WO2010012692A1 - Procede de traitement d'eau ultra rapide et installation correspondante - Google Patents

Procede de traitement d'eau ultra rapide et installation correspondante Download PDF

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WO2010012692A1
WO2010012692A1 PCT/EP2009/059678 EP2009059678W WO2010012692A1 WO 2010012692 A1 WO2010012692 A1 WO 2010012692A1 EP 2009059678 W EP2009059678 W EP 2009059678W WO 2010012692 A1 WO2010012692 A1 WO 2010012692A1
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water
adsorbent
adsorbent charge
filtration
treatment
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/059678
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Inventor
Philippe Breant
Jean-Paul Jeanmaire
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Otv Sa
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C02F1/004—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using large scale industrial sized filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange

Definitions

  • the field of the invention is that of the treatment of water, in particular seawater or brackish water, freshwater underground or surface water, wastewater urban or industrial to cut down the organic matter content and / or pesticides and / or hydrocarbons.
  • adsorbent fillers include powdered activated carbon (PAC), ion exchange resins, clay, metal oxides or hydroxides, silica, zeolites, or a mixture of several of these adsorbent fillers.
  • FIG. 1 which illustrates a treatment plant according to the prior art, after having been injected with CAP, the water is conveyed into a stirred tank 11 so as to maximize contact with the CAP and water.
  • the mixture of water and CAP is then conveyed to a preferably lamellar clarifier 12 so as to separate the water from the CAP.
  • the water from the decanter 12 can then, depending on the case, be directed to a filtration unit 13 of the pressurized membrane type in order to undergo a final treatment and to allow the production of a treated water 14.
  • the CAP decanted at the bottom of the decanter 12 is recycled upstream of the stirred tank 11 and is reinjected into the raw water.
  • This type of technique also requires the use of specific CAP and calibrated to prevent clogging downstream membranes.
  • the use of this type of CAP relatively expensive, also contributes to increase the cost of operating this type of technique.
  • Another disadvantage of this technique of the prior art is that it is particularly sensitive to variations in the quality of the raw water, especially in terms of temperature, pH, salt loads and suspended solids, algae ... As a result, there are variations in the quality of treated water produced in parallel with changes in the quality of the raw water to be treated. In an attempt to overcome these disadvantages, it has been envisaged to replace the settler with a sand filter so as to separate and recycle the adsorbent.
  • the invention particularly aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • Another object of the invention is to implement such a technique that allows to treat the water quickly.
  • the invention also aims to provide such a technique that leads to avoid, or at least to limit the use of the use of flocculating agent and / or coagulant.
  • Yet another object of the invention is to implement such a technique which leads to limiting the size and weight of a water treatment plant.
  • An object of the invention is also to propose such a technique which makes it possible to prevent clogging of the filtration membranes.
  • the invention also aims to provide such a technique that is simple, reliable, effective and that reduces operating costs.
  • such a method comprises: a first step of filtration of the mixture obtained in said mixing step at a mirror speed of between 50 and 200 m / h in at least one filtration unit comprising a plurality of flexible fibers; a step of recirculation of the said at least one adsorbent charge into upstream of said agitated zone; the adsorbent charge concentration of the mixture of said water and said at least one adsorbent filler being between 0.05 and 10 grams per liter of water.
  • Flexible fibers are synthetic fibers which have a section whose value is negligible compared to their length which gives them a low rigidity so that they can bend.
  • the flexible fibers may for example be in the form of textile fibers in the form of nylon yarns which have been specially treated to present frizz.
  • the presence of these frizzes creates the creation of porosities between the fibers.
  • these fibers generally have a substantially star-shaped section with three branches. Their surface consequently has asperities. The presence of these porosities and roughness on their surface gives these fibers a high retention capacity.
  • This type of fiber is marketed by Nanoentech.
  • the invention is based on an entirely new and inventive approach of combining adsorption and filtration treatment on flexible fiber filters of all types.
  • it can be upflow, horizontal flow or partially upstream and horizontal flow filtration.
  • Filtration can be carried out using a flexible fiber filter type 3FM (Flexible Fiber Filter Module), or on layers of fibers of different diameters and characteristics.
  • 3FM Flexible Fiber Filter Module
  • the speed in question is the mirror speed of the water to be treated.
  • the speed at the mirror is equal to the flow rate of the water to be treated expressed in m 3 / h divided by the area of the ground projection of the filter expressed in m 2 .
  • Flexible fiber filters offer a very high retention capacity of the adsorbent. Their implementation therefore makes it possible to limit the injection of coagulant and the addition of flocculant in the water to be treated. This prevents or at least greatly limit any risk of clogging by the added reagents of a filter unit that would be placed downstream of the flexible fiber filtration unit.
  • the flexible fiber filtration unit protects the filtration membranes that are placed downstream.
  • any type of filtration membrane can be placed downstream of the flexible fibers without risk of clogging and / or damage. This further reduces operating costs.
  • flexible fiber filters in particular of the 3FM type, also makes it possible, because they have a small overall size and a relatively small mass compared to a conventional clarifier, to reduce both the bulk and the mass of the treatment facilities. Furthermore, the implementation of a method according to the invention makes it possible to treat the water with a view to simply cutting down the pesticides than to treat a water heavily loaded with organic matter.
  • the treatment rate of said filtration step is between 0.5 and 1.2 g / l of adsorbent charge.
  • said at least one adsorbent charge is in the form of non-calibrated elements.
  • said injection step comprises the injection of at least one adsorbent charge belonging to the group comprising: ion exchange resins; fibrous or phyllitic clays; metal oxides and hydroxides; silica; zeolites; micronized wood powders; - peat.
  • adsorbent charge belonging to the group comprising: ion exchange resins; fibrous or phyllitic clays; metal oxides and hydroxides; silica; zeolites; micronized wood powders; - peat.
  • said injection step comprises the injection of activated carbon powder (CAP).
