FR3077070A1 - Dispositif de traitement d’un effluent aqueux, du type comprenant au moins un premier reacteur qui contient au moins un premier module de traitement - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de traitement d'un effluent aqueux, du type comprenant au moins un premier réacteur (1), ledit premier réacteur formant un volume interne qui s'étend selon une direction longitudinale et qui comprend une entrée et une sortie distantes selon ladite direction longitudinale, ledit premier réacteur (1) contenant au moins un premier module de traitement, lequel comprend : - une anode (5) qui s'étend selon ladite direction longitudinale ; - une lampe UV (3) qui s'étend selon ladite direction longitudinale ; et - au moins une première et une deuxième cathode (71 ; 73) s'étendant selon ladite direction longitudinale. Selon l'invention, de manière caractéristique, au moins une desdites cathodes (71 ; 73) est disposée au moins partiellement entre ladite anode (5) et ladite lampe UV (3) et ladite anode (5) s'étend au moins partiellement entre lesdites cathodes (71 ; 73) et/ou exclusivement dans ladite deuxième partie du réacteur (1).
Description
La présente invention concerne un dispositif de traitement d’un effluent, en particulier de l’eau, permettant, notamment, de rendre cette dernière potable. [Art antérieur]
Le document WO2015066493 A1 décrit un dispositif de traitement de l’eau. Ce dispositif comprend un réacteur qui comporte une lampe UV centrale entourée de 7 lampes UV secondaires. Des cathodes, qui sont sous forme de lames, s’étendent selon la longueur du réacteur et sont disposées entre les lampes UV secondaires. Une première anode est coaxiale à la lampe UV centrale. Le traitement effectué dans ce réacteur comprend la formation de radicaux libres OH*, l’électrocoagulation et l’électro précipitation qui intervient après inversement des pôles du générateur électrique branché entre les anodes et les cathodes. La cathode peut en effet être sacrificielle et servir à l’électro coagulation de l’effluent. Selon un mode de réalisation plus complexe, le réacteur comporte une seconde anode coaxiale à la première ; les cathodes sont disposées entre les deux anodes. Cette seconde anode est irradiée par une multitude de lampes UV. Une multitude de cathodes permet de traiter l’effluent dans tout le volume du réacteur. En faisant varier la nature des cathodes, on peut effectuer plusieurs traitements successifs (décalés dans le temps) de l’effluent en un seul passage de l’effluent dans le réacteur.
Le réacteur décrit dans le document précité est complexe à fabriquer et peu robuste.
Un problème technique que se propose de résoudre la présente invention est de fournir un dispositif de traitement d’un effluent aqueux qui soit robuste et simple à fabriquer.
Un autre problème technique résolu par la présente invention est de proposer un dispositif qui comprend un réacteur, lequel est modulable et permet par des changements simples, de modifier le traitement de l’effluent ou de réaliser éventuellement simultanément au premier traitement un autre traitement, sans grande modification de la structure du réacteur.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de traitement d’un effluent qui permet au moyen de réacteurs similaires ou quasi similaires, d’effectuer un traitement complet de l’effluent.
[Brève description de l’invention]
Pour résoudre l’un quelconque des problèmes techniques précités, la présente invention propose un dispositif de traitement d’un effluent aqueux, du type comprenant au moins un premier réacteur, ledit premier réacteur formant un volume interne qui s’étend selon une direction longitudinale et qui comprend au moins une entrée (une pour l’effluents à traiter et une pour la recirculation éventuelle et éventuellement depuis le dernier réacteur si le dispositif comprend plusieurs réacteurs) et une sortie, distantes l’une de l’autre selon ladite direction longitudinale, ledit premier réacteur contenant au moins un premier module de traitement, lequel comprend :
- une anode qui s’étend selon ladite direction longitudinale ;
- une lampe UV qui s’étend selon ladite direction longitudinale ; et
- au moins une première et une deuxième cathode s’étendant selon ladite direction longitudinale, ladite lampe UV étant disposée de manière à éclairer au moins partiellement la surface d’au moins une desdites cathodes, lesdites cathodes et ladite anode étant alignées ou disposées en triangle dans la section transversale dudit réacteur, le volume interne dudit premier réacteur est divisé en une première et une deuxième partie, selon un plan parallèle à ladite direction longitudinale et passant par les sections transversales desdites cathodes, ladite première partie contenant ladite lampe UV.
De manière caractéristique, au moins une desdites cathodes est disposée au moins partiellement entre ladite anode et ladite lampe UV et ladite anode s’étend au moins partiellement entre lesdites cathodes et/ou exclusivement dans ladite deuxième partie du réacteur.
La Demanderesse a mis en évidence qu’un tel réacteur est facilement modulable et permet plusieurs traitements éventuellement simultanés de l’effluent. En effet, en fonction de la nature chimique des électrodes, il est possible d’avoir un ou plusieurs traitements simultanés de l’effluent ; en fonction du nombre de modules de traitement, on peut multiplier les traitements de l’effluent dans un même réacteur.
S’agissant des traitements de l’effluent au moyen du module de traitement précité, la lampe UV à elle seule permet d’éliminer les bactéries de l’effluent. Lorsqu’une tension électrique est appliquée entre l’anode et les cathodes, un courant électrique circule dans l’effluent aqueux, donc conducteur. Les polluants organiques contenus dans l’effluent sont ainsi oxydés (procédé d’électro oxydation) et/ou réduits (électro réduction) au niveau des électrodes.
