WO2023169839A1 - Installation et procédé de traitement d'eau mettant en œuvre un hydrocyclone - Google Patents

Installation et procédé de traitement d'eau mettant en œuvre un hydrocyclone Download PDF

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WO2023169839A1
WO2023169839A1 PCT/EP2023/054702 EP2023054702W WO2023169839A1 WO 2023169839 A1 WO2023169839 A1 WO 2023169839A1 EP 2023054702 W EP2023054702 W EP 2023054702W WO 2023169839 A1 WO2023169839 A1 WO 2023169839A1
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WO
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water
installation
hydrocyclone
calcium
conduit
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PCT/EP2023/054702
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Sébastien DELAGARDE
Rémy CABALL
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Suez International
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F25/32—Injector mixers wherein the additional components are added in a by-pass of the main flow
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    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop

Definitions

  • the invention relates to the field of water treatment.
  • the invention is of particular interest in the field of desalination, in particular for the remineralization of water having undergone prior purification treatment such as reverse osmosis.
  • the invention can also be implemented for restoring the calcium-carbonic balance of water, typically fresh water.
  • a first technique consists of dissolving limestone in water, generally in the form of grains.
  • the limestone grains are brought into contact with water and a reagent such as carbon dioxide within a gravity or pressure filter reactor.
  • a second remineralization technique consists of bringing lime water and carbon dioxide into contact.
  • This second technique requires facilities to prepare lime water while limiting leaks of residues or impurities, and the CO2 dosage is stoichiometrically doubled compared to the previous solution. Operating costs are therefore very high.
  • the invention aims in particular to overcome the disadvantages of water remineralization techniques known in the prior art, particularly in terms of installation size and/or yield and/or water quality.
  • a particular aim of the invention is to provide a solution capable of providing satisfactory results with different types of sources of calcium and/or magnesium ions.
  • the subject of the invention is a water treatment installation, comprising an injection device capable of injecting a source of calcium and/or magnesium ions into the water, a contact space configured to allow dissolving the ions in water so as to constitute a remineralized water composition and a separation device configured to separate the remineralized water composition from solid residues.
  • the separation device comprises a hydrocyclone.
  • a hydrocyclone is a device comprising a chamber having at least one inlet and two outlets, and being configured to allow water-particle separation under the action of a centrifugal force.
  • the hydrocyclone is configured so that the composition of remineralized water enters the chamber via said inlet, that at least part of the solid residues it contains are entrained towards one of said outlets and that the water composition thus separated from these solid residues is evacuated from the chamber through the other of said outlets.
  • the source of calcium and/or magnesium ions is typically a solid grain or powder compound.
  • the source of calcium and/or magnesium ions preferably comprises calcium and/or magnesium salts.
  • the calcium salts are chosen from calcium hydroxides and calcium carbonates.
  • the magnesium salts can be chosen from magnesium hydroxides and magnesium carbonates.
  • the source used may include limestones – not limited to the formula CaCO 3 , in particular calcite – or limes – not limited to the formula Ca(OH) 2 .
  • the source of calcium and/or magnesium ions may comprise another type of reagent and/or a combination of different reagents chosen from a list including, in a non-limiting manner, the aforementioned calcium and/or magnesium salts.
  • the source of calcium and/or magnesium ions has a particle size of between 30 ⁇ m and 4.0 mm, preferably between 50 ⁇ m and 1.5 mm.
  • Sources of calcium and/or magnesium ions, in particular calcium carbonates, having such a particle size are abundant, which makes it possible to reduce the operating cost.
  • the invention can nevertheless be implemented with a source of calcium and/or magnesium ions having a different particle size, in particular less than 30 ⁇ m, for example between 0.1 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • the separation device comprises, preferably downstream of the hydrocyclone, a polishing device which may include a disk filter and/or another contact space and/or another hydrocyclone.
  • polishing device in addition to the hydrocyclone, makes it possible to improve the quality of the treated water if the turbidity recommendations for the treated water are very restrictive.
  • the hydrocyclone comprises an inlet fluidly connected to the contact space and an outlet fluidly connected to a conduit, this conduit being configured to reintroduce into the contact space a portion of the composition with at least one part of the solid residues leaving the hydrocyclone through this outlet.
  • Such a conduit makes it possible to recirculate in the contact space parts of the source of undissolved calcium and/or magnesium ions, thus reducing the quantity of ion source necessary for treatment and improving the efficiency of the installation.
  • this can be formed by a conduit and/or by a tank of the installation.
  • the invention covers a first alternative embodiment in which the contact space is formed by a conduit and a second alternative embodiment in which it is formed by a tank.
  • conduit forms a first part of the contact space and the tank forms a second part of the contact space.
  • the installation may include a conduit forming at least part of the contact space and/or a tank forming at least part of the contact space.
  • the installation comprises a mixing and/or stirring device configured to mix and/or agitate the source of calcium and/or magnesium ions and the water within the contact space.
  • This device may include a static mixer.
  • said separation device is a second separation device, the installation comprising a first separation device and a recirculation branch configured to convey part of the remineralized water composition leaving the second separation device in upstream of the first separation device.
  • the first separation device may comprise a hydrocyclone as defined above and, more generally, may have characteristics identical or similar to said second separation device.
  • the installation may include a CO2 injection and/or dosing device.
  • This device is preferably configured to inject CO2 in at least stoichiometric quantity.
  • the installation comprises a device configured to take CO2, preferably from the composition of remineralized water, and to reinject the CO2 thus taken into the installation, preferably upstream of, or in, the contact space.
  • the invention also relates to a process for treating water using an installation as defined above.
  • the dissolution step can be carried out by using a reagent such as carbon dioxide or sulfuric acid.
  • the dissolution step is preferably carried out by bringing the source of calcium and/or magnesium ions into contact with water for a period of between 1 minute and 15 minutes, more preferably between 2 minutes and 10 minutes.
  • the duration of contact depends in particular on the source of calcium and/or magnesium ions used and the characteristics of the installation and can be determined experimentally depending on the quality of the desired water, using well-established techniques. known to those skilled in the art.
