WO2026022355A1 - Procédé et installation de traitement d'un flux d'une solution aqueuse au moyen d'un média particulaire activé par électrochimie bipolaire - Google Patents

Procédé et installation de traitement d'un flux d'une solution aqueuse au moyen d'un média particulaire activé par électrochimie bipolaire

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electrolyte
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aqueous solution
compartment
particulate
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Isabelle Baudin
Héloïse BERTIN
Alexander Kuhn
Stéphane RECULUSA
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
Suez International SAS
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
Suez International SAS
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Definitions

  • TITLE Process and installation for treating a stream of aqueous solution using a particulate medium activated by bipolar electrochemistry
  • the present invention relates to a method for treating a stream of aqueous solution using a particulate medium activated by bipolar electrochemistry and to an installation for treating a stream of aqueous solution using such a method.
  • the particulate medium is, for example, activated carbon, in powder form (CAP) or in granules (CAG).
  • the adsorption performance of activated carbon depends on many parameters, including the specific surface area and pore size distribution of the carbon, as well as the nature and concentration of the functional groups present on its surface.
  • the adsorption properties of activated carbon can, alternatively or in addition to physical processes, be modified by chemical processes.
  • Document EP 765 840 describes in particular a chemical process for treating activated carbon with trimethylchlorosilane, in order to increase its hydrophobic character.
  • trimethylchlorosilane is toxic and harmful to the environment, so it is not desirable to implement this compound for water treatment, especially for the production of drinking water.
  • One aim of the invention is therefore to provide a method for treating an aqueous solution by means of a particulate medium allowing the adsorption of a wider range of compounds, particularly in terms of hydrophilic/hydrophobic character, than prior art treatments, while having a limited environmental impact.
  • the invention relates to a process for treating a stream of aqueous solution comprising: a) the activation of a particulate medium to be activated comprising a material having non-zero electrical conductivity, b) the distribution of the particulate medium thus activated in a treatment volume, and c) the circulation of a stream of aqueous solution to be treated in the treatment volume through the activated particulate medium, to form a stream of treated aqueous solution, characterized in that the activation is carried out by a bipolar electrochemical process, the bipolar electrochemical process comprising the application of an electrical potential difference by means of at least two electrodes to an activation compartment containing the particulate medium in the presence of an electrolyte, without direct contact between the particulate medium and the electrodes.
  • Activation of the particulate medium comprising a material having non-zero electrical conductivity, such as a semiconductor or electrically conductive material, including a metallic or carbon-based material, by a bipolar electrochemical process makes it possible to modify the surface state of this material and in particular to obtain a hydrophilic/hydrophobic affinity gradient on a macroscopic scale along a dimension in which the shaped particulate medium extends, for example at the scale of the height of a filtration column, and possibly at the scale of each particle.
  • the activated particulate medium can then adsorb not only the same molecules as before activation, but also more hydrophobic and/or more hydrophilic than the latter, in a spectrum which depends on the physicochemical parameters of implementation of the bipolar electrochemistry process.
  • the choice of the potential difference between source electrodes, the electrolyte and/or the duration for which the potential difference is applied allows the hydrophilic/hydrophobic affinity gradient to be modulated according to the needs of the application, depending on the nature of the particulate medium before activation.
  • This activation step has the advantage of not involving toxic and/or polluting chemical solvents.
  • This activation step also has the advantage of being relatively energy-efficient.
  • the process for treating a stream of aqueous solution comprises one or more of the following features, taken individually or in any technically possible combination:
  • the bipolar electrochemistry process includes the circulation of the electrolyte through the particulate medium
  • the process of treating a stream of an aqueous solution includes between the activation a) and the distribution b) of the particulate medium: d) the separation of the activated particulate medium from the electrolyte in a separator connected to the activation compartment and the treatment volume;
  • the electrolyte has an electrical conductivity of less than 100 mS.cm- 1 ;
  • the particulate medium to be activated includes charcoal
  • the activation compartment is delimited by at least one wall permeable to fluids and impermeable to the particulate medium;
  • the activation compartment extends between a first fluidic contact end placed in a first compartment of an electrolyte reservoir and a second fluidic contact end placed in a second compartment of the electrolyte reservoir, the activation compartment thus forming a first fluidic communication between the first and second compartments of the electrolyte reservoir;
  • the invention also relates to an installation for treating a stream of an aqueous solution comprising: i) a treatment volume intended to receive a particulate medium and a stream of aqueous solution to be treated, the treatment volume comprising:
  • a bipolar electrochemical activation cell comprising:
  • an activation compartment comprising an injection inlet for the particulate media to be activated connected to the source and an outlet for distributing the activated particulate media to the introduction inlet of the treatment volume
  • At least two electrodes configured to apply an electrical potential difference to the activation compartment, without direct contact with the particulate medium.
  • the installation comprises one or more of the following features, taken individually or in all technically possible combinations:
  • the installation includes a separator comprising:
  • the installation includes an electrolyte recycling circuit from the first outlet of the separator to the electrochemical activation cell;
  • the electrolyte reservoir comprises at least a first compartment and a second compartment in fluidic communication via the activation compartment;
  • the installation includes an electrolyte recirculation system between the first and second compartments of the electrolyte tank;
  • the installation includes a recycling circuit for the particulate media from the extraction outlet to the injection inlet.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first installation for treating an aqueous solution according to the invention
  • Figure 2 is a flowchart representation of a water treatment process according to the invention implemented using the installation of Figure 1;
  • Figure 3 is an observational image of a grain of activated charcoal from the activation step of the process in Figure 2, showing the atomic percentage of oxygen atoms for different areas of the grain;
  • Figure 4 shows the statistical distribution of the atomic percentage of oxygen atoms obtained on a sample of activated carbon by the activation step of the process in Figure 2, for different values of the electrical voltage applied by the electrical voltage source, compared to an untreated sample (REF); and
  • Figure 5 shows a second embodiment of the activation cell of an installation similar to that of Figure 1.
  • a first embodiment of an installation 10 for treating a stream of an aqueous solution is described with reference to Figure 1.
  • the installation 10 includes a treatment volume 15, containing a particulate medium 20 comprising a material having electrical conductivity and receiving a flow of aqueous solution to be treated 25, and an activation cell 30 by bipolar electrochemistry, for the activation of the particulate medium 20 upstream of the treatment volume 15.
  • the treatment volume 15 includes an inlet 35 of the aqueous solution stream to be treated 25 and an outlet 40 of a treated aqueous solution stream 45, as well as an introduction inlet 50 of the particulate media 20 and an extraction outlet 55 of the particulate media 20, optionally connected to a storage tank 60.
  • the aqueous solution stream to be treated 25 received at the inlet 35 includes water, as well as molecular and/or ionic solutes and/or suspended solid particles.
  • the aqueous solution flow to be treated 25 is, for example, a flow of wastewater, industrial water, seawater, or even drinking water or water in the process of being made potable.
  • the aqueous solution stream 25 must be treated, for example, before its release into the environment, its subsequent use or its reuse.
  • ionic solutes include calcium, magnesium, sodium, carbonate, bicarbonate, sulfate, and/or chloride ions.
  • Molecular solutes include, for example, organic molecules, such as organic matter, hydrocarbons, or micropollutants, including pesticides, drug residues, or industrial residues.
  • At least some of these solutes and/or suspended solid particles are to be removed at least partially during treatment, this part being referred to hereafter by the generic expression "at least one compound to be removed”.
  • the treated aqueous solution stream 45 can therefore have a concentration in at least one compound to be removed lower than that of the treated aqueous solution stream 25.
  • the particulate medium 20 is configured to be brought into contact with the aqueous solution stream to be treated 25 in the treatment volume 15, so as to allow at least partial adsorption of at least one compound to be removed.
  • the particulate medium 20 is in the form of particles, so as to present a large contact surface with the aqueous solution stream to be treated 25, and thus allow efficient adsorption of at least one compound to be removed.
  • the particulate medium 20 may include granular and/or microgranular particles and/or a powder.
  • powder means particles whose equivalent diameter is strictly less than 100 pm, in particular between 20 pm and 100 pm, excluding the upper limit.
  • the equivalent diameter of the particles, when it is greater than 80 pm, can be determined by sieving according to ISO 8130-1:2019 of 8 May 2019 or according to NF P94-056.
  • the equivalent diameter of particles when it is between 5 pm and strictly less than 80 pm, can be determined according to ISO 14232-1:2017, i.e. by sieving, by sieving in an air jet or by laser diffraction as appropriate.
  • the particulate medium 20 comprises a material having a non-zero electrical conductivity.
  • non-zero electrical conductivity means an electrical conductivity greater than or equal to 10 ⁇ 6 S/cm at 298K.
  • the material exhibiting non-zero electrical conductivity may include, in particular, a semiconducting material, i.e., having an electrical conductivity between 10 ⁇ 6 S/cm and 103 S/cm at 298K and/or an electrically conductive material, i.e., having an electrical conductivity between 103 S/cm and 106 S/cm at 298K.
  • the particulate medium 20 comprises charcoal, alone or in a mixture, for example with silica.
  • the coal may have undergone prior activation by a process known in the prior art, in particular a process described in the introductory part of this application, so as to form activated carbon.
  • Activated charcoal can then be, for example, in the form of granular activated charcoal (GAC) or powdered activated charcoal (PAC).
  • GAC granular activated charcoal
  • PAC powdered activated charcoal
  • Activated carbon can be new, meaning it has never been in contact with a stream of aqueous solution to be treated, or it can come from a regeneration step according to a process known from the prior art.