Si la tension appliquée entre l’anode et une des cathodes ou les deux est supérieure à une valeur donnée et si la nature des électrodes le permet, il est possible de réaliser l’électrolyse de l’eau dans le réacteur. De l’hydrogène gazeux est généré au niveau de la surface des cathodes tandis que de l’oxygène gazeux est libéré à la surface de l’anode. L’eau de l’effluent est ainsi chargée en oxygène. Par réduction de l’oxygène au niveau de la cathode, par exemple, une cathode contenant du carbone, de l’eau oxygénée H2O2 se forme. L’eau oxygénée est elle-même antibactérienne. De plus étant peu stable, elle génère des radicaux libres OH* La présence de la lampe UV qui éclaire au moins partiellement la cathode permet également, en fonction de la nature chimique de la cathode, la production de radicaux libres OH* ainsi que la production d’ozone. On peut alors avoir dans le réacteur de l’invention, de manière simultanée un traitement H2O2/UV et/ou un traitement O3/UV ou un traitement H2O2/O3/UV.
En fonction de la nature de l’effluent et/ou de son pH et/ou ou de l’ajout de certains composés adjuvants, le réacteur de l’invention permet également la formation d’oxydants forts comme HCIO, CIO2 ou CI2 dissous, du fait de la présence des cathodes et de l’anode sous tension.
[Description détaillée]
Selon un mode de réalisation particulier, ledit premier réacteur comporte un couvercle et au moins ledit premier module de traitement est monté sur le couvercle dudit premier réacteur. Le ou les modules de traitement peuvent être montés sur le réacteur au moyen du couvercle du réacteur, sur lequel ils sont eux-mêmes montés. Le ou les modules de traitement sont ainsi fixés au couvercle du réacteur, de manière à ce que les électrodes et la lampe UV soient disposés dans le volume interne du réacteur lorsque le couvercle ferme ce dernier. Il est possible, selon l’invention, de prévoir un couvercle équipé d’un premier module de traitement éventuellement amovible. En remplaçant le module de traitement, on modifie le traitement de l’effluent. Le couvercle du réacteur peut également être muni de trappes qui permettent d’insérer un module de traitement. Cette unité de traitement comporte donc un support sur lequel sont fixés les électrodes et la lampe UV. Il est aussi possible de prévoir une série de couvercles qui comportent respectivement un ou plusieurs modules de traitements éventuellement amovibles et différents les uns des autres. Dans ce cas, en changeant simplement le couvercle du réacteur, il est possible d’adapter le traitement à l’effluent à traiter.
Avantageusement, le premier réacteur du dispositif de l’invention comprend des moyens de mesure du pH et/ou de la température de l’effluent et/ou de la pression dans le réacteur et/ou de la concentration en un ou plusieurs composés donnés. Ces moyens de mesure peuvent être couplés avec des moyens d’introduction d’un composé adjuvant, tel que par exemple, un acide comme l’acide citrique ou l’acide acétique ou un composé contenant des ions Fe2+. Ainsi, si le pH de l’effluent est trop élevé, il est possible de l’ajuster automatique avec des moyens de mesure du pH de l’effluent couplé à des moyens d’introduction d’un acide dans le réacteur. Les moyens de mesure d’au moins un des paramètres précités sont implantés sur une conduite de dérivation qui permet de dériver un faible débit de l’effluent contenu dans le réacteur, ce flux étant de plus en régime laminaire alors que l’effluent peut être en régime turbulent dans le réacteur. Les moyens d’introduction peuvent être aptes à introduire le composé dans le volume du réacteur ou au niveau de la conduite de dérivation. La conduite de dérivation peut être la conduite de recirculation quand le dispositif en comprend une.
Les électrodes permettent également de mettre en œuvre la réaction de Fenton, avec l’apport d’ions Fe2+ dans l’effluent par dissolution de l’anode lorsqu’elle est en fer ou ajout d’ions Fe2+ dans l’effluent. La lampe UV permet de mettre en œuvre la réaction de photo fenton en régénérant en ions Fe2+ les ions Fe3+ formés lors de la réaction de Fenton. Le réacteur permet ainsi avec la lampe
UV et éventuellement une anode soluble en fer de réguler de manière automatique la réaction de photo Fenton dans le réacteur.
Les électrodes permettent également l’électrocoagulation de l’effluent.
En fonction de la nature chimique des cathodes, on peut également avoir des réactions d’oxydation avancée photocatalysées par la lampe UV au niveau de la cathode éclairée par cette dernière.
Selon un autre mode de réalisation qui peut être combiné à l’un quelconque des autres modes de réalisation précités, ledit premier réacteur comporte au moins un deuxième module de traitement, lequel comporte les mêmes éléments que ledit premier module de traitement et disposés de la même manière que dans ledit premier module de traitement, les matériaux de l’anode et/ou des cathodes dudit premier module étant éventuellement différents des matériaux de l’anode et des cathodes dudit deuxième module de traitement et les lampes UV et les anodes desdits modules sont disposées en face-à-face ; chaque lampe UV est ainsi disposée entre une cathode dudit premier module et une cathode dudit deuxième module.
