WO1996009877A1 - Elimination de composes par filtration sur membrane et charbon actif - Google Patents

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Pierre Le Cloirec
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Definitions

  • the field of the invention is that of the treatment and purification of water and gases. More specifically, the present invention relates to a process for removing organic or inorganic compounds from gaseous or aqueous effluents and a device for its implementation, combining membrane filtration and adsorption on activated carbon.
  • Membrane filtration in particular ultrafiltration, is a technique that is increasingly used today to retain high molecular weight molecules, bacteria or fine particles contained in aqueous or even gaseous effluents, these pollutants not being retained by the usual filters. This technique generally occurs at the end of effluent treatment and for refining.
  • a first objective of the invention is to find a method and to implement a device for eliminating organic or inorganic compounds from gaseous or aqueous effluents allowing both efficient retention of molecules with high molecular weight and adsorption of smaller molecules.
  • Another objective of the present invention is to avoid clogging and abrasion of the filtration membranes by the particles of the adsorbent.
  • the process for removing organic or mineral compounds from gaseous or aqueous effluents according to the invention is therefore characterized in that it comprises a membrane filtration step (microfiltration, ultrafiltration or nanofiltration) followed by the passage of the permeate over or through at least one membrane based on activated carbon.
  • the membrane filtration is rultrafiltration.
  • conventional filtration is meant the retention of suspended particles larger than several micrometers.
  • Membrane filtration has three types of separation depending on the size of the compounds. If the membrane retains particles whose size is a few micrometers (for example bacteria with a size of approximately 1 to 2 ⁇ m.), This is microfiltration.
  • ultrafiltration for which the diameters of the pores of the membrane are between 0.001 and 0.1 ⁇ m, is reserved for the separation of compounds with a molar mass of 10,000 to 100,000 (or even 2,000 to 300,000) . Nanofiltration, even finer, concerns the separation of compounds having a molar mass greater than a few tens of grams.
  • activated carbon in the form of a membrane eliminates the need to post-filter the effluent after adsorption.
  • the activated carbon particles are retained by their rigid structure (activated carbon fibers or binder between the particles).
  • These activated carbon membranes can therefore be used without problem downstream of an ultrafiltration stage, by treating the permeate, and therefore be used at the end of the treatment or purification chain.
  • this membrane filtration permeate (for example rultrafiltration) consisting of the effluent being treated from which high molecular weight molecules, microorganisms, particles, etc. have already been eliminated. is much less loaded with organic or mineral matter: the adsorbent can therefore play its role at the maximum of these capacities without premature clogging of its surface or of the pores of the membrane based on activated carbon.
  • the adsorption competitions that can take place between molecules or ions on the surface of the activated carbon are thereby considerably reduced, or even eliminated.
  • Activated carbon membranes also have the advantage of easier regeneration.
  • the device for implementing the method according to the invention is characterized in that it comprises one or more first filtration membrane (s) receiving the effluent to be treated and delivering a permeate practically free of substances with high molecular weight, the said first membrane being coupled to at least one second membrane based on activated carbon adsorbing the residual pollutants of the filtration permeate.
  • the first membrane has an essentially filtration function, particularly for the retention of substances with high molecular weights. It receives the effluent to be treated, which passes through its pores, and delivers a permeate which is in turn brought into contact with the second membrane.
  • This second membrane based on activated carbon, has an adsorption function for the small molecules and / or residual ions contained in the permeate.
  • the nature of the first membrane, micro-, ultra- or nanofiltration, is indifferent. It can be a mineral membrane or an organic membrane, such as cellulose acetate or polyamide.
  • the device according to the invention can comprise several membranes arranged in series or in parallel, of identical and different sizes and nature. It may advantageously include first filtration membranes placed in series and crossed by the effluent which meets increasingly reduced pore diameters.
  • Microfiltration membranes retain suspended particles and bacteria, colloids if the medium is liquid.
  • Ultra- and nanofiltration membranes remove molecules of high molecular weight from the effluent, in a range from 2,000 to 300,000.