  • the process may include a step of prior treatment of the water by reverse osmosis.
  • the process may include, after the separation step, a step of mixing the remineralized water composition with another water in order to remineralize it or neutralize its acidity.
  • the invention can thus be implemented for the treatment of drinking water.
  • the invention is, however, not limited to such an application and can, for example, be used to produce water not intended for human consumption.
  • Installation 1 comprises a primary water flow conduit 2 and a system 3 configured to take a fraction of the water flowing in this conduit 2 so as to treat this fraction of water and reinject at least part of the fraction of water thus treated in the primary conduit 2.
  • the treatment system 3 comprises a flow network 4, a reservoir 6 for storing a source of calcium and/or magnesium ions, an injection device 7, a separation device 8 and an extraction member 9 of residues.
  • the separation device 8 is a hydrocyclone.
  • network 4 includes conduit 4A, conduit 4B, and conduit 4C.
  • Conduit 4A is fluidly connected on the one hand to a sampling point 11 of primary conduit 2 and on the other hand to an inlet 12 of hydrocyclone 8.
  • Conduit 4B is fluidly connected on the one hand to a first outlet 13 of hydrocyclone 8 and on the other hand to a reinjection point 5 of conduit 4A.
  • Conduit 4C is fluidly connected on the one hand to a second outlet 14 of hydrocyclone 8 and on the other hand to a reinjection point 16 of primary conduit 2.
  • the reinjection point 16 is located downstream of the sampling point 11.
  • the water arriving in primary conduit 2 has undergone prior treatment by reverse osmosis and installation 1 is configured to remineralize this water in the manner described below.
  • Installation 1 is here configured to continuously draw from primary conduit 2 between 10% and 50% of the water flowing there and to reinject the fraction of water treated within system 3 into primary conduit 2 so as to mix the fraction of treated water with the fraction of untreated water which circulates in the primary conduit 2.
  • the source of calcium and/or magnesium ions comprises calcium carbonate in the form of grains having an average size of approximately 150 ⁇ m.
  • the injection device 7 is configured to inject grains of calcium carbonate stored in the tank 6 into the water circulating in the conduit 4A.
  • device 7 is also configured to inject carbon dioxide into the water circulating in conduit 4A.
  • the part of the conduit 4A extending between the injection device 7 and the inlet 12 of the hydrocyclone 8 forms a contact space dimensioned to allow the dissolution of the calcium and/or magnesium ions in the water, which in this example results in a manner known per se from a reaction between water, calcium carbonate and carbon dioxide.
  • the dissolution of calcium and/or magnesium ions in water constitutes a remineralized water composition, in which at least part of the calcium and/or magnesium ions are solubilized in water.
  • This composition also comprises solid residues such as insolubles, impurities and/or grains or parts of grains of undissolved calcium carbonate and/or magnesium.
  • the hydrocyclone 8 comprises a wall 21 extending around an axis A1 so as to delimit a chamber which extends along this axis A1.
  • the hydrocyclone 8 is arranged so that the axis A1 is vertical, or substantially vertical, so that the inlet 12 and the outlet 14 are located vertically towards the top of the chamber and the outlet 13 is located vertically at the bottom of the room.
  • inlet 12 opens laterally at an upper end of the chamber in order to introduce the remineralized water composition tangentially.
  • Outlet 13 opens at a vertically lower axial end of the chamber.
  • Outlet 14 opens at a vertically upper axial end of the chamber, opposite outlet 13.
  • the chamber has a section that decreases vertically from top to bottom.
  • the section of the chamber through a plane perpendicular to axis A1, is circular so that the chamber has a generally frustoconical geometry.
  • Hydrocyclone 8 thus makes it possible to separate unsolubilized or undissolved residues from water under the action of centrifugal force.
  • the hydrocyclone 8 thus makes it possible to separate at least part of the solid residues it contains from the remineralized water composition.
  • Conduit 4B of installation 1 of the forms a conduit configured to recirculate in conduit 4A and in the contact space at least part of the composition leaving the hydrocyclone 8 via outlet 13.
  • conduit 4B can be fluidly connected on the one hand to outlet 13 of hydrocyclone 8 and on the other hand to a tank (not shown) for recovering solid residues.
  • the member 9 is configured to retain at least part of the solid residues contained in the composition leaving the hydrocyclone 8 via the outlet 13 and to reintroduce the rest of the composition into the conduit 4A via the reinjection point 5.
  • the member 9 may comprise an element such as a valve (not shown) controlled so as to reintroduce for a first duration the composition leaving the hydrocyclone 8 via the outlet 13 into the conduit 4A via the point reinjection 5 and to convey this composition for a second period to a tank (not shown) in order to extract the solid residues from the network 4.
  • a valve not shown
  • the first duration can be nine minutes and 45 seconds and the second duration can be 15 seconds.
  • such an organ 9 makes it possible to extract solid residues from network 4 continuously or intermittently.
  • Installation 1 of the thus makes it possible to convey to the primary conduit 2, via conduit 4C, the composition leaving the hydrocyclone 8 via outlet 14, this composition comprising remineralized water with solubilized calcium and/or magnesium ions and being devoid in all or part of solid residues of the insoluble type, impurities and grains of undissolved calcium and/or magnesium carbonate.
  • the installation 1 can comprise a separation device comprising, in addition to the hydrocyclone 8, an additional separation member such as a disk filter (not shown) which can be mounted downstream of the outlet 14 of the hydrocyclone 8.
  • the hydrocyclone 8 can constitute part of a separation member such as a hydrocyclonic disk filter (not shown), combining filtration and hydrocyclonic effect and/or belong to a device separation comprising a polishing device downstream of the hydrocyclone, the polishing device possibly comprising a member forming one or more additional contact spaces and/or one or more secondary hydrocyclones and/or one or more disc filters.
  • the installation comprises a contact tank forming said contact space, or forming an additional contact space.
  • the installation can include a stirring device (not shown) in order to agitate the water and the source of calcium and/or magnesium ions within this tank. contact.
