Brevet FR2292676A1 — publié le 19760625

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour éliminer de I'huile à partir d'eau contaminée avec de l'huile. Dans les opérations dans lesquelles de l'eau contaminée avec de l'huile est produite comme un effluent, par exemple, dans les lavages-vidanges de navires-citernes et dans les raffineries de pétrole où des quantités considérabes d'eau sont utilisées, par exemple, en tant qu'eau de refroidissement, 7'eau est fréquemment prélevée à partir de sources naturelles ou artificielles proches, par exemple, de rivières ou de canaux. Après son utilisation, l'effluent d'eau est ramené finalement dans une source d'eau naturelle. Avant de ramener l'effluent d'eau à une source d'eau ou de le rejeter dans un système d'égout, l'huile contaminante est éliminée. Jusqu'à présent, l'effluent d'eau contaminée a été purifié par un procédé comprenant le passage de l'effluent d'eau à travers des its de sable pour séparer le pétrole ou les produits pétroliers. On a maintenant réalisé un procédé perfectionné pour éliminer du pétrole, des produits pétroliers ou d'autres composés organiques dispersés insolubles dans l'eau, appelés dans la présente invention huile, d'un effluent d'eau contaminée et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention crée un procédé pour séparer de l'huile à partir d'eau contaminée avec de llhuile,qui consiste à faire passer un courant d'eau contaminée à travers plusieurs lits de purification distants contenant des particules solides de telle façon que l'huile entre en coalescence et qu'une phase d'huile et une phase d'eau soient formées. Après avoir traversé ees lits de purification, le courant est amené à décanter, de préférence pendant une courte période pour permettre la séparation des gouttelettes d'huile entrant en coalescence et de l'eau. De préférence, le sens d'écoulement de l'eau à travers les lits fait un angle par rapport aux lits si bien que l'eau contaminée s'écoule à travers les lits dans un sens différent de celui selon lequel les gouttelettes d'huile entrant en coalescence se déplacent sous llinfluence de la pesanteur. La sens dtécoulement de l'eau est avantageusement horizontal et les lits sont montés verticalement. Le débit d'écoulement doit être fonction de la grosseur des particules dans les lits et de la section trans versable des lits afin qu'une certaine turbulence soit engendrée dans le liquide à mesure qu'il s'écoule à travers les its,mais la turbulence ne doit pas être trop importante pour empêcher le dépôt d'une pellicule d'huile sur les particules solides ni le détachement d'une pe11icue déposée.Ceci favorise le mouvement des gouttelettes d'huile au niveau des lignes de courant dans les passages tourbillonnaires entre les particules dans les lits si bien qulelres entrent en collision avec la pellicule d'huile sur les particules et les unes avec les autres. le premier processus emprisonne l'huile qui peut être recueillie et le dernier processus conduit à l'augmentation de la dimension des gouttelettes. Cependant, si la vitesse de l'eau est trop importante, la turbulence accrue résultante détache la pellicule d'huile des particules et rompt les gouttelettes d'huile, ce qui inverse les effets ci-dessus. On peut choisir des débits d'écoulement optimum pour des dimensions de its données et les grosseurs des particules dans les lits. En général, les charges hydrauliques seront comprises dans la gamme de 15 à 50 m3/m2/h. Des renseignements relatifs à la grosseur des particules sont indiqués ci-après. Le processus ci-dessus est approprié pour traiter des eaux qui sont relativement exemptes de particules solides en suspension. Si des solides en suspension sont présents, ils peuvent gêner la séparation de l'huile de l'eau et doivent être éliminés au préalable. la présente invention propose donc un procédé pour séparer de l'huile à partir d'eau contaminée avec de l'huile et des solides en suspension, qui consiste à faire passer le courant d'eau contaminée à travers un filtre pour éliminer au moins certains des solides en suspension, puis à travers plusieurs lits de purification distants contenant des particules solides, de telle façon que l'huile entre en coalescence et qu'une phase d'huile et une