  • the filtration membrane (s) and the adsorption membrane (s) based on activated carbon are flat, a membrane based on activated carbon can be pressed against the part "downstream" of a first filtration membrane, or be separated from it by a gap.
  • U such an interstice gives the permeate time to undergo some turbulence which thus favor the speed of transfer of the compounds present in the fluid towards the adsorbent by a reduction in the concentration gradient in the fluid.
  • the thickness of the gap may be between 1 mm and several centimeters.
  • the first filtration membranes consist of a cylindrical bundle of hollow fibers retained by a link or a macroporous coating. The effluent enters each fiber at one end, migrates inside the lengthwise direction of the cylindrical fiber, and by pressure on the fluid, releases the permeate perpendicular to the periphery.
  • the adsorbent membrane (s) based on activated carbon envelop the bundle of hollow fibers forming the first membranes or each fiber individually.
  • Such an envelope may for example be of cylindrical shape or made up of flat membrane (s) wound in a spiral.
  • the second membrane based on activated carbon consists of activated carbon fibers. These fibers are obtained, for example, by calcination and activation (in an oxidizing medium at high temperature) of polyacrylonitrile fibers. Such fibers can be woven or pressed to form membranes resembling fabrics or felts.
  • the second membrane based on activated carbon is a polyether or polyester foam loaded with grains of activated carbon retained by a binder.
  • the second membrane based on activated carbon is a porous surface formed from an activated carbon powder and a binder.
  • FIG. 1 presents an exploded diagram of the device according to a first variant of the invention, in which the two membranes, of filtration and adsorption, are planar
  • FIG. 2 shows a view of the device according to a second variant of the invention, in which the adsorption membrane envelops a bundle of filtration membranes.
  • FIG. 1 represents a mixed module of ultrafiltration and adsorption on a membrane based on activated carbon. The diagram of this figure shows a horizontal superposition of the various constituent elements, but it is obvious that these elements can be arranged vertically.
  • This module (1) parallelepiped, here consists of an upper compartment (2) receiving the effluent (e) to be treated, separated at its lower part from the ultrafiltration membrane (3) by a seal (4).
  • the adsorption membrane based on activated carbon (5) which is the same size as the ultrafiltration membrane (3), is either pressed against the latter (case of Figure 1), or be removed by the presence a second seal (4 ').
  • the lower compartment (6) intended to receive the purified effluent (s): it supports the whole of a module (1) and is separated from the adsorption memrane (5) by a joint (4 ").
  • the respectively lower and upper faces of the compartments (2) and (6) are pierced with slots (7) allowing better flow and good distribution of the fluid on the one hand on the surface of the ultrafiltration membrane (3) and d on the other hand at the entrance to the lower compartment (6).
  • the effluent to be treated enters the upper part of the module (1) by the end piece (8) placed, for example, on the rear face of the upper compartment (2 ). It is distributed throughout the entire compartment (2) and, under the action of a pressure applied by pump or compressor systems (not shown in FIG. 1) (Relative pressure from 1 to 15 bars for example), is forced to pass through the ultrafiltration membrane (3).
  • the fraction of the effluent (e) comprising the fluid itself and the compounds of size smaller than the pore diameters of the ultrafiltration membrane (3) passes through it and constitutes the permeate.
  • the concentrate (c), which contains the repressed compounds (high molecular weight molecules, microorganisms, particles, colloids, etc.) leaves the upper compartment (2) by a second endpiece (9), preferably located on the opposite side to that which supports the end piece (8).
  • This ultrafiltration concentrate (c) is either eliminated or recycled to return once or several times to the upper compartment (2) in contact with said ultrafiltration membrane (3).
  • the permeate As for the permeate, it then comes into contact with the second membrane (5), based on activated carbon, which plays the role of an adsorbent of low molecular weight molecules remaining in the fluid.
  • This porous membrane (5) is traversed by the fluid which arrives purified in the lower compartment (6) and is then evacuated by the nozzle (10).
  • FIG 2 shows a device according to a second variant of the invention.
