FR3047731A1 - Procede et dispositif de traitement de l’eau par electrolyse - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement de l'eau par électrolyse, remarquable en ce qu'il comprend les opérations suivantes : - fabriquer deux dipôles d'électrolyse (D1 et D2) constitués chacun d'une anode (A1, A2) et d'une cathode (C1, C2), relier chacun des dipôles (D1 et D2) à une source d'énergie électrique avec une intensité et une tension données pour chaque dipôle (D1, D2), - disposer les deux dipôles à l'intérieur d'une même enceinte (330) dans laquelle l'eau à traiter circule, - rapprocher les deux dipôles (D1, D2) à une distance suffisamment réduite pour créer entre eux des interactions électriques et chimiques et former ainsi un système d'électrolyse au moins quadripolaire, - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle (D1) vers le deuxième dipôle (D2). L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé. Applications : traitement de l'eau.
Description
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE L'EAU PAR ELECTROLYSE
DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention a trait au domaine du traitement de l'eau et notamment aux adaptations permettant d'utiliser 1'éleotrolyse pour produire des substances oxydantes et désinfectantes dans les meilleures conditions.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
Il est connu d'utiliser la technique de 1'électrolyse pour produire des substances chimiques d'oxydation et de désinfection pour le traitement de l'eau et notamment pour le traitement de l'eau des bassins d'agrément. L ' électrolyse pratiquée est classiquement celle dite chlore soude visant à produire au moyen d'énergie électrique, du dihydrogène (Hz), de la soude (NaOH) et du dichlore (Cl2) à partir d'une eau (Hz0) chargée en sel (NaCl).
Le sel en se dissolvant dans l'eau produit des ions Cl“ et Na+. L'oxydation à l'anode (reliée au pôle + du générateur) peut être représentée de la façon suivante : 2HZ0 (liquide) -> 0Z (gaz) + 4H+ (aqueux) + 4e“
La réduction à la cathode (reliée au pôle — du générateur) peut être représentée de la façon suivante : 4HZ0 (liquide) -> 2HZ (gaz) + 40H“ (aqueux)
Les demi-réactions ayant lieu avec les ions issus de la dissolution du sel sont : À 11 anode : 2C1“ —► Clz + 2e“ À la cathode : Na+ + H20 + e“ —► NaOH + ^ H2
Les demi-réactions doivent être isolées l'une de l'autre pour ne pas réaliser 1'électrolyse de l'eau. Cet isolement peut se faire par une membrane qui confine les ions chlorure dans le bain anodique.
Plus globalement, on obtient : 2Na+ + 2C1“ + 2HZ0 -> 2NaOH + Cl2 + Hz
Par réaction du dichlore avec l'eau, on obtient également un acide hypochloreux (H0C1) selon la réaction suivante : Clz + Hz0 -> H0C1 + HCl.
On obtient alors un puissant désinfectant oxydant, antibactérien, anti-algue. Néanmoins, un tel procédé classique de production de dichlore à partir de l'eau chargée en sel présente plusieurs inconvénients :
Comme décrit plus haut, la production de dichlore (C12) s'accompagne toujours de la production de soude (hydroxyde de sodium NaOH) qui conduit à une augmentation du potentiel hydrogène (pH) qui requiert une intervention à des fins de retour à l'équilibre. Étant donné que ces deux paramètres sont liés, il en est de même avec le taux d'alcalinité ; - Dans le traitement de l'eau des bassins d'agrément, afin que toute l'eau du bassin puisse être traitée, le sel est dissous dans l'ensemble du volume d'eau ce qui requiert une grande quantité de sel. La présence de sel (NaCl) à très forte dose dans le bassin (1 à 5 g/1 grammes par litre) peut provoquer le dessèchement de la peau des utilisateurs. De plus, afin de garantir sa concentration, du sel doit être régulièrement ajouté, ce qui requiert une surveillance ainsi qu'une intervention régulière.