  • a stirring device not shown
  • the dissolution of calcium and/or magnesium ions and, where appropriate, carbonate ions can also be improved by equipping the installation with a static mixer (not shown on the figure). ), particularly upstream of the hydrocyclone.
  • He is represented on the an embodiment in which the installation 1 comprises two hydrocyclones 8A and 8B. This embodiment is described below only according to its differences compared to that of the , the preceding description applying by analogy.
  • Duct 4A is fluidly connected on the one hand to sampling point 11 of primary conduit 2 and on the other hand to an inlet 12A of hydrocyclone 8A.
  • Conduit 4B is fluidly connected on the one hand to a first outlet 13A of hydrocyclone 8A and on the other hand to a reinjection point 30 of conduit 4E of network 4.
  • the flow network 4 comprises a conduit 4D which is fluidly connected on the one hand to a second outlet 14A of the hydrocyclone 8A and on the other hand to an inlet 12B of the hydrocyclone 8B.
  • Duct 4C is fluidly connected on the one hand to a second outlet 14B of hydrocyclone 8B and on the other hand to the reinjection point 16 of primary conduit 2.
  • Conduit 4E is connected on the one hand to a first outlet 13B of hydrocyclone 8B and on the other hand to a reinjection point 31 of conduit 4A, that is to say upstream of hydrocyclone 8A.
  • Installation 1 of the also includes a device 32 for injecting a reagent, in this example an acid stored in a reservoir 33, configured to inject this reagent upstream of the reinjection point 31.
  • a device 32 for injecting a reagent in this example an acid stored in a reservoir 33, configured to inject this reagent upstream of the reinjection point 31.
  • the part of the conduit 4D extending between the injection device 7 of the calcium and/or magnesium ion source and the inlet 12B of the hydrocyclone 8B forms a contact space sized to allow the dissolution of the calcium and/or magnesium ions. /or magnesium in water, which in this case results from a reaction between water, calcium carbonate and acid.
  • the conduits 4B and 4E make it possible to recirculate in the hydrocyclone 8A, and where appropriate in the contact space upstream of the hydrocyclone 8B, a fraction of the remineralized water composition with solid residues that it comprises leaving hydrocyclones 8A and 8B via outlets 13A and 13B respectively, thus constituting two separation stages and promoting the dissolution of calcium and/or magnesium ions.
  • the installation may comprise more than two stages and/or one or more stages of the installation may comprise a separation device different from a hydrocyclone and/or a hydrocyclone different from that shown in the figure. and/or one or more stages of the installation may include a recirculation duct while one or more other stages may be without a recirculation duct.
  • conduit 4B is fluidly connected on the one hand to the first outlet 13A of hydrocyclone 8A and on the other hand to a reinjection point 36 of conduit 4A, that is to say upstream of the hydrocyclone 8A.
  • the reinjection point 36 is located downstream of the injection device 32.
  • Conduit 4E is connected on the one hand to the first outlet 13B of hydrocyclone 8B and on the other hand to a reinjection point 37 of conduit 4B.
  • Installation 1 of the also includes a storage tank 41.
  • Conduit 4C is fluidly connected on the one hand to the second outlet 14B of hydrocyclone 8B and on the other hand to an inlet 42 of tank 41.
  • the flow network 4 of the installation of the comprises a conduit 4F which is fluidly connected on the one hand to an outlet 43 of the tank 41 and on the other hand to the reinjection point 16 of the primary conduit 2.
  • Tank 41 allows remineralized water to be stored before reinjection into primary conduit 2, allowing shutdowns of installation 1 and control of the dosage of remineralized water to be injected into primary conduit 2.
  • Installation 1 of the also includes two static mixers 46 and 47.
  • Mixer 46 is mounted downstream of reinjection point 36 and upstream of hydrocyclone 8A, while mixer 47 is mounted downstream of injection device 7 and upstream of hydrocyclone 8B.
  • installation 1 includes a disk filter (not shown) mounted on conduit 4C downstream of outlet 14B of hydrocyclone 8B and upstream of tank 41.
  • He is represented on the a measuring device 51 configured to measure one or more parameters of the composition leaving the hydrocyclones 8A and 8B, respectively via the outlets 14A and 14B.
  • these parameters can be representative of the turbidity and/or conductivity of the composition, making it possible to respectively evaluate the quantity of calcium and/or magnesium ion source injected and/or the dissolution of calcium ions. and/or magnesium.
  • the installation 1 can comprise such a measuring device and a control device (not shown) configured for example to control the injection device(s).
  • a control device configured for example to control the injection device(s).
  • the source of calcium and/or magnesium ions may comprise grains of calcium and/or magnesium carbonate having an average size different from 150 ⁇ m, for example a size between 50 ⁇ m and 1.5 mm, and/or another type of calcium and/or magnesium ion source, for example lime.
  • the carbon dioxide or the acid or more generally the reagent can be injected into the water before introducing it into the primary conduit 2.
  • the water arriving in primary conduit 2 may have undergone a prior purification treatment other than reverse osmosis or another type of treatment.
  • the water treated by installation 1 can also undergo further treatment depending on its destination.
  • Installation 1 may also include a CO2 recovery device 61 as shown in Figures 5 and 6.
  • FIGs 5 and 6 show installations 1 similar to those in Figures 1 and 3, respectively, and are described only in terms of their differences from the latter. The preceding description applies by analogy to the embodiments of Figures 5 and 6.
  • the installation 1 comprises a CO2 injection device 62 which is in this example configured to inject CO2 into the conduit 4A, upstream of the injection device 7.
  • device 61 is configured to take CO2 in gaseous form from the composition circulating in conduit 4C and to convey the CO2 thus sampled via conduit 63 so as to reinject it into conduit 4A via the injection device 62.
  • Installation 1 of the includes a CO2 recovery device 61 similar to that of the .
  • Such a CO2 recovery device which makes it possible to reduce the total quantity of CO2 injected into the installation 1, can be implemented so as to take and/or reinject CO2 at different points of the installation 1 and/or or on installations different from those of Figures 5 and 6, for example an installation such as that illustrated in the .