  • CAP activated carbon powder
  • the CAP has the advantage of being easy to obtain and to form an adsorbent charge having a large adsorbent capacity.
  • it can be produced from wood, bark, wood pulp, coconut husks, olive kernels, coal, peat, lignite, petroleum residues, etc.
  • said first filtration step is followed by a second filtration step on at least one membrane under pressure.
  • the invention also relates to a water treatment installation intended for the implementation of a water treatment method according to the invention, said installation comprising: means for injecting at least one adsorbent feed into said water; a stirring tank to allow the mixing of said water and said at least one adsorbent charge.
  • such an installation comprises at least one filtration unit placed downstream of said agitation tank, said at least one filtration unit comprising: a hollow main body; a distribution chamber for said water in a lower part of said main body; an at least partially perforated inner chamber connected in the upper part to means for recovering treated water; a filter medium comprising flexible fibers accommodated between said main body and said porous inner chamber, said fibers extending substantially parallel to the axis of said main body; an evacuation zone of the adsorbent in an upper portion of said main body, said evacuation zone having an outlet opening upstream of said mixing zone.
  • such an installation comprises means for injecting air under pressure into a lower part of said main body.
  • such an installation comprises at least a first and a second filtration unit connected in series.
  • the density characteristics of said fibers of said first and second filtration units are different.
  • said second filtration unit advantageously comprises at least one membrane under pressure.
  • the invention has such a CAP retention capacity that it is possible to use filtration membranes in the second unit without the risk of clogging.
  • said fibers have a bulk density between 50 and 100 kg. M "3 fiber and a diameter of between 10 and 100 ⁇ ra
  • fibers having characteristics of apparent density and diameter included in these ranges allows an effective treatment of water in most situations.
  • FIG. 1 schematically illustrates a water treatment installation according to the prior art
  • Figure 2 illustrates a water treatment plant according to the invention. 7. Description of an embodiment of the invention
  • the general principle of the invention is based on the combination of adsorption and filtration on flexible fiber filters, for example 3FM (Flexible Fiber Filter Module) type such as those described in the international patent application number WO-A1-2005/084776.
  • 3FM Flexible Fiber Filter Module
  • Such an implementation makes it possible to effectively separate the adsorbent charges and the water and thus produce a treated water of good quality in very short times compared to the techniques of the prior art.
  • this installation comprises means 20 for supplying a water to be treated.
  • These supply means 20 open into a mixing zone or agitated zone 21 which may for example comprise a stirred tank or a static mixer.
  • Injection means 22 are placed upstream or in the mixing zone 21. As will be explained in more detail later, these injection means may comprise one or more injectors and allow the injection of at least an adsorbent charge such as uncalibrated CAP.
  • the adsorbent fillers comprise ion exchange resins, clay, metal oxides or hydroxides, silica, zeolites, micronized wood powder, peat or mixing of several of these adsorbent charges.
  • the mixing zone 21 has an outlet which is connected by a pipe 23 to the inlet of a flexible fiber filtration unit 24 of type 3FM.
  • the filtration unit 24 is advantageously of the type marketed by NanoENtech. Only the essential parts of this filtration unit 24 will be detailed here.
  • the filtration unit 24 comprises an essentially cylindrical and hollow main body 241.
  • This main body 241 has in the lower part a water distribution chamber 242 which is connected to the pipe 23 by means of a first valve 25.
  • the main body 241 houses an inner chamber 243 at least partially perforated.
  • This inner chamber 243 which can take the form of a perforated collector closed at the top, communicates with a treated water collection chamber 245 by means of tubes 248 ensuring the passage of water.
  • These tubes 248 pass through the fibers and may or may not protrude inside the treated water collection chamber 245.
  • This collection chamber 245 is connected to means for recovering a treated water 244 which can be isolated from means for conveying the treated water (not shown) by means of a second valve 29.
  • a filtering mass 246 is interposed between the main body 241 and the inner chamber 243.
  • This filtering mass is composed of flexible fibers which extend substantially parallel to the axis of the main body 241.
  • These flexible fibers may advantageously be synthetic plastic fibers (polyamide, polyester, PVDF, polypropylene ...), metallic or organic.
  • These flexible fibers may, for example, have a diameter of between 10 and 100 micrometers, and the filtering mass 246 may, for example, have a porosity of between 85 and 95% and an apparent density of between 50 and 100 kg / m 3 of fibers for synthetic fibers, the choice of characteristics depending on the operating conditions
  • fibers with a diameter of 20 ⁇ m (8.75 D (denier)) will be used at an apparent density of 75 kg / m 3 of material.
  • a mixture of 8.75 D and 16 D fibers will be used at a density of 80 kg / m 3 of material.
  • Fibers with other characteristics can of course be implemented.
  • two filtration units 24 may be mounted in series.
  • the characteristics of the fibers of each of these filtration units will preferably be different.
  • the characteristics of the fibers of the first stage may be chosen so as to allow the elimination of most of the adsorbent while those of the fibers of the second stage may be chosen so as to achieve an extreme breaking capacity.
  • the serialization of several filtration units 24 can increase the processing capacity of an installation according to the invention.
  • the filtration unit 24 further comprises pressurized air injection means 27 in a lower part of the main body 241.
  • These air injection means 27 may take the form of a perforated plate (not shown ), and are connected to pressurized air producing means (not shown) which may be in the form of a compressor and a storage tank.
  • the pressurized air diffusion means 27 may be isolated from the means for producing pressurized air by means of a third isolation valve 28.
  • the main body 241 has in the upper part a discharge zone 247. This discharge zone 247 can be isolated via a fourth valve 26.
  • the outlet of the evacuation zone 247 is connected to the supply pipe 20, upstream of the mixing zone 21, by means of a pipe 30.
  • this embodiment may be provided to connect the outlet 244 of the filtration unit 24 to a second fiber filtration unit 31 and / or pressurized membranes.
