Brevet FR2179129A1 — publié le 19731116

La présente invention concerne un procédé perfectionné pour contrôler la pollution et plus particulièrement pour effectuer en meme temps la sorption et la régénération d'un sorbant charbonneux. Des matières charbonneuses telles que le charbon de lignine, le charbon d'os, des particules de charbon ou de coke, le charbon activé et autres, sont utilisées dans de nombreux buts pour de nombreux traitements chimiques en tant que sorbants pour la clarification, la purification ou l'affinage d'un produit. Avec le temps, ces matières sont saturées ou sont encrassées par des impuretés, et elles sont alors considérées comme "usées", et elles ne peuvent plus assurer de façon convenable leur fonction de sorption. Il existe déjà des procédés pour régénérer ces sorbants usés. Ces procédés nécessitent toujours que le sorbant usé soit séparé du traitement de sorption précédent pour être régénéré, en général par un procédé d'oxydation à haute température. Cette oxydation détruit inévitablement un pourcentage appu; ciable de sorbant par conversion en CO et/ou en C02 et donne un produit régénéré ayant une capacité réduite de sorption. L'invention concerne un procédé différent des procédés antérieurs et suivant lequel les processus de sorption et de régénération ont lieu simultanément. L'invention a par suite pour objet un procédé pour l'extraction d'une matière organique dissoute ou dispersée dans un effluent résiduaire aqueux L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé permettant l'extraction des matières organiques d'un effluent résiduaire aqueux par sorption sur un sorbant charbonneux, tout en régénérant en meme temps le sorbant. Le procédé selon l'invention comporte le mélange d'un sorbant charbonneux et de l'effluent résiduaire aqueux contenant la matière organique dissoute ou dispersée tout en irradiant le mélange d'effluent et de sorbant par une radiation de grande énergie. L'expression "radiation de grande énergie" utilisée dans le présent texte désigne une forme de radiation ayant la capacité de détruire ou de convertir des composés organiques contenant des groupes chromophores à une forme incolore ou moins colorée. Dans les exemples suivants, donnés pour illustrer l'invention, il est utilisé du cobalt-60, isotope émetteur gamma, comme source efficace de radiations de grande énergie. D'autres sources de radiations équivalentes peuvent etre utilisées selon l'invention, par exemple 137 134 le 192 Le 152 154 le Cs, le Ce, le Ir et le Eu. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement des exemples suivants. EXEMPLE 1 Du charbon activé en granulés de dimensions correspondant au tamis à ouvertures de 0,59 mm,obtenus à partir de coques de noix de coco, est saturé d'une solution aqueuse d'un colorant organique. La saturation est définie comme étant le point auquel plus de 95% de la couleur de la solution de colorant sont.sorbés sur le charbon de bois. La décoloration est déterminée par la réduction de l'absorption de la lumière à 350, 450 et 550 millimicrons, qui sont les pointes d'absorption principales pour ce colorant. Les valeurs d'absorption sont additionnées pour obtenir un "facteur de couleur" utilisé comme base pour comparer les résultats suivant la relation: Facteur de couleur = (X + Y + Z)D dans laquelle X + Y + Z = la somme des longueurs d'ondes optiques aux trois longueurs d'ondes choisies.D = un facteur de dilution correspondant à la dilution des échantillons avec de l'eau distillée pour amener l'échantillon dans la plage des couleurs du spectrophotomètre de mesure. Un volume supplémentaire de solution de colorant est ensuite mélangé au charbon saturé et le mélange est irradié par une source de cobalt-60. Après l'irradiation, la phase aqueuse est séparée du charbon et une mesure est effectuée pour déterminer l'absorption aux longueurs d'ondes indiquées. Les irradiations sont effectuées dans l'air à une pression et une température ambiantes, c'est-à-dire à 25 C. Le tableau I donne les résultats des essais. TABLEAU I Solution de Solution de colorant Solution de colo colorant irradié sans charbon rant + charbon saturé ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~saturéirradié Dose de radiation, rads 106 1o6 Facteur de couleur 1,325 0,685 0,189 % de couleur enlevée (a) 50 86 Temps d'exposition à la radiation, mn 72 72 (a) la réduction de couleur est A A B x 100, expression dans laquelle Alités de couleur de l'échantillon non traité et B=unités de couleur de l'échantillon traité. Les résultats donnés par le tableau I montrent que la présence de charbon usé augmente l'enlèvement de la couleur de 367 par rapport à celle obtenue par l'irradiation seule. L'effet observé est considéré résulter de la réactivation du charbon par les rayons gamma. Le mécanisme implique apparemment la destruction de la matière organique contenue dans les points d'absorption sur le charbon usé, de sorte que