Une autre technique connue de traitement de l'eau consiste à introduire dans l'eau, du peroxyde d'hydrogène (H202) qui est un puissant oxydant et désinfectant. Néanmoins, ce produit présente l'inconvénient d'avoir une durée d'activité efficace réduite requérant des interventions régulières. De plus, il nécessite des conditions de stockage et de distribution de plus en plus complexes constituant un frein à son plein développement commercial.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Ce que constatant, la demanderesse a mené des recherches visant à améliorer le traitement de l'eau par électrolyse pour produire des substances oxydantes et désinfectantes sans les inconvénients de l'art antérieur.
Ces recherches ont abouti à la conception et à la mise en oeuvre d'un procédé de traitement de l'eau par électrolyse particulièrement original permettant d'obvier aux inconvénients de l'art antérieur.
Selon l'invention, ce procédé de traitement de l'eau par électrolyse est remarquable en ce qu'il comprend les opérations suivantes : - fabriquer deux dipôles d'électrolyse constitués chacun d'une anode et d'une cathode, - relier chacun des dipôles à une source d'énergie électrique avec une intensité et une tension données pour chaque dipôle, - disposer les deux dipôles à l'intérieur d'une même enceinte dans laquelle l'eau à traiter circule, - rapprocher les deux dipôles à une distance suffisamment réduite pour créer entre eux des interactions électriques et chimiques et former ainsi un système d'électrolyse au moins quadripolaire, - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle vers le deuxième dipôle.
Un tel procédé est particulièrement avantageux en ce qu'il permet de produire dans l'eau des substances oxydantes et/ou désinfectantes sans ajout de substances de base complémentaires. En effet, selon une caractéristique du procédé, le procédé exploite les propres éléments dissous dans l'eau pour les transformer en produits oxydants et désinfectants et notamment du peroxyde d'hydrogène.
Les différentes réactions conduisant à ces effets techniques sont décrites ci-après.
Comme classiquement, l'anode du premier dipôle produit la réaction suivante : 2HZ0 (liquide) -> 02 (gaz) + 4H+ (aqueux) + 4e“ et, la cathode du premier dipôle va produire la réaction suivante : 4H20 (liquide) + 4e“ -> 2HZ (gaz) + 40H“ (aqueux).
De plus, comme classiquement et comme pour le dipôle précédent, l'anode du deuxième dipôle produit la réaction suivante : 2HZ0 (liquide) -> 02 (gaz) + 4H+ (aqueux) + 4e“ et, la cathode du deuxième dipôle va produire la réaction suivante : 4H20 (liquide) + 4e“ -> 2HZ (gaz) + 40H“ (aqueux). L'invention se situe dans l'interaction entre des deux dipôles mise en œuvre par la canalisation des gaz.
En effet, l'anode du deuxième dipôle va également produire la réaction suivante :
Hz (gaz issu de la cathode du premier dipôle) -> 2H+ + 2e“
Mais surtout la synthèse suivante
Hz (gaz issu de la cathode du premier dipôle) + 02 (gaz présent sur l'anode du deuxième dipôle) -> HZ0Z
Ainsi, l'interaction entre les dipôles et la canalisation des gaz assurent la production d'un produit oxydant et désinfectant, à savoir le peroxyde d'hydrogène (H202).
Il n'est plus alors nécessaire de stocker ce peroxyde ni d'en assurer le dosage par ajout dans l'eau, il est produit à la demande par le procédé de l'invention. De plus, ce procédé produit du peroxyde d'hydrogène sans nécessiter l'amendement de l'eau par un réactif et/ou par un électrolyte.
Le procédé de l'invention présente un autre avantage en ce qu'il apporte une solution à la basification de l'eau.
En effet, une autre réaction se produit au niveau de l'anode du deuxième dipôle à savoir : OH“+H+ -> H20
Les ions OH” responsables de la basification sont donc neutralisés par les ions H+. Ainsi, les substances produites par le procédé de l'invention ne conduisent pas à une basification de l'eau.
La cathode du deuxième dipôle devient également le lieu de production de peroxyde d'hydrogène et d'une neutralisation, au moyen des réactions suivantes :
La synthèse 02 (gaz issu de l'anode du premier dipôle) + H2 (gaz produit par la cathode du deuxième dipôle) -> H202 Du peroxyde d'hydrogène (H202) est donc également produit.