  • the membranes of this second filtration unit may for example be ultrafiltration, nanofiltration, microfiltration or reverse osmosis membranes.
  • a 3FM fiber filter stage may be connected in series with a diaphragm filtration stage under pressure.
  • a water treatment method according to the invention may for example consist of passing a water to be treated (seawater, brackish water, fresh water, urban or industrial waste water) in a water treatment plant such as that which has just been described.
  • the raw water is preferably water that is not heavily loaded with suspended solids or, if appropriate, with water that has been decanted.
  • valves 25 and 29 are open while the valves 28 and 26 are closed.
  • Such a process may consist in injecting into the water to be treated at least one adsorbent such as non-calibrated CAP which can be injected upstream or directly into the mixing zone 21 by the injection means 22.
  • at least one adsorbent such as non-calibrated CAP which can be injected upstream or directly into the mixing zone 21 by the injection means 22.
  • the water is then conveyed into the mixing zone 21 via means for supplying water 20.
  • the water to be treated is then mixed homogeneously with the CAP.
  • the mixing zone 21 is a stirred zone, for example a tank, which is dimensioned so as to allow optimal removal of the one or more pollution whose abatement is desired.
  • the water leaving the mixing zone 21 is conveyed, for example by means of a pump, not shown, in the direction of the distribution chamber 242 of the filtration unit 24.
  • the water passes through the filtering mass 246 longitudinally and transversely in the direction of the fibers, at a speed of between 50 and 200 m / h from the floor surface of the filter, then flows inside the interior chamber 243. It is then collected in the chamber 245 to be extracted from the filtration unit 24 at the level of the treated water recovery means 244.
  • the treated water may, depending on the case, be conveyed to a second fiber filtration unit 31 and / or pressurized membranes for final treatment.
  • the filter mass 246 becomes saturated with CAP initially suspended in water. As soon as the pressure loss due to this accumulation of CAP on the filtering mass 246 is greater than a predetermined threshold (preferably of the order of 0.5 bar), a washing step is implemented.
  • a predetermined threshold preferably of the order of 0.5 bar
  • the washing consists in alternating phases of: - injection of pressurized air inside the main body 241 during which the inlet valve 25 and the valve 29 for discharging treated water are closed, and the air inlet valve 28 and the filtration residue evacuation valve 26 are open and the pressurized air production means are activated so as to drive off the mixture of filtration residues and water from which is siphon the filtering mass 246, and injection of raw or treated water during which the valves 28 of air inlet, discharge of filtration residues 26, and discharge of treated water 29 are closed, and the water inlet valve 25 is opened in order to rehydrate the filtering mass 246.
  • the air injection phases are done at a high flow rate over very long periods of time. short of the order of 3 to 7 seconds.
  • the air and water injection phases are co-current.
  • the CAP trapped in the filtering mass 246 is discharged from the filtration unit 24 at the discharge zone 247 via the valve 26.
  • Several washing sequences with water and with the Air may be required for the filtration unit 24 to recover its initial retention capabilities.
  • the CAP with the wash water is continuously withdrawn through the discharge zone 247 so as to be recycled upstream or in the mixing zone 21.
  • Tests Tests were conducted to validate the effectiveness of a treatment according to the invention.
  • this technique offers great CAP retention capabilities compared to the techniques of the prior art.
  • This high retention capacity comes from the implementation of flexible fibers.
  • the implementation of a technique according to the invention can greatly reduce the water treatment time. It makes it possible to treat the water in the 3FM filter at speeds of between 50 and 200 m / h, whereas the techniques of the prior art make it possible to treat water at speeds of the order of
  • the technique according to the invention makes it possible to limit the use of coagulants and not to use flocculants, which leads to limiting the risk of clogging. membranes placed downstream. Thus, the frequency of maintenance operations at these membranes is reduced. The implementation of the invention consequently makes it possible to limit operating costs.
  • the implementation of the invention also leads to the use of uncalibrated CAP, and therefore inexpensive, insofar as the retention capacity of the type 3 FM filtration unit lead to cut down to more than 90% CAP.
  • the fact not to use flocculant and to limit the use of coagulant thus limits the risk of clogging of the membranes placed downstream. This plays an important role in reducing operating costs.
  • the technique according to the invention also has the advantage of not being sensitive to variations in the quality (pH, temperature, etc.) of the raw water, unlike the techniques of the prior art using a decanter.

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Abstract

Procédé de traitement d' eau ultra rapide et installation correspondante L'invention concerne unprocédé de traitement, ultra rapide d'eau au sein d'une installation de traitement, ledit procédé comprenant : -une étape d'injection d'au moins une charge adsorbante dans ladite eau; -une étape de mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante au sein d'une zone agitée (21); Selon l'invention, un tel procédé comprend: -une première étape de filtration du mélange obtenu à ladite étape de mélange à une vitesse comprise entre 50 et 200 m/h au sein d'au moins une unité de filtration (24) comprenant une pluralité de fibres flexibles; -une étape de recirculation de ladite au moins une charge adsorbante en amont de ladite zone agitée (21); la concentration en charge adsorbante du mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante étant comprise entre 0,05 et 10 grammes de charges adsorbante par litre d'eau.

Description

Procédé de traitement d'eau ultra rapide et installation correspondante
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui du traitement de l'eau, notamment de l'eau de mer ou saumâtre, de l'eau douce souterraine ou de surface, de l'eau résiduaire urbaine ou industrielle en vue d'en abattre la teneur en matières organiques et/ou en pesticides et/ou en hydrocarbures.