Les cathodes sont ainsi toute éclairées par les lampe UV et peuvent donc servir à des réactions d’oxydation avancée photocatalysée.
En utilisant des cathodes et des anodes de matériaux différents pour le premier module de traitement et pour le deuxième module de traitement, on peut mettre en œuvre dans le premier réacteur et éventuellement de manière simultanée diverses réactions parmi les réactions mentionnées ci-dessus, notamment.
Selon un mode de réalisation particulier, qui peut être combiné avec l’un quelconque des modes de réalisation précité, le premier réacteur comporte 3 modules de traitement, éventuellement différents en ce qui concerne la nature du matériau des cathodes et/ou des anodes.
Selon un autre mode de réalisation qui peut être combiné à l’un quelconque des modes de réalisation précités, le premier réacteur comporte 4 modules de traitement et lesdits modules sont disposés de manière à ce que l’anode d’un module de traitement est disposée entre une de ses cathodes et la cathode du module adjacent. Il est ainsi possible d’augmenter, soit le nombre de réactions, soit leur intensité et de bien traiter l’effluent dans tout le volume interne du premier réacteur ; les réactions ont ainsi bien lieu dans tout le volume du premier réacteur ce qui permet d’augmenter l’efficacité du traitement de l’effluent.
Avantageusement, quel que soit le mode de réalisation, la paroi interne dudit premier réacteur comporte des moyens de réflexion des rayons UV vers l’intérieur dudit volume interne dudit réacteur. Il peut s’agir d’un miroir cylindrique qui tapisse la paroi interne du réacteur, par exemple. On obtient ainsi une bonne répartition des UV dans l’effluent ce qui renforce leur action bactéricide ou la possibilité d’hydrolyse de certains composés.
Les matériaux utilisés pour la ou les anodes et les cathodes ne sont pas limités selon l’invention. Ainsi, l’anode dudit premier module de traitement ou desdits modules de traitement sont choisies indépendamment les unes des autres parmi les anodes solubles comportant du fer, les anodes solubles constituées de fer, les anodes comportant du titane ou constituées de titane, éventuellement revêtues d’une couche d’oxydes de métaux mixtes (MMO) ou de T1O2 (pour les anodes comportant du titane ou constituées de titane) et lesdites cathodes sont choisies indépendamment les unes des autres parmi les cathodes comportant du graphite ou du graphène, les cathodes constituées de graphite, les cathodes constituées de carbone vitreux, les cathodes contenant des fibres de carbone ou des nanotubes de carbone, les cathodes comportant du titane ou constituées de titane, éventuellement revêtues de MMO ou de T1O2 (pour les cathodes comportant du titane ou constituées de titane).
Ainsi, selon un premier mode de réalisation des électrodes qui peut être combiné à l’un quelconque des modes de réalisation précités, le premier module comprend une anode soluble contenant du fer, une cathode contenant du carbone éventuellement sous forme de fibres de carbone ou de nanotubes et une cathode en carbone vitreux.
Selon un deuxième mode de réalisation des électrodes, lequel peut être combiné à l’un quelconque des modes de réalisation précités, le premier module comprend une anode soluble contenant du fer, deux cathodes en carbone vitreux.
Les ions Fe2+ générés par l’anode servent à la réaction de Fenton et également à l’électrocoagulation de l’effluent.
Selon un troisième mode de réalisation des électrodes qui peut être combiné à l’un quelconque des modes de réalisation précités, le premier module comporte une anode en titane revêtue MMO, deux cathodes constituées d’un matériau contenant du carbone, notamment sous forme de graphite, sous forme de fibres de carbone ou sous forme de nanotubes de graphite. On obtient ainsi la production de peroxyde d’hydrogène par réduction de l’oxygène de l’eau au niveau des cathodes.
Selon un quatrième mode de réalisation des électrodes qui peut être combiné à l’un quelconque des modes de réalisation précités, le premier module comprend une anode en titane éventuellement revêtue T1O2 ou MMO et les deux cathodes sont en titane, éventuellement revêtues T1O2 ou MMO. On obtient ainsi la production de radicaux libres oxydants OH*, notamment par photocatalyse ou photolyse au moyen de l’UV du peroxyde d’hydrogène produit, au niveau des cathodes.