Une réduction cathodique se produit également sur la cathode du deuxième dipôle et conduit à la réaction suivante : 02 (gaz issu de l'anode du premier dipôle) -> O2” (ion superoxyde)
Cet ion superoxyde dismute avec les ions hydrogène H+ présents dans la solution pour produire également du peroxyde d'hydrogène selon la réaction suivante : 02“ + 2H+ _> H202
En outre, comme pour l'anode, les ions OH” produits par la cathode du deuxième dipôle sont neutralisés selon la réaction suivante : OH” + H+ -> H20
Ainsi, la cathode du deuxième dipôle est également le lieu de production de peroxyde d'hydrogène sans basification de l'eau.
Il apparaît ainsi que le procédé de l'invention consiste à produire une grande quantité de peroxyde d'hydrogène tout en gardant l'eau en équilibre.
De plus, il apparaît que ces réactions peuvent se produire sans ajout de réactifs et/ou d'électrolyte en choisissant simplement les matériaux des dipôles selon des gammes connues. Néanmoins afin d'augmenter les rendements ou de favoriser une réaction par rapport à une autre, des réactifs et/ou électrolytes peuvent être utilisés.
Aux résultats d'électrolyses classiques viennent s'additionner les résultats issus de l'interaction des substances produites, ces résultats issus de l'interaction étant largement supérieurs à ceux issus de la simple addition des résultats de chaque dipôle pris séparément. Il apparaît ainsi que l'apport de l'invention ne se situe pas dans la simple juxtaposition des deux dipôles mais surtout dans l'exploitation par le deuxième dipôle des substances résultant du premier dipôle.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé comprend l'opération suivante : - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle vers le deuxième dipôle en orientant les gaz issus de l'anode du premier dipôle vers la cathode du deuxième dipôle et les gaz issus de la cathode du premier dipôle vers l'anode du deuxième dipôle.
Un autre avantage du procédé de l'invention réside dans le fait qu'il consiste à réaliser la production de dichlore (C12) et d'acide hypochloreux (H0C1) sans les inconvénients de l'art antérieur en ce qui concerne la basification.
En effet, comme les ions chlorure Cl“ peuvent être déjà présents dans l'eau les réactions suivantes se produisent : A l'anode du premier dipôle 2C1“ -> Cl2 + 2e“ A l'anode du deuxième dipôle 2C1“ -> Cl2 + 2e“ et H2 -> 2H+ + 2e“ A la cathode du deuxième dipôle Cl2 (produit par Al) + H2 (produit par C2) -> HCl
Comme expliqué plus haut, les ions 0H“ sont neutralisés.
Ainsi, le procédé de l'invention peut produire du dichlore sans les inconvénients de l'art antérieur.
Bien entendu, ces réactions conduisant à la production de chlore voient leur rendement augmenté en cas d'ajout de sel.
Il apparaît ainsi un autre avantage du procédé de l'invention qui permet d'être mis en œuvre aussi bien pour de la production de peroxyde que pour la production de dichlore (Cl2). Ainsi, un dispositif unique peut être conçu et commercialisé pour les deux productions et peut être exploité selon les législations et les traitements souhaités.
Un autre avantage du procédé de l'invention réside dans la maîtrise de l'énergie nécessaire aux réactions souhaitées. En effet, le couplage, l'interaction électrique des dipôles montrent que les dipôles profitent de la production d'électrons et consomment moins d'énergie que l'addition des énergies nécessaires à deux dipôles qui ne seraient pas en interaction électrique. Le procédé va plus loin en ce que, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, il comprend l'opération suivante : - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle vers le deuxième dipôle à des fins de production d'énergie. En effet, les réactions ci-dessus décrites produisent des électrons qui seront avantageusement utilisés à cette fin.
Le procédé est d'autant plus efficace que la canalisation des gaz est facilitée. Aussi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend en outre l'opération suivante : - Inverser l'un des dipôles de façon à positionner en regard du flux d'eau à traiter la cathode du deuxième dipôle dans le prolongement de l'anode du premier dipôle et l'anode du deuxième dipôle dans le prolongement de la cathode du premier dipôle.
