WO1986001496A1 - Traitement electromagnetique de l'eau - Google Patents

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WO1986001496A1
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Dominique Mercier
André Lobry
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Dominique Mercier
Lobry Andre
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/4602—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods for prevention or elimination of deposits
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    • Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
    • Y10S204/05—Magnetic plus electrolytic

Definitions

  • the present invention uses the electromagnetic properties of electric currents for the conditioning and demineralization of water.
  • Devices using the passage of an electric current between two electrodes immersed in water fall into three families:
  • the invention differs from existing methods in that a potential difference of less than 3 volts is established between an electrode called “strong cathode” and an electrode called “weak cathode” supplied by two simultaneous, continuous or impulsive electric currents, of opposite directions and different voltages.
  • the choice of voltages determines the potential difference sought between the strong cathode and the weak cathode corresponding to a salt contained in water, with calcium carbonate for example.
  • the system is maintained at the selected voltage by a stabilizer.
  • An electron current flows from the strong cathode to the weak cathode acting as an anode, limited by the opposition of the reverse voltage. This current generates an electromagnetic field acting on the salts contained in the water which passes through the treatment chamber, otherwise called ionization and neutralization chamber.
  • a calcareous gangue forms on the strong cathode.
  • An additional handicap is interposed in the passage of the current by means of a static resistance, which has the effect of lowering the potential difference between the electrodes and of promoting the formation and thickening of the polarization layer.
  • CaCO3 is reputed to be neutral and the calcareous gangue constitutes a dielectric in relation to its thickness.
  • the electromagnetic waves which cross the dielectric matrix accentuate. the excitation of the peripheral electrons of the CaCO3 particles and their friction. This excitation is maximal on the internal surface of the gangue.
  • the potential difference rises in fcncticn from the thickness and excitation of the dielectric layer. At the optimal value, this layer stops growing: the process is in equilibrium.
  • the process continues with electrification by influence and excitation of CaCO3 particles on the gangue, as long as there is presence of Ca (H CO3) 2 corresponding to intermittent or continuous passages of water.
  • Ca (H CO3) 2 When the presence of Ca (H CO3) 2 is very reduced or zero, the maximum excitation of the dielectric layer is maintained by the passage of electromagnetic waves and the electrification of the weak cathode acting as anode, with a stabilized potential difference .
  • the device When the dielectric limestone layer is formed, the device is similar to an electrolytic capacitor and the best results are obtained when one of the electrodes completely surrounds the other.
  • the mineralization treatment is obtained at 100% with a time of passage of a quantity of water in the device of between 10 and 380 seconds and an extremely reduced electrical consumption.
  • the potential chosen and communicated to the micro-crystals formed allows alkalization of the water observed during our tests, by an increase in pH of 3 to 4 tenths and a remarkable foaming power.
  • the associations of micro-crystals which form on the dielectric layer are durable over time after several days and numerous passages in a heat exchanger.
  • the strong cathode is the metal wall, including the bottoms, "of a treatment tank of cylindrical shape.
  • the weak cathode is constituted by a cylindrical grid placed in the axis of the tank and isolated from An electrically insulated metal anode occupies the axis of the tank. The entire conditioning process described above is reproduced between the strong and weak cathodes with direct currents.
  • the insulated central anode is connected directly to the pole plus the generator supplying the strong cathode.
  • the potential difference between the isolated anode and the strong and weak cathodes can therefore be much greater than 3 Volts.
  • the particles are ferromagnetic, paramagnetic or diamagnetic.
  • the electron transport of the strong cathode at the weak cathode acting as anode occur by electrophoresis by means of cations which are ferromagnetic or diamagnetic and are pushed back towards the strong cathode.
  • the anions (acid radicals) are diamagnetic and concentrate on the isolated anode.
  • a non-conductive diaphragm, cylindrical in shape, pierced with flow distribution holes at its top, is interposed between the insulated anode and the weak cathode, the treatment tank being arranged vertically.
  • the water to be treated flows between the strong and weak cathodes, at reduced speed. If it is a question of removing part of the acid radicals, it will suffice to produce a purge of deconcentration of the central volume periodically or continuously and sending partially demineralized water for use. Depending on the importance of the purge flow, all or part of the acid radicals can be removed. If the power of the deconcentration flow exceeds a certain value, the repulsive force of the paramagnetic particles may be insufficient and part of these may be entrained. A higher concentration of acid radicals can be obtained by processing the volume of the purges in one or more similar devices of reduced dimensions.
  • the ferromagnetic and paramagnetic particles will form sludge that is easy to purge.
  • Water freed from acid radicals and containing ferromagnetic and paramagnetic mineralization can be treated again in a similar device where a drawing in the central volume will give more or less purified water depending on the setting of the drawing rate.
  • a concentration of the remaining mineralization will be obtained at the base of the peripheral volume.
  • a better concentration of this mineralization will be obtained by having a tank of frustoconical shape, vertical, large base at the top, of a weak wire mesh cathode also of frustoconical shape parallel to the wall of the tank.
  • the water inlets and outlets are done tangentially.
  • Other forms and tips can be used for the implementation of the process which is the subject of the invention.
  • the discharges can be neutralized by mixing acid and alkaline concentrations, or even dried up to serve as amendments.
  • the invention will be better understood by the schematic description of the electrical circuit, Figure 1, Figure 2 showing the simple strong cathode system - weak cathode and Figures 3 and 4 showing, in two different geometric forms, the strong cathode system, weak cathode and anode.
  • the apparatus includes: an electrical box, figure 1, composed of an electrical circuit (1) containing 2 inverted capacitors (2) and (3), a voltage stabilizer (4), a potentiometer for adjusting the stabilized voltage ( 7), a variable resistor (5) making it difficult for the current to flow, 2 resistors (6) and (8), an operation indicator by light diode (9).
  • the circuit (1) is equipped with 3 connection terminals: (10) for the strong cathode link, (11) for the weak cathode link, (12) for the connection with the anode used in the treatment cases shown in Figure 3 and Figure 4.
  • a treatment tank commonly comprising in FIGS. 2, 3 and 4 an ionization chamber (13) into which the water to be treated (17) arrives and the outlet (18) of which is connected to the conventional supply system in treated water.
  • the ionization chamber (13) acts as a strong cathode and is connected to the reference terminal (10) in FIG. 1.
  • the ionization chamber (13) is crossed by a weak cathode (14) connected to the terminal (11) of FIG. 1.
  • the strong cathode (13) is electrically isolated from the weak cathode (14).
  • a purge orifice completes the assembly (20).
  • the reaction chamber (13) is traversed by a pierced weak cylindrical cathode (mesh type) (14) electrically isolated from the strong cathode (13) and containing an openwork non-conductive diaphragm (15) itself containing an electrically insulated anode (16).
  • the assembly is completed by a purge (20) of the central volume and by a purge (19) of the peripheral volume.
  • the arrangements are the same as in Figure 3, only the geometric shapes differ for the improvement of hydraulics.
  • the application possibilities of the invention are immense in the field of supplying clean water to the needs of individuals, communities, industries, agriculture by extraction, addition or transformation of all or part of the mineralization contained. in the water used.