  • the material exhibiting non-zero electrical conductivity can be chosen based on its electrical properties and its adsorption properties for one or more compounds to be removed.
  • the activation cell 30 is configured for the activation of the particulate medium 20 by bipolar electrochemistry upstream of the treatment volume 15.
  • the bipolar electrochemical activation cell 30 comprises a source 65 of the particulate media 20, an activation compartment 70 of the particulate media 20 including an injection inlet 75 of the particulate media 20 to be activated connected to the source 65 and a distribution outlet 80 of the activated particulate media 20 to the introduction inlet 50 of the treatment volume 15, as well as an electrolyte reservoir 85 90 connected to the activation compartment 70.
  • the activation cell 30 comprises at least two electrodes 95, configured to apply an electrical potential difference to the activation compartment 70, without direct contact with the particulate media 20.
  • Source 65 therefore includes particulate medium 20 before its activation by bipolar electrochemistry.
  • the particulate medium 20 which is found in the source 65 is referred to as "particulate medium 20 to be activated" in this application.
  • the particulate medium 20 to be activated may have already undergone a process of modifying its surface properties by a physical or chemical process known in the prior art, that is to say, a process other than a bipolar electrochemical process according to the invention. This is, for example, the case with CAP or CAG carbon.
  • the particulate medium 20 to be activated has at least partially already been previously activated in the sense of the invention, i.e. by a bipolar electrochemical process according to the invention, but has also already been implemented in the treatment volume 15.
  • the extraction outlet 55 of the treatment volume 15 can be connected by a recycling circuit 96 of the particulate media 20 from the extraction outlet 55 to the injection inlet 75.
  • the recycling circuit 96 includes, for example, as shown in Figure 1, a pump 97 for recycling the particulate media 20 from the storage tank 60 to the source 65.
  • the activation compartment 70 is connected to the source 65 at the level of the injection inlet 75 of the particulate media 20 to be activated via a pipe 100, equipped with a valve 105.
  • the activation compartment 70 is configured for the activation of the particulate medium 20 to be activated by the implementation of a bipolar electrochemical process.
  • Bipolar electrochemistry means the exposure of the particulate medium 20 to an electric field, so as to induce a temporary or permanent polarization at the scale of the individual particles of the particulate medium 20 and/or at the scale of a fictitious macroscopic volume in which the particulate medium 20 is contained.
  • the particulate medium 20 to be activated has a non-zero electrical conductivity in the sense of the definition provided above.
  • the particulate medium 20 is not in direct contact with either of the electrodes 95 in the activation cell 30, since such contact would impose a uniform electrical potential on the whole of the particulate medium 20, incompatible with a polarization of this medium.
  • bipolar electrochemistry The general principle of bipolar electrochemistry, recalled above, is described in particular in the article by Fosdick SE et al., "Bipolar electrochemistry," Angewandte Chemie International Edition, September 2013, pages 10438-10456.
  • BPE bipolar electrode
  • the particulate medium 20 is to be polarized by the bipolar electrochemical process and is therefore not in direct contact with any of the electrodes 95 in the activation cell 30.
  • the activation compartment 70 is delimited by at least one wall permeable to fluids and impermeable to the particulate medium 20.
  • the activation compartment 70 is cylindrical.
  • the bases and/or the side wall of the cylinder are permeable to fluids and impermeable to the particulate media 20.
  • At least one fluid-permeable and particulate-impermeable wall 20 is for example formed in a material chosen from electrical insulating materials, for example sintered glass or a plastic material such as polypropylene or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • electrical insulating materials for example sintered glass or a plastic material such as polypropylene or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the reservoir 85 includes an inlet 110 for the electrolyte 90.
  • the anion and the cation can be chosen according to the nature of the particulate medium 20 and/or the nature of the electrodes 95.
  • electrolyte 90 may in particular have an ionic conductivity of less than 100 mS/cm.
  • electrolyte 90 is an aqueous solution of sulfuric acid with a concentration of less than 10 -3 mol/L, specifically on the order of 10 -4 mol/L.
  • the position of the electrodes 95, the number of electrodes 95, their surface area, their chemical composition and/or their distance from the activation compartment 70 can be adapted according to the nature of the particulate medium 20, its particle size, the electrolyte 90, and/or the geometric characteristics of the activation compartment 70.
  • the electrodes 95 are electrically connected to an external electrical voltage source 130 or integrated into the activation cell.
  • the electrical voltage source 130 is, for example, a DC voltage source.
  • the electrical voltage source 130 is configured to generate a potential difference of at least 10 V, in particular between 10 V and 1000 V between the electrodes 95.
  • the activation of the electrical voltage source 130 enables the particulate medium 20 to be activated, to form a particulate medium 20 said to be "activated".
  • the separator 145 is configured to allow the separation of the activated particulate media 20 from a fraction 150 of the electrolyte 90 carried along with the activated particulate media 20 through the distribution outlet 80.
  • the separator 145 includes, for example, a draining surface 155 permeable to the electrolyte 90 and impermeable to the particulate media 20.
  • the second outlet 145C is in fluidic communication with the electrolyte source 115. This arrangement allows at least partial recycling of the electrolyte 90.
  • the treatment process 200 includes, if necessary, an introduction step 235, during which the particulate media 20 is introduced into the activation compartment 70 from the source 65 by opening the valve 105.
  • the introduction 235 can be passive, for example gravity-fed, or active. In the latter case, the installation 10 may include a suitable pumping device, not shown.
  • the particulate medium 20 can be more or less compacted after the introduction 235.
  • Low compaction helps to reduce subsequent gas releases at the wall of the activation compartment 70 and thus limit the energy consumption of the activation 205.
  • An accumulation of gas bubbles in the activation compartment can in particular restrict or even block the circulation of the electrolyte 90.
  • the treatment process 200 includes, if necessary, a filling step 240 of the tank 85.
  • the electrical voltage source 130 is activated.
  • the electrical voltage across the terminals of the electrical voltage source 130 can be chosen so that the intensity of the electric field to which the particulate medium 20 is subjected is between 0 and 100 V.cm- 1 .
  • the electrodes 95 are in direct contact with the particulate medium 20, in order to avoid the formation of a short circuit and the uniformization of the electrical potential within the particulate medium 20.
  • the electrical voltage across the terminals of the electrical voltage source 130 is, for example, between 40V and 100V, in particular in the order of 50V or 60V.
  • Temporary polarization induces a temporary or permanent modification of the physico-chemical properties of the surface of individual particles of the particulate medium 20 so that a variation of these physico-chemical properties can be observed at the scale of the particles and/or at the scale of said fictitious macroscopic volume.
  • the electrical voltage source 130 is kept activated for an activation period which can be on the order of a few minutes, or even on the order of a few tens of minutes.
  • the activation time can be chosen according to the intensity of the electric current flowing in the circuit formed by the electrical voltage source 130, the electrodes 95 and the activation compartment 70.
  • the activation time can be between 10 minutes and 30 minutes, particularly around 15 minutes, for a cylindrical activation compartment 70 with a height of 7 cm and a diameter of 2 cm filled with activated carbon.
  • the electrical consumption for the activation step 205 per kilogram of activated particulate media 20 produced can be on the order of 1 kWh, or even on the order of 0.1 kWh. This consumption is very low and therefore results in low costs during the operation of the process.
  • Figure 3 shows that part 1 of the grain, which was on the cathode-source side during activation 205, comprises 7.39% oxygen atoms, zone 2 comprises 7.33% oxygen atoms, zone 3 comprises 11.41% oxygen atoms and zone 4, which was on the anode-source side during activation 205, comprises 13.98% oxygen atoms, so that an oxidation gradient and therefore hydrophilicity gradient was formed on the surface of the grain, from the cathode-source to the anode-source (i.e. from left to right in this figure).
  • the oxygen atom content of a grain of the same coal but which has not undergone 205 activation is equal to 5% +/- 1% over the entire surface of the grain, as seen on the reference REF in Figure 4.
  • Figure 4 represents the statistical distribution of the atomic oxygen content %at(O) of unactivated (REF) coal grains, after activation under the conditions described for Figure 3 under a voltage of 40 V, under a voltage of 60 V and under a voltage of 60 V, cathodic side (hatching) and anodic side (dots) for these three cases.
  • the particulate media 20 is distributed at the distribution stage 210 to the treatment volume 15 by opening the valve 140 and the pump 142.
  • the distribution step 210 includes the spontaneous flow by gravity and/or the pumping of the activated particulate media 20 through at least one conduit and/or over at least one guiding surface extending between the activation compartment 70 and the treatment volume 15. This distribution is carried out without drying or packaging of the particulate material 20 from the activation compartment 70 to the treatment volume 15.
  • the processing method 200 includes a separation step 245 between activation 205 and distribution 210.
  • the fraction 150 of electrolyte 90 is recovered in the draining volume 165 after passing through the draining surface 155.
  • the duration of the separation 245 is chosen to allow the drainage of at least 90%, at least 95% or even at least 99% of the quantity of electrolyte 90 carried away at the distribution outlet 80.
  • the separation step 245 is not essential, particularly when the concentration of anions and cations in the electrolyte is low, for example, less than 1.0 x 10 ⁇ 3 mol/L for cations and anions resulting from the dissolution of salts such as potassium chloride or potassium nitrate, or from the dissolution of acids such as sulfuric acid or hydrochloric acid. Such a concentration does not, in fact, have a significant impact on the efficiency of the subsequent circulation step 215.
  • the treatment process 200 may include a rinsing step 250, not shown in detail.
  • the rinsing 250 includes the circulation of a flow of rinsing water (not shown) through the activated particulate media 20, so as to decrease the concentration of the ions present in the electrolyte 90 and carried along with the activated particulate media 20.
