Brevet FR2224411A1 — publié le 19741031

ma présente invention concerne un procédé permettant d'obtenir une eau déminéralisée et stérile; elle vise en outre les dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est connu de déminéraliser partiellement l'eau (à 9C-95% en moyenne) par osmose inverse, l'eau ainsi déminéralisée étant stérile Cependant, ce procédé présente on seulement l'inconvénient de ne pouvoir effectuer une déminéralisation totale, mais aussi de consommer une quantité d'eau bien supérieure à l'eau déminéralisée et stérile produite, car le processus implique généralement le rejet à l'égout de lyeau surminéralisée résultant aussi du processus d'osmose inverse Par ailleurs,- on sait déminéraliser totalement l'eau au moyen d'un échangeur d'ions, mais lleau déminéralisée ainsi obtenue ne peut etre stérile, car pendant les stagnations de l'eau dans le lit de résine, les échangeurs constituent un milieu de prolifération de bactéries et/ou autres germes On a déjà suggéré, dans la demande de brevet français No 72-41842, déposéele 24 Novembre 1972, au nom de la demanderesse, et ayant pour titre "-Procédé d'obtention d'eau déminéralisée et stérile et installations pour la mise en oeuvre de ce procédé"-, un procédé combinant l'utilisation d'un dispositif d'échange d'ions et d'un ou deux osmoseurs inverses, dans le but de remédier aux inconvénients précités te procédé de la présente invention apporte une autre solution à ce problème, tout en assurant, dans des conditions encore plus économiques, la plus longue durée de vie possible des membranes semi-perméables de l'osmoseur inverse On rappellera que l'utilisation, dans les conditions classiques, d'un oEmoseur inverse pour la déminéralisation de l'eau nécessite toujours des pré-traitements pour éviter, soit des précipitations, soit des proliférations microbiennes au niveau des membranes, ainsi qu'une hydrolyse plus ou moins rapide de celles-ci De plus, les membranes doivent toujours travailler dans des conditions optimales de température et de pH pour avoir l'efficacité et la durée de vie maximales En outre, toujours dans le but d'éviter des précipitations dans la zone laminaire de surconcentration minérale qui se trouve en contact avec la membrane, on doit s'imposer une vitesse minimale de balayage qui entraîne, surtout dans les osmoseurs les plus simples, des rejets importants et par conséquent une consommation d'eau brute inutilement augmentée. Comme indiqué plus haut, le procédé de la présente inventionp3e met de pallier, d'une façon simple, à ces divers inconvénients. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer l'eau brute à traiter à travers un lit d'un échangeur de cations,de façon à la débarrasser de la quasi-totalité des cations y contenus, et à lui conférer un pH acide fonction de la quotité d'anions présents, par exemple de l'ordre de 5 à 6,5,à soumettre l'eau déctio- nisée ainsi obtenue à un traitement de dégazage, dans une zone de dégazage, de façon à ce qu'elle perde jusqu a environ 80 83 de son acide carbonique, et à soumettre lteau dégazée résultante à uneoe- mose inverse, pour obtenir une première fraction d'eau pratiquement complètement déminéralisée et stérile, en même temps qu'une seconde fraction d'eau légèrement reminéralisée. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, recycle tout ou rtie de la seconde fraction précitée, depréférence la totalité de cette seconde fraction, par renvoi en amont dudit# moseur et en aval de la zone de dégazage précitée. Selon une autre caractéristique de la présente invention letrai- tement de dégazage précité est avantageusement effectué par dispm- sion dans l'air de l'eau décationisée issue du lit d'échangeur de cations précité. Puisque la quasi-totalité des cations est arrêtée par le lit de l'échangeur de cations, la minéralisation de l'eau issue dudit lit résulte de la présence d'aninns et, en majeure partie, des anions provenant des carbonates et bicarbonates de l'eau initiale; dans ces conditions, le traitement de dégazage permet de réduire considérablement la minéralisation anionique de l'eau provenant du lit d'échangeur, dans des conditions telles que l'eau dégazée possède une minéralisation globale considérablement réduite et qui, du port de vue qualitatif, ne peut pas entraîner de précipitations sur les membranes semi-perméables de l'osmoseur, puisque cette minéralisation est généralement due aux anions carbonate (fraction résiduelle), sulfate et chlorure. Par ailleurs, le traitement précité permet de conférer à l'eau, alimentant l'osmoseur inverse un pli. de l'ordre de 5 à 6,5, de préférence de l'ordre de 5,5 à 6, qui correspond aux conditions d'acidité les plus favorables pour l'efficacité de l'osmoseur et la durabilité de ses membranes ; on évite ainsi l'injection classique d'acide avant admission sur l'osmoseur, ce qui dispense de la mise en oeuvre d'une source d'acide et d'une pompe doseuse. lie passage de l'eau décationisée et dégazée à travers ltosmoseur aura alors pour effet de rendre l'eau stérile et d'abaisser encore sa minéralisation (de l'ordre de 95 %).Ainsi, une eau initiale d'une minéralisation totale d'environ 400 à 500 mg/l pourra présenter, en fin de traitement, une minéralisation très faible, de l'ordre de 5 à 7 mg/l, essentielinent due à la présence des anions résiduels. Si on le désire, on peut faire une déminéralisation complémen taire par panage de l'eau déminéralisée et stérile à travers un lit d'un mélange de résine échangeuse de cations et de résine échangeuse d'anions. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, d'-un exemple de réalisation, donné à titre non limitatif, en référence aux dessins schématiques ci-joints dans lesquels - la figure unique représente un dispositif pour la mise en oeuvre du mode de réalisation préféré de la présente invention. On voit sur la figure 1 une colonne 1 contenant un lit 2 d'un échangeur de cations, un bac 3 de réception de l'eau ayant traversé la colonne 2, une pompe de circulation 4 et un osmoseur inverse 5, ces différents éléments étant disposés en série, canine##reIedsss1n. La zone comprise entre la surface libre de l'eau contenue dans le bac 3 et la partie inférieure de la colonne 1 constitue une zone de dégazage 6 qui est traversée par l'eau provenant de la colonne 1 dans des conditions telles que cette eau soit divisée ou dispersée et en contact intime avec l'air; dans cette zone,une ventilation peut d'ailleurs être assurée, par des moyens non représentés, pour éliminer plus rapidement le gaz carbonique. La référence 9 représente la canalisation alimentant- l'osmoseur inverse 5 ; la référence 1 1 désigne une canalisation de recyclage qui est reliée à la sortie de l'eau n'ayant pas traversé les membranes semi-perméables de l'osmoseur 5, tandis. que la référence 10 désigne la canalisation dans laquelle est recueillie l'eau déminéralisée et stérile, cette canalisation étant reliée au tube collecteur 15 délivrant l'eau ayant diffusé à travers les membranes semi-perméables de l'osmoseur. La structure interne de l'osmoseur 5 est de type en soi connu, celuici comportglt,par exemple, autour d'un tube collecteur central, tel que le tube 13, un ensemble de membranes semi-perméables disposées concentriquement ou en spirales La canalisation de recyclage 1t est reliée, à son autre extrémité, au bae 3 qui contient un certain volume, généralement constant, d'eau décationisée# et dégazée jouant le rôle de volant. lie rejet de l'osmoseur n'est donc pas dirigé vers l'égout, mais intégralement renvoyé dans le bac 3 dont on réalise la vidange périodique lorsque l'augmentation de la concentration en anions dans ce bac devient telle qu'elle influence la qualité de l'eau délivrée dans la canalisation 10, c'est-à-dire qu'elle augmente la minéralisation de cette eau au-delà d'une valeur limite prédéterminée; au début d'opération, etaprès chaque vidange, le niveau de l'eau dans lebac 3 est rétabli par introduction de la quantité requise d'eau décationisée et dégazée, c'est-à-dire une eau du type de celle produite en aval de la zone de dégazage 6. La référence 14 désigne la canalisation de vidange périodique qui est munie d'une vanne d'arrêt 15. On va décrire ci-après le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit, en l'appliquant au traitement d'une eau d'un type très courant dans la région parisienne, qui présente la minéralisation suivante Cations Anions Ca - 92 mg/l. HC03 220 mg/l. Mg - 14,6 mg/l. C03 0 mg/l. Na - 4,6 mg/l. S04 38 mg/l. Fe - O Cl 50 mg/l. HSi03 15,4 mg/l. 112,2 mg/l. 323,4 mgtl. L'eau brute à 434,6 mg/l, amenée par la canalisation 7, traverse le lit 2 de l'échangeur de cations qui va donc fixer la quasi-totalité des cations, c'est-à-dire essentiellement du calcium, du magnésium et du sodium. On recueille à la sortie de la colonne 1 une eau qui va contenir les acides des sels initialement présents dans liteau brute, à savoir l'acide carbonique (provenant des bicarbonates), l'acide chlorhydrique (provenant des chlorures), l'acide sulfurique (provenant des sulfates), etc... . Cette eau tombe par gravité, à l'état divisé, dans le bac 3 en traversant la zone de dégazage 6 où elle est en contact intime avec l'air. Dans ces conditions, l'acide carbonique est éliminé jusqu'à la concurrence de 80 % de sa teneur. Par conséquent, l'eau arrivant dans le bac 3 contient environ 50 mg/l d'ions chlorure, 38 mg/l d'ions sulfate et environ 40 mg/l d'ions bicarbonate résiduels. L'eau du bac, 3 empruntant la canalisation 8, est reprise par la pompe 4 qui l'envoie, par la canalisation 9, dans l'osmoseur inverse 5, lequel assure une déminéralisation de l'ordre de 95 %. Dans ces conditions, l'eau recueillie par la canalisation 10 possède une minéralisation d'environ : (50 + 38 + 40) x 5 -------------------= 6,4 mg/l. environ. 