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Abstract

Installation (1) de traitement d'une eau, comprenant un dispositif (7) d'injection d'une source d'ions calcium et/ou magnésium dans l'eau, un espace de contact configuré pour permettre une dissolution des ions calcium et/ou magnésium dans l'eau de manière à constituer une composition d'eau reminéralisée et un hydrocyclone (8) configuré pour séparer de la composition d'eau reminéralisée des résidus solides.

Description

Installation et procédé de traitement d’eau mettant en œuvre un hydrocyclone
L’invention se rapporte au domaine du traitement de l’eau.
L’invention présente un intérêt particulier dans le domaine du dessalement, en particulier pour la reminéralisation d’une eau ayant subi un traitement préalable de purification tel qu’une osmose inverse.
L’invention peut aussi être mise en œuvre pour la remise à l’équilibre calco-carbonique d’une eau, typiquement d’une eau douce.
 État de la technique antérieure
Plusieurs techniques connues permettent de reminéraliser une eau, typiquement une eau douce.
Une première technique consiste à dissoudre dans l’eau du calcaire, généralement sous forme de grains. Les grains de calcaire sont mis en contact avec l’eau et un réactif tel que du dioxyde de carbone au sein d’un réacteur-filtre gravitaire ou sous pression.
Cette technique est généralement mise en œuvre au sein d’une installation du type filtre à calcaire qui doit être suffisamment volumineuse pour assurer le temps de contact nécessaire à la dissolution des grains, ce temps de contact étant lié à la taille des grains et à la dose de CO2. De plus, une augmentation de la vitesse d’écoulement à travers le filtre entraîne une augmentation de la quantité de fines traversant le filtre et de la turbidité en sortie de filtre, ce qui implique une limitation de la vitesse d’écoulement.
Une deuxième technique de reminéralisation consiste à mettre en contact de l’eau de chaux et du dioxyde de carbone.
Cette deuxième technique nécessite des installations pour préparer l’eau de chaux tout en limitant les fuites d’incuits ou d’impuretés, et le dosage du CO2 y est stœchiométriquement doublé par rapport à la solution précédente. Les coûts de l’exploitation sont donc très importants.
L’invention vise notamment à pallier les inconvénients des techniques de reminéralisation d’eau connues dans l’état de la technique antérieure, notamment en matière de taille d’installation et/ou de rendement et/ou de qualité d’eau.
Un but particulier de l’invention est de procurer une solution susceptible de procurer des résultats satisfaisants avec différents types de sources d’ions calcium et/ou magnésium.
A cet effet, l’invention a pour objet une installation de traitement d’une eau, comprenant un dispositif d’injection apte à injecter une source d’ions calcium et/ou magnésium dans l’eau, un espace de contact configuré pour permettre une dissolution des ions dans l’eau de manière à constituer une composition d’eau reminéralisée et un dispositif de séparation configuré pour séparer de la composition d’eau reminéralisée des résidus solides.
Selon l’invention, le dispositif de séparation comprend un hydrocyclone.
De manière connue en soi, un hydrocyclone est un dispositif comprenant une chambre ayant au moins une entrée et deux sorties, et étant configuré pour permettre une séparation eau-particules sous l’action d’une force centrifuge.
Dans le cadre de la présente invention, l’hydrocyclone est configuré de sorte que la composition d’eau reminéralisée pénètre dans la chambre par ladite entrée, qu’une partie au moins des résidus solides qu’elle contient soient entraînés vers l’une desdites sorties et que la composition d’eau ainsi séparée de ces résidus solides soit évacuée de la chambre par l’autre desdites sorties.
Entre autre avantages, l’utilisation d’un hydrocyclone pour séparer des résidus solides de la composition d’eau reminéralisée permet de :
  • réduire le temps de contact requis, éventuellement par recirculation d’une partie de la composition sortant de l’hydrocyclone, ce qui permet d’augmenter la compacité de l’installation et de réduire son empreinte au sol,
  • réduire ou à tout le moins contrôler la turbidité de l’eau traitée, en particulier dans le cadre de la production d’eau potable,
  • améliorer le rendement de dissolution des ions calcium et/ou magnésium,
tout en rendant l’installation compatible avec l’utilisation de diverses sources d’ions calcium et/ou magnésium.
La source d’ions calcium et/ou magnésium est typiquement un composé solide en grains ou pulvérulent.
La source d’ions calcium et/ou magnésium comprend de préférence des sels de calcium et/ou de magnésium.
Plus préférentiellement, les sels de calcium sont choisis parmi les hydroxydes de calcium et les carbonates de calcium.
De manière alternative ou complémentaire, les sels de magnésium peuvent être choisis parmi les hydroxydes de magnésium et les carbonates de magnésium.
A titre d’exemple de sels de calcium et/ou magnésium, la source utilisée peut comprendre des calcaires – non limitativement de formule CaCO3, notamment la calcite – ou des chaux – non limitativement de formule Ca(OH)2.
La source d’ions calcium et/ou magnésium peut comprendre un autre type de réactif et/ou une combinaison de différents réactifs choisis dans une liste comprenant de manière non limitative les sels de calcium et/ou magnésium précités.
Dans un mode de réalisation, la source d’ions calcium et/ou magnésium présente une granulométrie comprise entre 30 µm et 4,0 mm, de préférence entre 50 µm et 1,5 mm.
Des sources d’ions calcium et/ou magnésium, en particulier des carbonates de calcium, présentant une telle granulométrie sont abondantes, ce qui permet de réduire le coût d’exploitation.
L’invention peut néanmoins être mise en œuvre avec une source d’ions calcium et/ou magnésium présentant une granulométrie différente, en particulier inférieure à 30 µm, par exemple comprise entre 0,1 µm et 30 µm.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de séparation comprend, de préférence en aval de l’hydrocyclone, un dispositif de polissage pouvant comporter un filtre à disque et/ou un autre espace de contact et/ou un autre hydrocyclone.
L’utilisation d’un dispositif de polissage, en plus de l’hydrocyclone, permet d’améliorer la qualité de l’eau traitée si les préconisations de turbidité de l’eau traitée sont très contraignantes.
