WO2000075076A1 - Cartouche filtrante pour appareil domestique de traitement de l'eau - Google Patents

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Philippe Rouyer
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Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of household water treatment devices.
  • the present invention relates more particularly to filter cartridges with a filtration membrane.
  • the filtration membranes have a cut-off threshold making it possible to stop particles whose size is greater than said threshold.
  • the filtration membranes can be microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration or reverse osmosis membranes.
  • the filtration membranes can be arranged in different forms, such as flat, spiral, or even hollow fibers.
  • filter cartridges in which the water to be filtered successively passes through a granular medium, such as activated carbon, then an ultrafiltration membrane, made up of hollow fibers.
  • Activated carbon is used to treat pesticides, organic matter and chlorine, and even certain minerals.
  • the hollow fibers form a tube whose porous walls stop any suspended matter, including bacteria.
  • the hollow fiber ultrafiltration membranes make it possible to develop a large filtration surface in a reduced volume of cartridge. Therefore flow and filtration capacity are important.
  • such filtration membranes have the disadvantage of not treating lead, and of exhibiting a certain sensitivity to clogging.
  • the object of the present invention is to reduce the sensitivity to clogging of a filter cartridge stopping suspended matter and bacteria.
  • Another object of the present invention is to provide a filtration cartridge stopping suspended matter and bacteria, which also makes it possible to treat one or more dissolved species not treated with activated carbon, such as heavy metals such as lead, or even cyanides or arsenic.
  • Another object of the present invention is to provide a filtration cartridge which stops suspended matter and bacteria, which also makes it possible to treat pesticides, organic matter and chlorine.
  • a water filtration cartridge comprising a sealed housing successively comprising a water inlet, a membrane barrier and a water outlet, characterized in that a granular filtration aid capable of being deposited on the membrane barrier is disposed in the housing between the water inlet and the membrane barrier, the membrane barrier having a cutoff threshold lower than the minimum size of the grains of the filter aid.
  • the granular filtration aid deposited on the membrane barrier forms a filtration layer limiting the clogging of the membrane barrier.
  • the filter aid can be a reactive powder by a physicochemical process, such as in particular the exchange ion or adsorption.
  • the pollutants are trapped by the reactive powder.
  • this reactive powder consists of an ion exchange resin, or else of silicates.
  • an ion exchange resin or else of silicates.
  • two sieves placed between the water inlet and the membrane barrier, retain granules of activated carbon, each sieve crossing the interior section of the housing and having meshes whose the size is less than the size of the activated carbon granules, the size of the activated carbon granules being greater than the cut-off threshold of the membrane barrier.
  • the activated carbon used in granular form therefore not agglomerated, makes it possible to avoid limiting the filtration rate significantly.
  • the granules of activated carbon are arranged compactly between the two screens. This arrangement avoids the appearance of preferential paths in the volume of activated carbon, which could adversely affect the efficiency of filtration. This arrangement also makes it possible to limit the wear of the granules of activated carbon caused by the relative movements between the granules.
  • the filter aid consists of a powder whose grain size is smaller than the size of the interstices present between the granules of the activated carbon.
  • the sieve closest to the membrane barrier has meshes whose size is greater than the size of the grains of the filter aid.
  • the filter aid can be placed with the activated carbon between the two screens.
  • the size of the grains of the filter aid being smaller than that of the interstices left free between the granules of activated carbon, the grains of filter aid can therefore occupy these spaces without requiring additional volume.
  • This arrangement therefore makes it possible to optimize the volume of the cartridge.
  • This arrangement also makes it easier to fill the cartridge, the filter aid and the activated carbon being able to be placed in the cartridge during the same operation.
  • the filter aid is entrained by the water flow and is deposited on the membrane barrier. After the cartridge has been put into service, the activated carbon is not likely to present preferential paths for the flow of water to be filtered which could limit the efficiency of the filtration.
  • the membrane barrier is formed by hollow fibers.