Les anodes et cathodes du deuxième, troisième et quatrième module de traitement sont choisies parmi les mêmes matériaux que ceux cités en référence au premier module. On peut avoir ainsi deux modules identiques, trois modules identiques ou quatre modules identiques. On peut également avoir un premier réacteur qui comporte un premier module comme cité en référence au premier mode de réalisation des électrodes et un deuxième module comme cité en référence au deuxième mode de réalisation des électrodes. On peut également avoir un premier réacteur qui comporte un premier module comme indiqué en référence au premier mode de réalisation des électrodes et un deuxième module comme cité en référence au troisième ou au quatrième mode de réalisation des électrodes. On peut également avoir un premier réacteur qui comporte un premier module comme indiqué en référence au deuxième mode de réalisation des électrodes et un deuxième module comme indiqué en référence au troisième ou quatrième mode de réalisation des électrodes. Quand le premier réacteur comporte trois modules, ils sont de préférence tous différents. Lorsque le premier réacteur comporte 4 modules ils peuvent être tous identiques et comme indiqué à l’un quelconque des quatre modes de réalisation des électrodes ou de deux types différents. Par exemple, on peut avoir deux modules comme décrits en référence au premier mode de réalisation des électrodes et deux modules comme décrits en références au deuxième mode de réalisation des électrodes. Il est également possible d’avoir un premier réacteur qui comporte deux modules comme décrits en référence au deuxième mode de réalisation des électrodes et deux modules comme décrits en référence au troisième ou quatrième mode de réalisation des électrodes. Il est également possible d’avoir un premier réacteur qui comporte deux modules comme décrits en référence au premier mode de réalisation des électrodes et deux modules comme décrits en référence au troisième ou quatrième mode de réalisation des électrodes.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif de l’invention, ce dernier comporte en outre, au moins un deuxième réacteur du même type que ledit premier réacteur, l’entrée dudit deuxième réacteur est connectée à la sortie dudit premier réacteur et ledit deuxième réacteur comporte éventuellement un nombre différent de modules de traitement et/ou un ou des modules de traitement qui comporte(nt) une anode et des cathodes différentes du ou des modules de traitement dudit premier réacteur. L’effluent traité dans ledit premier réacteur est ainsi injecté dans le second réacteur pour subir notamment un autre traitement que celui subi dans le premier réacteur.
Selon un mode de réalisation particulier du premier réacteur, il comporte une conduite de recirculation qui relie la sortie dudit premier réacteur à l’entrée dudit premier réacteur ou à l’entrée d’un autre réacteur lorsque ledit dispositif comporte au moins un deuxième réacteur. Le dispositif permet ainsi soit la recirculation dans ledit premier réacteur, pour parfaire le traitement par exemple. Il peut également permettre la remise en circulation de l’effluent déjà traité dans toute la série de réacteur connectés en série afin de parfaire son traitement. La pompe qui équipe le dispositif permet une telle recirculation.
Le deuxième réacteur (ou le dernier réacteur monté en série si le dispositif comporte plus de 2 réacteurs) peut également être équipé ou non pour la remise en circulation de l’effluent vers le premier réacteur. Les deux réacteurs se suivants sont notamment connectés en série, la sortie du premier réacteur étant connectée à l’entrée du deuxième réacteur. Il en va de même lorsque le dispositif comporte plus de deux réacteurs. La recirculation se fait toujours depuis le dernier réacteur vers le premier de tel façon que l’effluent passe plusieurs fois dans l’ensemble de la chaîne de traitement.
Le dispositif peut avantageusement être monté sur un support mobile ; il est ainsi simple à utiliser et peut être apporté dans tous les endroits où de l’eau doit être potabilisée.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de l’invention comporte trois réacteurs, le dernier étant connecté au premier pour la recirculation de l’effluent. Ces réacteurs peuvent comporter des électrodes différentes les uns des autres de manière à diversifier les traitements possibles de l’effluent. Trois réacteurs sont en effet suffisants pour obtenir de l’eau potable sur la plupart des effluents de type eau de surface (source, ruisseau, rivière) et eau souterraine, notamment de nappe phréatique.
Selon une variante de réalisation, le dispositif comporte des moyens d’alimentation en électricité du dispositif de l’invention. Selon une variante de réalisation des moyens d’alimentation en électricité, laquelle peut être combinée à l’un quelconque des modes de réalisation précités, les moyens d’alimentation en électricité de ladite anode, desdites cathodes et de ladite lampe UV sont aptes, notamment à délivrer un courant électrique présentant une première tension entre ladite anode et lesdites cathodes dudit premier module et éventuellement une deuxième tension, différente de ladite première tension, entre ladite anode et lesdites cathodes du deuxième module de traitement dudit premier réacteur ou du module de traitement ou des modules de traitement d’un deuxième réacteur, lorsque le premier réacteur comporte un deuxième module de traitement ou lorsque le dispositif comporte un deuxième réacteur, lesdits moyens d’alimentation étant notamment choisis parmi les moyens d’alimentation fonctionnant à l’énergie solaire et/ou les moyens d’alimentation comportant un moteur à combustion interne et/ou les moyens d’alimentation fonctionnant au moins partiellement au gaz et en particulier fonctionnant à l’hydrogène.
Les tensions différentes entre les modules d’un réacteur ou entre les modules de deux réacteurs différents permettent d’optimiser le point de fonctionnement de chaque réaction ayant lieu au niveau de chaque cathode, en fonction du matériau de l’anode et de chacune des cathodes.