100 alors que l'utilisation normale d'un osmoseur qui traiterait la même eau donnerait une minéralisation résiduelle de l'ordre de 20 à 25 mg/l, soit 3 à 4 fois supérieur. De plus, le rejet est renvoyé dans le bac 3 dont il ne modifie qu'assez peu la minéralisation, étant donné que la minéralisation de l'eau empruntant la canalisation Il n'est que faiblement supérieure à la minéralsation de l'eau amenée par la canalisation 9; toutefois, au cours du déroulement du procédé, la minéralisation de l'eau dans le bac 3 augmente progressivement jusqu'à un moment où la concentration en anions, notamment en anions chlorure ou sulfate, influence la qualité de la production; à ce moment, on effectue une vidange totale et brutale du bac 3, par la canalisation de vidange 14, et l'on rétablit à nouveau le niveau initial dans le bac 3 par addition d'eau décationisée et décarbonatée. On attire l'attention sur l'intér8t du recyclage par la canalisation 11; pour fixer les idées, si ltosmoseur 5 est capable de produire, par la canalisation 10, environ 10 litres/ heure d'eau déminéralisée et stérile, il sera nécessaire d'amener, par la canalisation 9, pour les raisons indiquées plus haut, environ 100 litres/heure d'eau, de telle sorte que le débit dans la canalisation 11 est alors de 90 litres/heure Dans ces conditions, au lieu de soutirer seulement, par la canalisation 10, un volume d'eau égal à 10% du volume d2eau amené par la canalisation 7, ce qui serait le cas si les 90 litres/heure précités étaient rejetés à l'égout, on recueille une quantité bien supérieure à 10%, la quantité d#'eau perdue pour la production étant uniquement celle correspondant au soutirage par la canalisation 14 La périodicité de la vidange du bac 3 sera fonction de la minéralisation de l'eau brute, principalement en chlorure et en sulfate On peut résumer les avantages du procédé de la présente invention de la façon suivante 1) Alimentation de l'osmoseur avec une eau - à pH acide, ce qui évite l'hydrolyse de la membrane - débarrassée de tout sel précipitable et incrustant 2) Economie sensible, en raison d'un volume considérablement réduit des eaux rejetées à l'égout (au niveau. de la canalisation de vidange précitée) D) Amélioration de la qualité de l'eau déminéralisée soutirée de l'osmoseur Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent R E V E N D I C A T I O N S. 1. Nouveau procédé d'obtention d'eau déminéralisée et stérile, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer l'eau à traiter à travers un lit d'un échangeur de cations, de façon à la débarrasser de la quasi-totalité des cations y contenus et à lui conférer un p11 acide fonction de la quantité d'anions présents, par exemple de l'ordre de 5 à 6,5, à soumettre l'eau décationisée ainsi obtenue à un traitement de dégazage dans une zone de dégazage de façon à ce qu'elle perde jusqu'à environ 80 % de son acide carbonique, et à soumettre l'eau dégazée résultante à une osmose inverse pour obtenir une première fraction d'eau pratiquement complètement déminéralisée et stérile, en même temps qu'une seconde fraction d'eau légèrement reminéralisée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recyclel tout ou partie de la seconde fraction précitée par renvoi en amont dudit osmoseur et en aval de la zone de dégazage précitée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de dégazage se fait par dispersion dans l'air de l'eau décationisée issue du lit d'échangeur de cations précité. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'eau décationisée et dégazée est recueillie dans un bac dans lequel se fait le recyclage de tout ou partie de la seconde fraction précitée, ce bac contenant un volume d'eau décationisée et dégazée jouant le rôle de volant. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on procède à une vidange périodique du bac précité avec rétablissement subséquent du volume d'eau précité par addition d'eau décationisée et dégazée. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il donne une eau stérile d'une minéralisation de 5 à 7 mg/1 à partir d'une eau initiale d'une minéralisation totale de l'ordre de 400 à 500 mg/l. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on soumet l'eau déminéralisée et stérile ainsi obtenue à une déminéralisation complémentaire par passage à travers un lit de résines échangeuses de cations et d'anions mélangées. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9.Dispositif de production d'eau déminéralisée et stérile, caractérisé en ce qu'il comprend, disposés en série, une colonne de résine échangeuse de cations, une zone de dégazage de l'eau ayant traversé cette colonne, un bac de réception et de reprise, une pompe de circulation, un osmoseur inverse, des moyens de recyclage de l'eau surminéralisée produite par ledit osmoseur, des moyens de vidange et de remise à niveau périodiques dudit bac, et des moyens d'extraction d'eau déminéralisée et stérile produite par ledit osmoseur.