou de métaux de transition connus pour permettre un fonctionnement non plus dans un domaine typiquement ultraviolet, mais dans un domaine proche du visible, voire visible. Dans certains cas, du carbure de silicium pourra être prévu dans l'élément photocatalytique 3 pour servir de support à cet élément io photocatalytique. Le réacteur 2 comprend également une source lumineuse 4 pour éclairer l'élément photocatalytique 3. La source lumineuse 4 est en l'occurrence formée par une lampe photocatalytique disposée le long de l'axe longitudinal A du réacteur 2. ls Cette lampe photocatalytique 4 fonctionne généralement dans le domaine ultraviolet. Il peut s'agir d'une lampe à vapeurs de Mercure, dont la puissance peut être comprise entre 10W et 30W. Par exemple, il peut s'agir de lampes à vapeurs de Mercure dites de « WOOD », lesquelles fonctionnent à une longueur d'onde de 365nm. D'autres lampes photocatalytiques peuvent 20 bien entendues être utilisées. L'écoulement du fluide pollué dans le réacteur 2 s'effectue donc autour de la source lumineuse 4, et plus précisément entre la source lumineuse 4 et l'élément photocatalytique 3. Par ailleurs, le réacteur 2 prévoit avantageusement des 25 chicanes ou grilles 21 s'étendant entre l'élément photocatalytique 3 et la source lumineuse 4, sur le parcours du fluide pollué dans le réacteur 2. Ces chicanes ou grilles 21 apportent un cloisonnement au sein du réacteur 2, ce qui permet de limiter le mélange entre les polluants entrant dans le réacteur 2 et les produits intermédiaires et/ou finaux issus de 30 la photocatalyse de ces polluants.
Le dispositif 1 comprend également un détecteur de la concentration en COV dans le réacteur. Ce détecteur de concentration en COV dans le réacteur 2 comprend un moyen 5 fournissant au moins une information caractéristique des COV situés dans le réacteur 2 et un moyen 11 s pour exprimer ladite caractéristique sous la forme d'une concentration en COV dans le réacteur 2. Le moyen 5 fournissant au moins une information caractéristique des COV comprend au moins un capteur. Ce moyen 5 peut être un instrument de mesure comprenant ce capteur, ou être tout simplement lo formé du seul capteur lui-même. Dans la suite de la description, le moyen 5 fournissant au moins une information caractéristique des COV est un capteur. Le capteur 5 de composés organiques volatils peut être un capteur infrarouge, un capteur à ionisation de flamme ou tout autre capteur ls adapté pour détecter la présence de COV dans le réacteur 2, tel qu'un capteur pour effectuer de la spectroscopie Raman. Par exemple, si le capteur 5 est un capteur infrarouge, celui-ci fonctionne vers 3000cm"l afin d'obtenir une information sur la quantité de liaisons C-H des COV qu'on cherche à détecter, cette liaison vibrant 20 effectivement vers 3000cm-'. Le moyen 11 permet, à partir des informations fournies par le capteur infrarouge 5, de donner une information portant sur la concentration en COV dans le réacteur 2, généralement en ppm. Le moyen 11 comprend un calculateur susceptible d'être 25 formé à partir d'un processeur (ou d'un ensemble de processeurs) associé à une mémoire. Le moyen 11 s'appuie sur un tableau de conversion issu d'un étalonnage, qui permet de faire le lien entre les informations fournies par le capteur infrarouge et la concentration en COV dans le réacteur 2. Ce tableau 30 de conversion est entré dans la mémoire du moyen 11.