  • the filtration membrane - here ultrafiltration - consists of a bundle of hollow fibers, ie cylindrical ultrafiltration membranes (1 retained by a macroporous coating (12), also cylindrical in shape.
  • second membrane (5) based on activated carbon, is a cylindrical envelope surrounding the bundle of fibers hollow (11), the assembly being arranged inside a compartment (13) receiving the purified fluid (s) and evacuating it through the emb (10).
  • the effluent (e) penetrates inside each hollow fiber (11), migrates in the arrows s (from left to right in FIG. 2), and releases the perm perpendicular to the periphery of each fiber. This permeate crosses the wall (12) then the second adsorbent membrane (5) to arrive in the final compartment (13).
  • the concentrate (c) comes out to the right of the module (1). It can be recycled (following a recycling loop not shown).
  • the aqueous effluent contains humic substances at a concentration of the order of 50 mg C / l and a micropollutant (phenol) at a concentration of 1 mg / 1. This corresponds to a mixture of molecules of high molecular weight (humic substances 1000 ⁇ M ⁇ 100,000) and low molecular weight (rism
  • Table 1 Results of ultrafiltration tests of the mixture of Example 1 If the humic substances are very well arrested by the ultrafiltration membrane for cutoff thresholds of the order of - 1000 to 5000, it is not the same for the phenol which is is not eliminated by this process. The few percent eliminated during the crossing of the 1000 dalton membrane may come from a certain adsorption on the ultrafiltration membrane. On the other hand, the passage of ultrafiltrate over the membrane of activated carbon felt at a speed of approximately 2 m / h gives a total adsorption of the phenol (elimination of 100%) up to the maximum adsorption capacity of the felt which is found in the order of 130 mg phenol / g of activated carbon.
  • Example 2 Under the same operating conditions as in Example 1, an aqueous effluent containing atrazine at 500 ⁇ g / 1, colloidal materials and suspended materials giving a turbidity of approximately 20 NTU was analyzed after treatment by coupling. Ultrafiltration - activated carbon fibers. The cutoff threshold for the ultrafiltration membrane was 10,000 daltons. The results show a total elimination of turbidity ( ⁇ 0.1 NTU) and a residual concentration of atrazine estimated at 2 ⁇ g ⁇ . These results were constant until the saturation of the activated carbon fibers which intervened for an amount of approximately 150 mg atrazine / g of activated carbon.
  • This system as presented in the invention eliminates all of the pollution present in the effluent (small and large molecules).
  • unlike the old methods which used granular or powdered activated carbon in the recirculation loop there is no adsorption competition in the raw effluent. Each process (filtration and adsorption) is here effective separately.
  • the assembly does not require the addition of particulate activated carbon (in grain or powder) and is therefore very compact.
  • the device used is as shown in FIG. 2. It comprises a tube with a circular section 2.4 cm in diameter and 0.9 m long perforated longitudinally with a bundle of 19 hollow fibers (diameter 3, 5 mm and length 0.90) lined internally with the filter membrane (thickness 10 to
  • ultrafiltration membranes 15 ⁇ m).
  • Several qualities of ultrafiltration membranes can be used depending on their pore diameter between 0.05 and 3 ⁇ m. In this example, an ultrafiltration membrane is used, the pore diameter of which is 0.1 ⁇ m.
  • the tube, constituting the macroporous coating of the fibers ultrafiltration, is covered by a sleeve of microporous carbon felt with a specific surface of 1800 m 2 / g. The thickness of the felt is cm.
  • the effluent to be treated is identical to that presented in Example 1.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'élimination de composés organiques ou minéraux d'éffluents gazeux ou aqueux caractérisé en ce qu'il comporte une étape de filtration membranaire (microfiltration, ultrafiltration ou nanofiltration) suivie du passage du perméat sur ou au travers d'au moins une membrane à base de charbon actif. Le dispositif pour la mise en ÷uvre de ce procédé comporte au moins une première membrane de filtration (3) recevant l'effluent (e) à traiter et délivrant un perméat pratiquement exempt de substances à haut poids moléculaire, ladite première membrane (3) étant couplée à au moins une deuxième membrane à base de charbon actif (5) adsorbant les polluants résiduels du perméat de filtration. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont notamment destinés à traiter les eaux chargées en substances humiques et micropolluants.