Non seulement une telle inversion facilite la canalisation des gaz mais elle raccourcit également le chemin pris par les ions. En facilitant l'exploitation des gaz et des ions, le procédé de l'invention permet d'atteindre un très bon rendement. D'autres caractéristiques participent à l'augmentation du rendement du procédé proposé.
Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, pour favoriser la réaction de synthèse suivante :
Hz (gaz issu de la cathode du premier dipôle) + 02 (gaz présent sur l'anode du deuxième dipôle) -> H202 qui permet la production de l'oxydant désinfectant, au moins une opération est sélectionnée parmi la liste suivante : augmenter la surface de contact d'échange au niveau d'une ou plusieurs électrodes, - bloquer l'intensité du courant pour le deuxième dipôle, sélectionner un matériau catalyseur pour l'anode du deuxième dipôle. L'augmentation de la surface d'échange de l'électrode facilite l'échange et donc augmente le rendement. Le blocage de l'intensité conduit à contrôler le flux des électrons produits au niveau de l'anode du deuxième dipôle. Le choix d'un matériau catalyseur pour l'électrode (tel du palladium Pd) augmentera le rendement.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend en outre l'opération suivante : - produire du dioxyde de carbone (C02). L'apport de dioxyde de carbone (C02) dans le procédé présente de nombreux avantages parmi ceux-ci : - dissous dans l'eau, il produit de l'acide carbonique ; - il évite la décomposition du peroxyde d'hydrogène (H202) par le dihydrogène H2 ; - il dilue le mélange 02 + H2 et évite ainsi une concentration trop explosive.
Afin de disposer de carbone, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, une opération consiste à fabriquer une anode en carbone ou en graphite pour le premier dipôle.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération d'injection d'un électrolyte à base de bicarbonate dans l'eau à traiter.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une opération de production de persulfate. La présence de persulfate est particulièrement intéressante pour ses propriétés oxydantes.
Ainsi, l'anode productrice de dioxygène (02) du premier dipôle produit la réaction d'oxydation suivante : 2S 042“ -> S20B2- ( peroxodisulf ate )
Le peroxodisulfate a pour avantage d'être moins sensible aux variations de température pouvant ainsi proposer ses propriétés oxydantes complémentaires à celles du peroxyde lors de plage de température non idéales pour le peroxyde d'hydrogène.
De plus, l'hydrolyse du persulfate conduit à la réaction suivante : S2Ob2--> H202 + 2HS04“ également productrice de peroxyde d'hydrogène (H202).
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération de production de persulfate à partir des ions sulfates naturellement présents dans l'eau à traiter.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération de production de persulfate à partir des ions sulfates présents dans un électrolyte injecté dans l'eau à traiter.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération suivante : - appliquer une tension différente selon les dipôles de façon à promouvoir des interactions entre les électrodes de dipôles différents de façon à créer de nouveaux dipôles entre anodes et/ou cathodes. Cette caractéristique contribue à augmenter le rendement de production d'oxydant du procédé de l'invention.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération suivante : - Disposer une garniture poreuse en aval du deuxième dipôle afin de favoriser la synthèse du peroxyde d'hydrogène. Cette garniture poreuse augmente la surface de support nécessaire à la synthèse du peroxyde d'hydrogène et contribue à augmenter le rendement de production dudit peroxyde.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération suivante : - faire circuler un ou plusieurs électrolytes dans l'enceinte.
Selon le matériau des électrodes et selon le traitement oxydant et désinfectant souhaités, un ou plusieurs électrolytes peuvent être exploités. Ainsi, bien que le procédé de l'invention puisse être exploité avec de l'eau non soumise à une injection de réactif ou d'électrolyte, leur présence peut être préférée pour éviter les variations naturelles de concentration des substances nécessaires à la production des substances oxydantes et désinfectantes.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend l'opération suivante : faire varier le débit afin d'établir le bon temps de résidence de l'électrolyte dans l'enceinte. L'invention concerne également le dispositif permettant de mettre en œuvre tout ou partie des caractéristiques du procédé ci-dessus décrit. L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre en œuvre tout ou partie du procédé ci-dessus décrit.