Cet étalonnage sera le plus souvent effectué en usine, avant ou pendant le montage du dispositif de décontamination. Cet étalonnage peut être effectué pour un COV bien déterminé, si l'application le justifie. Plus généralement, cet étalonnage pourra être effectué pour les COV les plus s nocifs. On pourrait même envisager, si l'application le justifie, que cet étalonnage soit effectué pour l'ensemble des COV connus. Avantageusement, le capteur 5 de composés organiques volatils est disposé dans le dernier tiers du réacteur 2, en référence au sens d'écoulement du fluide pollué dans le réacteur 2. En effet, si la concentration io en COV est faible, voire nulle, alors cela signifie que le réacteur 2 est efficace. Le détecteur 5, 11 de COV est connecté à l'entrée d'un comparateur 7 dont la sortie est reliée à un moyen 6 pour obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur 2. Ainsi, si le détecteur 5, 11 de COV a détecté une ls concentration en composés organiques volatils supérieure à une valeur prédéterminée, le comparateur 7 transmet une commande au moyen 6 permettant alors d'obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur 2. La valeur dite prédéterminée de concentration en COV est choisie en fonction du niveau de sécurité souhaité pour le dispositif 1. 20 Généralement, on se base sur les valeurs fournies par la réglementation en vigueur. Par ailleurs, le moyen 6 peut être une vanne qui sera choisie en fonction de la forme du réacteur 2. Le moyen 6 peut fonctionner en mode tout ou rien, de sorte 25 que l'entrée du réacteur 2 soit complètement ouverte ou complètement fermée. En variante, et avantageusement, on réglera cependant le taux d'ouverture de l'entrée, en prévoyant par exemple une régulation de type PID (pour Proportionnel Intégral Dérivé) dans le comparateur 7. 30 En obturant au moins partiellement l'entrée du réacteur 2, il est alors possible de réduire la quantité de composés organiques volatils
générés dans le réacteur 2 et par suite, de diminuer la concentration de ces composés au sein du réacteur 2. On peut ainsi améliorer l'efficacité de la photocatalyse au sein du réacteur 2. L'obturation, partielle ou totale, de l'entrée du réacteur 2 peut s être effectuée aussi longtemps que le détecteur 5, 11 et le comparateur 7 indiquent que la concentration en composés organiques volatils est supérieure à la valeur prédéterminée. Au contraire, si la concentration en composés organiques volatils est inférieure à la valeur prédéterminée, on peut ouvrir, totalement ou io partiellement, l'entrée du réacteur 2 pour accroître la vitesse de traitement du fluide pollué. En particulier, on peut n'ouvrir que légèrement l'entrée du réacteur si le comparateur 7 prévoit des moyens de régulation de type PID par exemple. is Dans ce cas, on règle le taux d'ouverture de l'entrée du réacteur 2 en fonction de la valeur de concentration en COV qui a été prédéterminée sur la base des exigences de sécurité souhaitées. La présence d'une concentration en COV supérieure à la valeur prédéterminée indique clairement que le réacteur 2 ne fonctionne pas 20 de manière efficace. Avantageusement, le capteur 5 de composés organiques volatils est disposé aux environs des deux tiers du réacteur 2, toujours en référence au sens d'écoulement du fluide pollué dans le réacteur 2. On peut ainsi tenir compte du temps de réponse du capteur 5 de composés 25 organiques volatils, du moyen 11, du comparateur 7 et du moyen d'obturation 6 compte tenu de la vitesse d'écoulement du fluide dans le réacteur 2. Ceci permet d'être certain que le fluide ne comportera pas de COV en sortie du réacteur 2. Le comparateur 7 peut par ailleurs être connecté à une 30 alarme 9. Cette alarme 9 peut être de tous types connus, par exemple une alarme sonore et/ou visuelle. Cela permet d'indiquer aux personnes se 2965731 io
trouvant dans la pièce à dépolluer que le dispositif 1 ne fonctionne pas normalement. Enfin, le comparateur 7 peut être connecté à une mémoire 10 enregistrant les mesures effectuées par le capteur 5. Le suivi dans le temps de cette mesure peut alors être mise à profit pour indiquer un dysfonctionnement non pas ponctuel du dispositif de décontamination 1, mais récurrent ou constant. On peut alors diagnostiquer le fonctionnement défectueux d'un composant du dispositif 1, tel que le capteur 5 ou la source lumineuse 4. io Avec le dispositif 1 décrit précédemment, il est alors possible de mettre en oeuvre un procédé de décontamination d'un fluide pollué comprenant les étapes suivantes : (a) détecter la concentration de composés organiques volatils dans le réacteur 2; 15 (b) obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur 2, si la concentration détectée à l'étape (a) a dépassé une valeur prédéterminée. Le procédé peut également prévoir une étape (c) consistant à émettre un signal d'alarme, si la concentration détectée à l'étape (a) a 20 dépassé la valeur prédéterminée. Par ailleurs, si la concentration détectée à l'étape (a) passe sous la valeur prédéterminée, on peut alors augmenter le taux d'ouverture de l'entrée du réacteur 2, afin d'augmenter la vitesse de traitement du fluide. Le dispositif 1 est avantageusement utilisé lorsqu'il vise à 25 traiter plusieurs polluants différents, ce qui est souvent le cas des dispositifs de décontamination photocatalytiques proposés dans le commerce, en particulier pour des applications domestiques. Dans une variante de réalisation de l'invention, plusieurs capteurs de composés organiques volatils peuvent être prévus. De 30 préférence, ceux-ci seront également situés dans le dernier tiers du réacteur 2, toujours en référence au sens d'écoulement du fluide dans ce 15 20 Il