Description

ELIMINATION DE COMPOSES PAR FILTRATION SUR MEMBRANE ET CHARBON ACTIF
Le domaine de l'invention est celui du traitement et de l'épuration des eaux et des gaz. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé d'élimination de composés organiques ou minéraux d'effluents gazeux ou aqueux et un dispositif pour sa mise en oeuvre, combinant la filtration sur membrane et l'adsorption sur charbon actif.
La filtration sur membrane, notamment rultrafiltration, est une technique de plus en plus utilisée actuellement pour retenir les molécules à haut poids moléculaire, les bactéries ou les fines particules contenues dans les effluents aqueux ou même gazeux, ces matières polluantes n'étant pas retenues par les filtres habituels. Cette technique intervient généralement en fin de traitement des effluents et pour l'affinage.
Par ailleurs, lors du traitement ou l'épuration des eaux, élimination des polluants organiques ou minéraux est souvent complétée par l'introduction, dans le circuit de l'effiuent à purifier, de charbon actif sous la forme de grains ou de poudre fine. Les micropolluants sont ainsi adsorbés sur ce matériau. Cette adsorption intervient toujours en amont ou en même temps qu'une étape de filtration classique (par exemple sur sable), afin de retenir sur le filtre les particules de charbon actif.
Les avantages de ces deux techniques ont été mis en valeur récemment par un procédé de traitement d'eau utilisant de façon combinée des particules de charbon actif et un module d'ultrafiltration. Le dispositif utilisé est par exemple décrit dans le document de Adham S.S.et al. :"Predicting and verifying organics removal by PAC in an ultrafiltration System", J. Am. Water Works Ass., 1991,. 83, 12, 81-91 et celui de Baudin I. et al. : "Production d'eau potable par combinaison de traitements : ultrafiltration sur membranes organiques et adsorption sur charbon actif en poudre" dans Récents Progrès en Génie des Procédés, Tech. & Doc. Lavoisier, 1991, 5, 15, 135-138. Dans ces dispositifs, le charbon actif sous la forme de grains ou de poudre est soit introduit au niveau de l'alimentation en eau brute, soit placé dans la boucle de recirculation du concentrât d'ultrafiltration où il adsorbe les micropolluants, et est ensuite retenu par la membrane d'ultrafiltration.
Bien que permettant d'arrêter à la fois les matières organiques et les micropolluants, un tel procédé présente les inconvénients de ne pas pouvoir autoriser une régénération simple et efficace du charbon actif dont les pores sont rapidement saturés ou colmatés en présence d'un concentrât de matières polluantes. La capacité d'adsorption du charbon actif est donc rapidement atteinte et l'adsorbant doit être fréquemment renouvelé.
D'autre part, de fines particules de charbon actif (issues de la poudre ou de l'abrasion des grains) colmatent aussi les pores de la membrane d'ultrafiltration ou par abrasion en détériorent sa surface, la rendant rapidement et définitivemen inutilisable.
La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients. Plus précisément, un premier objectif de l'invention est de trouver un procédé et de mettre en oeuvre un dispositif d'élimination de composés organiques ou minéraux d'effluents gazeux ou aqueux permettant à la fois une rétention efficace des molécules à haut poids moléculaire et l'adsorption des molécules plus petites . Un autre objectif de la présente invention est d'éviter le colmatage et l'abrasion des membranes de filtration par les particules de l'adsorbant.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à un procédé qui consiste d'une part à utiliser non pas des particules libres de charbon actif (grains ou poudre) mais des surfaces plus importantes, c'est à dire du charbon actif sous forme de membranes (fibres tissées ou pressées ou grains fixés sur une matière poreuse) et d'autre part à placer ces membranes adsorbantes non pas en amont de rultrafiltration mais en aval de celle-ci pour en traiter le ou les perméats.