Dans un mode de réalisation, l’hydrocyclone comprend une entrée fluidiquement reliée à l’espace de contact et une sortie fluidiquement reliée à un conduit, ce conduit étant configuré pour réintroduire dans l’espace de contact une partie de la composition avec au moins une partie des résidus solides sortant de l’hydrocyclone par cette sortie.
Un tel conduit permet de faire recirculer dans l’espace de contact des parties de source d’ions calcium et/ou magnésium non dissous, réduisant ainsi la quantité de source d’ions nécessaire au traitement et améliorant le rendement de l’installation.
Concernant l’espace de contact, celui-ci peut être formé par un conduit et/ou par une cuve de l’installation.
Ainsi, l’invention couvre une première variante de réalisation dans laquelle l’espace de contact est formé par un conduit et une deuxième variante de réalisation dans laquelle il est formé par une cuve.
Ces variantes peuvent être combinées de sorte que, par exemple, le conduit forme une première partie de l’espace de contact et la cuve forme une deuxième partie de l’espace de contact.
Ainsi, plus généralement, l’installation peut comprendre un conduit formant au moins une partie de l’espace de contact et/ou une cuve formant au moins une partie de l’espace de contact.
Dans un mode de réalisation, l’installation comprend un dispositif de mélange et/ou d’agitation configuré pour mélanger et/ou agiter la source d’ions calcium et/ou magnésium et l’eau au sein de l’espace de contact.
Ce dispositif peut comprendre un mélangeur statique.
Dans un mode de réalisation, ledit dispositif de séparation est un deuxième dispositif de séparation, l’installation comprenant un premier dispositif de séparation et une branche de recirculation configurée pour acheminer une partie de la composition d’eau reminéralisée sortant du deuxième dispositif de séparation en amont du premier dispositif de séparation.
Le premier dispositif de séparation peut comprendre un hydrocyclone tel que défini ci-dessus et, plus généralement, peut présenter des caractéristiques identiques ou similaires audit deuxième dispositif de séparation.
De manière connue en soi, l’installation peut comprendre un dispositif d’injection et/ou de dosage de CO2. Ce dispositif est de préférence configuré pour injecter du CO2 en quantité au moins stœchiométrique.
Dans un mode de réalisation, l’installation comprend un dispositif configuré pour prélever du CO2, de préférence dans la composition d’eau reminéralisée, et pour réinjecter le CO2 ainsi prélevé dans l’installation, de préférence en amont de, ou dans, l’espace de contact.
L’invention a aussi pour objet un procédé de traitement d’une eau à l’aide d’une installation telle que définie ci-dessus.
Ce procédé comprend de préférence les étapes suivantes :
  • injection d’une source d’ions calcium et/ou magnésium dans l’eau,
  • dissolution des ions dans l’eau de manière à constituer une composition d’eau reminéralisée,
  • séparation de résidus solides de la composition d’eau reminéralisée.
De manière connue en soi, l’étape de dissolution peut être réalisée par utilisation d’un réactif tel que du dioxyde de carbone ou de l’acide sulfurique.
L’étape de dissolution est de préférence réalisée par mise en contact de la source d’ions calcium et/ou magnésium et de l’eau pendant une durée comprise entre 1 minute et 15 minutes, plus préférentiellement entre 2 minutes et 10 minutes.
Bien entendu, la durée de mise en contact dépend notamment de la source d’ions calcium et/ou magnésium utilisée et des caractéristiques de l’installation et peut être déterminée expérimentalement en fonction de la qualité de l’eau souhaitée, selon des techniques bien connues de l’homme du métier.
Le procédé peut comprendre une étape de traitement préalable de l’eau par osmose inverse.
Par ailleurs, le procédé peut comprendre, après l‘étape de séparation, une étape de mélange de la composition d’eau reminéralisée avec une autre eau afin de la reminéraliser ou de neutraliser son acidité.
L’invention peut ainsi être mise en œuvre pour le traitement d’une eau potable.
L’invention n’est toutefois pas limitée à une telle application et peut, à titre d’exemple, être mise en œuvre pour produire une eau non destinée à la consommation humaine.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • est une vue schématique d’une installation selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
  • est une vue schématique d’un hydrocyclone, illustrant un écoulement cyclonique permettant de réaliser une séparation eau-résidus solides ;
  • est une vue schématique d’une installation selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
  • est une vue schématique d’une installation selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
  • est une vue schématique d’une installation selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
  • est une vue schématique d’une installation selon un cinquième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de modes de réalisation
La illustre de manière schématique et simplifiée une installation 1 conforme à l’invention.
L’installation 1 comprend un conduit primaire 2 d’écoulement d’une eau et un système 3 configuré pour prélever une fraction de l’eau s’écoulant dans ce conduit 2 de manière à traiter cette fraction d’eau et à réinjecter au moins une partie de la fraction d’eau ainsi traitée dans le conduit primaire 2.
Le système de traitement 3 comprend un réseau 4 d’écoulement, un réservoir 6 de stockage d’une source d’ions calcium et/ou magnésium, un dispositif d’injection 7, un dispositif de séparation 8 et une organe 9 d’extraction de résidus.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif de séparation 8 est un hydrocyclone.
Dans cet exemple, le réseau 4 comprend un conduit 4A, un conduit 4B et un conduit 4C.
Le conduit 4A est fluidiquement relié d’une part à un point de prélèvement 11 du conduit primaire 2 et d’autre part à une entrée 12 de l’hydrocyclone 8.
Le conduit 4B est fluidiquement relié d’une part à une première sortie 13 de l’hydrocyclone 8 et d’autre part à un point de réinjection 5 du conduit 4A.
Le conduit 4C est fluidiquement relié d’une part à une deuxième sortie 14 de l’hydrocyclone 8 et d’autre part à un point de réinjection 16 du conduit primaire 2.
Relativement à un sens d’écoulement de l’eau dans le conduit primaire 2, allant dans cet exemple de la gauche vers la droite de la , le point de réinjection 16 est situé en aval du point de prélèvement 11.
