Brevet FR2316196A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un procédé électrochimique provoquant l'oxydation des Acómposés organiques contenus dans les rejets industriels et plots particulièrement ceux provenant des usi nes de fabrication de pâtes et papiers. La lutte contre la pollution de l'eau impose qu'avant leur rejet les eaux résiduaires contenant de fortes teneurs en composés organiques soient traitées afin de minimiser leur toxicité. Les effluents provenant par exemple des usines de fabrication de pâtes au bisulfite contiennent essentiellement des composés or ganiques dont les plus importants sont l'acide acétique, la formal déhyde, le furfural, le méthanol, le formol et l'acide formique. Le rejet d'un tel effluent s'avère impossible sans incidence sur la pollution de l'environnement ( ex. rivière). Pour transformer ce mélange en effluents non toxiques pour l'environnement il faut soit éliminer les constituants organiques par adsorption sur des composés solides soit provoquer par une oxydation énergique une transforma tion de ces composés organiques en corps inertes tel que le gaz carbonique et l'eau. Dans les méthodes utilisant l'élimination des corps organi quels par adsorption sur composés solides on connait le principe ba sé sur l'emploi de colonnes contenant des échangeurs d'ions ou du charbon actif. L'effluent à traiter se purifie par contact en circu lant dans ces colonnes oìì ont lieu des réactions d'échange ou des réactions d'adsorption. Ces traitements présentent de nombreux inconvénients et nota arment : - un prix de revient élevé. - une mise en place et un fonctionnement difficile compte-te -nu des phénomènes de colmatage fréquents. - un rendement chimique faible - une maintenance importante -en produits épurant compte-tenu de la nécessité de renouveler périodiqttement le contenu des colonnes. - un fonctionnement discontinu nkeessitant un stockage. - une perte de temps notable nécessaire à la régénération des résines ou la réactivation du charbon Ces traitements sont précédés d'une élution afin de récupérer les composés toxiques retenus. Pour purifier ces effluents on utilise aussi une autre méthode d'oxydation chimique. Celle-ci consiste à ajouter aux effluents à purifier des composés chimiques oxygénés ou encore à traiter ces effluents par de ltoxygène pur. L'oxydation énergique produite permet de transformer une partie des composés toxiques en gaz carbonique et en eau. Malheureus#ment ce traitement a un très faible rendement et nécessite un investissement important. L'emploi de catalyseurs onéreux s'avère très souvent nécessaire. L'invention objet du présent dépôt concerne un procédé électrolytique d'oxydation anodique des composés organiques par électrolyse. Dans le compartiment anodique d'une cellule électrolytique l'électrode positive comporte un conducteur unique appelé collecteur de charges et d'une suspension de particules solides polarisables électrochimiquement. Le dispositif comporte donc une circulation contrôlée de l'ef- fluent à traiter au travers du compartiment anodique d'une cellule d'électrolyse disposé en canalisation tubulaire. Cette conduite qui correspond au compartiment anodique contient une électrode de grande surface où circule le maximum d'effluent à traiter tandis que le compartiment cathodique situé en dérivation est d'un volume très réduit. Le compartiment anodique et le compartiment cathodique sont éventuellemnt séparés par un diaphragme poreux. L'électrode collectrice du compartiment anodique est en matériaux conducteurs et peut constituer l'armature d'une canalisation où circule l'effluent contenant les particules solides chargées électriquement. TJn filtre mécanique et un jeu de pompes électriques assurent d'une part la récupération des particules solides et d'autre part la circulation et l'évacuation de l'effluent purifié. Les particules solides en suspension dans le compartiment anodique peuvent être soit d'origine minérale ( oxydes ou métaux etc. ) soit de nature organique ( charbon actif ou inactif j résines échangeuses d'ions etc.) Les réactions d'oxydation ont lieu lorsque l'anode est polarisée électriquement sous une tension positive continue de quelques volts( 2 à 10 volts ) par rapport à la cathode. Les particules solides anodiques provoquent l'oxydation des matières organiques au novent de leur contact avec