  • the particulate media 20 forms at least a fraction of at least one layer 180 of a filtration bed present in the treatment volume 15.
  • the filtration bed consists of the particulate medium 20.
  • the flow of aqueous solution to be treated 25 is introduced into the treatment volume 15 through the inlet 50, for example by means of a pump 185.
  • the aqueous solution flow to be treated 25 circulates through the filtration bed and is thus brought into contact with the activated particulate media 20.
  • the possible compound(s) to be eliminated are partially or totally adsorbed onto the particulate medium 20.
  • the treated aqueous solution stream 45 recovered at the outlet 40 therefore has, where applicable, a reduced concentration of the possible compound(s) to be eliminated compared to that(s) of the aqueous solution stream to be treated 25 and reduced compared to that(s) of an aqueous solution stream treated by the same particulate medium 20 but without activation.
  • the eight batches, after their possible activation 205, are implemented to each treat a respective fraction of an aqueous solution stream to be treated 25 in a treatment volume of 1 litre
  • Tables 2 and 3 below show the relative difference, compared to the treated aqueous solution flow 45 with the reference batch REF2, in the reduction of various micropollutants obtained in the respective treated aqueous solution streams 45 relative to the aqueous solution stream to be treated 25.
  • Micropollutant concentrations were measured by:
  • Tables 2 and 3 show that the activation step 205 increases the adsorption efficiency of most of the micropollutants tested during circulation 215, with the loss of performance in dissolved organic carbon remaining moderate in parallel (on the order of 5%), the adsorption performance depending on the conditions chosen for the activation step 205.
  • the activation conditions 205 can be chosen according to a range of target values or an upper threshold for one or more desired concentrations of compounds to be removed from the treated aqueous solution stream 45, and/or one or more concentrations of compounds to be removed from the treated aqueous solution stream 25 and/or a flow rate of the treated aqueous solution stream 25, in connection with what has been observed in Figures 3 and 4.
  • the distribution 210 can be carried out in such a way as to maintain or not for the circulation 215 in the treatment volume 15 the electronegativity gradient created at the macroscopic scale, i.e. at the scale of the activation compartment 70, during the activation 205.
  • the treatment process 200 is implemented sequentially (in English, "batch").
  • the 200 treatment process is implemented in a semi-sequential (in English "semi-batch”) or continuous manner.
  • the activated particulate media 20 can be renewed more or less frequently after its use for circulation 215, in particular depending on the flow rate of the aqueous solution stream to be treated 25 and/or the composition of the aqueous solution stream to be treated 25.
  • the particulate media 20 present in the treatment volume 15 is extracted in part or in whole through the extraction outlet 55 to the storage reservoir 60.
  • less than 50% by volume, in particular less than 20% by volume of the particulate media 20 is extracted and renewed by sequence or semi-sequence.
  • At least part, or even all, of the particulate media 20 thus extracted is recycled during a recycling step 255 via the recycling circuit 96 and reintroduced into the activation compartment 70 via the injection inlet 75 to undergo a new activation 205.
  • the particulate medium 20 can undergo a regeneration step 255 by a process known in the prior art at the outlet of the storage tank 60.
  • Regeneration may include a chemical treatment step, for example with caustic soda.
  • the electrolyte 90 reservoir 85 is separated into a first compartment 190 and a second compartment 195 configured to receive each a respective fraction of the electrolyte 90.
  • the activation compartment 70 is not totally immersed in the electrolyte 90.
  • a portion 70C of the activation compartment 70 is not immersed in the electrolyte 90.
  • a first fluidic contact end 70A of the activation compartment 70 is positioned in the first compartment 190 and is immersed in the electrolyte 90.
  • a second fluidic contact end 70B of the activation compartment 70 opposite the first end 70B relative to portion 70C is positioned in the first second compartment 195, and is immersed in the electrolyte 90.
  • the activation compartment 70 therefore ensures a first fluidic communication between the first and second compartments 190, 195 via the first and second fluidic contact ends 70A, 70B.
  • a side wall of the activation compartment 70 delimiting the portion 70C is fluid-tight, the first ends 70A and 70B each having at least one wall permeable to fluids and impermeable to the particulate medium 20.
  • the activation cell 30 includes a recirculation system 196 of the electrolyte 90 between the first and second compartments 190, 195.
  • the activation 205 then includes the active or passive recirculation of the electrolyte 90 from one of the first and second compartments 190, 195 to the other of these compartments 190, 195 by means of the recirculation system 196.
  • the recirculation system 196 includes a pump 197 allowing the recirculation of the electrolyte 90 from the first compartment 190 to the second compartment 195 through a pipe 198.
  • the second compartment 195 is, in a particular embodiment not shown, placed at an altitude higher than that of the first compartment 190, so as to allow the electrolyte 90 to flow spontaneously from the second compartment 195 to the first compartment 190 through the activation compartment 70.
  • the activation 205 then includes the active recirculation of the electrolyte 90 from the first compartment 190 to the second compartment 195, for example by means of the pump 197.
  • This embodiment promotes the evacuation of any gas bubbles that may form during activation 205 and thus reduces the energy consumption of this step.
  • the treatment process 200 according to the invention is simple to implement and energy-efficient.
  • the activation cell 30 implements simple elements, and can be easily connected, for example in post-editing, to a pre-existing processing volume 15.
  • the choice of conditions for the activation step 205 allows the particulate medium 20 to be activated in a flexible manner, largely adaptable to the types of compounds to be eliminated.
  • a filtration bed with several layers of activated particulate media 20, each layer being obtained by activation 205 under specific conditions.
  • the activation conditions 205 can, for example, be determined and controlled, possibly continuously, based on information on the composition and/or flow rate of the aqueous solution to be treated 25.
  • the frequency of distribution 210 and/or the frequency of recycling 255 of the particulate media 20 can be adjusted, possibly continuously, based on information on the composition and/or flow rate of the aqueous solution to be treated 25.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement (200) d'un flux d'une solution aqueuse, le procédé comprenant : a) l'activation (205) d'un média particulaire (20) à activer comprenant un matériau présentant une conductivité électrique non nulle, b) la distribution (210) du média particulaire (20) ainsi activé dans un volume de traitement (15), et c) la circulation (215) d'un flux de solution aqueuse à traiter (25) dans le volume de traitement (15) au travers du média particulaire (20) activé, pour former un flux de solution aqueuse traité (45), l'activation étant effectuée par un procédé d'électrochimie bipolaire, le procédé d'électrochimie bipolaire comprenant l'application d'une différence de potentiel électrique au moyen d'au moins deux électrodes (95) à un compartiment d'activation (70) contenant le média particulaire (20) en présence d'un électrolyte (90), sans contact direct entre le média particulaire (20) et les électrodes (95).

Description

TITRE : Procédé et installation de traitement d’un flux d’une solution aqueuse au moyen d’un média particulaire activé par électrochimie bipolaire
La présente invention concerne un procédé de traitement d’un flux d’une solution aqueuse au moyen d’un média particulaire activé par électrochimie bipolaire ainsi qu’une installation de traitement d’un flux d’une solution aqueuse au moyen d’un tel procédé.
Dans le domaine du traitement de l’eau, par exemple pour la production d’eau potable ou l’épuration des eaux usées, il est connu de mettre en œuvre une étape de filtration ou de séparation d’un flux d’eau à traiter sur un média particulaire choisi pour adsorber un ou plusieurs composés à éliminer.
Le média particulaire est par exemple du charbon actif, en poudre (CAP) ou en grains (CAG).
Les performances d’adsorption d’un charbon actif dépendent de très nombreux paramètres, et sont notamment liées à la surface spécifique et à la distribution de taille des pores du charbon, mais aussi à la nature et à la concentration des groupements fonctionnels présents sur la surface de ceux-ci.
Il est connu d’activer ou de régénérer du charbon en poudre ou en grains par des procédés physiques, tels qu’un chauffage à température de l’ordre de 1000°C sous atmosphère contrôlée, de manière à augmenter la surface spécifique des pores et/ou à désorber des molécules qui seraient déjà adsorbées sur ces pores.
Du fait de l’émergence de nouveaux micropolluants de structures chimiques de plus en plus diverses, le spectre d’adsorption des charbons actifs obtenus par les procédés physiques actuels ne suffit pas toujours à éliminer les molécules indésirables dans des conditions de mise en œuvre du charbon actif, réalistes ou compatibles avec les pratiques industrielles, notamment en termes de dosage et de durée de vie du charbon actif.
Notamment, l’élimination des petites molécules polaires peu adsorbables telles que les métabolites de pesticides, les composés per- et polyfluoroalkylés (en anglais, «per- and polyfluoroalkyl substances », ou PFAS) ou certains résidus médicamenteux reste à améliorer.
Les propriétés d’adsorption du charbon actif peuvent, alternativement ou en complément des procédés physiques, être modifiées par des procédés chimiques. Le document EP 765 840 décrit notamment un procédé chimique de traitement d’un charbon actif par du triméthylchlorosilane, de manière à en accroître le caractère hydrophobe.
Un tel procédé chimique présente l’inconvénient d’augmenter de manière homogène le caractère hydrophobe du charbon actif, réduisant ainsi son affinité pour d’éventuelles molécules hydrophiles qui seraient elles aussi à éliminer du flux d’eau à traiter.
De plus, le triméthylchlorosilane est toxique et nocif pour l’environnement, de sorte qu’il n’est pas souhaitable de mettre en œuvre ce composé pour le traitement de l’eau, en particulier pour la production d’eau potable.