Selon un autre mode de réalisation qui peut être combiné à l’un quelconque des modes de réalisation précités, l’anode et au moins une desdites cathodes sont aptes à électrolyser l’eau lorsqu’une tension donnée est appliquée entre elles et le premier module de traitement comporte des moyens de récupération du dioxygène et/ou du dihydrogène formés lors de l’électrolyse de l’eau au niveau de l’anode et des cathodes. Dans ce cas, les moyens d’alimentation en électricité sont notamment choisis parmi les moyens d’alimentation comportant un moteur à combustion interne et les moyens d’alimentation fonctionnant au moins partiellement au gaz et en particulier fonctionnant à l’hydrogène et lesdits moyens de récupération du dihydrogène et/ou de l’oxygène sont conformés pour injecter ledit hydrogène et/ou ledit oxygène récupéré dans lesdits moyens d’alimentation en électricité, de manière à permettre le fonctionnement au moins partiel de ces derniers. Le mélange gazeux en excès peut être récupéré et éventuellement réinjecté, par exemple, dans le moteur thermique d’un-groupe électrogène. Ce moteur peut être un moteur à bicarburation essence (diesel) / gaz. Le groupe électrogène assure l’approvisionnement en électricité du dispositif. Il est ainsi possible d’alimenter un moteur de type bicarburation essence/gaz et notamment à hydrogène avec le mélange gazeux formé dans les réacteurs, ou d’enrichir avec ce mélange gazeux les carburants de type hydrocarbures consommés par un moteur à combustion interne (thermique). Dans les deux cas, le dispositif peut au moins partiellement s’autoalimenter en énergie.
Par ailleurs, l”augmentation du taux d’oxygène dissous dans l’effluent peut former de l’ozone et/ou du peroxyde d’hydrogène (H2O2) par réaction chimique à la surface des anodes et des cathodes.
[Définitions]
Le terme effluent aqueux désigne au sens de la présente invention tout effluent aqueux qui présente des caractéristiques proches des rejets des eaux usées après traitements telles que définies par les réglementation françaises dans les normes de rejets au milieu naturel (DCO < 125 mg/l, Mes< 30 mg/l,
DBO5 < 25 mg/l, NGL < 15 mg/l) Il désigne en particulier, de l’eau de rivière d’étang, de plan d’eau ou de ruisseau (toute source d’eau dite de surface) destinée à être potabilisée ou tout type d’eau souterraine susceptible d’être utilisée pour la production d’eau potable (nappe souterraine).
Le terme « entre » ne signifie pas que, par exemple, la lampe UV et les cathodes ou l’anode et les cathodes sont nécessairement alignées ; les cathodes et la lampe UV peuvent également former un triangle. Il en est de même pour l’anode et les cathodes. Le terme « entre » signifie que sur une coupe selon un plan parallèle à la direction longitudinale, la lampe ou l’anode apparaît entre les deux cathodes.
[Figures]
La présente invention, ses caractéristiques et les divers avantages qu’elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de trois modes de réalisation présentés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs et qui fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Fig. 1 représente une vue en coupe longitudinale d’un premier mode de réalisation du dispositif de l’invention ;
- la Fig. 2 représente une vue du dessus d’un premier mode de réalisation du premier réacteur du dispositif de l’invention ;
- la Fig. 3 représente une vue en coupe longitudinale du premier mode de réalisation de l’invention ;
- la Fig. 4 représente une vue du dessus d’un deuxième mode de réalisation de l’invention ; et
- la Fig. 5 représente une vue du dessus d’un troisième mode de réalisation de l’invention.
En référence à la Fig. 1, selon un mode de réalisation particulier du dispositif de l’invention, le premier réacteur 1 comporte un corps 11 sensiblement cylindrique et vertical, dans le mode de réalisation particulier ici représenté. Le corps 11 peut également s’étendre horizontalement, par exemple. Dans l’exemple représenté, la direction longitudinale est la direction verticale. Quel que soit le mode de réalisation, le corps 11 est en matériau non métallique afin d’éviter toute réaction avec les radicaux libres qui sont produits au sein de ce réacteur. Ainsi, le corps peut être en matériau polymère, par exemple en matériau polymère comprenant un homopolymère de propylène ou en matériau polymère comprenant du polyéthylène haute densité. Le corps 11 est ouvert sur sa partie supérieure. L’ouverture du réacteur est fermée hermétiquement par un couvercle 2 comme représenté sur la Fig. 3. Le corps 11 comporte également une entrée 110, en partie basse, et une sortie 112 en partie haute. Le réacteur possède également une deuxième sortie 11 en partie basse servant à la vidange du réacteur (non représentée). Dans le mode de réalisation ici représenté, le premier réacteur 1 est équipé d’une boucle de recirculation et peut être utilisé comme le dernier réacteur d’une série d’au moins deux réacteurs (de préférence 3 réacteurs) connectés en série les uns aux autres. Le corps comporte donc une entrée de recirculation 116 en partie haute. La sortie basse 118 de recirculation permet la recirculation vers le premier réacteur ou vers le réacteur lui-même, le cas échéant. L’entrée 116 et la sortie 118 de recirculation sont reliées par une conduite de recirculation 119. Les moyens formant pompe ainsi que les générateurs et les éventuels moyens de mesure d’un paramètre (pH, température, pression, concentration en un composé donné) ne sont pas représentés.