2. Art antérieur
En vue d'abattre la pollution organique, les pesticides et les hydrocarbures d'une eau, qu'il s'agisse d'une eau de mer ou saumâtre, d'une eau douce souterraine ou de surface, d'une eau résiduaire urbaine ou industrielle, il a été proposé de mettre en contact l'eau à traiter avec des charges adsorbantes. Au rang de ces charges adsorbantes figurent notamment le charbon actif en poudre (CAP), les résines échangeuses d'ions, l'argile, les oxydes ou hydroxydes métalliques, la silice, les zéolithes, ou un mélange de plusieurs de ces charges adsorbantes. Tel que cela est représenté sur la figure 1, qui illustre une installation de traitement selon l'art antérieur, après avoir subi une injection 10 de CAP, l'eau est acheminée dans une cuve agitée 11 de façon à maximiser la mise en contact du CAP et de l'eau.
Le mélange d'eau et de CAP est ensuite acheminé vers un décanteur de préférence lamellaire 12 de façon à séparer l'eau du CAP. L'eau provenant du décanteur 12 peut ensuite, selon les cas, être dirigée vers une unité de fîltration 13 du type à membranes sous pression afin de subir un ultime traitement et de permettre la production d'une eau traitée 14.
Le CAP décanté au fond du décanteur 12 est recyclé en amont de la cuve agitée 11 et est réinjecté dans l'eau brute.
La mise en œuvre de ce type d'installation permet d'abattre de façon convenable la pollution contenue initialement dans l'eau brute. Toutefois, elle présente un certain nombre d'inconvénients.
3. Inconvénients de l'art antérieur Notamment, les décanteurs même lamellaires nécessaires à la séparation du CAP et de l'eau présentent une taille importante ce qui tend à augmenter le volume et la surface au sol nécessaires à l'implantation d'une telle installation de traitement d'eau. En outre, la séparation du CAP et de l'eau par décantation induit des temps de traitement relativement longs, ce qui affecte les coûts d'exploitation de telles installations.
Pour améliorer l'efficacité et la rapidité de la décantation du CAP, il s'avère nécessaire d'injecter dans l'eau des agents floculant et coagulant généralement en fortes doses, ce qui n'est pas sans incidence sur le coût d'exploitation de ce type de technique.
De telles injections ne permettent pas d'obtenir des vitesses au miroir sur un décanteur lamellaire classique au-delà de 10 à 15 m/h. L'injection de coagulant et de floculant entraîne également un risque important de colmatage des membranes de fïltration placées en aval qui y sont particulièrement sensibles.
Ce type de technique requiert également l'utilisation de CAP spécifique et calibré pour éviter le colmatage des membranes placées en aval. Le recours à ce type de CAP, relativement onéreux, participe également à augmenter le coût d'exploitation de ce type de technique. Un autre inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'elle est particulièrement sensible aux variations de la qualité de l'eau brute, notamment en termes de température, de pH, de charges en sels et en matières en suspension, en algues... On observe en conséquence des variations de la qualité de l'eau traitée produite parallèlement aux variations de la qualité de l'eau brute à traiter. Afin de tenter de remédier à ces inconvénients, il a été envisagé de substituer le décanteur par un filtre à sable de façon à séparer et à recycler l'adsorbant. Ce type de filtre présente toutefois l'inconvénient de fonctionner à des vitesses faibles comprises entre 5 et 15 m/h et de présenter une porosité faible (de l'ordre de 30 à 40%) ce qui implique que leur capacité de rétention de l'adsorbant est limitée. 4. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une telle technique de traitement d'eau par adsorption, qui permette de séparer efficacement l'adsorbant de l'eau traitée.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre une telle technique qui permette de traiter l'eau rapidement.
L'invention a encore pour objectif de fournir une telle technique qui conduise à éviter, ou à tout le moins à limiter le recours à l'utilisation d'agent floculant et/ou coagulant.
Encore un objectif de l'invention est de mettre en œuvre une telle technique qui conduise à limiter l'encombrement et le poids d'une installation de traitement d'eau. Un objectif de l'invention est également de proposer une telle technique qui permette de prévenir le colmatage des membranes de fîltration.
L'invention a encore pour objectif de fournir une telle technique qui soit simple, fiable, efficace et qui permette de réduire les coûts d'exploitation.
5. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de traitement ultra rapide d'eau au sein d'une installation de traitement, ledit procédé comprenant : une étape d'injection d'au moins une charge adsorbante dans ladite eau ; une étape de mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante au sein d'une zone agitée.
Selon l'invention, un tel procédé comprend : une première étape de fîltration du mélange obtenu à ladite étape de mélange à une vitesse au miroir comprise entre 50 et 200 m/h au sein d'au moins une unité de fîltration comprenant une pluralité de fibres flexibles; - une étape de recirculation de ladite au moins une charge adsorbante en amont de ladite zone agitée ; la concentration en charge adsorbante du mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante étant comprise entre 0,05 et 10 grammes par litre d'eau. Les fibres flexibles sont des fibres synthétiques qui présentent une section dont la valeur est négligeable comparativement à leur longueur ce qui leur confère une faible rigidité en sorte qu'elles peuvent se courber.
Les fibres flexibles peuvent par exemple se présenter sous la forme de fibres textiles ayant la forme de fils de nylon qui ont subi un traitement particulier de manière à présenter des frisottis. La présence de ces frisottis engendre la création de porosités entre les fibres. En outre, ces fibres présentent généralement une section essentiellement en forme d'étoile à trois branches. Leur surface présente en conséquence des aspérités. La présence de ces porosités et d'aspérités à leur surface confère à ces fibres une forte capacité de rétention. Ce type de fibres est commercialisé par la société Nanoentech.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive consistant à combiner un traitement par adsorption et par fîltration sur filtre à fibres flexibles de tous types. Il peut par exemple s'agir d'une fîltration à flux ascendant, à flux horizontal ou à flux partiellement ascendant et horizontal. La fîltration peu s'effectuer à l'aide d'un filtre à fibres flexibles de type 3FM (Flexible Fiber Filter Module), ou sur couches de fibres de diamètres et de caractéristiques différents.