Un but de l’invention est alors de fournir un procédé de traitement d’une solution aqueuse au moyen d’un média particulaire permettant l’adsorption d’une gamme plus large de composés, notamment en termes de caractère hydrophile/hydrophobe, que les traitements de l’art antérieur, tout en ayant un impact environnemental limité.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de traitement d’un flux d’une solution aqueuse comprenant : a) l’activation d’un média particulaire à activer comprenant un matériau présentant une conductivité électrique non nulle, b) la distribution du média particulaire ainsi activé dans un volume de traitement, et c) la circulation d’un flux de solution aqueuse à traiter dans le volume de traitement au travers du média particulaire activé, pour former un flux de solution aqueuse traité, caractérisé en ce que l’activation est effectuée par un procédé d’électrochimie bipolaire, le procédé d’électrochimie bipolaire comprenant l’application d’une différence de potentiel électrique au moyen d’au moins deux électrodes à un compartiment d’activation contenant le média particulaire en présence d’un électrolyte, sans contact direct entre le média particulaire et les électrodes.
L’activation du média particulaire comprenant un matériau ayant une conductivité électrique non nulle, tel qu’un matériau semi-conducteur ou conducteur de l’électricité, notamment un matériau métallique ou à base de carbone, par un procédé d’électrochimie bipolaire permet de modifier l’état de surface de ce matériau et notamment d’obtenir un gradient d’affinité hydrophile/hydrophobe à l’échelle macroscopique le long d’une dimension selon laquelle s’étend le média particulaire mis en forme, par exemple à l’échelle de la hauteur d’une colonne de filtration, et éventuellement à l’échelle de chaque particule.
Le média particulaire ainsi activé peut alors adsorber non seulement les mêmes molécules qu’avant activation, mais aussi des molécules plus hydrophobes et/ou plus hydrophiles que ces dernières, dans un spectre qui dépend des paramètres physicochimiques de mise en œuvre du procédé d’électrochimie bipolaire.
Notamment, le choix de la différence de potentiel entre des électrodes-sources, de l’électrolyte et/ou de la durée pendant laquelle la différence de potentiel est appliquée permettent de moduler, en fonction de la nature du média particulaire avant activation, le gradient d’affinité hydrophile/hydrophobe selon les besoins de l’application.
Cette étape d’activation présente l’avantage de ne pas impliquer de solvants chimiques toxiques et/ou polluants.
Cette étape d’activation a de plus l’avantage d’être relativement peu consommatrice d’énergie.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé de traitement d’un flux d’une solution aqueuse comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le procédé d’électrochimie bipolaire comprend la circulation de l’électrolyte au travers du média particulaire ;
- le procédé de traitement d’un flux d’une solution aqueuse comprend entre l’activation a) et la distribution b) du média particulaire : d) la séparation du média particulaire activé de l’électrolyte dans un séparateur raccordé au compartiment d’activation et au volume de traitement ;
- l’électrolyte a une conductivité électrique inférieure à 100 mS.cm-1 ;
- le média particulaire à activer comprend du charbon ;
- le compartiment d’activation est délimité par au moins une paroi perméable aux fluides et imperméable au média particulaire ;
- le compartiment d’activation s’étend entre une première extrémité de contact fluidique placée dans un premier compartiment d’un réservoir d’électrolyte et une deuxième extrémité de contact fluidique placée dans un deuxième compartiment du réservoir d’électrolyte, le compartiment d’activation formant ainsi une première communication fluidique entre les premier et deuxième compartiments du réservoir d’électrolyte ;
- le deuxième compartiment du réservoir d’électrolyte est placé à une altitude supérieure au premier compartiment du réservoir d’électrolyte de manière à permettre à l’électrolyte de s’écouler spontanément du deuxième compartiment du réservoir d’électrolyte vers le premier compartiment du réservoir d’électrolyte au travers du compartiment d’activation, le procédé comprenant une recirculation du premier compartiment du réservoir d’électrolyte vers le deuxième compartiment du réservoir d’électrolyte pendant l’activation a). L’invention concerne également une installation de traitement d’un flux d’une solution aqueuse comprenant : i) un volume de traitement destiné à recevoir un média particulaire et un flux de solution aqueuse à traiter, le volume de traitement comprenant :
* une entrée du flux de solution aqueuse à traiter et une sortie d’un flux de solution aqueuse traité, et
* une entrée d’introduction du média particulaire et une sortie d’extraction du média particulaire, l’installation étant caractérise en ce qu’elle comprend : ii) une cellule d’activation par électrochimie bipolaire comprenant :
- une source de média particulaire,
- un compartiment d’activation comprenant une entrée d’injection du média particulaire à activer raccordée à la source et une sortie de distribution du média particulaire activé vers l’entrée d’introduction du volume de traitement,
- un réservoir d’électrolyte raccordé au compartiment d’activation, et
- au moins deux électrodes, configurées pour appliquer une différence de potentiel électrique au compartiment d’activation, sans contact direct avec le média particulaire.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, l’installation comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’installation comprend un séparateur comprenant :
*une entrée de séparateur, connectée à la sortie de distribution et configurée pour recevoir un flux comprenant le média particulaire activé et l’électrolyte,
* une première sortie d’un flux d’électrolyte, et
* une deuxième sortie d’un flux de média particulaire égoutté, la deuxième sortie étant connectée à l’entrée d’introduction du volume de traitement ;
- l’installation comprend un circuit de recyclage de l’électrolyte depuis la première sortie du séparateur vers la cellule d’activation électrochimique ;
- le réservoir d’électrolyte comprend au moins un premier compartiment et un deuxième compartiment en communication fluidique par l’intermédiaire du compartiment d’activation ;
- l’installation comprend un système de recirculation de l’électrolyte entre le premier et le deuxième compartiments du réservoir d’électrolyte ;
- l’installation comprend un circuit de recyclage du média particulaire de la sortie d’extraction vers l’entrée d’injection. L’invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d’une première installation de traitement d’une solution aqueuse selon l’invention ;
La figure 2 est une représentation sous forme de logigramme d’un procédé de traitement d’eau selon l’invention mis en œuvre au moyen de l’installation de la figure 1 ;
La figure 3 est un cliché d’observation d’un grain de charbon activé par l’étape d’activation du procédé de la figure 2, montrant le pourcentage atomique en atome d’oxygène pour différentes zones du grain ;
La figure 4 montre la répartitition statistique du pourcentage atomique en atome d’oxygène obtenue sur un échantillon de charbon activé par l’étape d’activation du procédé de la figure 2, pour différentes valeurs de la tension électrique appliquée par la source de tension électrique en comparaison d’un échantillon non traité (REF) ; et
La figure 5 montre un deuxième mode de réalisation de la cellule d’activation d’une installation analogue à celle de la figure 1.
Un premier mode de réalisation d’une installation 10 de traitement d’un flux d’une solution aqueuse est décrit en référence à la figure 1 .
L’installation 10 comprend un volume de traitement 15, contenant un média particulaire 20 comprenant un matériau présentant une conductivité électrique et recevant un flux de solution aqueuse à traiter 25, et une cellule d’activation 30 par électrochimie bipolaire, pour l’activation du média particulaire 20 en amont du volume de traitement 15.
Le volume de traitement 15 comprend une entrée 35 du flux de solution aqueuse à traiter 25 et une sortie 40 d’un flux de solution aqueuse traité 45, ainsi qu’une entrée d’introduction 50 du média particulaire 20 et une sortie d’extraction 55 du média particulaire 20, optionnellement connectée à un réservoir de stockage 60.
Le flux de solution aqueuse à traiter 25 reçu à l’entrée 35 comprend de l’eau, ainsi que des solutés moléculaires et/ou ioniques et/ou des particules solides en suspension.
Le flux de solution aqueuse à traiter 25 est par exemple un flux d’une eau usée, d’une eau industrielle, d’une eau de mer, ou encore d’une eau potable ou en cours de potabilisation.
Le flux de solution aqueuse 25 est à traiter par exemple avant son rejet dans l’environnement, son utilisation ultérieure ou sa réutilisation.
Les solutés ioniques comprennent à titre d’exemples des ions calcium, magnésium, sodium, carbonates, bicarbonates, sulfates, et/ou chlorure. Les solutés moléculaires comprennent par exemple des molécules organiques, tels que de la matière organique, des hydrocarbures ou encore des micropolluants, notamment des pesticides, des résidus médicamenteux ou des résidus industriels.
En particulier, les micropolluants peuvent comprendre des métabolites de pesticides et/ou des composés per- et polyfluoroalkylés (désignés dans la suite par le sigle PFAS).
Au moins une partie de ces solutés et/ou de ces particules solides en suspension est à éliminer au moins partiellement lors du traitement, cette partie étant désignée dans la suite par l’expression générique « au moins un composé à éliminer ».
Le flux de solution aqueuse traité 45 peut donc avoir une concentration en l’au moins un composé à éliminer inférieure à celle du flux de solution aqueuse à traiter 25.
Le média particulaire 20 est configuré pour être mis en contact avec le flux de solution aqueuse à traiter 25 dans le volume de traitement 15, de manière à permettre l’adsorption au moins partielle de l’au moins un composé à éliminer.
A cette fin, le média particulaire 20 se présente sous la forme de particules, de manière à présenter une surface de contact importante avec le flux de solution aqueuse à traiter 25, et ainsi permettre une adsorption efficace de l’au moins un composé à éliminer.
Le média particulaire 20 peut comprendre des particules de type grains et/ou micrograins et/ou une poudre.