le collecteur anodique Le dispositif prévoit un jeu de robinets permettant d'évacuer les gaz générés au cours de l'électrolyse. Ainsi la réalisation succintement décrite permet d'obvier à de nombreux inconvénients et notamment - une discontinuité dans le traitement d'épuration évitant un stockage des solutions à traiter. - une consonation importante de matières actives ( résines ou charbon ). - un rendement limite dl à des réactions partielles ou incomplètes. - une installation encombrante et onéreuse L'invention objet du dispositif d'épuration des effluents par oxydation anodique permet de nombreux avantages et notamment: - un fonctionnement en continu et souple programné par la tension d'électrolyse. - une grande efficacité produite par l'utilisation de ltoxygène naissant généré par électrolyse. - un faible encombrement compte-tenu qu'une canalisation servant aux rejets peut etre utilisée comme partie de la cellule d'électrolyse. - un bas prix de revient calculé par rapport aux installations existant actuellement et ce grâce à l'utilisation de particules actives régénérables sous l'effet du courant -électri- que. - une maintenance minimale provoquée par la non consommation de matières actives. L'invention sera mieux comprise quant aux dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif: La figure 1 (pli. I/2) représente le dispositif complet de l'épurateur électrochimique d'eifluents. Sur la figure 2 ( Pl. II/2) on a dessiné une variante du système adaptable à une canalisation de rejet. Le dispositif représenté sur la figure l de la planche I/2 comporte 2 éléments A et B raccordés par les brides de fixations 19 et 20. L'élément B contient les électrodes 1 et 5 séparées par un diaphragme 7 inerte et perméable à l'électrolyte. L'anode 1 réalisée en titane par exemple est fixée dans le canal de circulation de l'effluent. Cette anode comportant des grilles 2 disposées en chicanes est placée dans une partie de la canalisation dont la géométrie a été prévue de façon à ralentir an maximum le débit de l'électrolyte . On a disposé pour celà des parois alvéolées 4 reflétant approximativement le relief de l'anode 1 et 2 Les éléments actifs de l'anode i sont constitués par des particules de charbon lb placées en suspension dans l'effluent électrolyse tique. L'effluent pénétre dans la cellule par l'élément Atcircule grâce à l'action de la pompe 9, se charge de particules près de l'orifice 22 du tube de décantation 21 . Les particules tb oxydent l'effluent à leur contact avec l'anode 1. L'effluent est évacué par la vanne 10 tandis que les particules sont filtrées par la grille 24 Les gaz générés ar électrolyse sont évacués par les vannes 11 et 12 . Les particules retenues par la grille 24 tombent dans le cône de décantation 2i et repassent dans le circuit de recyclage par la tubulure 23 iui se termine par 22. La cellule peut être aisément vidangée par l'ouverture des vannes 15 et 16. De meme le compartiment cathodique contenant une simple cathode d'acier inoxydable reçoit un électrolyte de même composition que le compartiment anodique. Le dégagement gazeux produit par électrolyse peut autre évacué par l'orifice 13. Une vanne de vidange 14 est adaptée à la base du compartiment. Il est prévu une dépolarisation chimique de la cathode par une injection d'O2 ou d'air à l'aide des arrivée et sortie 17 et 18. FONCTIONNEMENT. L'effluent à purifier pénétre dans la cellule par la pompe 9 Sous l'effet du courant de convection du liquide ce dernier se charge , en 22, de particules oxydantes lb ( du charbon pour notre cas ) et subit une oxydation énergique lors du contact des particules avec le collecteur anodique t dans la chambre où l'effluent circule entre les chicanes de l'anode 2 et de la paroip augmentant ainsi l'action oxydante des particules en suspension. L'effluent quitte le compartiment B fortement oxydé et généralement totalement dépourvu de coloration. Ainsi purifié il débouche dans la chambre de décantation 21 se débarasse de ces particules lb en suspension , qui sont définitivement arrêtées par la grille 24 tandis que le liquide s'écoule au travers de la vanne 10 La tension électrique est maintenue constante et -#oisine de 2 à 10 volts suivant le débit entre les électrodes 1 et 3' Cependant pour éviter une trop grande consommation d'électricité une alimentation en air de l'électrode