  • the membrane barrier can also be arranged in other forms, for example planar or spiral.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a cartridge according to the invention, before impoundment,
  • FIG. 2 is a schematic view after the cartridge shown in FIG. 1 has been filled with water
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the membrane barrier formed by a hollow fiber and its layer of filter aid.
  • Figure 1 shows a water filtration cartridge comprising a sealed housing 1 provided with an unfiltered water inlet 2 and a filtered water outlet 8.
  • a membrane barrier 7 disposed in the housing 1 is provided to stop suspended matter and bacteria.
  • the cutoff threshold of the membrane barrier 7 can be between 0.1 nm and 10 ⁇ m and is for example of the order of 50 nm.
  • a granular filter aid 4 capable of being deposited on the membrane barrier 7 is placed in the housing 1.
  • the cut-off threshold of the membrane barrier 7 is less than the minimum grain size of the filter aid 4.
  • the filtration aid 4 thus forms a filtration layer limiting the clogging of the membrane barrier 7.
  • the filter aid 4 is preferably a reactive powder having the capacity to trap pollutants by various physicochemical phenomena, such as for example ion exchange or adsorption.
  • This reactive powder is for example an ion exchange resin, such as that sold by the company Rohm and Haas under the name of Amberlite IRP64 making it possible to treat heavy metals, or else silicates such as those sold by the company Engelhard under the name of ATS, also used to treat heavy metals.
  • an ion exchange resin such as that sold by the company Rohm and Haas under the name of Amberlite IRP64 making it possible to treat heavy metals, or else silicates such as those sold by the company Engelhard under the name of ATS, also used to treat heavy metals.
  • Each sieve 3, 6 crosses the interior section of the housing 1.
  • the two sieves 3, 6 shown in FIG. 1 are arranged in two parallel planes, so as to have a constant filtration thickness over the entire section of the interior of the housing 1.
  • the size of the activated carbon granules 5 is greater than the mesh size of the screens 3, 6 and the activated carbon granules 5 are held in place by the screens 3, 6 so as to avoid any movement liable to create a preferential path of passage of water limiting the efficiency of filtration.
  • the granules of activated carbon 5 placed compactly between the sieves 3, 6 provide interstices forming a porous network allowing the filtration of the water.
  • the size of the granules of activated carbon 5 being much greater than the cutoff threshold of the membrane barrier 7, the interstices provide passages whose cross section is also greater than the cutoff threshold of the membrane barrier 7.
  • the size of the granules of activated carbon 5 is for example between 150 ⁇ m and 600 ⁇ m.
  • the filter aid 4 consists of a powder whose grain size is smaller than that of the interstices present between the granules of active carbon 5.
  • the grain size of the filter aid 4 is for example between 0, 2 ⁇ m and 50 ⁇ m and is chosen so as to be greater than the cutoff threshold of the membrane barrier 7.
  • the filter aid 4 can be placed between the two sieves 3, 6 with the activated carbon 5 before the cartridge is put into water, the second sieve 6 having meshes of size larger than the grain size of the filter aid 4.
  • the grains of filter aid 4 occupy the interstices present between the granules of activated carbon 5.
  • FIG. 2 shows the cartridge after filling with water.
  • the filter aid 4 driven by the water flow has come to be deposited on the membrane barrier 7.
  • the housing 1 of the cartridge after the water inlet 2, there is a first chamber containing water to filter 10, a primary filter formed by the granules of activated carbon 5 held between the two retention sieves 3, 6, a second chamber containing partially filtered water 1 1, a filtration layer formed by the filter aid 4 , the membrane barrier 7, and a third chamber containing filtered water 12, before the water outlet 8.
  • the present invention operates and is used in the following manner.
  • the filter aid 4 is placed with the activated carbon 5 between the two screens 3, 6.
  • the filter aid is entrained by the flow of water to through the sieve 6 and is deposited on the membrane barrier 7.