Par grains, on entend dans la présente demande des particules dont le diamètre équivalent est compris entre 0,5 mm et 4,0 mm, bornes incluses, notamment compris entre 0,5 mm et 2,0 mm.
Par micro-grains, on entend dans la présente demande des particules dont le diamètre équivalent est compris entre 100 pm et 0,5 mm, bornes incluses.
Par poudre, on entend dans la présente demande des particules dont le diamètre équivalent est strictement inférieur à 100 pm, notamment compris entre 20 pm et 100 pm, borne supérieure exclue.
Le diamètre équivalent des particules, lorsqu’il est supérieur à 80 pm, peut être déterminé par tamisage selon la norme ISO 8130-1 :2019 du 8 mai 2019 ou selon la norme NF P94-056.
Le diamètre équivalent des particules, lorsqu’il est compris entre 5 pm et strictement moins que 80 pm peut être déterminé selon la norme ISO 14232-1 :2017, c’est-à-dire par tamisage, par tamisage dans un jet d’air ou par diffraction laser selon les cas.
Le média particulaire 20 comprend un matériau présentant une conductivité électrique non nulle.
Par conductivité électrique non nulle, on entend dans la présente demande une conductivité électrique supérieure ou égale à 10-6 S/cm à 298K. Le matériau présentant une conductivité électrique non nulle peut notamment comprendre un matériau semi-conducteur, c’est-à-dire présentant une conductivité électrique comprise entre 10-6 S/cm et 103 S/cm à 298K et/ou un matériau conducteur de l’électricité, c’est-à-dire présentant une conductivité électrique comprise entre 103 S/cm et 106 S/cm à 298K .
Dans un mode de réalisation particulier, le média particulaire 20 comprend du charbon, seul ou en mélange, par exemple avec de la silice.
Le charbon peut avoir subi une activation préalable par un procédé connu de l’art antérieur, notamment un procédé décrit dans la partie introductive de la présente demande, de manière à former un charbon actif.
Le charbon actif peut alors être par exemple sous la forme de charbon actif en grains (CAG) ou en poudre (CAP).
Le charbon actif peut être neuf, c’est-à-dire ne jamais avoir été mis en contact avec un flux de solution aqueuse à traiter, ou encore être issu d’une étape de régénération selon un procédé connu de l’art antérieur.
De manière générale, le matériau présentant une conductivité électrique non nulle peut être choisi en fonction de ses propriétés électriques et de ses propriétés d’adsorption d’un ou plusieurs composés à éliminer.
La cellule d’activation 30 est configurée pour l’activation du média particulaire 20 par électrochimie bipolaire en amont du volume de traitement 15.
La cellule d’activation 30 par électrochimie bipolaire comprend une source 65 du média particulaire 20, un compartiment d’activation 70 du média particulaire 20 comprenant une entrée d’injection 75 du média particulaire 20 à activer raccordée à la source 65 et une sortie de distribution 80 du média particulaire 20 activé vers l’entrée d’introduction 50 du volume de traitement 15, ainsi qu’un réservoir 85 d’électrolyte 90 raccordé au compartiment d’activation 70. La cellule d’activation 30 comprend au moins deux électrodes 95, configurées pour appliquer une différence de potentiel électrique au compartiment d’activation 70, sans contact direct avec le média particulaire 20.
La source 65 comprend donc le média particulaire 20 avant son activation par électrochimie bipolaire.
Le média particulaire 20 qui se trouve dans la source 65 est qualifié de « média particulaire 20 à activer » dans la présente demande.
Le média particulaire 20 à activer peut avoir déjà subi un processus de modification de ses propriétés de surface par un procédé physique ou chimique connu de l’art antérieur, c’est-à-dire un procédé autre qu’un procédé d’électrochimie bipolaire selon l’invention. C’est par exemple le cas du charbon CAP ou CAG. Dans un mode de réalisation particulier, le média particulaire 20 à activer a au moins en partie déjà été préalablement activé au sens de l’invention, c’est-à-dire par un procédé d’électrochimie bipolaire selon l’invention mais a en outre été déjà été mis en œuvre dans le volume de traitement 15.
Dans ce cas, la sortie d’extraction 55 du volume de traitement 15 peut être connectée par un circuit de recyclage 96 du média particulaire 20 de la sortie d’extraction 55 vers l’entrée d’injection 75.
Le circuit de recyclage 96 comprend par exemple, comme représenté sur la figure 1 , une pompe 97 de recyclage du média particulaire 20 du réservoir de stockage 60 vers la source 65.
Cette disposition permet de recycler au moins partiellement le média particulaire 20 après son utilisation dans le volume de traitement 15.
Le compartiment d’activation 70 est raccordé à la source 65 au niveau de l’entrée d’injection 75 du média particulaire 20 à activer par l’intermédiaire d’une canalisation 100, munie d’une vanne 105.
Le compartiment d’activation 70 est configuré pour l’activation du média particulaire 20 à activer par la mise en œuvre d’un procédé d’électrochimie bipolaire.
Par électrochimie bipolaire, on entend l’exposition du média particulaire 20 à un champ électrique, de manière à induire une polarisation temporaire ou permanente à l’échelle des particules individuelles du média particulaire 20 et/ou à l’échelle d’un volume macroscopique fictif dans lequel le média particulaire 20 est contenu.
Pour qu’une telle polarisation puisse être obtenue, le média particulaire 20 à activer présente une conductivité électrique non nulle au sens de la définition fournie plus haut.
De plus, le média particulaire 20 n’est pas en contact direct avec l’une ou l’autre des électrodes 95 dans la cellule d’activation 30, puisqu’un tel contact imposerait un potentiel électrique uniforme à l’ensemble du média particulaire 20, incompatible avec une polarisation de ce média.
Le principe général de l’électrochimie bipolaire rappelé ci-dessus est notamment décrit dans l’article Fosdick S.E. et al., « Bipolar electrochemistry », Angewandte Chemie International Edition, Septembre 2013, pages 10438-10456. Le schéma 2, page 10441 de cet article illustre le phénomène de polarisation d’une électrode dite bipolaire (en abrégé, BPE) placée dans un électrolyte entre deux électrodes de commande, qui ne sont pas en contact direct avec l’électrode bipolaire. On comprend notamment au vu de cette figure qu’un contact direct entre l’électrode bipolaire et l’une ou l’autre des électrodes de commande imposerait un potentiel uniforme à l’électrode bipolaire. En l’absence d’un tel contact direct, chaque section de l’électrode bipolaire a un potentiel électrique égal au potentiel de la solution qui l’environne de sorte que le potentiel électrique varie continûment d’une extrémité à l’autre de l’électrode bipolaire.
Dans la présente invention, le média particulaire 20 est à polariser par le procédé d’électrochimie bipolaire et n’est donc en contact direct avec aucune des électrodes 95 dans la cellule d’activation 30.
Pour ce faire, le compartiment d’activation 70 est délimité par au moins une paroi perméable aux fluides et imperméable au média particulaire 20.
Dans l’exemple de la figure 1 , le compartiment d’activation 70 est cylindrique. Les bases et/ou la paroi latérale du cylindre sont perméables aux fluides et imperméables au média particulaire 20.
L’au moins une paroi perméable aux fluides et imperméable au média particulaire 20 est par exemple formée dans un matériau choisi parmi les matériaux isolants électriques, par exemple du verre fritté ou un matériau plastique tel que le polypropylène ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE).
Le compartiment d’activation 70 est raccordé au réservoir 85 d’électrolyte 90.
Dans le premier mode de réalisation, le compartiment d’activation 70 est directement immergé dans le réservoir 85.
Le réservoir 85 comprend une entrée d’amenée 110 de l’électrolyte 90.
L’entrée d’amenée 110 peut être raccordée à une source d’électrolyte 115 par l’intermédiaire d’une conduite 120 munie d’une vanne 125 et éventuellement d’une pompe 127.
L’électrolyte 90 est par exemple une solution aqueuse comprenant au moins un soluté anionique et au moins un soluté cationique.
L’anion et le cation peuvent être choisis en fonction de la nature du média particulaire 20 et/ou de la nature des électrodes 95.
A titre d’exemple, l’électrolyte 90 comprend un ou plusieurs cations choisis parmi l’ion sodium, l’ion potassium, et l’ion oxonium.
A titre d’exemple, l’électrolyte 90 comprend un ou plusieurs anions choisis parmi l’ion sulfate, l’ion nitrate et l’ion chlorure.
Les concentrations en anions et cations sont avantageusement choisies de manière à favoriser le courant bipolaire, c’est-à-dire la fraction du courant électrique circulant au travers des dipôles électriques (encore appelés électrodes bipolaires) dans le média particulaire 20, par opposition au courant ionique, associé au déplacement macroscopique des ions présents dans l’électrolyte 90.
A cette fin, l’électrolyte 90 peut notamment présenter une conductivité ionique inférieure à 100 mS/cm. Par exemple, l’électrolyte 90 est une solution aqueuse d’acide sulfurique de concentration inférieure à 10-3 mol/L, notamment de l’ordre de 10-4 mol/L.
De telles concentrations sont en général insuffisantes pour des procédés électrochimiques de type électrolyse, mais parfaitement adaptées pour le procédé d’électrochimie bipolaire selon l’invention.
L’électrolyte 90 permet la circulation d’un courant électrique bipolaire au travers du média particulaire 20 présent dans le compartiment d’activation 70 lorsqu’une différence de potentiel électrique lui est appliqué au moyen des électrodes 95.
Les électrodes 95 sont positionnées par rapport au compartiment d’activation 70 de manière à permettre l’application d’une telle différence de potentiel électrique.