négative 3 permet de récupérer une partie de l'énergie consommée pour oxyder électrolytiquement les composés organiques des effluents. La dépolarisation de la cathode est obtenue par une circulation d'air entre 17 et 18 ou encore par application d'une pression d'oxygène pur dans le compartiment 8.Cette dépolari sation permet d'abaisser notablement la consommation électrique nécessaire pour alimenter la cellule d'électrolyse. En se reportant à la figure 2 , planche II/2 on trouve une variante du procédé qui n'est donnée qu'à titre d'exemple réalisé Une canalisation d'évacuation des effluents 1 constitue le compartiment anodique de la cellule d'électrolyse et les parois sont l'anode terminées par une bague de raccordement 26 . Une cathode 5 est sertie sur les parois et isolée électriquement de ceux-ci. Une tension continue de 2 à 10 volts est appliquée entre l'anode et la cathode par une alimentation électrique 25. A l'intérieur de la canalisation le compartiemnt anodique de grand volume est isolé du compartiment cathodique par le diaphragme 7 perméable à l'électrolyte. L'effluent à purifier chargé ou non de particules oxydantes traverse la canalisation où il subit sa transformation au contact des parois anodiques aidé en celà par la présence de particules conductrices de charbon ou de matériaux conducteurs métalliques. En fin de canalisation une grille 24 retient ces particules qui sont recyclés périodiquement ou automatiquement. REVENDICATIONS. 1- Dispositif destiné aux traitements d'oxydation anodique des effluents industriels contenant des composés organiques polluants caractérisé par le fait qu'il comporte une cellule d'électrolyse alimentée en continu par l'effluent à purifier , ce dernier cir culant essentiellement au contact d'une anode de grande surface constituée d'un collecteur de charges associé à une population de particules solides polarisables anodiquement mises en suspension dans l'effluent lequel alimente également le compartiment cathodi que où la cathode est dépolarisée par l'oxygène de l'air permet tant d'atténuer la consommation électrique nécessaire à l'alimen tation en continu de la cellule électrochimique, de cette dernière s'écoule l'effluent incolore débarassé de ses particules solides et des composés polluants, des vannes permettent la vidange et l'évacuation des gaz générés par l'électrolyse. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen permettant d'obtenir une oxydation efficace est une anode de grande surface associée à des particules conductrices po larisables constituées de charbon ou de poudre métallique. 3- Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le moyen destiné à polariser l'anode et la cathode est un générateur électrique fournissant une tension continue de quel ques volts. 4- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le moyen contenant les électrodes cathode et anode est une cellule électrochimique à deux compartiments séparés par un dia phragme poreux et inerte. 5- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le moyen employé pour accentuer l'oxydation , au#détriment de la réduction, est une anode de grande surface par rapport à la cathode de la cellule électrochimique. 6- Dispositif selon lesrevendications 1,2,3 et 5 caractérisé par le fait que le moyen d'augmenter l'oxydation est une anode de grande surface bardée d'élémentd latéraux métalliques constituant des séries de chicanes. 7- Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé par le fait que le moyen d'augmenter le contact anode-solution est une série de chicanes profilées face à l'anode sur les parois du compartiment. 8- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à alimenter la cellule électrochimique en effluent à purifier est une pompe à circulation classique placée en amont de la cellule. 9- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens utilisés pour séparés les particules oxydantes en suspension de l'effluent purifié est c8ne de décantation associé à un filtre mecan9#que. 10 - Dispositif suivant la revendication 1 caracté#risé par le fait que le moyen destiné à limiter la consommation d'énergie électrique est une cathode dépolarisée par un comburant. 11- Dispositif selon la revendication t caractérisé par le fait que le moyen d'évacuation des gaz et de l'électrolyte est une série de vannes commandées manuellement ok n