Brevet FR2390553A1 — publié le 19781208

L'invention concerne un dispositif d'épuration permettant de récupérer un composé organique disposé dans un milieu aqueux, en particulier sous forme de film à la surface de celui-ci. Elle vise la récupération de tout composé organique liquide présentant une insolubilité marquée à l'égard de l'eau, et en particulier les hydrocarbures. La pollution des eaux par des nappes d'hydrocarbure s'étendant en surface est très fréquente en pratique et ces nappes qui peuvent être à l'état de films très fins, parfois monomoléculaires, perturbent gravement le milieu aqueux, notamment en empêchant le déroulement normal des phénomènes d'aération pour les cours d'eau par exemple, ces films sont très nocifs à ltégard de la faune et de la flore aquatique. On connait à heure actuelle des épurateurs à bande, constitués par une bande continue d'acier qui plonge dans la nappe d'hydrocarbure et remonte le long de son brin ascendant un mince film d'hydrocarbure, lequel est évacué en partie haute de la bande au moyen d'un racloir. Toutefois, ces épurateurs présentent plusieurs inconvénients. En premier lieu, le débit d'élimination d'hydrocarbure est très faible car le film d'hydrocarbure que peut remonter une bande de cette nature à surface lisse est d'épaisseur extrêmement réduite. De plus et surtout, ces dispositifs à bande exigent des réglages délicats pour leur mise en place, si l'on veut éviter de remonter de l'eau et de la mélanger à nouveau avec l'hydrocarbure récupéré. En effet, dans ces dispositifs la bande doit tremper exclusivement dans la nappe d'hydrocarbure : dès quelle vient au contact de l'eau, elle remonte d'importantes quantités de celle-ci, en raison notamment du caractère hydrphi- le de-l'acier ou autre métal utilisé.Ce défaut limite considéra- blement les possibilités d'utilisation de ces dispositifs ; en particulier-il n'est pas possible de les utiliser pour des liquides en mouvement dont la surface peut subir des variations de niveau ; de plus ces dispositifs sont inaptes à éliminer la totalité de la nappe d'hydrocarbure car, lorsque celle-ci devient très mince, il n'est plus possible dans la pratique, de positionner correctement la bande pour l'amener à tremper exclusivenient dans i'hydroc-rbure ; en outre ces dispositifs ne peuvent fonctionner en continu et doivent faire l'objet d'une surveillance permanente afin de les arrêter dès que le film d'hydrocarbure a été réduit en deçà d'une certaine épaisseur. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients sus-évoqués des dispositifs à bande. Un objectif de l'invention est, en particulier, de fournir un dispositif d'épuration perfectionné, d'efficacité accrue, qui soit capable d'extraire des débits d'hydrocarbure et de façon plus générale, de composés organiques - notablement plus importants que les dispositifs connus. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif apte à récupérer la totalité d'un fila de coi- posés organiques quelle que soit son épaisseur. Un autre objectif est de permettre d'assurer un fonctionnement en continu en l'absence de surveillance particulière, sans risque de mélange du composé organique récupéré avec de l'eau. Un autre objectif est de fournir un dispositif qui puisse être utilisé pour un milieu aqueux en mouveaent. A cet effet, le dispositif d'épuration con forme à l'invention comprendf3Xemg ile moips de nature hydrophobe, mouillée préférentiellement par le composé organique en présence d'eau et dépourvue de caractère polaire résiduel, des moyens de support de cette grille adaptés pour la maintenir refermée sur elle-même de façon qu'elle plonge partiellement dans le milieu à épurer, des moyens d'entraînement de ladite grille aptes à lui conférer une vitesse de défilement déterminée, des moyens d'éjection du composé organique entrainé par ladite grille, et des moyens de récupération du composé organique issu de celle-ci. Dans un tel dispositif, le composé organique qui mouille préférentiellement le matériau de la grille est fixé, en quantité importante, d'une part, à l'intérieur des mailles de cette dernière, d'autre part, en surface de celle-ci. Lorsque ladite grille se trouve au contact de l'eau, son caractère hydrophobe, sans caractère polaire résiduel, engendre l'apparition d'une pression capillaire négative qui repousse l'eau et s'oppose ce que celle-ci vienne se fixer dans ses mailles. Ainsi, lorsque la nappe de composé organique a été totalement éliminée, l'eau n'est pas remontée par le dispositif qui peut sans incon vénient rester en permanence en fonctionnement.La grille peut plonger à la fois dans la nappe de composé organique et dans le milieu aqueux sans risque de remontée de l'eau : au niveau du brin descendant, le composé organique est fixé, de façon stable, par la grille après traversée de l'interface composé organique/air et le film de composé organique ainsi fixé demeure lié à la grille lorsque celle-ci traverse l'interface composé organique/eau, de sorte que ladite grille qui ne vient pas directement au contact de l'eau, ne peut entraîner celle-ci. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens d'éjection du composé organique entraîné par la grille comprennent des moyens de soufflage d'air, débouchant à proximité de la grille et adaptés pour souffler en direction de cette dernière en vue d'expulser le composé organique retenu par celle-ci. Notons que lorsque la vitesse de défilement de la grille est importante, des gouttelettes d'eau peuvent être entraînées par effet dynamique, ces gouttelettes étant simplement portées par le film de composé organique fixé sur la grille, sans être directement attachées à celle-ci. Pour éliminer ces éventuelles gouttelettes d'eau, le dispositif peut comprendre des moyens de soufflage tangentiels, débouchant à proximité de la grille pour souffler dans une direction très approximativement tangentielle par rapport à ladite grille ; ces moyens de soufflage qui peuvent être combinés aux précédents pour assurer par un même organe, un soufflage direct vers la grille et un soufflage tangentiel, refoulent les gouttelettes d'eau entraînées par le film de composé organique et évitent un mélange entre les deux phases. La description qui suit en référence aux dessins annexés présente à titre d'exemples non limitatifs un mode de réalisation de l'invention et des résultats d'expérimentations obtenus à partir de celui-ci ; sur ces dessins - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'épuration conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale de ce dispositif, - la figure 3 est une vue partielle schématique, à échelle dilatée par rapport aux précédentes, destinée à illustrer le fonctionnement du dispositif, - les figures 4, 5 et 6 illustrent les performances obtenues par mise en oeuvre de ce dispositif dans diverses conditions opératoires, dans le cas d'une pollution par des hydrocarbures. Le dispositif d'épuration représenté à titre d'exemple aux figures comprend un tambour rotatif 1 formé par une grille cylindrique 2 et des moyens de support de celle-ci. En l'exemple ces moyens comprennent deux couronnes 3 et 4 disposées latéralement en bordure du tambour et entretoisées par des traverses 15 ; ces couronnes sont pourvues sur leur pourtour intérieur de dents 5 venant en prise avec des pignons tels que 6 et 7 qui supportent et entraînent ledit tambour. Ces pignons sont articulés par deux arbres tels que 8 sur des flasques tels que 9 qui sont supportés par une membrure 10 permettant de positionner le tambour de sorte que ses génératrices inférieures trempent dans le milieu aqueux à épurer ; en l'exemple ce milieu est contenu dans un bassin 11. L'un des arbres 8 est associé à un moto-réducteur 12 qui l'entraîne en rotation à vitesse réglable et permet ainsi de faire tourner le tambour de sorte que la grille possède une vitesse de défilement ajustable pouvant atteindre jusqu'à 22,5 mètres par minute. Par ailleurs une rampe de soufflage 13 maintenue par des plaques latérales 14 est disposée à proximité de la grille au voisinage des génératrices supérieures du tambour. Cette rampe raccordée à une source d'air comprimé possède une fente de soufflage 13a qui, comme le montre la figure 2, est décalée par rapport au plan vertical axial du tambour ; ainsi cette fente souffle dans un secteur angulaire allant d'une direction dn orientée directement vers la grille jusqu'à une direction tangentielle d2. L'hydrocarbure fixé sur la grille est expulsé par les filets d'air dirigés autour de la direction d1 et se détache de la grille pour tomber dans une goulotte de récupération 16 raccordée à un conduit d'évacuation 17 ; les filets d'air tangentiels refoulent les éventuelles gouttes d'eau qui pourraient être entraînées par effet dynamique au dessus du film d'hydrocarbure (ou composé organique). En l'exemple représenté, la rampe de soufflage est située à l'extérieur du tambour et la goulotte de récupération en regard et à l'opposé de celle-ci,à Itintérieur du tambour. L'inverse peut être prévu et la rampe peut être placée à l'intérieur du tambour et la goulotte à l'extérieur avec une forme adaptée pour recevoir l'hydrocarbure éjecté. Cette disposition est notamment intéressante dans le cas d'un milieu à épurer contenant des particules solides susceptibles de colmater la grille ; un soufflage par l'intérieur du tambour assure une action de décolmatage d'efficacité améliorée. La grille 2, assujettie latéralement sur les couronnes 3 et 4 est refermée sur elle-même par des éléments d'accrochage tels que 18. Cette grille est de préférence une grille métallique traitée superficiellement au moyen d'un vernis à base de dérivé fluorocarboné de formule CF3 - Un tel vernis chimiquement lié de façon stable au métal de la grille forme un revêtement continu sur cette grille et confère à celle-ci des caractéristiques de surface extrêmement favorables : forte hydrophobie sans caractère hydrophile ou polaire résiduel, forte oléophilie (forte tendance à être mouillé par l'hydrocarbure). La grille