l'augmentation observée de la suppression de couleur est due à la disponibilité de points de sorption nouveaux ou régénérés. EXEMPLE 2 Dix grammes de charbon de noix de coco activé en particules correspondant au tamis à ouvertures de 0,59 mm saturé d'une solution de colorant est irradié de façon répétée en contact avec des volumes successifs de 100Cm3 de solution. Les résultats sont donnés par le tableau Il. TABLEAU Il Durée d'expo- Facteur Extraction Dose, sition à la de cou- de couleur Essai Description de l'échantillon Rads radiation, mn leur (a) pH 7 (a) 1 Charbon de bois saturé 5x105 36 0,44 8,0 83 2 Charbon de bois utilisé pour 6 l'essai 1 lxlO 72 0,488 8,4 81 3 Charbon de bois utilisé pour 6 ltessai 2 lxlO 72 0,454 7,9 83 4 Charbon de bois utilisé pour 6 l'essai 3 2x106 149 0,204 8,3 92 (a) basé sur le facteur de couleur de 2,615 de la solution de colorant non irradiée. Sur la base CT pourcentage constant d'enlèvement de la couleur des essais 1 à 3, il est clair que l'irradiation engendre ou régénère les poins de sorption du charbon ayant été initialement déjà saturés de colorant. L'augmentation de l'enlèvement de couleur suivant l'essai 4 montre que l'enlève- ment de la couleur est fonction de la dose de la durée d'exposition ou des deux. EXEMPLE 3 Un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention comporte l'utilisation d'une pression élevée d'oxygène dans la charge d'alimentation. Il a été constaté qu'une pression élevée d'oxygène sert comme équivalent de la radiation dans une mesure limitée, autrement dit qu'une pression élevée d'oxygène, pour une dose donnée, augmente l'effet régénérateur de la radiation sur le charbon. D'une façon générale, une pression minimale d'oxygène d'au moins 3,5kg/cm est nécessaire pour obtenir un effet mesurable. L'effet de la pression d'oxygène sur la réactivation du charbon par les rayons gamma est déterminé suivant cet exemple. Dix grammes de charbon de bois saturé de solution de colorant de 3 la façon décrite ci-dessus sont irradiés dans 100 cm d'eau distillée sour une pression d'oxygène de 70 kg/cm2 pendant 72 mn avec une dose des rayons gamma de 106 R. Ce traitement est utilisé pour déterminer si le charbon saturé est réactivé par rapport à l'absorption de colorant à partir d'une solution standard de colorant. Les résultats sont donnés par le tableau III ci-après. TABLEAU III Charbon de bois saturé Charbon de bois satu- avant l'irradiation ré après irradiation sous 02 à 70kg/cm2. sous 70kg/cm2 de Q2 Exposé à 100cm3 de so- avec des volumes de lution de colorant sa- 100cm3 d'eau distillée turée. Exposé à une solutin : standard de colorant Poids de charbon de bois, g 10 10 Durée d'exposition à la radiation, mn néant 72 Dose de radiation, rads néant 106 Réduction de la couleur de la solution de colorant après mélange avec le charbon de bois, % 5 91 Les résultats montrent que la réactivation du charbon a lieu. Autrement dit, un rétablissement de la capacité du charbon pratiquement égale à la capacité du charbon non irradiéqtel que reçu du fabricant, est démontré EXEMPLE 4 D'autres essais ont été effectués pour déterminer effet de irradiation gamma en présence d'oxygène sur la réactivation du charbon de bois saturé de colorant. Suivant ces essais, dix grammes de charbon saturé d'une solution de colorant organique sont irradiés dans 100cm3 d'eau distillée sous une une pression d'oxygène de 70kg/cm pendant 72mn avec une dose totale de rayons gamma de 106 R.Le charbon est ensuite exposé pendant 16 heures à une nouvelle charge de 100 cm3 de solution standard de colorant pour déterminer si sa capacité de sorption pour le colorant de la solution standard de colorant est rétablie ou non. Les résultats sont donnés par le tableau IV. TAB#LEAU IV Charbon de bois saturé Charbon de bois saturé avant irradiation sous après irradiation sous 02 à 70 kg/cm2. 02 à 70kg/cm3 avec 100cm3 Exposé à 100cm3 de solu- de H20 distillée (exposé tion de colorant saturée ensuite à 100cl3 de solu tion tion de colorant) Poids de charbon de bois,g 10 10 Durée d'exposition à la radiation, tnn néant 72 Dose de radiation, rads néant 106 Réduction de la couleur de la solution aqueuse de colorant après 16heurtes d'agitation avec le charbon de bois,% 5 91 Les résultats montrent que soit la capacité du charbon a été rétablie ou que de nouveaux points de sorption ont été engendrés sur le charbon pour lui permettre de réduire de 91% la couleur de la solution de colorant. EXEMPLE 5 Une solution aqueuse de benzylcyanine est pompée à travers une colonne de charbon de bois dans les trois conditions suivantes (1) à la pression atmosphérique, sans irradiation, (2) à la pression atmosphérique avec exposition du charbon de bois à une dose de 107 R d'une source de cobalt-60, et finalement (3) avec la solution sous une pression d'oxygène 2 de 105 kg/cm et une exposition du charbon de bois à 107 R comme en (2). Le tableau V donne les résultats. TABLEAU V