Abstract

Procédé et dispositif électromagnétique, permettant la désagrégation de la minéralisation dissoute dans l'eau, puis par l'utilisation des particules ferromagnétique et paramagnétique comme anode mobile temporaire face à une cathode forte (13) et une cathode faible (14) et par leur excitation sur la couche diélectrique formée sur la cathode forte, de conférer à l'eau traitée des qualités antitartre et un pouvoir moussant supérieur. Permettant, avec adjonction d'une anode centrale (16) isolée électriquement, la séparation, la séquestration et l'évacuation séparée de la minéralisation acide d'une part, alcaline d'autre par et l'obtention d'une eau épurée.

Description

TRAITEMENT ELECTROMAGNETIQUE DE L'EAU
La présente invention utilise les propriétés électromagnétiques des courants électriques pour le conditionnement et la déminéralisation de l'eau Les dispositifs utilisant le passage d'un courant électrique entre deux électrodes plongées dans l'eau, se regroupent en trois familles :
1) Ceux qui utilise l'électricité sous une tension permettant une electrolyse complète (9 Volts et plus) et généralement par décharges cycliques
2) Ceux qui utilise l'électricité sous une tension inférieure à 3 Volts ne permettant qu'une electrolyse partielle avec formation d'une couche de polarisation sur la cathode, généralement en courant continu; Dans ces deux familles l' anode absorbe les électrons transportés par électrophorèse et l'électrisation par influence, ce qui nuit à l'effet recherché. 3) Le procédé d' électrodialyse qui utilise la migration des ions positifs à travers une membrane de type C et la migration des ions négatifs à travers une membrane de type A sous l'influence d'une tension continue entre deux électrodes. Ce procédé se heurte à des difficultés importantes les membranes laissent passer des ions qu'elles devraient arrêter,leur résistance électrique et la polarisation augmentent la consommation d' énergie, les dépôts de sels et les Organismes vivants sont gênants.
Le procédé et dispositif suivant l' invention reprend le dispositif exposé dans la demande de brevet déposée en France sous le nº 84 13233 et le complète pour obtenir une déminéralisation plus ou moins poussée sans utilisation de membranes de type C ou A
L'invention diffère des procédés existants en ce qu'une différence de potentiel de moins de 3 Volts est établie entre une électrode dénommée "cathode forte" et une électrode dénommée "cathode faible" alimentées par deux courants électriques simultanés, continus ou impulsifs, de sens opposés et de voltages différents. Le choix des voltages détermine la différence de potentiel recherchée entre la cathode forte et la cathode faible correspondant à un sel contenu dans l'eau, au carbonate de calcium par exemple. Le système est maintenu à la tension choisie par un stabilisateur. Un courant d'électrons s'écoule de la cathode forte à la cathode faible agissant comme anode, limité par l'opposition de la tension inverse. Ce courant engendre un champ électromagnétique agissant sur les sels contenus dans l'eau qui traverse la chambre de traitement, autrement appelée chambre d'ionisation et de neutralisation. Pour une meilleure compréhen sion, nous nous bornerons au cas de l 'hydrogéno-carbonate de calcium Ca(H CO3)2 qui est soumis à l'action du champ électromagnétique et se décompose en carbonate de calcium CaCO3, en gaz carbonique CO2, en hydrogène H et en hydroxyle OH. Le potentiel dés particules CaCO3 naissantes est inférieur à celui de la cathode faible et à plus forte raison de celui de la cathode forte : les particules CaCO3 naissantes se trouvent en position d'anodes vis à vis des électrodes du dispositif. Les particules CaCO3 naissantes se dirigent vers la cathode forte et sont freinées dans leur déplacement par l'attirance de la cathode faible, l' ensemble des particules CaCO3 naissantes constituant au sein de l'eau une "anode temporaire". Une gangue calcaire se forme sur la cathode forte. On interpose un handicap supplémentaire au passage du courant au moyen d' une résistance statique, ce qui a pour effet d'abaisser la différence de potentiel entre les électrodes et de favoriser la formation et l'épaississement de la couche de polarisation. Le CaCO3 est réputé neutre et la gangue calcaire constitue un diélectrique en rapport avec son épaisseur. Les ondes électromagnétiques qui traversent la gangue diélectrique accentuent. l'excitation des électrons périphériques des particules de CaCO3 