Dans l’exemple de la figure 1 , les électrodes 95 sont partiellement immergées dans le réservoir 85, de manière à ce que chacune des électrodes 95 fasse face à une base respective du compartiment d’activation 70, sans contact direct avec cette base.
De manière générale, la position des électrodes 95, le nombre d’électrodes 95, leur surface, leur composition chimique et/ou leur distance au compartiment d’activation 70 peuvent être adaptés en fonction de la nature du média particulaire 20, de sa granulométrie, de l’électrolyte 90, et/ou des caractéristiques géométriques du compartiment d’activation 70.
Les électrodes 95 peuvent être formées dans un matériau conducteur de l’électricité, tel qu’un métal noble, un acier ou du titane. Le matériau est préférentiellement choisi parmi l’or et le platine si l’électrode 95 est une anode-source.
Les électrodes 95 sont raccordées électriquement à une source de tension électrique 130 externe ou intégrée dans la cellule d’activation.
La source de tension électrique 130 est par exemple une source de tension continue.
La source de tension électrique 130 est configurée pour engendrer une différence de potentiel d’au moins 10 V, notamment comprise entre 10 V et 1 000 V entre les électrodes 95.
La mise en fonctionnement de la source de tension électrique 130 permet d’activer le média particulaire 20 à activer, pour former un média particulaire 20 dit « activé ».
Le compartiment d’activation 70 comprend la sortie de distribution 80 du média particulaire 20 activé vers l’entrée d’introduction 50 du volume de traitement 15.
La sortie de distribution 80 est raccordée à l’entrée d’introduction 50 par l’intermédiaire d’une conduite d’introduction 135 munie d’une vanne 140 et d’une pompe 142. De manière optionnelle, comme cela est représenté sur la figure 1 , l’installation 10 comprend un séparateur 145 en aval de la sortie de distribution 80 et en amont de l’entrée d’introduction 50.
Le séparateur 145 est configuré pour permettre la séparation du média particulaire 20 activé d’une fraction 150 de l’électrolyte 90 entraînée avec le média particulaire 20 activé à travers la sortie de distribution 80.
Le séparateur 145 comprend par exemple une surface 155 d’égouttage perméable à l’électrolyte 90 et imperméable au média particulaire 20.
La surface 155 d’égouttage sépare un volume de circulation 160 du média particulaire 20 en provenance de la sortie de distribution 80 et reçu sur une entrée de séparateur 145A, vers l’entrée d’introduction 50 au travers d’une première sortie 145B, et un volume d’égouttage 165 permettant de former la fraction 150 de l’électrolyte 90 seule, de manière à récupérer un flux d’électrolyte 90 seul sur une deuxième sortie 145C.
Un flux de média particulaire 20 activé au moins partiellement égoutté est fourni sur la première sortie 145B.
Dans un mode de réalisation particulier, représenté sur la figure 1 , la deuxième sortie 145C est en communication fluidique avec la source d’électrolyte 115. Cette disposition permet le recyclage au moins partiel de l’électrolyte 90.
On va maintenant décrire un procédé de traitement 200 du flux de solution aqueuse à traiter 25 au moyen de l’installation 10 en référence à la figure 2.
Le procédé de traitement 200 comprend : a) l’activation 205 du média particulaire 20 à activer par un procédé d’électrochimie bipolaire, le procédé d’électrochimie bipolaire comprenant l’application d’une différence de potentiel électrique, au moyen des électrodes 95, au compartiment d’activation 70 contenant le média particulaire 20 en présence de l’électrolyte 90, sans contact direct entre le média particulaire 20 et les électrodes 95 ; b) la distribution 210 du média particulaire 20 ainsi activé dans le volume de traitement 15 ; et c) la circulation 215 du flux de solution aqueuse à traiter 25 dans le volume de traitement 15 au travers du média particulaire 20 activé, pour former le flux de solution aqueuse traité 45.
Avant l’activation 205, le procédé de traitement 200 comprend si nécessaire une étape d’introduction 235, au cours de laquelle le média particulaire 20 est introduit dans le compartiment d’activation 70 à partir de la source 65 par ouverture de la vanne 105. L’introduction 235 peut être passive, par exemple gravitaire, ou active. Dans ce dernier cas, l’installation 10 peut comprendre un dispositif de pompage approprié, non représenté.
Puis la vanne 105 est refermée.
Le média particulaire 20 peut être plus ou moins compacté à l’issue de l’introduction 235.
Un faible compactage permet notamment de réduire les dégagements gazeux ultérieurs au niveau de la paroi du compartiment d’activation 70 et ainsi de limiter la consommation énergétique de l’activation 205. Une accumulation de bulles de gaz dans le compartiment d’activation peut en particulier restreindre voire bloquer la circulation de l’électrolyte 90.
Simultanément ou non avec l’introduction 235, le procédé de traitement 200 comprend si nécessaire une étape de remplissage 240 du réservoir 85.
Le remplissage 240 est par exemple effectué à partir de la source d’électrolyte 115, par ouverture de la vanne 125 et éventuellement activation de la pompe 127. La vanne 125 est refermée à l’issue du remplissage 240.
Pour l’activation 205, la source de tension électrique 130 est activée.
La tension électrique aux bornes de la source de tension électrique 130 peut être choisie de manière à ce que l’intensité du champ électrique auquel est soumis le média particulaire 20 est comprise entre 0 et 100 V.cm-1.
Il est essentiel que les électrodes 95 ne soient pas en contact direct avec le média particulaire 20, de manière à éviter la formation d’un court-circuit et l’uniformisation du potentiel électrique au sein du média particulaire 20.
La tension électrique aux bornes de la source de tension électrique 130 est par exemple comprise entre 40V et 100V, notamment de l’ordre de 50V ou 60V.
L’application de cette tension électrique permet d’induire une polarisation temporaire à l’échelle des particules individuelles du média particulaire 20 et/ou à l’échelle d’un volume macroscopique fictif dans lequel le média particulaire 20 est contenu.
La polarisation temporaire induit une modification temporaire ou permanente des propriétés physico-chimiques de la surface des particules individuelles du média particulaire 20 de sorte qu’une variation de ces propriétés physico-chimiques peut être observée à l’échelle des particules et/ou à l’échelle dudit volume macroscopique fictif.
Par modification temporaire d’une propriété physico-chimique donnée, on entend une durée de maintien, ou équivalemment de rémanence, de cette modification telle que la modification persiste au moment de l’introduction de du média particulaire 20 dans le volume de traitement 15. La durée de rémanence d’une modification physico-chimique dépend éventuellement des conditions auxquelles le média particulaire 20 est soumis après son activation 205 et avant sa distribution 210 dans le volume de traitement 15.
La source de tension électrique 130 est maintenue activée pendant une durée d’activation qui peut être de l’ordre de quelques minutes, voire de l’ordre de quelques dizaines de minutes.
La durée d’activation est alors par exemple comprise entre 5 minutes et 120 minutes, de préférence entre 10 minutes et 30 minutes.
La durée d’activation peut être choisie en fonction de l’intensité du courant électrique qui circule dans le circuit formé par la source de tension électrique 130, les électrodes 95 et le compartiment d’activation 70.
A titre d’exemple, pour une intensité du courant électrique par exemple comprise entre 10 mA et 100 mA, notamment entre 20 mA et 50 mA et pour une tension électrique comprise entre 40 V et 80V, la durée d’activation peut être comprise entre 10 minutes et 30 minutes, notamment de l’ordre de 15 minutes, pour un compartiment d’activation 70 cylindrique de hauteur égale à 7 cm et de diamètre égal à 2 cm rempli de charbon actif.
La consommation électrique pour l’étape d’activation 205 par kilogramme de média particulaire 20 activé produit peut être de l’ordre de 1 kWh, voire de l’ordre de 0,1 kWh. Cette consommation est très faible et engendre donc de faibles coûts lors de l’exploitation du procédé.
L’activation 205 se traduit par une modification des propriétés de surface des particules du média particulaire 20. En particulier, un gradient de polarisation induisant un gradient de modification de la chimie de surface des particules s’établit à l’échelle de chaque particule, de sorte qu’à l’issue de l’activation 205, chaque particule est en mesure d’interagir avec une gamme de molécules de polarités et/ou de polarisabilités plus variées qu’avant l’activation 205.
Cela est notamment visible sur la figure 3, montrant un cliché d’un grain d’un charbon actif Filtrasorb® 400 fourni par la société Calgon Carbon et ayant subi une étape d’activation 205 dans un compartiment d’activation 70 ayant la forme d’un cylindre de 5 cm de long, selon le mode de réalisation de la figure 5 décrit plus loin, soumis à une tension de 80V pendant 20 minutes en présence d’un électrolyte 90 constitué d’une solution d’acide sulfurique de concentration 1 ,0.10-4 mol/L. Ce cliché a été obtenu au moyen d’un microscope électronique à balayage TESCAN Vega 3 équipé d’une sonde EDX Bruker. L’analyse par la sonde EDX permet d’accéder à la teneur atomique locale en atome d’oxygène. On constate sur la figure 3 que la partie 1 du grain, qui se trouvait du côté de la cathode-source lors de l’activation 205, comprend 7,39% d’atomes d’oxygène, la zone 2 comprend 7,33% d’atomes d’oxygène, la zone 3 comprend 11 ,41 % d’atomes d’oxygène et la zone 4, qui se trouvait du côté de l’anode-source lors de l’activation 205, comprend 13,98% d’atomes d’oxygène, de sorte qu’un gradient d’oxydation et donc d’hydrophilie a été formé à la surface du grain, de la cathode-source vers l’anode-source (c’est-à-dire de la gauche vers la droite sur cette figure).