Dans cet exemple, l’eau arrivant dans le conduit primaire 2 a subi un traitement préalable par osmose inverse et l’installation 1 est configurée pour reminéraliser cette eau de la manière décrite ci-dessous.
L’installation 1 est ici configurée pour prélever de manière continue du conduit primaire 2 entre 10% et 50% de l’eau qui s’y écoule et pour réinjecter la fraction d’eau traitée au sein du système 3 dans le conduit primaire 2 de manière à mélanger la fraction d’eau traitée avec la fraction d’eau non traitée qui circule dans le conduit primaire 2.
Dans cet exemple, la source d’ions calcium et/ou magnésium comprend du carbonate de calcium sous forme de grains présentant une taille moyenne d’environ 150 µm.
Le dispositif d’injection 7 est configuré pour injecter dans l’eau circulant dans le conduit 4A des grains de carbonate de calcium stockés dans le réservoir 6.
Dans cet exemple, le dispositif 7 est aussi configuré pour injecter dans l’eau circulant dans le conduit 4A du dioxyde de carbone.
La partie du conduit 4A s’étendant entre le dispositif d’injection 7 et l’entrée 12 de l’hydrocyclone 8 forme un espace de contact dimensionné pour permettre la dissolution des ions calcium et/ou magnésium dans l’eau, qui dans cet exemple résulte de manière connue en soi d’une réaction entre l’eau, le carbonate de calcium et le dioxyde de carbone.
La dissolution des ions calcium et/ou magnésium dans l’eau constitue une composition d’eau reminéralisée, dans laquelle au moins une partie des ions calcium et/ou magnésium sont solubilisés dans l’eau. Cette composition comprend aussi des résidus solides tels que des insolubles, des impuretés et/ou des grains ou parties de grains de carbonate de calcium et/ou magnésium non dissous.
En référence à la , l’hydrocyclone 8 comprend une paroi 21 s’étendant autour d’un axe A1 de manière à délimiter une chambre qui s’étend le long de cet axe A1.
En fonctionnement, l’hydrocyclone 8 est disposé de sorte que l’axe A1 soit vertical, ou sensiblement vertical, de sorte que l’entrée 12 et la sortie 14 soient situées verticalement vers le haut de la chambre et que la sortie 13 soit située verticalement en bas de la chambre.
Plus précisément, l’entrée 12 débouche latéralement au niveau d’une extrémité supérieure de la chambre afin d’y introduire la composition d’eau reminéralisée tangentiellement. La sortie 13 débouche à une extrémité axiale verticalement inférieure de la chambre. La sortie 14 débouche quant à elle à une extrémité axiale verticalement supérieure de la chambre, à l’opposé de la sortie 13.
La chambre présente une section qui diminue verticalement du haut vers le bas. En l’occurrence, la section de la chambre, par un plan perpendiculaire à l’axe A1, est circulaire de sorte que la chambre présente une géométrie globalement tronconique.
De manière connue en soi, lorsqu’un flux d’eau contenant des résidus non solubilisés de densité relativement élevée par rapport à l’eau est injecté dans la chambre par l’entrée 12, un vortex descendant 23 se développe, radialement au niveau de la paroi 21. Compte tenu du rétrécissement de la chambre verticalement vers le bas, il se forme de manière concomitante, radialement à l’intérieur du vortex descendant 23, un vortex ascendant 24 qui se développe à contre-courant du vortex descendant 23 et qui entraîne l’eau verticalement vers le haut en direction de la sortie 14. En raison du différentiel de pression induit par un tel écoulement cyclonique, lesdits résidus tombent verticalement vers le bas, c’est-à-dire vers la sortie 13.
L’hydrocyclone 8 permet ainsi de séparer de l’eau des résidus non solubilisés ou non dissous sous l’action d’une force centrifuge.
Dans l’installation 1 de la , l’hydrocyclone 8 permet ainsi de séparer de la composition d’eau reminéralisée au moins une partie des résidus solides qu’elle contient.
Plus précisément, une première partie de la composition entrant dans l’hydrocyclone 8 en ressort par la sortie 13, cette première partie comprenant les résidus solides entraînés vers cette sortie 13 de la manière décrite ci-dessus. Une deuxième partie de la composition, dépourvue des résidus solides sortant de l’hydrocyclone 8 par la sortie 13, en ressort par la sortie 14.
Le conduit 4B de l’installation 1 de la forme un conduit configuré pour faire recirculer dans le conduit 4A et dans l’espace de contact au moins une partie de la composition sortant de l’hydrocyclone 8 par la sortie 13.
Une telle recirculation permet de dissoudre des ions calcium et/ou magnésium non dissous dans la partie de la composition sortant de l’hydrocyclone 8 par la sortie 13.
Une telle recirculation est optionnelle. Ainsi, dans une variante de réalisation, le conduit 4B peut être fluidiquement relié d’une part à la sortie 13 de l’hydrocyclone 8 et d’autre part à une cuve (non représentée) de récupération des résidus solides.
Dans l’exemple de la , l’organe 9 est configuré pour retenir au moins une partie des résidus solides contenus dans la composition sortant de l’hydrocyclone 8 par la sortie 13 et pour réintroduire le reste de la composition dans le conduit 4A via le point de réinjection 5.
Dans une réalisation alternative, l’organe 9 peut comprendre un élément tel qu’une vanne (non représentée) pilotée de manière à réintroduire pendant une première durée la composition sortant de l’hydrocyclone 8 par la sortie 13 dans le conduit 4A via le point de réinjection 5 et pour acheminer pendant une deuxième durée cette composition vers une cuve (non représentée) en vue d’extraire du réseau 4 les résidus solides. A titre d’exemple, sur une durée totale de dix minutes, la première durée peut être de neuf minutes et 45 secondes et la deuxième durée de 15 secondes.
Plus généralement, un tel organe 9 permet d’extraire des résidus solides du réseau 4 de manière continue ou intermittente.