  • the water admitted by the inlet 2 is then successively filtered by the activated carbon 5, by the filter aid 4, and by the membrane barrier 7 before leaving via exit 8.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which the membrane barrier 7 is formed of hollow fibers.
  • the inner channel of a hollow fiber 9 collects the filtered water 12, while the filter aid 4 deposited on the outer surface of the hollow fiber 9 is in contact with the partially filtered water 11.
  • the filter aid 4 may be a powder which does not have any particular physicochemical properties, but which simply makes it possible to delay the clogging of the membrane barrier 7 by stopping the suspended matter and the bacteria.
  • the filter aid 4 may be a powder having physicochemical properties making it possible to treat other types of dissolved species, such as, for example, cyanides or arsenic.

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Abstract

L'invention concerne une cartouche de filtration de l'eau, comprenant un boîtier (1) étanche comportant successivement une entrée d'eau (2), une barrière membranaire (7) et une sortie d'eau (8). Conformément à l'invention, un adjuvant de filtration (4) granulaire, susceptible de se déposer sur ladite barrière membranaire (7), est disposé dans le boîtier (1) entre l'entrée d'eau (2) et ladite barrière membranaire (7), ladite barrière membranaire ayant un seuil de coupure inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration (4).

Description

CARTOUCHE FILTRANTE POUR APPAREIL DOMESTIQUE DE TRAITEMENT DE L'EAU
La présente invention concerne le domaine technique général des appareils domestiques de traitement de l'eau. La présente invention concerne plus particulièrement les cartouches filtrantes à membrane de filtration.
Les membranes de filtration présentent un seuil de coupure permettant d'arrêter les particules dont la taille est supérieure audit seuil. En fonction de la valeur de leur seuil de coupure, les membranes de filtration peuvent être des membranes de microfiltration, d'ultrafiltration, de nanofiltration ou d'osmose inverse. Les membranes de filtration peuvent être agencées sous différentes formes, telles que des formes planes, spiralées, ou encore des fibres creuses.
Il est connu de réaliser des cartouches filtrantes dans lesquelles l'eau à filtrer traverse successivement un milieu granulaire, tel que le charbon actif, puis une membrane d'ultrafiltration, constituée de fibres creuses. Le charbon actif permet de traiter les pesticides, les matières organiques et le chlore, voire certains minéraux. Les fibres creuses forment un tube dont les parois poreuses permettent d'arrêter toute matière en suspension, dont les bactéries. Les membranes d'ultrafiltration à fibres creuses permettent de développer une grande surface de filtration dans un volume réduit de cartouche. De ce fait le débit et la capacité de filtration sont importants. Toutefois, de telles membranes de filtration présentent l'inconvénient de ne pas traiter le plomb, et de présenter une certaine sensibilité au colmatage.
II est connu par ailleurs de réaliser des cartouches de charbon actif aggloméré avec des silicates sous la forme d'un bloc solide cylindrique percé d'un canal central. L'eau à filtrer arrive par la périphérie du cylindre et l'eau filtrée est collectée dans le canal central. Le charbon actif permet de traiter les pesticides, les matières organiques et le chlore, et les silicates permettent de traiter les métaux lourds dont le plomb. Cependant, la taille des pores est trop importante pour arrêter les bactéries. De plus, le débit obtenu reste faible, sauf à augmenter la taille des pores ou à diminuer l'épaisseur du bloc, ce qui diminue les performances de filtration. En outre le colmatage est rapide, du fait de la faible surface de filtration.
L'objet de la présente invention est de réduire la sensibilité au colmatage d'une cartouche de filtration arrêtant les matières en suspension et les bactéries.
Un autre objet de la présente invention est de réaliser une cartouche de filtration arrêtant les matières en suspension et les bactéries, qui permette également de traiter une ou plusieurs espèces dissoutes non traitées par le charbon actif, telles que les métaux lourds comme le plomb, voire des cyanures ou encore l'arsenic.