En comparaison, la teneur en atome d’oxygène d’un grain du même charbon mais qui n’a pas subi d’activation 205 est égale à 5% +/- 1% sur toute la surface du grain, comme visible sur la référence REF de la figure 4.
On observe donc un élargissement de la gamme d’états d’oxydation à l’échelle du grain, ainsi qu’un décalage de la valeur médiane de cette gamme vers des pourcentages en oxygène plus élevés, à l’issue de l’activation 205.
La figure 4 représente la distribution statistique de la teneur atomique en oxygène %at(O) des grains de charbon sans activation (REF), après activation dans les conditions décrites pour la figure 3 sous une tension de 40 V, sous une tension de 60V et sous une tension de 60V, côté cathodique (hachures) et côté anodique (points) pour ces trois cas.
On constate sur cette figure que le décalage de la valeur médiane ainsi que l’amplitude de l’élargissement de la gamme de teneur atomique en atomes d’oxygène peuvent être contrôlés notamment par le choix de la tension appliquée par la source de tension électrique 130, et donc de l’intensité du champ électrique auquel est exposé le média particulaire 20.
On constate aussi sur les figures 3 et 4 qu’un gradient est obtenu non seulement à l’échelle de chaque particule, comme visible sur la figure 3, mais aussi à l’échelle du compartiment 70 puisque l’effet obtenu du côté du compartiment d’activation 70 le plus proche de la cathode-source n’est pas le même que celui obtenu du côté du compartiment d’activation 70 le plus proche de l’anode-source.
A l’issue de l’activation 205, le média particulaire 20 est distribué à l’étape de distribution 210 vers le volume de traitement 15 par ouverture de la vanne 140 et de la pompe 142.
L’étape de distribution 210 comprend l’écoulement spontané par gravité et/ou le pompage du média particulaire 20 activé au travers d’au moins une conduite et/ou sur au moins une surface de guidage s’étendant entre le compartiment d’activation 70 et le volume de traitement 15. Cette distribution est effectuée sans séchage ni emballage du matériau particulaire 20 depuis le compartiment d’activation 70 jusqu’au volume de traitement 15. Le cas échéant, le procédé de traitement 200 comprend une étape de séparation 245 entre l’activation 205 et la distribution 210.
Pour l’étape de séparation 245, le média particulaire 20 activé sortant du compartiment d’activation 70 à travers la sortie de distribution 80 en entraînant éventuellement la fraction 150 d’électrolyte 90 circule dans le volume de circulation 160 du séparateur 145. La fraction 150 d’électrolyte 90 est récupérée dans le volume d’égouttage 165 après traversée de la surface d’égouttage 155.
En conséquence, la quantité d’électrolyte 90 entraînée avec le média particulaire 20 activé au niveau de l’entrée d’introduction 50 peut être inférieure à celle qui est entraînée avec le média particulaire 20 au niveau de la sortie de distribution 80.
Dans un mode de réalisation particulier, la durée de la séparation 245 est choisie pour permettre l’égouttage d’au moins 90%, au moins 95% voire au moins 99% de la quantité d’électrolyte 90 entraînée au niveau de la sortie de distribution 80.
L’étape de séparation 245 n’est pas indispensable, notamment dans le cas où la concentration en anions et cations de l’électrolyte est faible, par exemple inférieure à 1 ,0.10’3 mol/L pour des cations et anions issus de la dissolution de sels tels que le chlorure de potassium ou le nitrate de potassium, ou encore de la dissolution d’acides tels que l’acide sulfurique ou l’acide chlorhydrique. Une telle concentration n’a en effet pas d’impact significatif sur l’efficacité de l’étape de circulation 215 ultérieure.
De manière optionnelle, éventuellement pendant ou à l’issue de l’étape de séparation 245, ou encore avant l’étape de distribution 210, le procédé de traitement 200 peut comprendre une étape de rinçage 250, non représentée en détails.
Le rinçage 250 comprend la circulation d’un flux d’eau de rinçage (non représenté) au travers du média particulaire 20 activé, de manière à diminuer la concentration des ions issus présents dans l’électrolyte 90 et entraînés avec le média particulaire 20 activé.
A l’issue de l’étape de distribution 210, le média particulaire 20 forme au moins une fraction d’au moins une couche 180 d’un lit de filtration présent dans le volume de traitement 15.
Dans un mode de réalisation particulier, le lit de filtration est constitué du média particulaire 20.
Au cours de l’étape de circulation 215, le flux de solution aqueuse à traiter 25 est introduit dans le volume de traitement 15 par l’entrée d’introduction 50, par exemple au moyen d’une pompe 185.
Le flux de solution aqueuse à traiter 25 circule au travers du lit de filtration et est ainsi mis en contact avec le média particulaire 20 activé. De ce fait, le ou les éventuels composés à éliminer s’ adsorbent partiellement ou totalement sur le média particulaire 20.
Le flux de solution aqueuse traité 45 récupéré au niveau de la sortie 40 a donc, le cas échéant, une concentration en le ou les éventuels composés à éliminer réduite par rapport à celle(s) du flux de solution aqueuse à traiter 25 et réduite par rapport à celle(s) d’un flux de solution aqueuse traité par le même média particulaire 20 mais sans activation.
A titre d’exemple, à partir d’un même charbon actif Filtrasorb® 400 fourni par la société Calgon Carbon, 8 lots ont été constitués : un lot de référence REF2 ne subissant pas d’étape d’activation, et 7 lots CAG1 à CAG7 auquel on fait subir une étape d’activation 205 dans un compartiment d’activation 70 ayant la forme d’une cylindre de révolution de 7 cm de long et de 2 cm de diamètre en configuration verticale et fermée, soumis à une tension électrique spécifiée dans la table 1 ci-après pendant 20 minutes en présence d’un électrolyte 90 constitué d’une solution aqueuse d’acide sulfurique de concentration égale à 1 ,0.10-2 mol/L.
Les lots de compacité dite « réduite » ont été tassés lors du remplissage du compartiment d’activation 70, de sorte que les lots de compacité réduite ont, dans le compartiment d’activation 70, une densité supérieure à celle des lots de compacité standard.
[Tablel]
Table 1 : paramètre d’activation des lots CAG1 à CAG7
Les huit lots, après leur éventuelle activation 205, sont mis en œuvre pour traiter chacun une fraction respective d’un flux de solution aqueuse à traiter 25 dans un volume de traitement de 1 litre
Les tables 2 et 3 ci-après montrent l’écart relatif, par rapport au flux de solution aqueuse traité 45 avec le lot de référence REF2, d’abattement en différents micropolluants obtenu dans les flux de solution aqueuse traités 45 respectifs par rapport au flux de solution aqueuse à traiter 25.
Les concentrations en micropolluants ont été mesurées par :
- chromatographie en phase gazeuse avec spectrométrie de masse avec injection dans l’espace de tête en ce qui concerne le 1 ,4-dioxane ;
- chromatographie liquide à haute performance avec spectrométrie de masse en tandem en ce qui concerne le dimétachlore et le métolachlore ; et
- par chromatographie en phase gazeuse avec spectrométrie de masse en tandem et extraction en phase solide en ce qui concerne l’acétolachlore, l’alachlore et le métazachlore.
[Table 2]
Table 2 : écarts relatifs entre les abattements en micropolluants obtenus avec les lots CAG1 à CAG7 et ceux obtenus avec le lot REF2
[Table 3]
Table 3 : écarts relatifs entre les abattements en micropolluants obtenus avec les lots CAG1 à CAG7 et ceux obtenus avec le lot REF2
Les tables 2 et 3 montrent que l’étape d’activation 205 permet d’accroître l’efficacité d’adsorption de la plupart des micropolluants testés lors de la circulation 215, la perte de performance en carbone organique dissous restant en parallèle modérée (de l’ordre de 5%), les performances d’adsorption dépendant des conditions choisies pour l’étape d’activation 205.
Les conditions de l’activation 205 peuvent être choisis en fonction d’une gamme de valeurs cibles ou d’un seuil supérieur pour une ou plusieurs concentrations de composés à éliminer souhaité(es) pour le flux de solution aqueuse traité 45, et/ou d’une ou plusieurs concentrations de composés à éliminer du flux de solution aqueuse à traiter 25 et/ou d’un débit du flux de solution aqueuse à traiter 25, en lien avec ce qui a été observé sur les figures 3 et 4.
La distribution 210 peut être effectuée de manière à maintenir ou pas pour la circulation 215 dans le volume de traitement 15 le gradient d’électronégativité créé à l’échelle macroscopique, c’est-à-dire à l’échelle du compartiment d’activation 70, lors de l’activation 205.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de traitement 200 est mis en œuvre de manière séquentielle (en anglais « batch »).
Alternativement, le procédé de traitement 200 est mis en œuvre de manière semi- séquentielle (en anglais « semi-batch ») ou continue.
Le média particulaire 20 activé peut être renouvelé plus ou moins fréquemment après son utilisation pour la circulation 215, notamment en fonction du débit du flux de solution aqueuse à traiter 25 et/ou de la composition du flux de solution aqueuse à traiter 25.
Pour cela, le média particulaire 20 présent dans le volume de traitement 15 est extrait en partie ou en totalité par la sortie d’extraction 55 vers le réservoir de stockage 60.
De préférence, moins de 50% en volume, notamment moins de 20% en volume du média particulaire 20 est extrait et renouvelé par séquence ou semi-séquence.
De manière optionnelle, au moins une partie, voire la totalité, du média particulaire 20 ainsi extrait est recyclé lors d’une étape de recyclage 255 via le circuit de recyclage 96 et réintroduit dans le compartiment d’activation 70 via l’entrée d’injection 75 pour y subir une nouvelle activation 205.