phase d'eau soient formées. l'invention crée également un appareil pour éliminer de l'huile à partir d'eau contaminée avec de 1 'huile, qui comprend une cuve ayant une entrée et une sortie et plusieurs lits de purification distants contenant des particules solides disposées entre des plaques ayant des passages et une zone de décantation placée après le dernier lit dans le sens d'écoulement du liquide à travers la cuve. De préférence, il y a deux sorties à partir de la zone de décantation si bien que les courants d'eau et d'huile séparés peuvent être déchargés. Si des matières solides en suspension sont présentes , alors,pour les raisons mentionnées plushaut, un filtre doit être placé avant la cuve. Le filtre élimine, de préférence, les solides en suspension d'une grosseur moyenne des particules supérieure à 50 microns, notamment supérieure à 10 microns. Dans certains CES, des filtres qui éliminent des particules d'une dimension supérieure à un micron sont préférées. La présente invention est particulièrement appropriée pour l'élimination de pétrole et de produits pétroliers à partir des lavages-vidanges de navires-citernes et d'effluents d'eau. Normalement les eaux des lavages-vidanges des naviresciternes et les effluents d'eau de raffineries contiennent de 5 à 750 mg de pétrole brut ou de produits pétroliers par kg d'eau. En général, la quantité de solides en suspension dans l'eau est très variable; cependant, des effluents aqueux typiques de navires et de raffineries renferment de 10 à 500 parties par million de solides en suspension. On peut utiliser des types habituels de filtres, et des filtres convenables comprennent ceux dans lesquels les matières de filtration proprement dites sont en coton, en viscose, en nylon, en polyester ou autres tissus, en laine de verre avec un revêtement de résine ou sans revêtement de résine, en papier imprégné de résine, en toile métallique, en acier inoxydable et en toile métallique enrobée de polytétra fluoroéthylène. On peut également utiliser un filtre employant une qualité plus fine des particules solides utilisées dans 7es lits de purification. Un type de filtre préféré est un de ceux dans 7esgue7s les fibres sont disposées selon un angle les unes par rapport aux autres pour former un réseau de fibres ayant des espaces de la dimension vou'ue. les matières qui peuvent être utilisées sous la forme de particules dans les lits de purification sont représentées par l'anthracite, le charbon de bois, le polystyrène, le ponyéthylène et le polypropylène. La vermiculite et du sable tami-sé peuvent également être utilisés. le comportement de ce dernier peut quelquefois être amélioré en le traitant pour le rendre oléophile, par exemple, avec une huile siliconée. Comme on l'a mentionné plus haut, il y a une relation entre la grosseur des particules dans les lits de purification et le débit de l'eau à travers ces particules. En général, les grosseurs des particules seront comprises dans la gamme de 0,1 à 3 3,0 mm. les lits ont, de préférence, une épaisseur comprise dans la gamme de 5 mm à 300 mm. les lits ont, en général, un rapport de l'épaisseur à la largeur (diamètre) compris dans la gamme de 1:50 à 10:1 notamment de 1:10 à 2:1. les particules sont maintenues en place par des plaques ayant des passages dans le sens d'écoulement de l'eau contaminée. Un exemple d'une configuration appropriée consiste en des par tipules maintenues dans un lit monté verticalement, c'est-à-dire avec la face du lit en vis-à-vis de la direction horizontale entre des plaques perforées, par exemple, de la toile métallique. l'eau contaminée traverse le lit sous pression. De préférence, on place une série de lits selon un ordre séquentiel et les espaces entre les lits représentent au moins 10 mm et de 0,5 à 10 fois la largeur maximale (diamètre) du lit. les gouttelettes d'huile dans l'eau contaminée entrent en coalescence et sont ensuite séparées. Cette coalescence suivie par la séparation de l'huile permet à l'huile entre séparée de l'eau contaminée avec de l'huile quand les particules sont saturées d'huile. Si nes particules sont inf'amzab'es, elles peuvent éventue1lement être rejetées par combustion. La présente invention est illustrée, à titre d'e.empre non limitatif, en