En référence à la Fig. 2, une vue du dessus du couvercle 2 premier réacteur représenté sur la Fig. 1 va maintenant être décrite. Le premier réacteur 1 comporte une première unité de traitement montée sur le couvercle 2. Cette unité de traitement comporte une lampe UV 3, une anode 5 et deux cathodes 71 et 73. La lampe UV 3 s’étend selon la direction longitudinale du corps du réacteur 11. L’anode 5 de section circulaire et s’étendant verticalement fait face à la lampe UV 3. Les deux cathodes 71 et 73 sont disposées entre la lampe UV 3 et l’anode 5. Les cathodes 71 et 73 et l’anode 5 se présentent sous la forme de barres cylindriques, de section sensiblement circulaire. Le plan vertical P passant par les sections transversales des cathodes 71 et 73 divise le volume du premier réacteur 1 en deux parties, une première partie contenant l’anode 5 et une deuxième partie contenant la lampe UV 3. Un orifice implanté perpendiculairement au plan longitudinal du corps de réacteur 11 et en sa partie haute permet l’évacuation des gaz produits dans le premier réacteur 1. Ges Cet orifice est disposé dans la partie haute du volume du réacteur qui contient l’anode.
Une pompe non représentée reliant l’entrée de recirculation 116 et la sortie de recirculation 118 permet de mettre en mouvement l’effluent à traiter par recirculation en tête (c’est-à-dire, dans le premier réacteur de la série de réacteur du dispositif). Un générateur ou plusieurs générateurs, non représentés, permet d’alimenter en électricité la lampe UV 3, la pompe, l’anode 5 et les cathodes 71 et 73. Le générateur permet d’appliquer une même tension entre l’anode 5 et les cathodes 71 et 73. Un générateur apte à générer des tensions différentes peut également être utiliser. Deux générateurs différents peuvent également être utilisés.
Dans le premier mode de réalisation ici représenté, l’anode est en titane, l’une des cathodes en graphite, l’autre en carbone vitreux et la lampe UV est une lampe UV type C, basse pression émettant une longueur d’onde de 254 nm. Les matériaux ne sont cités qu’à titre d’exemple.
Le fonctionnement du premier réacteur va maintenant être décrit en référence aux Fig. 1 et 2. L’effluent est mis en mouvement par la pompe. Il entre dans le premier réacteur 1 au niveau de l’entrée 110. Dans le réacteur, une différence de potentielle est appliquée entre l’anode 5 et chacune des cathodes 71 et 73. Les polluants de l’effluent sont ainsi réduits au niveau des cathodes et oxydés au niveau de l’anode.
De plus, lorsque les tensions appliquées entre l’anode 5 et les cathodes 71 et 73 sont supérieures à la tension dite de dissolution de l’eau (en d’autres termes, lorsque les tensions appliquées permettent l’électrolyse de l’eau), de l’hydrogène gazeux se forme au niveau des cathodes 71 et 73 tandis que de l’oxygène se dégage au niveau de l’anode 5. Du fait du mouvement de l’effluent dans le réacteur, l’effluent enrichi en oxygène provenant de l’anode se transforme au contact de la cathode en carbone vitreux en eau oxygénée (H2O2). L’oxygène va également se transformer en ozone, sous l’effet des UV émis par la lampe UV 3 et par la réduction de l’oxygène dissous au contact des cathodes. L’ozone va traiter l’effluent en dégradant certaines matières organiques, ainsi que d’autre polluants complexes de type phytosanitaire et chimiques.
Le peroxyde d’hydrogène qui est bactéricide va traiter l’effluent. De plus, il est instable et conduit à la formation de radicaux libres OH*. Ces radicaux libres vont réagir avec les polluants organiques de l’effluent afin de les réduire en des composés non toxiques ou de les dégrader totalement. Par ailleurs, en fonction de la composition de l’effluent et de l’ajout éventuel de composés réactif dans le réacteur, il est possible d’obtenir la formation d’oxydants forts comme HCIO et CI2. Ces composés peuvent oxyder les polluants de l’effluent et détruire les bactéries contenues dans ce dernier.
La lampe UV 3 permet également la désinfection de l’eau du fait de l’action bactéricide des rayons UV.
Si l’effluent contient des ions Fe2+ (présents dans l’effluent initialement ou ajoutés dans le réacteur, par exemple), la réaction dite de Fenton va également générer des radicaux libres OH*, si le taux de peroxyde d’hydrogène est suffisant et si le pH de l’effluent atteint une valeur basse favorable au processus. Dans ce cas, la lampe UV va également permettre la réaction dite de photo fenton qui permet de régénérer les ions Fe3+ produits par la réaction de Fenton en ions Fe2+. Les ions ferreux peuvent également provenir de la dissolution d’une anode en fer.
Toutes les réactions précitées dépendent notamment du pH de l’effluent et de sa température. Le premier réacteur comporte donc également des moyens de mesure du pH et/ou de la température de l’effluent qui ne sont pas représentés sur les figures. Il comporte également des moyens de régulation du pH de l’effluent dans le réacteur qui sont couplés aux moyens de mesure du pH. Il comporte, par exemple, un réservoir d’acide citrique ou d’acide acétique type vinaigre ménager entre autres et des moyens de distribution de cet acide dans l’effluent afin de réguler le pH de ce dernier. Il peut également comprendre des moyens de régulation de la température de l’effluent.
En référence aux Fig. 3 et 4, un second mode de réalisation du premier réacteur de l’invention va maintenant être décrit. Les éléments en commun avec le premier mode de réalisation sont référencés à l’identique. Les lampes UV sont identiques à celle décrite en référence à la Fig. 2.