Alternativement ou en complément, le média particulaire 20 peut subir une étape de régénération 255 par un procédé connu de l’art antérieur en sortie du réservoir de stockage 60.
La régénération peut comprendre une étape de traitement chimique, par exemple avec de la soude.
Un deuxième mode de réalisation de l’installation 10 est décrit en référence à la figure 5, seules les différences avec le premier mode de réalisation étant mises en exergue dans ce qui suit.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le réservoir 85 d’électrolyte 90 est séparé en un premier compartiment 190 et un deuxième compartiment 195 configurés pour recevoir chacun une fraction respective de l’électrolyte 90.
Dans ce mode de réalisation, le compartiment d’activation 70 n’est pas totalement immergé dans l’électrolyte 90. Notamment une portion 70C du compartiment d’activation 70 n’est pas immergée dans l’électrolyte 90.
Une première extrémité 70A de contact fluidique du compartiment d’activation 70 est positionnée dans le premier compartiment 190 et est immergée dans l’électrolyte 90.
Une deuxième extrémité 70B de contact fluidique du compartiment d’activation 70 à l’opposé de la première extrémité 70B relativement à la portion 70C est positionnée dans le premier deuxième compartiment 195, et est immergée dans l’électrolyte 90.
Le compartiment d’activation 70 assure donc une première communication fluidique entre le premier et le deuxième compartiments 190, 195 via la première et la deuxième extrémités 70A, 70B de contact fluidique.
Dans ce cas, une paroi latérale du compartiment d’activation 70 délimitant la portion 70C est étanche aux fluides, les premières extrémités 70A et 70B présentant chacune au moins une paroi perméable aux fluides et imperméable au média particulaire 20.
Dans un mode de réalisation particulier, la cellule d’activation 30 comprend un système de recirculation 196 de l’électrolyte 90 entre le premier et le deuxième compartiments 190, 195.
L’activation 205 comprend alors la recirculation active ou passive de l’électrolyte 90 de l’un du premier et du deuxième compartiments 190, 195 vers l’autre de ces compartiments 190, 195 au moyen du système de recirculation 196.
A titre d’exemple, le système de recirculation 196 comprend une pompe 197 permettant la recirculation de l’électrolyte 90 du premier compartiment 190 vers le deuxième compartiment 195 au travers d’une canalisation 198. Dans ce cas, le deuxième compartiment 195 est, dans un mode de réalisation particulier non représenté, placé à une altitude supérieure à celle du premier compartiment 190, de manière à permettre à l’électrolyte 90 de s’écouler spontanément du deuxième compartiment 195 vers le premier compartiment 190 au travers du compartiment d’activation 70.
L’activation 205 comprend alors la recirculation active de l’électrolyte 90 du premier compartiment 190 vers le deuxième compartiment 195, par exemple au moyen de la pompe 197.
Ce mode de réalisation favorise l’évacuation d’éventuelles bulles de gaz qui se formeraient pendant l’activation 205 et ainsi de réduire la consommation énergétique de cette étape.
Quel que soit le mode de réalisation choisi, le procédé de traitement 200 selon l’invention est simple à mettre en œuvre et peu coûteux en énergie.
La cellule d’activation 30 met en œuvre des éléments simples, et peut être facilement reliée, par exemple en post-montage, à un volume de traitement 15 préexistant.
Le choix des conditions de l’étape d’activation 205 permet d’activer le média particulaire 20 de manière souple, largement adaptable aux types de composés à éliminer.
Il peut notamment être envisagé de former un lit de filtration avec plusieurs couches de média particulaire 20 activé, chaque couche étant obtenu par activation 205 dans des conditions spécifiques.
Les conditions de l’activation 205 peuvent par exemple être déterminées et pilotées, éventuellement en continu, en fonction d’informations sur la composition et/ou le débit du flux de solution aqueuse à traiter 25.
La fréquence de la distribution 210 et/ou la fréquence du recyclage 255 du média particulaire 20 peuvent être adaptées, éventuellement en continu, en fonction d’informations sur la composition et/ou le débit du flux de solution aqueuse à traiter 25.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse, le procédé comprenant : a) l’activation (205) d’un média particulaire (20) à activer comprenant un matériau présentant une conductivité électrique non nulle, b) la distribution (210) du média particulaire (20) ainsi activé dans un volume de traitement (15), et c) la circulation (215) d’un flux de solution aqueuse à traiter (25) dans le volume de traitement (15) au travers du média particulaire (20) activé, pour former un flux de solution aqueuse traité (45), caractérisé en ce que l’activation est effectuée par un procédé d’électrochimie bipolaire, le procédé d’électrochimie bipolaire comprenant l’application d’une différence de potentiel électrique au moyen d’au moins deux électrodes (95) à un compartiment d’activation (70) contenant le média particulaire (20) en présence d’un électrolyte (90), sans contact direct entre le média particulaire (20) et les électrodes (95).
2. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon la revendication 1 , dans laquelle le procédé d’électrochimie bipolaire comprend la circulation de l’électrolyte (90) au travers du média particulaire (20).
3. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant entre l’activation (205) a) et la distribution (210) b) du média particulaire (20) : d) la séparation du média particulaire (20) activé de l’électrolyte (90) dans un séparateur (145) raccordé au compartiment d’activation (70) et au volume de traitement (15).
4. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’électrolyte (90) a une conductivité électrique inférieure à 100 mS.cnr1.
5. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le média particulaire (20) à activer comprend du charbon.
6. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le compartiment d’activation (70) est délimité par au moins une paroi perméable aux fluides et imperméable au média particulaire (20).
7. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le compartiment d’activation (70) s’étend entre une première extrémité (70A) de contact fluidique placée dans un premier compartiment (190) d’un réservoir (85) d’électrolyte (90) et une deuxième extrémité (70B) de contact fluidique placée dans un deuxième compartiment (195) du réservoir (85) d’électrolyte (90), le compartiment d’activation (70) formant ainsi une première communication fluidique entre les premier et deuxième compartiments (190, 195) du réservoir (85) d’électrolyte (90).
8. Procédé de traitement (200) d’un flux d’une solution aqueuse selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième compartiment (195) du réservoir (85) d’électrolyte (90) est placé à une altitude supérieure au premier compartiment (190) du réservoir (85) d’électrolyte (90) de manière à permettre à l’électrolyte (90) de s’écouler spontanément du deuxième compartiment (195) du réservoir (85) d’électrolyte (90) vers le premier compartiment (190) du réservoir (85) d’électrolyte (90) au travers du compartiment d’activation (70), le procédé comprenant une recirculation du premier compartiment (190) du réservoir (85) d’électrolyte (90) vers le deuxième compartiment (195) du réservoir (85) d’électrolyte (90) pendant l’activation (205) a).
9. Installation (10) de traitement d’une solution aqueuse comprenant : i) un volume de traitement (15) destiné à recevoir un média particulaire (20) et un flux de solution aqueuse à traiter (25), le volume de traitement (15) comprenant :
* une entrée (35) du flux de solution aqueuse à traiter (25) et une sortie d’un flux de solution aqueuse traité (45), et
* une entrée d’introduction (50) du média particulaire (20) et une sortie d’extraction (55) du média particulaire (20), l’installation (10) étant caractérise en ce qu’elle comprend : ii) une cellule d’activation (30) par électrochimie bipolaire comprenant :
- une source (65) de média particulaire (20),
- un compartiment d’activation (70) comprenant une entrée d’injection (75) du média particulaire (20) à activer raccordée à la source (65) et une sortie de distribution (80) du média particulaire (20) activé vers l’entrée d’introduction (50) du volume de traitement (15),
- un réservoir (85) d’électrolyte (90) raccordé au compartiment d’activation (70), et - au moins deux électrodes (95), configurées pour appliquer une différence de potentiel électrique au compartiment d’activation (70), sans contact direct avec le média particulaire (20).
10. Installation (10) de traitement d’une solution aqueuse selon la revendication précédente, comprenant en outre un séparateur (145) comprenant :
- une entrée de séparateur (145A), connectée à la sortie de distribution (80) et configurée pour recevoir un flux comprenant le média particulaire (20) activé et l’électrolyte (90),
- une première sortie (145C) d’un flux d’électrolyte (90), et
- une deuxième sortie (145B) d’un flux de média particulaire (20) égoutté, la deuxième sortie (145B) étant connectée à l’entrée d’introduction (35) du volume de traitement (15).
11. Installation (10) de traitement d’une solution aqueuse selon la revendication précédente, comprenant un circuit de recyclage de l’électrolyte (90) depuis la première sortie (145C) du séparateur (145) vers la cellule d’activation électrochimique (30).
12. Installation (10) de traitement d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 , dans laquelle le réservoir (85) d’électrolyte (90) comprend au moins un premier compartiment (190) et un deuxième compartiment (195) en communication fluidique par l’intermédiaire du compartiment d’activation (70).
13. Installation (10) de traitement d’une solution aqueuse selon la revendication précédente, comprenant un système de recirculation (196) de l’électrolyte (90) entre le premier et le deuxième compartiments (190, 195) du réservoir (85) d’électrolyte (90).
14. Installation (10) de traitement d’un flux d’une solution aqueuse selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant un circuit de recyclage (96) du média particulaire (20) de la sortie d’extraction (55) vers l’entrée d’injection (75).
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FOSDICK S.E. ET AL.: "Angewandte Chemie International Edition", September 2013, article "Bipolar electrochemistry", pages: 10438 - 10456

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