Une telle approche permet d'assurer un traitement efficace de l'eau en terme d'abattement de polluants par adsorption. Elle permet en outre la mise en œuvre d'un traitement rapide de l'eau, c'est-à-dire à des vitesses comprises entre 50 et 200 m/h.
La vitesse dont il est question est la vitesse au miroir de l'eau à traiter. La vitesse au miroir est égale au débit de l'eau à traiter exprimée en m3/h divisé par la surface de la projection au sol du filtre exprimée en m2. Les filtres à fibres flexibles offrent une très grande capacité de rétention de l'adsorbant. Leur mise en œuvre permet donc de limiter l'injection de coagulant et l'ajout de floculant dans l'eau à traiter. Ceci permet de prévenir ou à tout le moins de limiter fortement tout risque de colmatage par les réactifs ajoutés d'une unité de filtration qui serait placée en aval de l'unité de filtration à fibres flexibles.
En effet, de par ses fortes capacités de rétention de l'adsorbant, l'unité de filtration à fibres flexibles protège les membranes de filtration qui sont placées en aval. Ainsi, tout type de membrane de filtration peut être placé en aval des fibres flexibles sans risquer leur colmatage et/ou leur endommagement. Ceci permet encore de réduire les coûts d'exploitation.
La mise en œuvre de filtres à fibres flexibles, notamment de type 3FM, permet en outre, du fait qu'ils présentent un faible encombrement et une masse relativement réduite par comparaison à un décanteur classique, de réduire tant l'encombrement que la masse des installations de traitement. Par ailleurs, la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention permet tant de traiter l'eau en vue d'en abattre simplement les pesticides que de traiter une eau fortement chargée en matières organiques.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention le taux de traitement de ladite étape de filtration est compris entre 0,5 et 1,2 g/1 de charge adsorbante. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, ladite au moins une charge adsorbante se présente sous la forme d'éléments non calibrés.
En effet, du fait des capacités de rétention en adsorbant du filtre 3FM, la majorité des particules de taille supérieure à 5 μm sont retenues. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser un adsorbant spécifique calibré et cher pour prévenir le colmatage des membranes placées en aval. Ceci tend à réduire les coûts d'exploitation.
Avantageusement, ladite étape d'injection comprend l'injection d'au moins une charge adsorbante appartenant au groupe comprenant : les résines échangeuses d'ions ; - les argiles fibreuses ou phylliteuses ; les oxydes et hydroxydes métalliques ; la silice ; les zéolithes ; les poudres de bois micronisées ; - la tourbe.
Préférentiellement, ladite étape d'injection comprend l'injection de charbon actif en poudre (CAP).
Le CAP présente l'avantage d'être facile à se procurer et de constituer une charge adsorbante présentant un pouvoir adsorbant important. Il peut par exemple être produit à partir de bois, d'écorces, de pâte de bois, de coques de noix de coco, de noyaux d'olives, de houille, de tourbe, de lignite, de résidus pétroliers...
Le recours à ces adsorbants, dont le choix se fait en fonction des besoins, permet de traiter efficacement une large palette de polluants.
Selon une caractéristique avantageuse, ladite première étape de fïltration est suivie d'une seconde étape de filtration sur au moins une membrane sous pression.
Ceci permet de produire une eau de qualité dans toutes les circonstances et quelle que soit la qualité de l'eau à traiter.
L'invention porte également sur une installation de traitement d'eau destinée à la mise en œuvre d'un procédé de traitement d'eau selon l'invention, ladite installation comprenant : des moyens d'injections d'au moins une charge adsorbante dans ladite eau ; une cuve d'agitation pour permettre le mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante.
Selon l'invention, une telle installation comprend au moins une unité de filtration placée en aval de ladite cuve d'agitation, ladite au moins une unité de fïltration comprenant : un corps principal creux ; - une chambre de distribution de ladite eau dans une partie inférieure dudit corps principal ; une chambre intérieure au moins partiellement perforée reliée en partie supérieure à des moyens de récupération d'une eau traitée ; une masse filtrante comprenant des fibres flexibles logées entre ledit corps principal et ladite chambre intérieure poreuse, lesdites fibres s'étendant essentiellement parallèlement à l'axe dudit corps principal ; une zone d'évacuation de l'adsorbant dans une partie supérieure dudit corps principal, ladite zone d'évacuation présentant une sortie débouchant en amont de ladite zone de mélange. Une installation de ce type permet la mise en œuvre d'un procédé de traitement selon l'invention de manière efficace.
Préférentiellement, une telle installation comprend des moyens d'injection d'air sous pression dans une partie inférieure dudit corps principal.
L'activation de ces moyens d'injection d'air permet de procéder au décolmatage de la masse filtrante de l'unité de fîltration, et notamment d'en dégager l'adsorbant.
Selon une caractéristique avantageuse, une telle installation comprend au moins une première et une deuxième unité de fîltration montées en série.
Il est ainsi possible d'ajuster l'efficacité d'une telle installation en fonction des besoins, et particulièrement en fonction de la qualité de l'eau à traiter et de la qualité souhaitée pour l'eau traitée.
Préférentiellement, les caractéristiques de densité desdites fibres desdites première et deuxième unités de fîltration sont différentes.
Ceci permet d'ajuster au mieux les capacités de l'installation en choisissant les caractéristiques des fibres selon les besoins.
Dans ce cas , ladite deuxième unité de filtration comprend avantageusement au moins une membrane sous pression.
L'invention présente un tel pouvoir de rétention du CAP qu'il est possible d'utiliser des membranes de filtration dans la deuxième unité sans risquer de les colmater. Selon une caractéristique avantageuse, lesdites fibres présentent une densité apparente comprise entre 50 et 100 Kg. m"3 de fibre et un diamètre compris entre 10 et 100 μra
La mise en œuvre de fibres présentant des caractéristiques de densité apparente et de diamètre comprises dans ces intervalles permet un traitement efficace de l'eau dans la majeure partie des situations.
6. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 illustre schématiquement une installation de traitement d'eau selon l'art antérieur ; la figure 2 illustre une installation de traitement d'eau selon l'invention. 7. Description d'un mode de réalisation de l'invention
7.1. Rappel du principe de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur la combinaison d'une adsorption et d'une filtration sur filtres à fibres flexibles par exemple de type 3FM (Flexible Fiber Filter Module) tel que ceux qui sont décrits dans la demande de brevet internationale portant le numéro WO-Al -2005/084776.
Une telle mise en œuvre permet de séparer efficacement les charges adsorbantes et l'eau et ainsi de produire une eau traitée de bonne qualité en des temps très courts comparativement aux techniques de l'art antérieur.
7.2. Exemple d'une installation de traitement d'eau selon l'invention
On présente, en relation avec la figure 2, un exemple de mode de réalisation d'une installation selon l'invention.
Tel que cela est représenté schématiquement, cette installation comprend des moyens d'amenée 20 d'une eau à traiter. Ces moyens d'amenée 20 débouchent dans une zone de mélange ou zone agitée 21 qui peut par exemple comprendre une cuve agitée ou un mélangeur statique.
Des moyens d'injection 22 sont placés en amont ou dans la zone de mélange 21. Tel que cela sera expliqué plus en détail par la suite, ces moyens d'injection peuvent comprendre un ou plusieurs injecteurs et permettre l'injection d'au moins une charge adsorbante comme par exemple du CAP non calibré.
Dans des variantes, il pourra être prévu que les charges adsorbantes comprennent des résines échangeuses d'ions, de l'argile, des oxydes ou hydroxydes métalliques, de la silice, des zéolithes, de la poudre de bois micronisée, de la tourbe ou un mélange de plusieurs de ces charges adsorbantes.
La zone de mélange 21 présente une sortie qui est reliée par une canalisation 23 à l'entrée d'une unité de fïltration 24 à fibres flexible de type 3FM. L'unité de fïltration 24 est avantageusement du type de celles commercialisées par la société NanoENtech. Seules les parties essentielles de cette unité de fïltration 24 seront ici détaillées.
L'unité de fïltration 24 comprend un corps principal 241 essentiellement cylindrique et creux. Ce corps principal 241 présente en partie inférieure une chambre de distribution d'eau 242 qui est reliée à la canalisation 23 au moyen d'une première vanne 25. Le corps principal 241 loge une chambre intérieure 243 au moins partiellement perforée. Cette chambre intérieure 243, qui peut prendre la forme d'un collecteur perforé fermé en partie haute, communique avec une chambre de collecte d'eau traitée 245 au moyen de tubes 248 assurant le passage de l'eau. Ces tubes 248 traversent les fibres et peuvent ou non former saillie à l'intérieur de la chambre de collecte d'eau traitée 245. Cette chambre de collecte 245 est reliée à des moyens de récupération d'une eau traitée 244 qui peuvent être isolés de moyens d'acheminement de l'eau traitée (non représentés) au moyen d'une deuxième vanne 29.
Une masse filtrante 246 est interposée entre le corps principal 241 et la chambre intérieure 243. Cette masse filtrante est composée de fibres flexibles qui s'étendent essentiellement parallèlement à l'axe du corps principal 241. Ces fibres flexibles peuvent avantageusement être des fibres synthétiques plastiques (polyamide, polyester, PVDF, polypropylène...), métalliques ou organiques. Ces fibres flexibles peuvent par exemple présenter un diamètre compris entre 10 et 100 micromètres, et la masse filtrante 246 peut par exemple présenter une porosité comprise entre 85 et 95 % et une densité apparente comprise entre 50 et 100 kg/m3 de fibres pour des fibres synthétiques, le choix des caractéristiques dépendant des conditions d'exploitatioa
Par exemple, pour le traitement des eaux usées, des fibres d'un diamètre de 20 μm (soit du 8,75 D (deniers)) seront utilisées à une densité apparente de 75 Kg/m3 de matériau. Pour le traitement d'eau potable, un mélange de fibres de 8,75 D et 16 D seront utilisées à une densité de 80 Kg/m3 de matériau.
Des fibres présentant d'autres caractéristiques peuvent bien sûr être mises en œuvre. Ainsi, dans une variante, deux unités de filtration 24 pourront être montées en série. Dans ce cas, les caractéristiques des fibres de chacune de ces unités de filtration seront préférentiellement différentes. Ainsi, les caractéristiques des fibres du premier étage pourront être choisies de façon à permettre l'élimination de l'essentiel de l'adsorbant alors que celles des fibres du second étage pourront être choisies de façon à atteindre un pouvoir de coupure extrême. La mise en série de plusieurs unités de filtration 24 peut permettre de décupler les capacités de traitement d'une installation selon l'invention.
L'unité de filtration 24 comprend en outre des moyens d'injection d'air sous pression 27 dans une partie inférieure du corps principal 241. Ces moyens d'injection d'air 27 peuvent prendre la forme d'une plaque perforée (non représentée), et sont reliés à des moyens de production d'air sous pression (non représentés) qui peuvent se présenter sous la forme d'un compresseur et d'un ballon de stockage. Les moyens de diffusion d'air sous pression 27 peuvent être isolés des moyens de production d'air sous pression au moyen d'une troisième vanne d'isolement 28. Le corps principal 241 présente en partie supérieure une zone d'évacuation de l'adsorbant 247. Cette zone d'évacuation 247 peut être isolée par l'intermédiaire d'une quatrième vanne 26.
La sortie de la zone d'évacuation 247 est connectée à la canalisation d'amenée 20, en amont de la zone de mélange 21, au moyen d'une canalisation 30.
Dans une variante de ce mode de réalisation, il peut être prévu de relier la sortie 244 de l'unité de fïltration 24 à une deuxième unité de fïltration à fibres 31 et/ou sur membranes sous pression. Les membranes de cette deuxième unité de fïltration peuvent par exemple être des membranes d'ultrafïltration, de nano fïltration, de micro fïltration ou d'osmose inverse.