Résultats analytiques pour l'oxydation radiolytique du colorant benzylcyanine 6B Pas d'exposition 107 R 107 R Pression atmos- Pression atmos- 02 sous phérique phérique lOSkg/cm2 Débit (litrevheure) 0,50 2,00 2,00 Capacité de passage du charbon de bois (litres) 14 25 108 (a) Transmission initiale à 550m/u (%) 2,5 2,5 2,5 Transmission de l'effluent à 550mu (%) après 13 litres 95 16 litres 65 24 litres 91 27 litres 82 108 litres 96,5 (a) Essai arrêté à 108 litres Ces résultats montrent que la capacité du charbon de bois a augmenté de 14 litres à 25 litres quand le charbon de bois a été placé dans une source de radiations et à plus de 108 litres quand la solution a de plus été mise 2 sous une pression d'oxygène de 105 kg/cm . Il sera noté que la transmission de l'effluent aqueux après passage à travers le charbon de bois a été de 96,5% après le passage de plus de 108 litres de solution de colorant à travers la colonne de charbon de bois. En fait, les résultats montrent un procédé pour la sorption de façon continue d'un contenu organique du liquide d'alimentation sur le lit de charbon pour la décoloration et pour la régénération simultanée du charbon usé. Les essais indiquent de façon claire que la capacité du lit augmente effectivement avec la dose croissante et avec la teneur en oxygène du liquide d'alimentation. L'importance du présent procédé pour le contrôle de la pollution peut être appréciée en considérant qu'antérieurement à l'invention il a été connu que des effluents de colorants à base aqueuse peuvent être décolorés par exposition prolongée à des radiations. Comme plus de 99% du poids de la plupart des effluents aqueux sont de l'eau, il est clair qu'il est désirable de réduire l'irradiation de la phase aqueuse et de concentrer la dose de radiations sur la fraction de colorant organique. En plaçant le charbon de bois dans un récipient d'irradiation, la fraction pouvant être sorbée par le charbon de bois peut être extraite du courant d'effluent et être concentrée sur le charbon de bois. Il est ainsi possible de rendre maximale l'irradiation de la matière organique et de rendre minimale l'irradiation de l'eau. En réglant le débit d'effluent à travers une colonne à lit de charbon de bois poreux pour obtenir le maximum de sorption, la dose de radiations peut être réglée pour une régénération constante sur place du charbon de bois, aidé par une pression d'oxygène comprise 2 entre 3.5 et 140 kg/cm pour favoriser l'oxydation des matières organiques sor- bées pour obtenir une réactivation continue du sorbant tout en produisant de façon continue un produit aqueux décoloré. Bien que le procédé selon l'invention soit illustré ci-dessus en considérant le traitement de solutions de colorants organiques, il est évident que conformément à l'invention il est possible de traiter des effluents liquides ou gazeux contenant des matières organiques, tels que ceux des usines à papier ou des usines pour le traitement des textiles, ainsi que des effluents de traitement d'aliments, pour obtenir un produit pouvant être déchargé de façon acceptable dans l'atmosphère ou dans des cours d'eau publics. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour régénérer un sorbant charbonneux en particules inertes contenant des composés organiques sorbés, caractérisé par l'irradiation du sorbant par des radiations de grande énergie sous une pression d'oxygène 2 comprise entre la pression ambiante etl4Okg/cmjusqu'à ce que le pouvoir de sorption du sorbant soit rétabli. 2. Procédé pour traiter une matière résiduaire organique dissoute ou dispersée dans un effluent aqueux, caractérisé par la mise en contact de effluent avec un sorbant charbonneux en particules inertes sous une pression d oxygène jusqu 140kg/cm2, l'irradiation du mélange résultant par une radiation de gr#nde énergie jusqu'à la production d'un liquide décoloré, et ensuite la séparation du liquide décoloré. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par l'irradiation du mélange de sorbant et d'effluent sous une pression d'oxygène comprise 2 entre 3,5 et 140kg/cm 4. Procédé selon revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le sorbant est choisi dans le groupe constitué par le charbon de bois activé, le charbon dos activé et le charbon dérivé de la houille ou du coke, finement divisés. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la source de radiations est une source de rayons gamma. 6. Procédé pour le traitement d'un effluent résiduaire organique dissous ou dispersé dans une phase aqueuse, caractérisé par l'envoi de la phase aqueuse à travers une colonne poreuse d'un sorbant charbonneux en particules inertes sous une pression d'oxygène jusqu'à 140kg/cm pendant l'irradiation de cette colonne par une radiation de grande énergie, pour obtenir un produit aqueux décoloré à la sortie de la colonne. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le mélange du sorbant avec une phase aqueuse.