et leur frottement. Cette excitation est maximale à la surface interne de la gangue. La différence de potentiel s'élève en fcncticn de l'épaisseur et de l'excitation de la couche diélectrique. A la valeur optimale, cette couche cesse son accroissement : le processus est en équilibre. Le processus se poursuit avec électrisation par influence et excitation des particules CaCO3 sur la gangue, tant qu'il y a présence de Ca(H CO3)2 correspondant à des passages intermittents ou continus de l'eau. Lorsque la présence de Ca(H CO3)2 est trés réduite ou nulle, l'excitation maximale de la couche diélectrique est maintenue par le passage des ondes électromagnétiques et l' électrisation de la cathode faible agissant comme anode, avec une différence de potentiel stabilisée.
Lorsque la couche calcaire diélectrique est formée, le dispositif s'apparente à un condensateur électrolytique et les meilleurs résultats sont obtenus lorsque l'une des électrodes entoure complètement l'autre. Par notre invention, le traitement de la minéralisation est obtenu à 100% avec un temps de passage d'une quantité d 'eau dans l' appareil compris entre 10 et 380 secondes et une consommation électrique extrêmement réduite. Le potentiel choisi et communiqué aux micro-cristaux formés permet une alcalinisation de l' eau constatée lors de nos essais, par une augmentation du pH de 3 à 4 dixièmes et un pouvoir moussant remarquable. Les associations de micro-cristaux qui se forment sur la couche diélectrique sont durables dans le temps après plusieurs jours et de nombreux passages dans un échangeur de chaleur. Leur excitation par les ondes calorifiques est accélérée et se met rapidement au diapason de la chaleur reçue au point de ne pas séjourner sur la paroi chaude en n'y constituant qu' une très fine pellicule ne gênant pas les échanges cσlorifiques. Sur les parois entartrées, cette très fine pellicule communique son excitation à la couche sous-jacente qui se désagrège lorsqu'elle parvient au diapason de la souce d'énergie. Enfin, les critères de potabilité, la valeur hygié nique et la minéralisation de l'eau sont conservés par ce conditionnement Mais il arrive souvent que pour être utilisable ou réutilisable, l'eau doive être déminéralisée partiellement ou complètement et que, dans le cas d'une déminéralisation partielle, la minéralisation restante doive être conditionnée pour éviter les inconvénients de l'entartrage et aussi lui conférer le confort d'un excellent pouvoir moussant. Pour obtenir une déminéralisation il est nécessaire de procéder à la décomposition des acides, bases et sels contenus dans l'eau, en ions positifs et négatifs, à les séquestrer et à les évacuer. Le dispositif est le suivant : La cathode forte est la paroi métallique, fonds compris," d'une cuve de traitement de forme cylindrique.La cathode faible est constituée par un grillage de forme cylindrique sitée dans l' axe de la cuve et isolé de cette dernière.Une anode métallique isolée électriquement occupe l'axe de la cuve. L'ensemble du processus de conditionnement décrit précédemment se reproduit entre les cathodes forte et faible avec des courants continus. L'anode centrale isolée est reliée directement au pôle plus du générateur alimentant la cathode forte. La différence de potentiel entre l'anode isolée et les cathodes forte et faible peut donc être largement supérieure à 3 Volts. On sait que les particules sont ferromagnétiques, paramagnétiquesou diamagnétiques. Les transports d'électrons de la cathode forte à la cathode faible agissant comme anode se produisent par électrophorèse au moyen des cations qui sont ferromagnétiques ou diamagnétiques et sont repoussés vers la cathode forte. Les anions (radicaux acides) sont diamagnétiques et se concentrent sur l'anode isolée. Un diaphragme non conducteur, de forme cylindrique, percé de trous de répartition de débit à sa partie haute, est interposé entre l'anode isolée et la cathode faible, la cuve de traitement étant disposée verticalement. L'eau à traiter s'écoule entre les cathodes forte et faible, à vitesse réduite. S'il s'agit de retirer une partie des radicaux acides, il suffira de prodéder à une purge de déconcentration du volume central périodiquement ou en continu et d'envoyer à l'utilisation l'eau partiellement déminéralisée. Suivant l'importance du débit de purge on pourra retirer tout ou partie des radicaux acides. Si la puissance du débit de déconcentration dépasse une certaine valeur, la force de répulsion