Le procédé d'élimination de composés organiques ou minéraux d'effluents gazeux ou aqueux selon l'invention est donc caractérisé en ce qu'il comporte une étape de filtration membranaire (microfiltration, ultrafiltration ou nanofiltration) suivie du passage du perméat sur ou au travers au moins une membrane à base de charbon actif.
De manière préférée, la filtration membranaire est rultrafiltration. On entend par filtration classique la rétention de particules en suspension de taille supérieure à plusieurs micromètres. La filtration membranaire comporte trois types de séparations selon la taille des composés. Si la membrane retient les particules dont la taille est de quelques micromètres (par exemple les bactéries de dimension d'environ 1 à 2 μm.), il s'agit de microfiltration. Le terme d'ultrafiltration, pour laquelle les diamètres des pores de la membrane sont compris entre 0,001 et 0,1 μm, est réservé à la séparation de composés de masse molaire de 10 000 à 100 000 (ou même 2 000 à 300 000). La nanofiltration , encore plus fine, concerne la séparation de composés ayant une masse molaire supérieure à quelques dizaines de grammes. L'utilisation de charbon actif sous la forme d'une membrane libère de l nécessité de post-filtrer l'effluent après l'adsorption. En effet, les particules d charbon actif sont retenues par leur structure rigide (fibres de charbon actif o liant entre les particules). Ces membranes à base de charbon actif peuvent don sans problème être employées en aval d'une étape d'ultrafiltration, en traitant l perméat, et par conséquent être utilisées en fin de chaîne de traitement ou d'épuration.
En outre, ce perméat de filtration membranaire (par exemple rultrafiltration) constitué de l'effluent en cours de traitement duquel ont déjà été éliminés les molécules à haut poids moléculaire, les micro-organismes, les particules, etc. est beaucoup moins chargé en matières organiques ou minérales: l'adsorbant pourra donc jouer son rôle au maximum de ces capacités sans colmatage précoce de sa surface ni des pores de la membrane à base de charbon actif. De plus, les compétitions d'adsorption pouvant avoir lieu entre les molécules ou les ions à la surface du charbon actif sont de ce fait notablement réduites, voire éliminées. Les membranes de charbon actif présentent aussi l'avantage d'une régénération plus aisée.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs première(s) membrane(s) de filtration recevant l'effluent à traiter et délivrant un perméat pratiquement exempt de substances à haut poids moléculaire, la dite première membrane étant couplée à au moins une deuxième membrane à base de charbon actif adsorbant les polluants résiduels du perméat de filtration.
La première membrane a une fonction essentiellement de filtration, particulièrement de rétention des substances à hauts poids moléculaires. Elle reçoit l'effluent à traiter, qui traverse ses pores, et délivre un perméat qui est à son tour mis en contact avec la seconde membrane. Cette seconde membrane, à base de charbon actif, a une fonction d'adsorption des petites molécules et/ou ions résiduels contenus dans le perméat. La nature de la première membrane, de micro-, ultra- ou nanofiltration, est indifférente. Il peut s'agir d'une membrane minérale ou d'une membrane organique, telle qu'en acétate de cellulose ou en polyamide.
De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention peut comprendre plusieurs membranes disposées en série ou en parallèle, de tailles et de nature identiques ou différentes. Il peut avantageusement comporter des premières membranes de filtration placées en série et traversées par l'effluent qui rencontre des diamètres de pores de plus en plus réduits.
Les membranes de microfiltration retiennent des particules en suspension et les bactéries, les colloïdes si le milieu est liquide. Les membranes d'ultra- et de nanofiltration éliminent de l'effluent les molécules à haut poids moléculaire, dans une gamme allant de 2 000 à 300 000.