En référence à la Fig. 3 qui représente une coupe longitudinale du premier réacteur, dans ce deuxième mode de réalisation, le premier réacteur comporte deux lampes UV 31 et 32 et deux anodes 5 et 51. L’anode 51 est disposée entre les lampe UV 31 et 32. Les cathodes 71 et 73 sont disposées, une entre l’anode 51 et la cathode 71, l’autre entre l’anode 5 (visible sur la Fig. 4) et la cathode 73.
En référence à la Fig. 4, vu du dessus, le premier réacteur comporte deux modules de traitement tel que celle décrit en référence à la Fig. 2. Le premier module comprend la première lampe UV 31, les deux cathodes 71 et 73 et l’anode 5. Le deuxième module de traitement comporte la deuxième anode 51, la deuxième lampe UV 32 et les deux cathodes 75 et 77. L’intérêt de ce deuxième mode de réalisation est qu’il permet de multiplier les types réactions chimiques ayant lieu dans le premier réacteur 1. Ainsi, si la seconde anode 52 est une anode en fer, elle va être consommée dans la réaction de photo fenton et il ne sera pas nécessaire d’ajouter des ions Fe2+ dans l’effluent pour obtenir cette réaction. En multipliant les anodes et les cathodes et en utilisant divers matériaux pour les former, on obtient une grande diversité de réactions chimiques dans l’effluent, ce qui permet de dégrader les polluants qu’il contient.
Le module de traitement peut être monté sur le couvercle 2 qui vient fermer le volume interne du premier réacteur. Le couvercle 2 du réacteur peut également être muni de trappes qui permettent d’insérer de manière amovible, un module de traitement. Ce module de traitement comporte donc un support sur lequel sont fixées les électrodes et la lampe UV. Il est également possible de prévoir plusieurs couvercles qui comportent le nombre de modules désiré. Il est ainsi simple en changeant de module d’obtenir diverses réactions chimiques dans le réacteur, en fonction de la composition de l’effluent à traiter. En ajoutant un ou plusieurs modules de traitement sur un couvercle équipé de trappes, on multiplie ainsi les réactions dans un même réacteur.
En référence à la Fig. 4, un troisième mode de réalisation va maintenant être décrit. En référence à la Fig. 4, le réacteur représenté comporte quatre modules de traitement comportant chacun une lampe UV, une anode et deux cathodes, disposées les unes par rapport aux autres comme indiqué en référence à la Fig. 2. Le premier module comporte l’anode 51, la lampe UV 31 et les deux cathodes 71 et 72. La cathode 71 est disposée entre la lampe UV 31 et l’anode 51. La cathode 72 est disposée entre l’anode 51 et la lampe UV 32 du deuxième module de traitement. Le deuxième module de traitement comporte la lampe UV 32, l’anode 52 et les deux cathodes 73 et 74. Le troisième module comporte l’anode 53, la lampe UV 33 et les deux cathodes 75 et 76. Le quatrième module comporte l’anode 54, la lampe UV 34 et les deux cathodes 77 et 78. Une lampe
UV est toujours entourée de deux cathodes qu’elle éclaire de manière à pouvoir générer des radicaux libre OH*, en fonction de la nature des cathodes. Deux cathodes sont toujours disposées à côté d’une anode, l’anode étant entre les cathodes.
Le fonctionnement des deuxièmes et troisièmes modes de réalisation du dispositif de l’invention sont identiques à celui expliqué en référence au premier mode de réalisation.
Selon un mode de réalisation non représenté, le dispositif comporte au moins deux et notamment trois ou quatre réacteurs similaires au premier réacteur (sauf en ce qui concerne la recirculation). Ces réacteurs sont notamment montés 15 en série, la sortie de l’un étant connecté à l’entrée du suivant.
Claims (11)
1. Dispositif de traitement d’un effluent aqueux, du type comprenant au moins un premier réacteur (1), ledit premier réacteur formant un volume interne qui s’étend selon une direction longitudinale et qui comprend au moins une entrée et une sortie, distantes l’une de l’autre, selon ladite direction longitudinale, ledit premier réacteur (1 ) contenant au moins un premier module de traitement, lequel comprend :
- une anode (5) qui s’étend selon ladite direction longitudinale ;
- une lampe UV (3) qui s’étend selon ladite direction longitudinale ; et
- au moins une première et une deuxième cathode (71 ; 73) s’étendant selon ladite direction longitudinale, ladite lampe UV (3) étant disposée de manière à éclairer au moins partiellement la surface d’au moins une desdites cathodes (71 ; 73) , lesdites cathodes (71 ; 73) et ladite anode (5) étant alignées ou disposées en triangle dans la section transversale dudit réacteur (1), le volume interne dudit premier réacteur (1) est divisé en une première et une deuxième partie, selon un plan parallèle (P) à ladite direction longitudinale et passant par les sections transversales desdites cathodes (71 ; 73), ladite première partie contenant ladite lampe UV (3), caractérisé en ce que au moins une desdites cathodes (71 ; 73) est disposée au moins partiellement entre ladite anode (5) et ladite lampe UV (3) et en ce que ladite anode (5) s’étend au moins partiellement entre lesdites cathodes (71 ; 73) et/ou exclusivement dans ladite deuxième partie du réacteur (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier réacteur (1) comporte un couvercle (2) et en ce que au moins ledit premier module de traitement est monté sur le couvercle (2) dudit premier réacteur (1).
3. Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit premier réacteur (1) comprend des moyens de mesure du pH et/ou de la température de l’effluent et/ou de la pression dans le réacteur et/ou de la concentration en un ou plusieurs composés donnés et en ce que lesdits moyens de mesure sont notamment couplés avec des moyens d’introduction d’un composé adjuvant, notamment un acide.
4. Dispositif selon la revendication l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier réacteur (1) comporte au moins un deuxième module de traitement, lequel comporte les mêmes éléments que ledit premier module de traitement, lesquels sont disposés de la même manière que dans ledit premier module de traitement, les matériaux de l’anode (5) et/ou des cathodes (71 ; 73) dudit premier module étant éventuellement différents des matériaux de l’anode (51) et des cathodes (75 ; 77) dudit deuxième module de traitement et en ce que les lampes UV (31 ; 32) et les anodes (5 ; 51) desdits modules sont disposées en face-à-face.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comporte 4 modules de traitement et en ce que lesdits modules sont disposés de manière à ce que l’anode (51 ; 52 ; 53 ; 54) d’un module de traitement est disposée entre une de ses cathodes (71 ; 72 ; 73 ; 74 ; 75 ; 76 ; 77 ; 78) et la cathode (71 ; 72 ; 73 ; 74 ; 75 ; 76 ; 77 ; 78) du module adjacent.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi interne dudit premier réacteur (1) comporte des moyens de réflexion des rayons UV (6) vers l’intérieur dudit volume interne dudit réacteur.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’anode (5 ; 51 ; 52 ; 53 ; 54) dudit premier module de traitement ou desdits modules de traitement sont choisies indépendamment les unes des autres parmi les anodes solubles comportant du fer, les anodes solubles constituées de fer, les anodes comportant du titane ou constituées de titane, éventuellement revêtues d’une couche d’oxydes de métaux mixtes (MMO) ou de T1O2 et lesdites cathodes sont choisies indépendamment les unes des autres parmi les cathodes comportant du graphite ou du graphène, les cathodes constituées de graphite, les cathodes constituées de carbone vitreux, les cathodes contenant des fibres de carbone ou des nanotubes de carbone, les cathodes comportant du titane ou constituées de titane, éventuellement revêtues de MMO ou de TiO2.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en outre, au moins un deuxième réacteur du même type que ledit premier réacteur, l’entrée dudit deuxième réacteur est connectée à la sortie dudit premier réacteur et ledit deuxième réacteur comporte éventuellement un nombre différent de modules de traitement et/ou un ou des modules de traitement qui comporte(nt) une anode et des cathodes différentes du ou des modules de traitement dudit premier réacteur.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier réacteur (1) comporte une conduite de recirculation qui relie la sortie dudit premier réacteur à l’entrée dudit premier réacteur ou à l’entrée d’un autre réacteur lorsque ledit dispositif comporte au moins un deuxième réacteur.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’alimentation en électricité de ladite anode (5), desdites cathodes (71 ; 73) et de ladite lampe UV (3), en ce que lesdits moyens d’alimentation en électricité sont aptes, notamment à délivrer un courant électrique présentant une première tension entre ladite anode (5) et lesdites cathodes (71 ; 73) dudit premier module et éventuellement une deuxième tension, différente de ladite première tension, entre ladite anode (5) et lesdites cathodes (75 ; 77) du deuxième module de traitement ou du module de traitement ou des modules de traitement d’un deuxième réacteur, lorsque le premier réacteur comporte un deuxième module de traitement ou lorsque le dispositif comporte un deuxième réacteur, lesdits moyens d’alimentation étant notamment choisis parmi les moyens d’alimentation fonctionnant à l’énergie solaire et/ou les moyens d’alimentation comportant un moteur à combustion interne et/ou les moyens d’alimentation fonctionnant au moins partiellement au gaz et en particulier fonctionnant à l’hydrogène.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’anode (5) et au moins une desdites cathodes (71 ; 73) sont aptes à électrolyser l’eau lorsqu’une tension donnée est appliquée entre ladite anode (5) et ladite cathode (71 ; 73) et en ce que ledit premier module de traitement comporte des moyens de récupération (91) de l’oxygène et/ou du dihydrogène formés lors de l’électrolyse de l’eau au niveau de l’anode (5) et de ladite cathode (71 ; 72), en ce que les moyens d’alimentation en électricité sont choisis parmi les moyens d’alimentation comportant un moteur à combustion interne et les moyens d’alimentation fonctionnant au moins partiellement au gaz et en particulier fonctionnant à l’hydrogène et en ce que lesdits moyens de récupération (91) du dihydrogène et/ou de l’oxygène sont conformés pour injecter ledit hydrogène 5 et/ou ledit oxygène récupéré dans lesdits moyens d’alimentation de manière à permettre le fonctionnement au moins partiel de ces derniers.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US5395522A (en) * | 1993-02-23 | 1995-03-07 | Anatel Corporation | Apparatus for removal of organic material from water |
| US20090242424A1 (en) * | 2006-08-08 | 2009-10-01 | Singapore Technologies Dynamics Pte. Ltd | Method and apparatus for treating water or wastewater or the like |
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-
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Patent Citations (3)
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