des particules paramagnétiques peut être insuffisante et une partie de ces dernières peut être entraînée . On peut obtenir une concentration plus poussée des radicaux acides en traitant le volume des purges dans un ou plusieurs appareils semblables de dimensions réduites. Parallèlement et en fonction inverse de la vitesse de passage de l'eau dans l' appareil, les particules ferromagnétiques et paramagnétiques formeront des boues faciles à purger. L'eau débarrassée des radicaux acides et contenant de la minéralisation ferromagnétique et paramagnétique pourra être traitée à nouveau dans un appareil semblable où un puisage dans le volume central donnera une eau plus ou moins épurée suivant le réglage du débit de puisage. Parallèlement une concentration de la minéralisation restante sera obtenue à la base du volume périphérique. Une meilleure concentration de cette minéralisation sera obtenue en disposant d'une cuve de forme tronconique, verticale, grande base en haut, d'une cathode faible grillagée également de forme tronconique parallèle à la paroi de la cuve. D'une façon générale, les entrées et sorties d' eau se font tangentiellement. D'autres formes et astuces peuvent être employées pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. Enfin, les rejets peuvent être neutralisés par mélange des concentrations acides et alcalines, voire asséchés pour servir d'amendements. L'invention sera mieux comprise par la description schématique du circuit électrique, figure 1,la figure 2 représentant le système simple cathode forte - cathode faible et les figures 3 et 4 représentant, sous deux formes géométriques différentes, le système cathode forte, cathode faible et anode. Ces figures sont citées à titre illustratif pour la compréhension et la mise en oeuvre du principe. De plus l'évolution des techniques dans le domaine des composants électroniques nous amène à ne pas prendre en compte le détail exact des composants électroniques mis en oeuvre. Cependant, afin d'attester le bien fondé de nos constatations et de nos requêtes, le schéma explicatif, figure 1, reprend la nomenclature des composants électroniques qui ont servi au montage du circuit électrique qui a permis nos essais et dont la valeur n'est à reprendre que surle plan expérimental, seul le principe demeure et reste utilisable quelque soit l'évolution des techniques dans l'électronique. L'appareil comprend : un coffret électrique, figure 1, composé d'un circuit électrique (1) renfermant 2 condensateurs inversés ( 2) et ( 3), un stabilisateur de tension (4), un potentiomètre de réglage de la tension stabilisée (7),une résistance variable (5) faisant handicap au passage du courant, 2 résistances (6) et (8), un témoin de fonctionnement par diode lumineuse (9).Le circuit (1) est équipé de 3 bornes de raccordement : la (10) pour la liai son cathode forte, la (11) pour la liason cathode faible, la (12) pour la liaison avec l' anode utilisée dans les cas de traitement représentés figure 3 et figure 4 .
Une cuve de traitement comprenant communément dans les figures 2, 3 et 4 une chambre d'ionisation (13) dans laquelle parvient l'eau à traiter (17) et dont la sortie (18) est branchée sur le système conventionnel d'alimen tation en eau traitée. La chambre d'ionisation (13) fait office de catho de forte et est reliée à la borne repère (10) de la figure 1 . Dans le cas de la figure 2 , la chambre d'ionisation (13) est traversée par une cathode faible (14) reliée à la borne (11) de la figure 1 . La cathode forte (13) est isolée électriquement de la cathode faible (14) . Un orifice de purge complète l'ensemble( 20).
Dans le cas de la figure 3, la chambre de réaction (13) est traversée par une cathode faible cylindrique percée (genre grillage) (14) isolée électri quement de la cathode forte (13) et contenant un diaphragme non conducteur ajouré (15) contenant lui-même une anode isolée électriquement (16). L' ensemble est complété par une purge (20) du volume central et par une purge (19) du volume périphérique. Dans le cas de la figure 4, les dispositions sont les mêmes qu'à la figure 3, seules les formes géométriques diffèrent pour l'amélioration de l'hydraulique. Les possibilités d'applications de l'invention sont immensestdans le domaine de la fourniture d'une eau propre aux besoins des particuliers, des collectivités, des industries, de l'agriculture par extraction, adjonction ou transformation de tout ou partie de la minéralisation contenue dans l'eau utilisée.