Dans une première variante de l'invention, la (ou les) membrane(s) de filtration et celle(s) d'adsorption à base de charbon actif sont planes, une membrane à base de charbon actif pouvant être plaquée contre la partie "aval" d'une première membrane de filtration, ou en être séparée par un interstice. U tel interstice laisse au perméat le temps de subir quelques turbulences qu favorisent ainsi la vitesse de transfert des composés présents dans le fluide ver l'adsorbant par une diminution du gradient de concentration dans le fluide. L'épaisseur de l'interstice peut être compris entre 1 mm et plusieurs centimètres. Dans une seconde variante de l'invention, les premières membranes de filtration sont constituées en un faisceau cylindrique de fibres creuses retenues par un lien ou un enrobage macroporeux. L'effluent pénètre dans chaque fibre à une extrémité, migre à l'intérieur dans le sens de la longueur de la fibre cylindrique, et par pression sur le fluide, libère le perméat perpendiculairement la périphérie.
Dans cette seconde variante, la (ou les) membrane(s) adsorbante(s) à base de charbon actif viennent envelopper le faisceau des fibres creuses formant les premières membranes ou chaque fibre individuellement. Une telle enveloppe peut être par exemple de forme cylindrique ou constituée de membrane(s) plane(s) enroulée (s) en spirale.
Selon un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention, la deuxième membrane à base de charbon actif est constituée de fibres de charbon actif. Ces fibres sont obtenues, par exemple, par calcination et activation (en milieu oxydant à haute température) de fibres de polyacrylonitrile. De telles fibres peuvent être tissées ou pressées pour former des membranes ressemblant à des tissus ou des feutres.
Selon un deuxième mode de réalisation la deuxième membrane à base de charbon actif est une mousse en polyéther ou en polyester chargée de grains de charbon actif retenus par un liant.
Selon un troisième mode de réalisation la deuxième membrane à base de charbon actif est une surface poreuse formée d'une poudre de charbon actif et d'un liant.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de mise en oeuvre préférentiel de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 présente un schéma éclaté du dispositif selon une première variante de l'invention, dans lequel les deux membranes, de filtration e d'adsorption, sont planes, et la figure 2 montre une vue du dispositif selon une seconde variante d l'invention, dans lequel la membrane d'adsorption enveloppe un faisceau d membranes de filtration. La figure 1 représente un module mixte d'ultrafiltration et d'adsorption sur une membrane à base de charbon actif. Le schéma de cette figure montre une superposition horizontale des différents éléments constitutifs, mais il est évident que ces éléments peuvent être disposés verticalement. Ce module (1), parallélépipédique, est constitué ici d'un compartiment supérieur (2) recevant l'effluent (e) à traiter, séparé à sa partie inférieure de la membrane d'ultrafiltration (3) par un joint (4). La membrane d'adsorption à base de charbon actif (5), qui est de même dimension que la membrane d'ultrafiltration (3), est soit plaquée contre cette dernière (cas de la figure 1), soit en être écartée par la présence d'un second joint (4'). A la base de l'empilement se trouve le compartiment inférieur (6) destiné à recevoir l'effluent purifié (s) : il supporte l'ensemble d'un module (1) et est séparé de la memrane d'adsorpton (5) par un joint (4").
Les faces respectivement inférieure et supérieure des compartiments (2) et (6) sont percées de fentes (7) permettant un meilleur écoulement et une bonne répartition du fluide d'une part à la surface de la membrane d'ultrafiltration (3) et d'autre part à l'entrée dans le compartiment inférieur (6).
L'effluent à traiter (e), chargé par exemple en composés organiques et minéraux divers, entre à la partie supérieure du module (1) par l'embout (8) placé, par exemple, sur la face arrière du compartiment supérieur (2). Il se répartit dans la totalité du compartiment (2) et, sous l'action d'une pression appliquée par des systèmes de pompes ou de compresseurs (non représentés sur la figure l)(Pression relative de 1 à 15 bars par exemple), est forcé à traverser la membrane d'ultrafiltration (3). La fraction de l'effluent (e) comportant le fluide lui-même et les composés de taille inférieure aux diamètres des pores de la membrane d'ultrafiltration (3) traverse celle-ci et constitue le perméat. Le concentrât (c), qui contient les composés refoulés (molécules à haut poids moléculaire, micro-organismes, particules, colloïdes, etc..) sort du compartiment supérieur (2) par un second embout (9), situé de préférence sur la face opposée à celle qui supporte l'embout (8). Ce concentrât d'ultrafiltration (c) est soit éliminé, soit recyclé pour repasser une ou plusieurs fois dans le compartiment (2) supérieur au contact de la dite membrane d'ultrafiltration (3).