Un autre objet de la présente invention est de réaliser une cartouche de filtration arrêtant les matières en suspension et les bactéries, qui permette également de traiter les pesticides, les matières organiques et le chlore.
Ces objets sont atteints avec une cartouche de filtration de l'eau comprenant un boîtier étanche comportant successivement une entrée d'eau, une barrière membranaire et une sortie d'eau, caractérisée en ce qu'un adjuvant de filtration granulaire susceptible de se déposer sur la barrière membranaire est disposé dans le boîtier entre l'entrée d'eau et la barrière membranaire, la barrière membranaire ayant un seuil de coupure inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration. Ainsi l'adjuvant de filtration granulaire se déposant sur la barrière membranaire forme une couche de filtration limitant le colmatage de la barrière membranaire.
Pour traiter d'autres types de polluants formés par des espèces dissoutes, en particulier les métaux lourds, ou encore les cyanures ou l'arsenic, l'adjuvant de filtration peut être une poudre réactive par un procédé physicochimique, tel que notamment l'échange d'ions ou l'adsorption. Ainsi les polluants sont piégés par la poudre réactive.
Par exemple, cette poudre réactive est constituée d'une résine échangeuse d'ions, ou encore de silicates. Pour traiter en outre les pesticides, les matières organiques et le chlore, deux tamis, disposés entre l'entrée d'eau et la barrière membranaire, retiennent des granulés de charbon actif, chaque tamis traversant la section intérieure du boîtier et présentant des mailles dont la taille est inférieure à la taille des granulés de charbon actif, la taille des granulés de charbon actif étant supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire. Le charbon actif utilisé sous forme granulaire, donc non agglomérée, permet d'éviter de limiter le débit de filtration de manière importante.
Avantageusement les granulés de charbon actif sont disposés de manière compacte entre les deux tamis. Cette disposition évite l'apparition de chemins préférentiels dans le volume de charbon actif, susceptibles de nuire à l'efficacité de la filtration. Cette disposition permet également de limiter l'usure des granulés de charbon actif provoquée par les mouvements relatifs entre les granulés.
Avantageusement encore, l'adjuvant de filtration est constitué d'une poudre dont la taille des grains est inférieure à la taille des interstices présents entre les granulés du charbon actif.
Avantageusement alors le tamis le plus proche de la barrière membranaire présente des mailles dont la taille est supérieure à la taille des grains de l'adjuvant de filtration.
Ainsi avant la mise en eau de la cartouche, l'adjuvant de filtration peut être disposé avec le charbon actif entre les deux tamis. La taille des grains de l'adjuvant de filtration étant inférieure à celle des interstices laissés libres entre les granulés de charbon actif, les grains d'adjuvant de filtration peuvent donc occuper ces interstices sans nécessiter de volume supplémentaire. Cette disposition permet donc d'optimiser le volume de la cartouche. Cette disposition permet aussi de faciliter le remplissage de la cartouche, l'adjuvant de filtration et le charbon actif pouvant être disposés dans la cartouche lors de la même opération. Lors de la mise en eau de la cartouche l'adjuvant de filtration est entraîné par le flux d'eau et vient se déposer sur la barrière membranaire. Après la mise en service de la cartouche, le charbon actif ne risque pas de présenter des chemins préférentiels pour le flux d'eau à filtrer qui pourraient limiter l'efficacité de la filtration.
Selon un mode de réalisation, la barrière membranaire est formée par des fibres creuses.
La barrière membranaire peut également être agencée sous d'autres formes, par exemple planes ou spiralées.
L'invention sera mieux comprise à l'étude d'exemples de réalisation pris à titre nullement limitatifs et illustrés dans les figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une cartouche selon l'invention, avant la mise en eau,
- la figure 2 est une vue schématique après la mise en eau de la cartouche montrée à la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe de la barrière membranaire formée par une fibre creuse et sa couche d'adjuvant de filtration.