Claims

REVENDICATIONS 1)Procédé de traitement de l'eau, en vue de lui conférer des qualités antitartre et un pouvoir moussant supérieur, par la désagrégation de la minéralisation dissoute et par l'utilisation des particules ferromagnétiques et paramagnétiques comme anode mobile temporaire face à une cathode forte et une cathode faible et par leur excitation sur la couche diélectrique formée sur la cathode forte;
2)Procédé suivant revendication (1) caractérisé en ce que on règle par un stabilisateur de tension la différence de potentiel entre les cathodes forte; et faible; inférieure à 3 Volts, correspondant à un potentiel en rapport avec le potentiel naturel du ou des sels à traiter;
3) Procédé suivant revendications(1) et (2) caractérisé en ce que l'on fait handicap au passage du courant par une résistance variable ajustée en fonction des conditions locales d'utilisation du procédé (nature, résistivité, etc... de l'eau) dans le but de favoriser la formation, l' épaississement et la stabilisation de la couche diélectrique;
4) Procédé suivant les revendications (1),(2) et (3) caractérisé en ce que l'on peut ajouter du carbonate de calcium ou d'autres sels en amont du dispositif afin de moduler le pH de l'eau brute tout en obtenant une eau traitée ayant des qualités antitartre et un pouvoir moussant supérieur;
5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications (1),(2),(3) et (4) caractérisé en ce que dans une chambre de traitement circule l'eau à traiter entre une cathode forte pouvant être la paroi de la cuve et une cathode faible, l'ensemble alimenté par deux courants électriques simultanés, de sens opposég continus ou impulsifs, de voltages différents (représentation par figure 2); suivant la figure 1, un des circuits électriques possibles (1) peut comprendre : un condensateur polarisé(2)pourlacathode forte,un condensateur polarisé (3) pour la cathode faible, un stabilisateur de tension (4) et son potentiomètre (7)de réglage, un potentiomètre - handicap (5) pour favoriser la formation de la couche sur la cathode forte.
6) Procédé suivant les revendications (1),(2) et (3) permettant, avec adjonction d'une anode centrale isolée électriquement, la séparation, la séquestration et l'évacuation séparée de la minéralisation acide d'une part, alcaline d'autre part et l'obtention d'eau épurée; 7) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications (1),(2),(3) et (5) comprenant, figures 3 et 4, une cathode forte (13) formant cuve cylindrique ou tronconique, une cathode faible (14) grillagée, cylindrique ou tronconique suivant l'axe de la cuve, une anode isolée électriquement (16) occupant l' axe de la cuve, un diaphragme cylindrique (15) ajouré, entre l'anode isolée et la cathode faible, le raccordement de l'anode isolée (16) au pôle plus(figure 1 (12)) du générateur de courant continu alimentant la cathode forte (13).
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