Quant au perméat, il entre alors en contact avec la seconde membrane (5), à base de charbon actif, qui joue le rôle d'un adsorbant des molécules à faible poids moléculaire restant dans le fluide. Cette membrane (5), poreuse, est traversée par le fluide qui parvient purifié dans le compartiment inférieur (6) et est ensuite évacué par l'embout (10).
La figure 2 présente un dispositif selon une seconde variante de l'invention. La membrane de filtration - ici ultrafiltration - est constituée d'un faisceau de fibres creuses, c'est à dire de membranes d'ultrafiltration cylindriques (1 retenues par un enrobage macroporeux (12), également de forme cylindrique. seconde membrane (5) à base de charbon actif, est une enveloppe cylindri entourant le faisceau de fibres creuses (11), l'ensemble étant disposé à l'intéri d'un compartiment (13) recevant le fluide purifié (s) et l'évacuant par l'emb (10).
Comme dans le dispositif selon la première variante de l'inventi l'effluent (e) pénètre à l'intérieur de chaque fibre creuse (11), migre dans le s des flèches (de gauche à droite sur la figure 2), et libère le perm perpendiculairement à la périphérie de chaque fibre. Ce perméat traverse paroi (12) puis la seconde membrane (5) adsorbante pour arriver dans compartiment final (13). Le concentrât (c) sort à droite du module (1) . Celui peut être recyclé (suivant une boucle de recyclage non représentée).
Exemple 1 :
L'effluent aqueux contient des substances humiques à une concentration l'ordre de 50 mg C/l et un micropolluant (du phénol) à une concentration de 1 mg/1. Ceci correspond à un mélange de molécules de haut poids molécula (substances humiques 1000 < M < 100 000 ) et de bas poids moléculaire (phé
M = 94). Cet effluent est ultrafiltré sur une membrane organique (type acétate cellulose) à une pression relative de 1 bar, puis passée sur un feutre de charb actif microporeux de surface spécifique 1800 m^/g et de 15 cm d'épaisseur. dispositif utilisé pour cet essai est tel que représenté sur la figure 1. Une série d'essais d'ultrafiltration sur des membranes de seuils de coup différentes a donné les résultats présentés sur le tableau 1.
Seuil de coupure 1000 5000 8000 10 000 50 00
% d'élimination du Carbone 95 94 85 78 65 des substances humiques
Phénol éliminé (%) 8 0 0 0 0
Tableau 1 : Résultats d'essais d'ultrafiltration du mélange de l'exemple 1 Si les substances humiques sont très bien arrêtées par la membrane d'ultrafiltration pour des seuils de coupure de l'ordre de- 1000 à 5000, il n'en est pas de même du phénol qui est n'est pas éliminé par ce procédé. Les quelques pourcent éliminés lors de la traversée de la membrane de 1000 daltons peuvent venir d'une certaine adsorption sur la membrane d'ultrafiltration. Par contre, le passage de ultrafiltrat sur la membrane de feutre de charbon actif à une vitesse d'environ 2 m/h donne une adsorption totale du phénol (élimination de 100%) jusqu'à la capacité maximale d'adsorption du feutre qui est trouvée de l'ordre de 130 mg phénol /g de charbon actif.
Exemple 2 :
Dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 1, un effluent aqueux contenant de l'atrazine à 500 μg/1, des matières colloïdales et des matières en suspension donnant une turbidité d'environ 20 NTU a été analysé après traitement par le couplage ultrafiltration - fibres de charbon actif. Le seuil de coupure de la membrane d'ultrafiltration était de 10 000 daltons. Les résultats montrent une élimination totale de la turbidité (< 0,1 NTU) et une concentration résiduelle en atrazine estimée à 2 μgΛ. Ces résultats ont été constants jusqu'à la saturation des fibres de charbon actif qui est intervenue pour une quantité d'environ 150 mg atrazine / g de charbon actif.