Ce dispositif de traitement de l'eau par électrolyse est remarquable en ce qu'il comprend une enceinte équipée d'une entrée et d'une sortie de l'eau à traiter, ladite enceinte accueillant quatre électrodes : deux anodes et deux cathodes avec une même membrane créant une séparation entre les anodes et les cathodes, ladite membrane créant une canalisation orientant le déplacement des gaz produits par un premier dipôle vers un deuxième dipôle tout en autorisant la migration des ions.
La présence de cette membrane canalisant la production du premier dipôle d'électrolyse pour l'orienter vers le deuxième dipôle d'électrolyse garantit un bon rendement.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, un premier dipôle est disposé sous le deuxième dipôle. Cette disposition permet de profiter du déplacement des gaz produits dans l'eau par le premier dipôle et qui remonteront vers le deuxième dipôle.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite membrane forme un tube séparant : - l'anode de la cathode d'un premier dipôle avec l'anode disposée dans l'âme creuse du tube et, - l'anode de la cathode du deuxième dipôle avec la cathode disposée dans l'âme creuse du tube.
La présence de cette membrane canalisant la production du premier dipôle d'électrolyse pour l'orienter vers le deuxième dipôle qui est inversé par rapport au premier garantit un bon rendement des électrolyses proposées par les dipôles secondaires.
Afin de prévoir l'évacuation des gaz emprisonnés dans la membrane mais non dissous, le dispositif comprend en outre un orifice d'échappement des gaz emprisonnés.
Afin d'augmenter la production de peroxyde en augmentant les surfaces possibles de contact favorisant la synthèse, l'enceinte du dispositif comprend, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, une garniture poreuse positionnée en aval du deuxième dipôle.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif comprend une pompe de régulation du débit de l'eau dans l'enceinte permettant ainsi de contrôler ce paramètre.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif comprend un réservoir d'électrolyte et/ou de réactif et un module d'injection disposés en amont de l'enceinte et communiquant avec l'entrée de l'enceinte. Il n'est alors plus nécessaire de traiter la totalité de l'eau du bassin mais seulement l'eau entrant dans l'enceinte. L'électrolyte et/ou le réactif sont alors injectés à la bonne quantité au bon moment.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le matériau de l'anode du premier dipôle est sélectionné dans la liste suivante : - acier inox, - titane, - platine, - graphite, ou - tous matériaux catalytiques.
Il en est de même pour l'anode du deuxième dipôle.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le matériau de la cathode du premier dipôle est sélectionné dans la liste suivante : - acier inox, - titane, - platine, - graphite, ou - tous matériaux catalytiques.
Il en est de même pour la cathode du premier dipôle.
Les électrodes (anodes ou cathodes) peuvent être de toutes formes à savoir plates, cylindriques, hélicoïdales, membranaires, poreuses, granulaires. Néanmoins, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'anode et la cathode disposées dans l'âme creuse de la membrane tubulaire sont des tiges rectilignes monoblocs alors que l'anode et la cathode disposées à l'extérieur de la membrane sont des enroulements. Une telle géométrie permet d'adapter les électrodes à la configuration tubulaire de la membrane.
De plus, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, l'enceinte prend elle-même la forme d'un tube vertical.
Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif de traitement de l'eau conforme à l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un dessin schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de traitement de l'eau conforme à l'invention ;
La figure 2 est un dessin schématique d'un premier mode de réalisation du module d'électrolyse ;
La figure 3 est un dessin schématique d'un deuxième mode de réalisation du module d'électrolyse.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Comme illustré sur le dessin de la figure 1, le dispositif référencé D dans son ensemble assure le traitement de l'eau par exemple d'un bassin d'agrément non illustré. Il peut être exploité seul ou en association avec d'autres dispositifs de traitement et/ou de filtration.
Ce dispositif D comprend un module d'alimentation électrique 100 alimentant un module de commande, de régulation et d'alimentation électrique 200. Ce module de commande 200 commande le fonctionnement d'un module d'électrolyse 300.