L’installation 1 de la permet ainsi d’acheminer vers le conduit primaire 2, via le conduit 4C, la composition sortant de l’hydrocyclone 8 par la sortie 14, cette composition comprenant une eau reminéralisée avec des ions calcium et/ou magnésium solubilisés et étant dépourvue en tout ou partie de résidus solides du type insolubles, impuretés et grains de carbonate de calcium et/ou magnésium non dissous.
De nombreuses variantes peuvent être apportées à l’installation 1 décrite ci-dessus en référence à la sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, l’installation 1 peut comprendre un dispositif de séparation comprenant, en plus de l’hydrocyclone 8, un organe de séparation supplémentaire tel qu’un filtre à disque (non représenté) qui peut être monté en aval de la sortie 14 de l’hydrocyclone 8. De manière alternative ou complémentaire, l’hydrocyclone 8 peut constituer une partie d’un organe de séparation tel qu’un filtre à disque hydrocyclonique (non représenté), combinant filtration et effet hydrocyclonique et/ou appartenir à un dispositif de séparation comprenant un dispositif de polissage en aval de l’hydrocyclone, le dispositif de polissage pouvant comprendre un organe formant un ou plusieurs espaces de contact supplémentaires et/ou un ou plusieurs hydrocyclones secondaires et/ou un ou plusieurs filtres à disque.
Dans un mode de réalisation non représenté, l’installation comprend une cuve de contact formant ledit espace de contact, ou formant un espace de contact supplémentaire.
Notamment lorsque l’installation comprend une telle cuve de contact, l’installation peut comprendre un dispositif d’agitation (non représenté) afin d’agiter l’eau et la source d’ions calcium et/ou magnésium au sein de cette cuve de contact.
La dissolution des ions calcium et/ou magnésium et le cas échéant des ions carbonates peut aussi être améliorée en équipant l’installation d’un mélangeur statique (non représenté sur la ), en particulier en amont de l’hydrocyclone.
Il est représenté sur la un mode de réalisation dans lequel l’installation 1 comprend deux hydrocyclones 8A et 8B. Ce mode de réalisation est décrit ci-après uniquement selon ses différences par rapport à celui de la , la description qui précède s’appliquant par analogie.
Le conduit 4A est fluidiquement relié d’une part au point de prélèvement 11 du conduit primaire 2 et d’autre part à une entrée 12A de l’hydrocyclone 8A.
Le conduit 4B est fluidiquement relié d’une part à une première sortie 13A de l’hydrocyclone 8A et d’autre part à un point de réinjection 30 d’un conduit 4E du réseau 4.
Le réseau d’écoulement 4 comprend un conduit 4D qui est fluidiquement relié d’une part à une deuxième sortie 14A de l’hydrocyclone 8A et d’autre part à une entrée 12B de l’hydrocyclone 8B.
Le conduit 4C est fluidiquement relié d’une part à une deuxième sortie 14B de l’hydrocyclone 8B et d’autre part au point de réinjection 16 du conduit primaire 2.
Le conduit 4E est relié d’une part à une première sortie 13B de l’hydrocyclone 8B et d’autre part à un point de réinjection 31 du conduit 4A, c’est-à-dire en amont de l’hydrocyclone 8A.
L’installation 1 de la comprend aussi un dispositif 32 d’injection d’un réactif, dans cet exemple un acide stocké dans un réservoir 33, configuré pour injecter ce réactif en amont du point de réinjection 31.
La partie du conduit 4D s’étendant entre le dispositif d’injection 7 de la source d’ions calcium et/ou magnésium et l’entrée 12B de l’hydrocyclone 8B forme un espace de contact dimensionné pour permettre la dissolution des ions calcium et/ou magnésium dans l’eau, qui résulte en l’occurrence d’une réaction entre l’eau, le carbonate de calcium et l’acide.
Dans l’installation 1 de la , les conduits 4B et 4E permettent de faire recirculer dans l’hydrocyclone 8A, et le cas échéant dans l’espace de contact en amont de l’hydrocyclone 8B, une fraction de la composition d’eau reminéralisée avec des résidus solides qu’elle comporte sortant des hydrocyclones 8A et 8B par les sorties 13A et 13B respectivement, constituant ainsi deux étages de séparation et favorisant la dissolution des ions calcium et/ou magnésium.
Dans des variantes de réalisation non représentées, l’installation peut comprendre plus de deux étages et/ou un ou plusieurs étages de l’installation peuvent comprendre un dispositif de séparation différent d’un hydrocyclone et/ou un hydrocyclone différent de celui représenté sur la et/ou un ou plusieurs étages de l’installation peuvent comprendre un conduit de recirculation tandis qu’un ou plusieurs autres étages peuvent être dépourvus de conduit de recirculation.
Un autre exemple de réalisation est représenté sur la , qui est décrite ci-dessous uniquement selon ses différences par rapport à celui de la . La description qui précède s’applique par analogie.
Dans cet exemple, le conduit 4B est fluidiquement relié d’une part à la première sortie 13A de l’hydrocyclone 8A et d’autre part à un point de réinjection 36 du conduit 4A, c’est-à-dire en amont de l’hydrocyclone 8A. Le point de réinjection 36 est situé en aval du dispositif d’injection 32.
Le conduit 4E est quant à lui relié d’une part à la première sortie 13B de l’hydrocyclone 8B et d’autre part à un point de réinjection 37 du conduit 4B.
L’installation 1 de la comprend par ailleurs une cuve de stockage 41.
Le conduit 4C est fluidiquement relié d’une part à la deuxième sortie 14B de l’hydrocyclone 8B et d’autre part à une entrée 42 de la cuve 41.
Le réseau d’écoulement 4 de l’installation de la comprend un conduit 4F qui est fluidiquement relié d’une part à une sortie 43 de la cuve 41 et d’autre part au point de réinjection 16 du conduit primaire 2.
La cuve 41 permet de stocker l’eau reminéralisée avant réinjection dans le conduit primaire 2, permettant des arrêts de l’installation 1 et un contrôle du dosage de l’eau reminéralisée à injecter dans le conduit primaire 2.