référence aux fig. 1 et 2 du dessin annexé. A la fig. 1, l'appareil comprend une cuve tubulaire 1 qui comporte trois lits de purification 2, 3 et 4 montés dans ce'e-ci. chaque lit se compose de prtira'es d'anthracite d'une grosseur de 0,6 mm à 1,2 mm retenues entre deux morceaux de toi'e méta" ique qui agissent comme des plaques d'extrémité afin de former un ensemble en toile métallique contenant de " an- thracite. La cuve comprend une entrée 9. Une chambre de décantation 15,avec des sorties 10 et 11,est fixée à l'extrémité de la cuve 1. Le diamètre X de la cuve 1 est de 7,5 cm, sa longueur Y est de 30 cm et il y a un espace de 18 mm entre les lits. Chaque lit a une épaisseur de 18 mm. L'appareil représenté à la fig.2 est analogue à celui illustré à la fig.1 sauf qu'il comprend en plus l'addition d'un pré-filtre 12. Le filtre 12 est constitué de fibres d'acétate de cellulose enroulées autour d'un noyau de polypropylene. Il élimine les particules solides d'un diamètre moyen supérieur à 0,5 micron. La présente invention est également illustrée, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux exemples ciaprès,et il convient de remarquer que les exemples 2, 3 et 5 sont seulement donnés à des fins de comparaison. EXEMPZE 1 On prépare de l'eau contaminée avec de l'huile en dosant du pétrole dans de l'eau de ville Sunbury ne contenant pas virtuellement de particules solides et en dispersant l'huile en faisant passer le mélange à travers un homogénéiseur pour former une dispersion de goutterettes d'huile d'une grosseur comprise dans la gamme d'environ un micron à vingt microns, la majorité se situant dans la gamme de 5 à 10 microns. La teneur de l'huile représente environ 120 parties par million. l'eau contaminée préparée comme indiqué plus haut traverse l'appareil selon une charge hydraulique de 38m3/m2/h pendant quarante huit heures. les particules d'anthracite sont ensuite retirées, et l'huile qu'elles renferment est récupérée et pesée. les résultats obtenus sont indiqués au tableau 1 ci-après. Dans l'exemple 1, la décantation par pesanteur en aval est réalisée avec une durée de séjour de 24 secondes seulement. Cet exemple démontre l'aptitude à la coalescence des particules dlanthracite,en plus de leurs propriétés de filtration et d'adsorption. TABLEAU I A B C D E F G H huile F Durée de séjour E concentré de solide Débit réqupérée x 100 x 100 lit Décanteur charge::dispersion utilisé eau huile nappe solide D B huile dans huile/ eau % s 2 mg kg-1 g kg g g g % 124 190 7681 994 213 26 21 14 2,4 24 Durée de l'essai = 48 heures charge hydraulique = 38 m3 m -2 h-1 EXEMPTE 2 On répète l'exemple 1 en utilisant les garnitures de toile métallique sans particules d'anthracite pour déterminer l'effet de coalescence de la toile métallique seule. les résultats obtenus sont illustrés au tableau 2 ci-après. ,MIiE 3 On réalise un essai avec l'appareil représenté à la fig. 1, mais avec l'entrée 9 tournée vers le haut et en employant seulement un lit de purification. De l'eau contaminée préparée comme à l'exemple 1 traverse l'appareil et,après quarante-huit heures, les particules d'anthracite sont retirées et l'huile qu'elles contiennent est éliminée et pesée. les résultats obtenus sont représentés au tableau 3 ci-après. Dans l'exemple 3 on ne prévoit pas de décantation par pesanteur. Cet exemple illustre l'aptitude d'adsorption et de filtration des particules d'anthracite. Comme on peut le constater à partir des exemples 1 et 2, l'effet de la toile métallique en-tant que séparateur d'huile et d'eau est négligeable. Bien que,dans les deux exemples 1 et 3, les particules d'anthracite soient saturées avec de l'huile, dans le premier cas, les lits ont favorisé la séparation d'une bien plus grande quantité d'huile (colonne E) même avec une durée de décantation brève (24 secondes). E3EMPLE 4 On utilise l'appareil illustré à la fig. 2 du dessin annexé. On prépare de l'eau contaminée avec de l'huile en dosant du pétrole dans de l'eau de ville Epsom contenant des particules solides et en dispersant l'huile en faisant passer le mélange à travers un homogénéiseur pour former une dispersion de gouttelettes d'huile d'une grosseur comprise dans la gamme d'environ 1 micron à 20 microns, la majorité se situant dans la