Ce module d'électrolyse 300 comprend une canalisation d'entrée 310 de l'eau à traiter et une canalisation de sortie 320 de l'eau traitée. Le déplacement de l'eau est illustré par la flèche Fl.
Afin de commander, de réguler et d'alimenter le module d'électrolyse 300, le module de commande assure la commande d'une pompe d'alimentation 210 assurant l'alimentation régulière en eau à traiter du module d'électrolyse 300. Il assure également la commande d'un module d'injection 220 en amont du module d'électrolyse 300 d'un électrolyte et/ou de réactif stocké dans un réservoir de stockage 400. Ce réservoir 400 peut être mis en oeuvre par un module d'accueil de cartouches interchangeables (non illustrées).
Enfin, le module de commande 200 assure l'alimentation électrique par les câblages symbolisés par le trait référencé 230 des électrodes du module d'électrolyse 300 selon l'intensité et la tension souhaitées.
Comme illustré sur le dessin de la figure 2, le module d'électrolyse 300 comprend quatre électrodes dans une même enceinte 330 formant une colonne verticale: deux anodes Al, A2 (reliées à un pôle +) et deux cathodes Cl, C2 (reliées à un pôle -) réparties dans deux dipôles d'électrolyse Dl et D2 disposés dans ladite enceinte 330 l'un au-dessus de l'autre. Les deux dipôles d'électrolyse Dl et D2 sont disposés l'un au dessus de l'autre et à une distance telle que les champs électriques se chevauchent d'un dipôle à l'autre. Ainsi, les gaz produits dans la colonne vont remonter et les ions vont être attirés par les électrodes de polarité opposée.
Le module d'électrolyse 300 comprend en outre une membrane tubulaire unique 500 créant une séparation entre les anodes Al, A2 et les cathodes Cl, C2, ladite membrane 500 créant une canalisation orientant le déplacement des gaz produits par un premier dipôle Dl vers le deuxième dipôle D2 tout en autorisant la migration des ions. Plus précisément, ladite membrane tubulaire unique 500 sépare : - l'anode Al de la cathode Cl du dipôle Dl positionné en partie basse de l'enceinte 330 basse avec l'anode Al disposée dans l'âme creuse du tube 500 et la cathode Cl constituant un bobinage axé sur l'axe du tube 500 positionné à l'extérieur et à distance de la surface extérieure de ce dernier, et - l'anode A2 de la cathode C2 du deuxième dipôle d'électrolyse D2 disposée au-dessus du premier Dl avec la cathode C2 disposée dans l'âme creuse du tube 5 00 et l'anode A2 constituant un bobinage axé sur l'axe du tube 5 00 positionné à l'extérieur et à distance de la surface extérieure de ce dernier.
Ainsi, conformément à l'invention, le dihydrogène H2 issu de la cathode Cl du premier dipôle Dl est orienté (flèches F2) vers l'anode A2 du deuxième dipôle D2 pour produire la réaction suivante : H2-> 2H+ + 2e“.
Cette orientation est réalisée en canalisant le gaz dihydrogène H2 entre la paroi intérieure de l'enceinte 330 et la paroi extérieure de la membrane 500.
La zone autour et au-dessus de l'anode A2 va surtout être le lieu de la synthèse suivante :
Hz (canalisé et issu de la cathode Cl du premier dipôle 5 00) + Oz (gaz présent sur l'anode A2 du deuxième dipôle 600) -> HzOz.
De plus, les ions OH- et H+ circulant librement coopèrent au niveau de l'anode A2 du deuxième dipôle D2 selon la réaction suivante : OH“+H+ -> HzO.
La cathode C2 du deuxième dipôle D2 reçoit le dioxygène Oz canalisé et issu (flèches F3) de l'anode Al du premier dipôle Dl qui coopère avec le dihydrogène Hz produit par la cathode C2 du deuxième dipôle D2 pour former du peroxyde d'hydrogène (HzOz) selon la réaction suivante : H2 + 02 —> H202 .
La canalisation est alors réalisée par l'âme creuse de la membrane tubulaire 500.
Du peroxyde d'hydrogène (H202) est donc également produit.