L’installation 1 de la comprend d’autre part deux mélangeurs statiques 46 et 47.
Le mélangeur 46 est monté en aval du point de réinjection 36 et en amont de l’hydrocyclone 8A, tandis que le mélangeur 47 est monté en aval du dispositif d’injection 7 et en amont de l’hydrocyclone 8B.
Dans une variante de la , l’installation 1 comprend un filtre à disque (non représenté) monté sur le conduit 4C en aval de la sortie 14B de l’hydrocyclone 8B et en amont de la cuve 41.
Il est représenté sur la un dispositif de mesure 51 configuré pour mesurer un ou plusieurs paramètres de la composition sortant des hydrocyclones 8A et 8B, respectivement par les sorties 14A et 14B.
A titre d’exemple, ces paramètres peuvent être représentatifs de la turbidité et/ou de la conductivité de la composition, permettant d’évaluer respectivement la quantité de source d’ions calcium et/ou magnésium injectée et/ou la dissolution des ions calcium et/ou magnésium.
Dans les différents modes de réalisation qui viennent d’être décrits et dans leurs variantes, l’installation 1 peut comprendre un tel dispositif de mesure et un dispositif de commande (non représenté) configuré par exemple pour piloter le ou les dispositifs d’injection de source d’ions calcium et/ou magnésium et/ou de réactif(s) et/ou le débit de prélèvement et/ou de circulation dans le réseau d’écoulement en fonction des mesures réalisées.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, la source d’ions calcium et/ou magnésium peut comprendre des grains de carbonate de calcium et/ou magnésium présentant une taille moyenne différente de 150 µm, par exemple une taille comprise entre 50 µm et 1,5 mm, et/ou un autre type de source d’ions calcium et/ou magnésium, par exemple une chaux. Par ailleurs, le dioxyde de carbone ou l’acide ou plus généralement le réactif peut être injecté dans l’eau avant introduction de celle-ci dans le conduit primaire 2.
Pour autre exemple, l’eau arrivant dans le conduit primaire 2 peut avoir subi un traitement préalable de purification différent d’une osmose inverse ou un autre type de traitement. Bien entendu, l’eau traitée par l’installation 1 peut par ailleurs subir un traitement ultérieur en fonction de sa destination.
L’installation 1 peut aussi comprendre un dispositif 61 de récupération de CO2 tel que représenté sur les figures 5 et 6.
Les figures 5 et 6 montrent des installations 1 semblables à celles des figures 1 et 3, respectivement, et sont décrites uniquement selon leurs différences par rapport à ces dernières. La description qui précède s’applique par analogie aux modes de réalisation des figures 5 et 6.
En référence à la , l’installation 1 comprend un dispositif 62 d’injection de CO2 qui est dans cet exemple configuré pour injecter du CO2 dans le conduit 4A, en amont du dispositif d’injection 7.
Dans cet exemple, le dispositif 61 est configuré pour prélever du CO2 sous forme gazeuse dans la composition circulant dans le conduit 4C et pour acheminer le CO2 ainsi prélevé via un conduit 63 de manière à le réinjecter dans le conduit 4A via le dispositif d’injection 62.
L’installation 1 de la comprend un dispositif 61 de récupération de CO2 semblable à celui de la .
Un tel dispositif de récupération de CO2, qui permet de réduire la quantité de CO2 totale injectée dans l’installation 1, peut être mis en œuvre de manière à prélever et/ou réinjecter du CO2 en des points différents de l’installation 1 et/ou sur des installations différentes de celles des figures 5 et 6, par exemple une installation telle que celle illustrée sur la .

Claims (10)

  1. Installation (1) de traitement d’une eau, comprenant un dispositif d’injection (7) apte à injecter une source d’ions calcium et/ou magnésium dans l’eau, un espace de contact configuré pour permettre une dissolution des ions dans l’eau de manière à constituer une composition d’eau reminéralisée et un dispositif de séparation configuré pour séparer de la composition d’eau reminéralisée des résidus solides, caractérisée en ce que le dispositif de séparation comprend un hydrocyclone (8).
  2. Installation (1) selon la revendication 1, dans laquelle la source d’ions calcium et/ou magnésium :
    • comprend des sels de calcium et/ou de magnésium, de préférence choisis parmi les calcaires et les chaux, et/ou
    • présente une granulométrie comprise entre 30 µm et 4,0 mm, de préférence entre 50 µm et 1,5 mm.
  3. Installation (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’hydrocyclone (8) comprend une entrée (12) fluidiquement reliée à l’espace de contact et une sortie (13) fluidiquement reliée à un conduit (4B), ce conduit (4B) étant configuré pour réintroduire dans l’espace de contact une partie de la composition avec au moins une partie des résidus solides sortant de l’hydrocyclone (8) par cette sortie (13).
  4. Installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un conduit formant au moins une partie de l’espace de contact.
  5. Installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une cuve formant au moins une partie de l’espace de contact.
  6. Installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle ledit dispositif de séparation est un deuxième dispositif de séparation (8B), l’installation (1) comprenant un premier dispositif de séparation (8A) et une branche de recirculation (4E) configurée pour acheminer une partie de la composition d’eau reminéralisée sortant du deuxième dispositif de séparation (8B) en amont du premier dispositif de séparation (8A).
  7. Installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un dispositif (62, 63) configuré pour prélever du CO2 dans la composition d’eau reminéralisée et pour réinjecter le CO2 ainsi prélevé en amont de, ou dans, l’espace de contact.
  8. Procédé de traitement d’une eau à l’aide d’une installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes :
    • injection d’une source d’ions calcium et/ou magnésium dans l’eau,
    • dissolution des ions dans l’eau de manière à constituer une composition d’eau reminéralisée,
    • séparation de résidus solides de la composition d’eau reminéralisée.
  9. Procédé selon la revendication 8, comprenant une étape de traitement préalable de l’eau par osmose inverse.
  10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, comprenant, après l’étape de séparation, une étape de mélange de la composition d’eau reminéralisée avec une autre eau afin de la reminéraliser ou de neutraliser son acidité.
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