gamme de 5 à 10 microns. La teneur de l'huile représente environ 50 parties par million. On met en oeuvre deux essais en utilisant l'appareil indiqué plus haut. Dans le premier essai, la concentration de l'huile dans l'eau est de 50 parties par million et, 'orsqu'on obtient un état constant selon un rendement de séparation de l'huile de 80%, la teneur en huile de l'eau déchargée tombe à 10 parties par million. Quand on met en dérivation le filtre 12, le rendement tombe à 55 % après un jour. le rendement ne baisse pas davantage après deux jours. EXEMPLE 5 Dans le deuxième essai, on démarre cet essai en dérivant à l'origine le filtre 12 et la teneur en huile de l'eau déchargée est de 40 parties par million (rendement = 20 %). le filtre est ensuite mis en service et le rendement s'élève à 45 % un jour après la mise en service, à 65 % deux jours après la mise en service et le rendement s'élève encore quand l'essai est terminé au bout de devez jours. TABLEAU 2 A B C D E F G H I concentré de Solide charge:dis- utilisé Débit huile récupérée E F Durée de séjour persion eau huile nappe solide x 100 x 100 huile dans D B lit décanhuile/eau teur mg kg-1 g kg g g g % % s s 124 0 8016 952 30 0 3 - - 30 Durée de l'essai = 48 heures. TABLEAU 3 A B C D E F G H I concentré de solide huile Durée de séjour charge: dis- utilisé Débit récupérée E F persion eau huile nappe solide x 100 x 100 lit décanhuile dans D B teur. huile/eau mg kg-1 g kg g g g % % s s 120 230 7920 950 0 25 0 11 2,4 Durée de l'essai = 48 heures Charge hydraulique = 38 m3 m-2 h-1 REVEWDICADIONS 1. Procédé pour séparer de l'huile à partir d'eau contaminée avec de l'huile, caractérisé en ce qu il consiste à faire passer un courant d'eau contaminée à travers plusieurs lits de purification distants contenant des particules solides,de telle façon que l'huile entre en coaslescence et qu'une phase d'huile et une phase d'eau soient formées. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le courant est amené à décanter pour permettre aux gouttelettes d'huile entrant en coalescence et à l'eau de décanter. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le sens d'écoulement de l'eau à travers les lits fait un angle par rapport aux lits,si bien que l'eau contaminée s'écoule à travers les lits dans un sens différent à celui selon lequel les particules d'huile entrant en coalescence se déplacent sous l'inR uence de la pesanteur. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le sens d'écoulement de l'eau est horizontal et les lits sont montés verticalement. 5. Procédé suivant 1'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la charge hydraulique de l'eau se situe dans la gamme de 15 à 50 m3/m2/h. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'eau traverse un filtre pour éliminer les particules solides avant de traverser les lits de purification. 7. Appareil pour éliminer de l'huile à partir d'eau contaminée avec de l'huile, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve ayant une entrée et une sortie et plusieurs lits de purification distants contenant des particules solides disposées entre des plaques ayant des passages et une zone de décantation placée après le dernier lit dans le sens d'écoulement du liquide à travers la cuve. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la zone de décantation comprend deux sorties, une pour la décharge de 1 'huile et une pour la décharge de l'eau. 9. Appareil suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'un filtre est placé avant la cuve. 10. Appareil suivant l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les particules dans les lits de purification sont constituées d'anthracite, de charbon de bois, de polystyrène, de polyéthylène, de pol ypropylène, de vermicunite ou de sabre. 11. Appareil suivant l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la dimension des particules dans 1es lits est comprise dans la gamme de 0,1 mm à 3,0 mm. 12. Appareil suivant lune des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que les lits ont une épaisseur comprise dans la gamme de 5 mm à 300 mm. 13. appareil suivant l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que les lits ont un rapport de l'épaisseur à la largeur compris dans la gamme de 1:50 à 10:1.