réacteur 2. Ils peuvent notamment être disposés en série, dans ce dernier tiers du réacteur 2. Le fait de mettre plusieurs capteurs 5 de composés organiques volatils en série au sein du réacteur 2 permet de déterminer s l'évolution de la concentration de ces composés organiques volatils dans le réacteur 2. On obtient ainsi une information plus précise sur le fonctionnement du réacteur 2. Cette information peut avantageusement être utilisée dans le lo cas où une régulation du taux d'ouverture du moyen d'obturation 6 est effectuée, par exemple par une régulation de type PID. Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée à un réacteur photocatalytique tel que celui qui a été décrit précédemment, mais peut s'appliquer à différents types connus de réacteurs. En particulier, il est possible que, dans un avenir proche, une LED (pour « Light Emitting Diode » selon la terminologie anglo-saxonne) à haut rendement photonique soit utilisée dans les dispositifs de décontamination commerciaux en tant que source lumineuse pour l'élément photocatalytique. Dans ce cas, il est probable que plusieurs réacteurs soient disposés en série, chaque réacteur comportant une LED en tant que source lumineuse ; ces réacteurs ainsi disposés en série formant un équivalent fonctionnel du réacteur représenté sur la figure 1, consommant cependant moins d'énergie électrique. 25

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de décontamination d'un fluide pollué comprenant au moins un réacteur (2) comportant au moins un élément (3) photocatalytique susceptible d'être éclairé par une source lumineuse (4), caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un détecteur (5, 11) pour mesurer la concentration d'au moins un composé organique volatil dans le réacteur (2), ce détecteur (5, 11) comprenant au moins un capteur (5) fournissant au moins une information caractéristique sur ledit au moins un composé organique volatil et un moyen (11) pour exprimer ladite caractéristique sous la forme d'une concentration dudit au moins un composé organique volatil dans le réacteur (2); au moins un moyen (6) pour obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur (2) ; au moins un comparateur (7), dont l'entrée est connectée au détecteur (5, 11) et dont la sortie est connectée au moyen d'obturation (6), pour au moins transmettre une commande d'obturation au moyen d'obturation (6) lorsqu'une concentration de composés organiques volatils supérieure à une valeur prédéterminée a été identifiée par l'ensemble formé par le détecteur (5, 11) et le comparateur (7).
  2. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel le capteur (5) de composés organiques volatils est disposé dans le dernier tiers du réacteur (2), en référence au sens d'écoulement du fluide pollué dans le réacteur.
  3. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (5) de composés organiques volatils est choisi parmi : uncapteur infrarouge, un capteur à ionisation de flamme, un capteur à spectroscopie Raman.
  4. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il 5 est prévu au moins une alarme (9) connectée au comparateur (7).
  5. 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément (3) photocatalytique comprend de l'oxyde de titane.
  6. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source lumineuse (4) fonctionne dans le domaine ultraviolet.
  7. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 15 le détecteur (5, 11) comprend plusieurs capteurs de composés organiques volatils disposés dans le réacteur (2), de préférence tous situés dans le dernier tiers du réacteur (2) en référence au sens d'écoulement du fluide pollué dans le réacteur. 20
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le comparateur (7) commande le taux d'ouverture du moyen d'obturation (6), en effectuant une comparaison de la valeur de concentration de composés organiques volatils fournie par le détecteur (5, 11) et de ladite valeur prédéterminée. 25
  9. 9. Procédé de décontamination d'un fluide pollué avec un dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (a) détecter la concentration de composés organiques 30 volatils dans le réacteur (2); (b) obturer au moins partiellement l'entrée du réacteur (2), si la concentration détectée à l'étape (a) a dépassé une valeur prédéterminée. 105
  10. 10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel il est également prévu l'étape suivante : (c) émettre un signal d'alarme, si la concentration détectée à l'étape (a) a dépassé une valeur prédéterminée.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel il est prévu une étape consistant à augmenter le taux d'ouverture de l'entrée du réacteur (2), si la concentration détectée à l'étape (a) est passée sous la valeur prédéterminée. 10
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