La figure 1 montre une cartouche de filtration de l'eau comprenant un boîtier 1 étanche muni d'une entrée d'eau non filtrée 2 et d'une sortie d'eau filtrée 8. Une barrière membranaire 7 disposée dans le boîtier 1 est prévue pour arrêter les matières en suspension et les bactéries. A cet effet le seuil de coupure de la barrière membranaire 7 peut être compris entre 0,1 nm et 10 μm et est par exemple de l'ordre de 50 nm.
Selon l'invention, un adjuvant de filtration 4 granulaire susceptible de se déposer sur la barrière membranaire 7 est disposé dans le boîtier 1. Le seuil de coupure de la barrière membranaire 7 est inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration 4. Ainsi l'adjuvant de filtration 4 est susceptible de se déposer sur la barrière membranaire 7 sans pouvoir la traverser. L'adjuvant de filtration 4 forme ainsi une couche de filtration limitant le colmatage de la barrière membranaire 7. L'adjuvant de filtration 4 est de préférence une poudre réactive ayant la capacité de piéger des polluants par divers phénomènes physicochimiques, tels que par exemple l'échange d'ions ou encore l'adsorption. Cette poudre réactive est par exemple une résine échangeuse d'ions, telle que celle commercialisée par la société Rohm and Haas sous le nom de Amberlite IRP64 permettant de traiter les métaux lourds, ou encore des silicates telles que celles commercialisées par la société Engelhard sous le nom de ATS, permettant également de traiter les métaux lourds.
Tel que montré à la figure 1 , deux tamis 3, 6 disposés entre l'entrée d'eau 2 et la barrière membranaire 7 retiennent des granulés de charbon actif 5. Chaque tamis 3, 6 traverse la section intérieure du boîtier 1. Les deux tamis 3, 6 montrés à la figure 1 sont disposés selon deux plans parallèles, de manière à présenter une épaisseur de filtration constante sur toute la section de l'intérieur du boîtier 1.
La taille des granulés de charbon actif 5 est supérieure à la taille des mailles des tamis 3, 6 et les granulés de charbon actif 5 sont maintenus en place par les tamis 3, 6 de manière à éviter tout mouvement susceptible de créer un chemin préférentiel de passage de l'eau limitant l'efficacité de la filtration. Les granulés de charbon actif 5 disposés de manière compacte entre les tamis 3, 6 ménagent des interstices formant un réseau poreux permettant la filtration de l'eau. La taille des granulés du charbon actif 5 étant très supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire 7, les interstices ménagent des passages dont la section est également supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire 7. La taille des granulés de charbon actif 5 est par exemple comprise entre 150 μm et 600 μm.
L'adjuvant de filtration 4 est constitué d'une poudre dont la taille des grains est inférieure à celle des interstices présents entre les granulés de charbon actif 5. La taille des grains de l'adjuvant de filtration 4 est par exemple comprise entre 0,2 μm et 50 μm et est choisie de manière à être supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire 7 . Ainsi tel que montré à la figure 1 l'adjuvant de filtration 4 peut être disposé entre les deux tamis 3, 6 avec le charbon actif 5 avant la mise en eau de la cartouche, le second tamis 6 présentant des mailles de taille supérieure à la taille des grains de l'adjuvant de filtration 4. Les grains d'adjuvant de filtration 4 occupent les interstices présents entre les granulés de charbon actif 5.
La figure 2 montre la cartouche après la mise en eau. L'adjuvant de filtration 4 entraîné par le flux d'eau est venu se déposé sur la barrière membranaire 7. Ainsi dans le boîtier 1 de la cartouche on trouve après l'entrée d'eau 2 une première chambre contenant de l'eau à filtrer 10, un filtre primaire formé par les granulés de charbon actif 5 maintenus entre les deux tamis de rétention 3, 6, une deuxième chambre contenant de l'eau partiellement filtrée 1 1 , une couche de filtration formée par l'adjuvant de filtration 4, la barrière membranaire 7, et une troisième chambre contenant de l'eau filtrée 12, avant la sortie d'eau 8.