Dans ce cas, deux étages de filtres à fibres de type 3FM pourront être montés en série. Selon une autre variante, un étage de filtre à fibres 3FM pourra être monté en série avec un étage de fïltration à membranes sous pression.
Un exemple de procédé de traitement rapide d'une eau selon l'invention va maintenant être décrit.
7.3. Exemple d'un procédé de traitement d'eau selon l'invention
Un procédé de traitement d'eau selon l'invention peut par exemple consister à faire passer une eau à traiter (eau de mer, eau saumâtre, eau douce, eau résiduaire urbaine ou industrielle) dans une installation de traitement d'eau telle que celle qui vient d'être décrite. L'eau brute est préférentiellement une eau peu chargée en matières en suspension ou le cas échéant une eau décantée.
Il est noté que durant les phases de filtration, les vannes 25 et 29 sont ouvertes alors que les vannes 28 et 26 sont fermées.
Un tel procédé peut consister à injecter dans l'eau à traiter au moins un adsorbant tel que du CAP non calibré qui peut être injecté en amont ou directement dans la zone de mélange 21 par les moyens d'injection 22.
L'eau est ensuite acheminée dans la zone de mélange 21 via des moyens d'amenée d'eau 20. L'eau à traiter y est alors mélangée de façon homogène avec le CAP. La zone de mélange 21 est une zone agitée, par exemple une cuve, qui est dimensionnée de manière à permettre une élimination optimale de la ou des pollutions dont l'abattement est souhaité.
L'eau sortant de la zone de mélange 21 est acheminée, par exemple au moyen d'une pompe non représentée, en direction de la chambre de distribution 242 de l'unité de fïltration 24. L'eau traverse la masse filtrante 246, longitudinalement et transversalement selon la direction des fibres, à une vitesse comprise entre 50 et 200 m/h par rapport à la surface au sol du filtre, puis s'écoule à l'intérieur de la chambre intérieure 243. Elle est ensuite recueillie dans la chambre de collecte 245 afin d'être extraite de l'unité de filtration 24 au niveau des moyens de récupération d'eau traitée 244.
L'eau traitée peut, selon les cas, être acheminée vers une deuxième unité de filtration à fibres 31 et/ou à membranes sous pression en vue de subir un ultime traitement.
À mesure que de l'eau à traiter est filtrée, la masse filtrante 246 se gorge de CAP initialement en suspension dans l'eau. Dès lors que la perte de charge due à cette accumulation de CAP sur la masse filtrante 246 est supérieure à un seuil prédéterminé (préférentiellement de l'ordre de 0,5 bar) , une étape de lavage est mise en œuvre.
Le lavage consiste à alterner des phases : - d'injection d'air sous pression à l'intérieur du corps principal 241 durant lesquelles la vanne 25 d'arrivée d'eau et la vanne 29 d'évacuation d'eau traitée sont fermées, et la vanne 28 d'arrivée d'air et la vanne 26 d'évacuation de résidus de filtration sont ouvertes et les moyens de production d'air sous pression sont activés de façon à chasser le mélange de résidus de filtration et d'eau dont est gorgée la masse filtrante 246, et d'injection d'eau brute ou traitée durant lesquelles les vannes 28 d'arrivée d'air, d'évacuation de résidus de filtration 26, et d'évacuation d'eau traitée 29 sont fermées, et la vanne 25 d'arrivée d'eau est ouverte afin de réhydrater la masse filtrante 246. Les phases d'injection d'air se font à fort débit sur des périodes très courtes de l'ordre de 3 à 7 secondes. Les phases d'injection d'air et d'eau se font à co-courant.
Au cours des phases de lavage, le CAP piégé dans la masse filtrante 246 est évacué de l'unité de fïltration 24 au niveau de la zone d'évacuation 247 par la vanne 26. Plusieurs séquences de lavage à l'eau et à l'air peuvent être nécessaires afin que l'unité de fïltration 24 recouvre ses capacités de rétention initiales. Le CAP avec l'eau de lavage est extrait en continu par la zone d'évacuation 247 de façon à être recyclé 30 en amont ou dans la zone de mélange 21.
7.4. Essais Des essais ont été menés afin de valider l'efficacité d'un traitement selon l'invention.
La mise en œuvre d'un procédé selon l'invention pour le traitement d'une eau brute dans laquelle du CAP a été injecté à raison de 20 à 400 g/m , à des vitesses comprises entre 100 et 200 m/h, et sans utilisation de réactif, a conduit à la production d'une eau traitée de bonne qualité. Avant percement du filtre, la turbidité de cette eau était le plus souvent inférieure à 1 NTU ce qui correspond à des concentrations en CAP inférieures à 2 mg/L et à un abattement en CAP qui peut dépasser les 99%. Les capacités de rétention en CAP ramenées par unité de volume de fibres correspondent ainsi à des valeurs de 12 à 32 Kg de CAP par mètre cube de fibre.
La mise en œuvre d'un procédé selon l'invention pour le traitement d'une eau brute dans laquelle du CAP a été injecté à raison de 150 à 250 g/m , à une vitesse de 100 m/h, a conduit à abattre entre 96 et 97% du CAP.
La mise en œuvre d'un procédé selon l'invention pour le traitement d'une eau brute dans laquelle du CAP a été injecté à raison de 500 à 1 000 g/m , à une vitesse de 100 m/h, a conduit à abattre entre 92 et 96% du CAP.
Dans ces deux derniers essais, les capacités de rétention du CAP étaient comprises entre 17 et 33 Kg/m3 de fibre.
La perte de charge maximale admissible au cours de ces essais était de l'ordre 0,5 bar. 7.5. Avantages
La mise en œuvre de la technique selon l'invention présente de nombreux avantages.