Une réduction cathodique se produit également sur la cathode C2 du deuxième dipôle D2 avec le dihydrogène 02 canalisé et issu (flèches F3) de l'anode Al du premier dipôle Dl pour créer des ions superoxyde (O2-) .
Cet ion superoxyde (O2-) dismute avec les ions hydrogène H+ non canalisés et présents dans la solution pour produire également du peroxyde d'hydrogène (H202) selon la réaction suivante : 02“ + 2H+ _> H202
En outre, comme pour l'anode A2, les ions OH- produits par la cathode C2 du deuxième dipôle 600 sont neutralisés selon la réaction suivante : OH” + H+ -> H20
Il apparaît ainsi que l'invention permet de produire une grande quantité de peroxyde d'hydrogène tout en gardant l'eau en équilibre.
Selon un mode de réalisation, le choix des matériaux est le suivant : - l'anode Al du premier dipôle Dl est en graphite ce qui permet de produire du gaz carbonique dès le bas de la cellule d'électrolyse afin que l'ensemble du volume d'eau de l'enceinte 330 en bénéficie avec les avantages ci-dessus décrits, - la cathode Cl du premier dipôle Dl est en cuivre, - l'anode A2 du deuxième dipôle D2 est en acier, - la cathode C2 du deuxième dipôle D2 est en graphite, - la membrane 500 est poreuse et en polypropylène.
Il apparaît que la mise en œuvre du procédé de l'invention peut être réalisée par des matériaux non onéreux rendant viable la commercialisation à grande échelle du dispositif.
Le mode de réalisation illustré par le dessin de la figure 3 diffère du précédent par la présence additionnelle d'une garniture poreuse 600 située dans l'enceinte 330 en aval des dipôles d ' électrolyse Dl et D2, c'est-à-dire en extrémité haute de l'enceinte verticale 330.
Cette garniture poreuse sert de support supplémentaire à une production supplémentaire de H202 par réaction directe entre 02 et H2.
De plus, que ce soit dans le mode de réalisation illustré par le dessin de la figure 2 ou celui illustré par le dessin de la figure 3, un orifice de sortie 700 des gaz est ménagé dans l'enceinte 330. Bien entendu, cet échappement peut être réalisé directement par l'eau d'un bassin ouvert sur l'extérieur.
On comprend que le procédé et le dispositif, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de 1'invention.
Claims (25)
- REVENDICATIONS1. Procédé de traitement de l'eau par électrolyse, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend les opérations suivantes : - fabriquer deux dipôles d'électrolyse (DI et D2 ) constitués chacun d'une anode (Al, A2) et d'une cathode (Cl, C2 ), - relier chacun des dipôles (DI et D2 ) à une source d'énergie électrique avec une intensité et une tension données pour chaque dipôle (Dl, D2), - disposer les deux dipôles à l'intérieur d'une même enceinte (330) dans laquelle l'eau à traiter circule, - rapprocher les deux dipôles (Dl, D2 ) à une distance suffisamment réduite pour créer entre eux des interactions électriques et chimiques et former ainsi un système d'électrolyse au moins quadripolaire, - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle (Dl) vers le deuxième dipôle (D2).
- 2. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle (Dl) vers le deuxième dipôle (D2) à des fins de production d'énergie.
- 3. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - canaliser les gaz résultant de 1'électrolyse mise en œuvre par un premier dipôle (Dl) vers le deuxième dipôle (D2) en orientant les gaz issus de l'anode (Al) du premier dipôle (Dl) vers la cathode (C2 ) du deuxième dipôle (D2) et les gaz issus de la cathode (Cl) du premier dipôle (Dl) vers l'anode (A2) du deuxième dipôle (D2).
- 4. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à produire du peroxyde d'hydrogène selon la synthèse suivante : H2 (gaz issu de la cathode du premier dipôle) + 02 (gaz présent sur l'anode du deuxième dipôle) -> H202.
- 5. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à produire du dichlore selon les réactions suivantes : A l'anode du premier dipôle 2C1~ -> Cl2 + 2e' A l'anode du deuxième dipôle 2C1" -> Cl2 + 2e'et H2 -> 2H+ + 2e'.