La présente invention fonctionne et s'utilise de la manière suivante.
Lors du montage de la cartouche, l'adjuvant de filtration 4 est disposé avec le charbon actif 5 entre les deux tamis 3, 6. Lors de la première mise en eau, l'adjuvant de filtration est entraîné par le flux d'eau à travers le tamis 6 et vient se déposer sur la barrière membranaire 7. L'eau admise par l'entrée 2 est alors filtrée successivement par le charbon actif 5, par l'adjuvant de filtration 4, et par la barrière membranaire 7 avant de ressortir par la sortie 8.
Ces trois étages de filtration permettent de traiter les différents polluants susceptibles d'être rencontrés dans l'eau, en assurant un bon débit de filtration et en évitant le colmatage prématuré de la cartouche.
La figure 3 montre un mode de réalisation dans lequel la barrière membranaire 7 est formée de fibres creuses. Le canal intérieur d'une fibre creuse 9 collecte l'eau filtrée 12, tandis que l'adjuvant de filtration 4 déposé sur la surface extérieure de la fibre creuse 9 est en contact avec l'eau partiellement filtrée 11.
Cette disposition permet de profiter pleinement de la grande surface de filtration offerte par les fibres creuses, tout en limitant le colmatage. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à cette cartouche dans le cadre des revendications.
La présence des granulés de charbon actif 5 et des tamis 3, 6 n'est pas nécessaire si l'on ne souhaite pas traiter les pesticides, les matières organiques ou encore le chlore.
L'adjuvant de filtration 4 peut être une poudre ne présentant pas de propriétés physicochimiques particulières, mais permettant simplement de retarder le colmatage de la barrière membranaire 7 en arrêtant les matières en suspensions et les bactéries.
L'adjuvant de filtration 4 peut être une poudre présentant des propriétés physicochimiques permettant de traiter d'autres types d'espèces dissoutes, comme par exemple les cyanures ou l'arsenic.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cartouche de filtration de l'eau, comprenant un boîtier (1) étanche comportant successivement une entrée d'eau (2), une barrière membranaire
(7) et une sortie d'eau (8), caractérisée en ce qu'un adjuvant de filtration (4) granulaire, susceptible de se déposer sur ladite barrière membranaire (7), est disposé dans le boîtier (1) entre l'entrée d'eau (2) et ladite barrière membranaire (7), ladite barrière membranaire ayant un seuil de coupure inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration (4).
2. Cartouche selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'adjuvant de filtration (4) est une poudre réactive par un procédé physicochimique.
3. Cartouche selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poudre réactive est constituée d'une résine échangeuse d'ions.
4. Cartouche selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poudre réactive est constituée de silicates.
5. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que deux tamis (3,6) disposés entre l'entrée d'eau (2) et la barrière membranaire (7), retiennent des granulés de charbon actif (5), chaque tamis (3,6) traversant la section intérieure du boîtier (1 ) et présentant des mailles dont la taille est inférieure à la taille des granulés de charbon actif (5), la taille des granulés de charbon actif (5) étant supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire (7).
6. Cartouche selon la revendication 5, caractérisée en ce que les granulés de charbon actif (5) sont disposés de manière compacte entre les tamis (3, 6).
7. Cartouche selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'adjuvant de filtration (4) est constitué d'une poudre dont la taille des grains est inférieure à la taille des interstices présents entre les granulés de charbon actif (5).
8. Cartouche selon la revendication 7, caractérisée en ce que le tamis (6) le plus proche de la barrière membranaire (7) présente des mailles dont la taille est supérieure à la taille des grains de l'adjuvant de filtration (4).
9. Cartouche selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'adjuvant de filtration (4) est disposé avec le charbon actif (5) entre les deux tamis (3,6).
10. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la barrière membranaire (7) est formée par des fibres creuses (9).
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