Ce système tel que présenté dans l'invention permet d'éliminer l'ensemble de la pollution présente dans l'effluent (petites et grosses molécules). En outre, à la différence des anciens procédés qui utilisaient du charbon actif en grain ou en poudre dans la boucle de recirculation, il n'existe pas de compétition d'adsorption dans l'effluent brut. Chaque processus (filtration et adsorption) est ici efficace séparément. De plus, l'ensemble ne demande pas d'ajout de charbon actif particulaire (en grain ou en poudre) et est donc très compact.
Exemple 3.
Le dispositif utilisé est tel que représenté sur la figure 2. Il comprend un tube d'une section circulaire de 2,4 cm de diamètre et de 0,9 m de long perforé longitudinalement d'un faisceau de 19 fibres creuses (diamètre 3,5 mm et longueur 0,90) tapissées intérieurement de la membrane filtrante (épaisseur 10 à
15 μm). Plusieurs qualités de membranes d'ultrafiltration sont utilisables en fonction de leur diamètre de pores compris entre 0,05 et 3 μm. Dans cet exemple, est utilisée une membrane d'ultrafiltration dont le diamètre des pores est de 0,1 μm. Le tube, constituant l'enrobage macroporeux des fibres d'ultrafiltration, est recouvert par un manchon de feutre de charbon a microporeux de surface spécifique 1800 m^/g. L'épaisseur du feutre est de cm.
L'effluent à traiter est identique à celui présenté dans l'exemple 1. comprend des substances humiques et du phénol en solution aqueuse.
Les conditions opératoires sont les suivantes : pression relative 3,6 bars,
= 6,5 et la vitesse de recirculation dans la boucle d'ultrafiltration est de 4,57 m
On obtient dans ces conditions une disparition totale du carbone organi dans l'effluent purifié(s) ce qui indique clairement que le dispositif sel l'invention permet d'éliminer une vaste gamme de molécules solubles présente différentes concentrations dans l'eau à traiter.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élimination de composés organiques ou minéraux d'effluents gazeux ou aqueux caractérisé en ce qu'il comporte une étape de filtration membranaire (microfiltration, ultrafiltration ou nanofiltration) suivie du passage du perméat sur ou au travers d'au moins une membrane à base de charbon actif.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la filtration membranaire est rultrafiltration.
3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'élimination de composés organiques ou minéraux d'effluents gazeux ou aqueux selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs première(s) membrane(s) de filtration (3, 11) recevant l'effluent (e) à traiter et délivrant un perméat pratiquement exempt de substances à haut poids moléculaire, la dite première membrane de filtration (3, 11) étant couplée à au moins une deuxième membrane à base de charbon actif (5) adsorbant les polluants résiduels du perméat de filtration.
4.Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la ou les premières membranes de filtration (11) sont tubulaires et la (ou les) deuxième(s) membrane(s) de charbon actif (5) enveloppe(nt) chacune ou l'ensemble des premières membranes de filtration.(ll)
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la (ou les) deuxième(s) membrane(s) de charbon actif (5) est (ou sont) de forme cylindrique.
6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la (ou les membranes) de charbon actif est (ou sont) disposée(s) en spirale autour de la (ou des) première(s) membrane(s) de filtration (11).
7. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les premières (3) et deuxièmes membranes (5) sont planes.
8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que la (ou les) deuxième(s) membrane(s) de charbon actif (5) est (ou sont) constituée(s) de fibres de charbon actif, tissées ou pressées. 9.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 -à 7 caractérisé en ce que la membrane de charbon actif est une mousse polyéther ou polyester chargée de grains de charbon actif retenus par un liant.
lO.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que la membrane de charbon actif est une surface poreuse formée d'une poudre de charbon actif et d'un liant.
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