- 6. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend en outre l'opération suivante : - inverser l'un des dipôles de façon à positionner en regard du flux d'eau à traiter la cathode (C2) du deuxième dipôle (D2) dans le prolongement de l'anode (Al) du premier dipôle (Dl) et l'anode (A2) du deuxième dipôle (D2) dans le prolongement de la cathode (Cl) du premier dipôle (Dl).
- 7. Procédé selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ EN CE QU'au moins une opération est sélectionnée parmi la liste suivante : - augmenter la surface de contact d'échange au niveau d'une ou plusieurs électrodes, - bloquer l'intensité du courant pour le deuxième dipôle (D2), - sélectionner un matériau catalyseur pour l'anode (A2) du deuxième dipôle (D2).
- 8. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend 1'opération suivante : - produire du dioxyde de carbone (C02) en fabriquant une anode (Al) en carbone ou en graphite pour le premier dipôle (Dl).
- 9. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend 1'opération suivante : produire du dioxyde de carbone (C02) en injectant un électrolyte à base de bicarbonate dans l'eau à traiter.
- 10. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - produire du persulfate l'anode productrice de dioxygène (02) du premier dipôle produisant la réaction d'oxydation suivante : 2S042~ -> S2082' (peroxodisulfate) .
- 11. Procédé selon la revendication 10, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : produire du persulfate à partir des ions sulfates naturellement présents dans l'eau à traiter.
- 12. Procédé selon la revendication 10, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - produire du persulfate à partir des ions sulfates présents dans un électrolyte injecté dans l'eau à traiter.
- 13. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - appliquer une tension différente selon les dipôles (Dl, D2) de façon à promouvoir des interactions entre les électrodes de dipôles différentes de façon à créer de nouveaux dipôles.
- 14. Procédé selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - disposer une garniture poreuse (600) en aval du deuxième dipôle (D2) afin de favoriser la synthèse du peroxyde d'hydrogène.
- 15. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : - faire circuler un ou plusieurs électrolytes dans l'enceinte (330).
- 16. Procédé selon les revendications 1 et 15, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend l'opération suivante : faire varier le débit afin d'établir le bon temps de résidence de l'électrolyte dans l'enceinte (330).
- 17. Dispositif (D) permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend une enceinte (330) équipée d'une entrée (310) et d'une sortie (320) de l'eau à traiter, ladite enceinte accueillant quatre électrodes : - deux anodes (Al, A2) et deux cathodes (Cl, C2 ), - avec une même membrane (500) créant une séparation entre les anodes (Al, A2 ) et les cathodes (Cl, C2), ladite membrane (500) créant une canalisation orientant le déplacement des gaz produits par un premier dipôle (Dl) vers un deuxième dipôle (D2) tout en autorisant la migration des ions.
- 18. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'un premier dipôle (Dl) est disposé sous un deuxième (D2).
- 19. Dispositif selon la revendication 18, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite membrane (500) forme un tube séparant : - l'anode (Al) de la cathode (Cl) d'un premier dipôle (Dl) avec l'anode (Al) disposée dans l'âme creuse du tube (500) et, - l'anode (A2) de la cathode (C2) du deuxième dipôle (D2) avec la cathode (C2) disposée dans l'âme creuse du tube (500).
- 20. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend un orifice d'échappement (700) des gaz emprisonnés.
- 21. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend une garniture poreuse (600) positionnée en aval du deuxième dipôle (D2).
- 22. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend une pompe (210) de régulation du débit de l'eau dans l'enceinte (330).
- 23. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend un réservoir d'électrolyte et/ou de réactif (400) et un module d'injection (220) disposés en amont de l'enceinte (330) et communiquant avec l'entrée (310) de l'enceinte (330).
- 24. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'anode (Al) et la cathode (C2) disposées dans l'âme creuse de la membrane tubulaire (500) sont des tiges rectilignes monoblocs alors que l'anode (A2) et la cathode (Cl) disposées à l'extérieur de la membrane (500) sont des enroulements.
- 25. Dispositif (D) selon la revendication 17, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite membrane (500) est une membrane échangeuse d'ions et imperméable a l'eau.
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