Notamment, cette technique offre de grandes capacités de rétention du CAP comparativement aux techniques de l'art antérieur. Cette capacité de rétention élevée provient de la mise en œuvre de fibres flexibles. La
Demanderesse a en effet constaté, de manière tout à fait surprenante, que la fîltration au sein d'un filtre de type 3FM d'une eau dans laquelle du CAP a été injecté permet de retenir entre 12 et 33 kg de CAP par mètre cube de fibre. Un tel résultat n'était pas prévisible, mais était au contraire inattendu. La filtration à travers un filtre de type 3FM, utilisé de manière classique, par exemple pour le traitement d'une eau tertiaire dans laquelle aucune injection de CAP n'a été pratiquée, et ce jusqu'à admettre une perte de charge maximale correspondant au double de la perte charge initiale (c'est-à-dire au début de la fîltration), permet de ne retenir que 2 à 3 Kg de particules initialement en suspension dans l'eau par mètre cube de fibre.
Par ailleurs, la mise en œuvre d'une technique selon l'invention permet de réduire fortement la durée de traitement de l'eau. Elle permet en effet de traiter l'eau dans le filtre 3FM à des vitesses comprises entre 50 et 200 m/h alors que les techniques de l'art antérieur permettent de traiter l'eau à des vitesses de l'ordre de
10 m/h.
De part les fortes capacités de rétention en CAP d'une unité de fîltration de type 3FM, la technique selon l'invention permet de limiter le recours à des coagulants et de ne pas utiliser de floculant, ce qui conduit à limiter le risque de colmatage des membranes placées en aval. Ainsi, la fréquence des opérations de maintenance au niveau de ces membranes est réduite. La mise en œuvre de l'invention permet en conséquence de limiter les coûts d'exploitation.
La mise en œuvre de l'invention conduit également à utiliser du CAP non calibré, et donc peu cher, dans la mesure où les capacités de rétention de l'unité de fîltration de type 3 FM conduisent à abattre jusqu'à plus de 90% du CAP. Le fait de ne pas utiliser de floculant et de limiter l'utilisation de coagulant limite ainsi le risque de colmatage des membranes placées en aval. Ceci joue un rôle important dans la réduction des coûts d'exploitation.
La technique selon l'invention présente encore l'avantage de ne pas être sensible aux variations de la qualité (pH, température,...) de l'eau brute contrairement aux techniques de l'art antérieur mettant en œuvre un décanteur.
La substitution d'un décanteur par une unité de filtration de type 3FM permet également de réduire tant l'encombrement que le poids d'une installation selon l'invention comparativement aux installations de l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement ultra rapide d'eau au sein d'une installation de traitement, ledit procédé comprenant : une étape d'injection d'au moins une charge adsorbante dans ladite eau ; - une étape de mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante au sein d'une zone agitée ; caractérisé en ce que ledit procédé comprend : une première étape de fïltration du mélange obtenu à ladite étape de mélange à une vitesse au miroir comprise entre 50 et 200 m/h au sein d'au moins une unité de fïltration comprenant une pluralité de fibres flexibles; une étape de recirculation de ladite au moins une charge adsorbante en amont de ladite zone agitée ; et en ce que la concentration en charge adsorbante du mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante est comprise entre 0,05 et 10 grammes de charge adsorbante par litre d'eau.
2. Procédé de traitement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la concentration en charge adsorbante du mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante est comprise entre 0,5 et 1,2 grammes de charge adsorbante par litre d'eau.
3. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une charge adsorbante se présente sous la forme d'éléments non calibrés.
4. Procédé de traitement selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'injection comprend l'injection d'au moins une charge adsorbante appartenant au groupe comprenant : les résines échangeuses d'ions ; les argiles fibreuses ou phylliteuses ; les oxydes et hydroxydes métalliques ; la silice ; - les zéolithes ; les poudres de bois micronisées ; la tourbe.
5. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite étape d'injection comprend l'injection de charbon actif en poudre.
6. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite première étape de fïltration est suivie d'une seconde étape de fïltration sur au moins une membrane sous pression.
7. Installation de traitement d'eau destinée à la mise en œuvre d'un procédé de traitement d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ladite installation comprenant : des moyens d'injections (22) d'au moins une charge adsorbante dans ladite eau ; une cuve d'agitation (21) pour permettre le mélange de ladite eau et de ladite au moins une charge adsorbante ; caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une unité de fïltration (24) placée en aval de ladite cuve d'agitation (21), ladite au moins une unité de fïltration (24) comprenant : un corps principal (241) creux ; - une chambre de distribution (242) de ladite eau dans une partie inférieure dudit corps principal (241) ; une chambre intérieure (243) au moins partiellement perforée reliée en partie supérieure à des moyens de récupération d'une eau traitée (244) ; une masse filtrante (246) comprenant des fibres flexibles logées entre ledit corps principal (241) et ladite chambre intérieure poreuse (243), lesdites fibres s'étendant essentiellement parallèlement à l'axe dudit corps principal (241) ; une zone d'évacuation de l'adsorbant (247) dans une partie supérieure dudit corps principal (241), ladite zone d'évacuation (247) présentant une sortie débouchant en amont de ladite zone de mélange.
8. Installation de traitement selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'injection d'air sous pressions (27) dans une partie inférieure dudit corps principal (241).
9. Installation de traitement selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une première (24) et une deuxième
(31) unité de fïltration montées en série.
10. Installation de traitement selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite deuxième (31) unité de fïltration comprend au moins une membrane sous pression.
11. Installation de traitement selon l'une quelconque des revendications 7 à
10, caractérisée en ce que les caractéristiques de densité desdites fibres (246) desdites première (24) et deuxième (31) unités de fïltration sont différentes.
12. Installation de traitement selon l'une quelconque des revendications 7 à
11, caractérisée en ce que lesdites fibres (246) présentent une densité apparente comprise entre 50 et 100 Kg.m" de fibre et un diamètre compris entre 10 et 100 μm.
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