étant en alliage-ferreux, le dérivé fluorocarboné choisi peut avantageusement être un dérivé du groupe suivant, où n est pris égal à 5 ou à 7 : CF3 - (CF)n - S02NH2 CF3 - (CF2)n - (C2H4)m - COOH avec mr 1 CF3 - (CF2)n - C2H3ClOPO3H2 CF3 - (CF2)n - (C2H4)m - OH avec m = 1 ou 2 CF3 ( (CF2)n - C2H4 - S02N (CH3) C2H4 OH CF3 - (CF2)n - C2H4 - SO2NH Les expérimentations ont montré que, pour une grille à maille approximativement carrée, de bons résultats sont obtenus en prenant une maille dont le côté mesure approximativement entre 0,30 et 1,5 millimètres. Les observations ont permis de constater que, tant qu'il existe un film d'hydrocarbure à la surface du bassin 11 (fig. 3), il y a fixation d'hydrocarbure dans et sur les mailles de la grille après traversée de l'interface Iî air/hydrocarbure et que la couche 19 fixée sur la grille demeure liée à celleci dans la phase aqueuse qui n'est donc pas directement au contact de la grille ; cette couche d'hydrocarbure est remontée par la grille après traversée de l'interface opposée I2 et elle est chassée vers la goulotte de récupération 16 par le soufflage d'air.A vitesse de défilement élevée de l'ordre de 16 mètres/ minute des gouttelettes d'eau 20 peuvent être entraînées par l'hydrocarbure ; ces gouttelettes en position instable sont refoulées par les filets d'air soufflés tangentiellement. Ce processus de remontée de l'hydrocarbure se poursuit quelle que soit l'épaisseur de la nappe à la surface du bassin et celle-ci peut être éliminée dans sa totalité. La grille plonge alors dans l'eau et les forces capillaires négatives qu'elle développe à l'égard de celle-ci,évitent que se produise un entrainément d'eau, même de très faible débit. Les exemples fournis ci-après illustrent les performances que permet d'atteindre le dispositif ci-dessus décrit. Les essais ont été effectués avec un dispositif pilote ayant un taibour de diamètre égal à 150 mm, une longueur égale à 140 iaa et une surface de grille égale à 659,4 cm2 ; les grilles testées étaient formées par de l'acier revêtu d'un vernis de for zule : CF3 - (CF2)7 - Le mode opératoire a consisté dans chaque cas verser à la surface d'un bassin de 24 cm de large et d'une longueur de 47, 9 cm une quantité connue de divers types d'hydrocarbure. Le volume d'hydrocarbure récupéré dans la goulotte a été mesuré au terme d'intervalles de temps, ce qui a permis d'établir les courbes des figures 4, 5 et 6. Le dispositif pilote est dans chaque cas positionné au centre du bassin. Exemple 1 Cet essai a été effectué en versant dans le bassin du kérosène de tension interfaciale égale à 40 dynes/cm sur une épaisseur de 4 mm, ce qui représente un volume de kéros & ne de 460 cm3. La grille utilisée possède une maille carrée de 0,85 mm de côté. La vitesse de rotation du tambour était de 6 tours/minute, soit une vitesse de défilement tangentielle de 2,825 m/minute. La courbe A dessinée à la figure 4 présente en fonction du temps la quantité d'hydrocarbure récupérée. Lors de cet essai, comme lors des autres essais, on ne récupère pas entièrement les 460 cm3 initialement ajoutés dans le bassin ceci est lié à un entraînement de kérosène sur les couronnes latérales 3 et 4 du dispositif, et à une légère adhésion du kérosène sur les parois de la goulotte de récupération 9 les parois du bassin 11. Après 9 minutes de fonctionnement, il ne reste absolument plus de film d'hydrocarbure en surface. Un prélèvement a été effectué en surface, après homogénésation par passage aux ultra sons de l'échantillon ; l'analyse effectuée par mesure du TOD (Total Oxygen Demand) permet de constater une pollution résiduelle dissoute très faible, inférieure à 5 p.p.m (partie par million). Il est important de noter que cette pollution est dissoute et est inférieure aux normes fixées par la règlementation française. Il faut remarquer qu'environ 90 % de la pollution initiale est éliminée en 7 minutes. Exemple 2 Conditions de l'essai - kérosène de T*I. = 40 dynes/cm sur 4 mm d'épaisseur, soit un volume de 460 cm3, - grille à maille carrée de 0,85 mm de côté - vitesse de rotation = 12 tours par minute soit une vitesse tangentielle de 5,65 mètres/minute. La courbe B de la figure 4 montre les résultats obtenus. L'épuration est dans ce cas également parfaite. Il est à noter que 90 % de la pollution est éliminée en 4 minutes. Exemple 3 Conditions de l'essai - kérosène de T.I. = 40 dynes/cm sur 8,7 mm d'épaisseur, soit un volume de 1.000 cm3 - grille à maille carrée de 0,85 mm de côté - vitesse de rotation = 24 tours par minute, soit une vitesse tangentielle de 11,3 mètres/minute. Ces essais ont permis d'obtenir la courbe C de la figure 4. L'épuration est également totale. Notons la quantité importante dthydrocarbure récupéré dans ce cas en 1 minute 470 cm3, 90X de la pollution est résolue en 2 minutes 15t Ces 3 premiers exemples illustrent l'influence de la vitesse de rotation du tambour sur le taux de récupération. Exemple 4 Dans les 3 exemples qui suivent (4, 5, 6), on va illustrer l'influence de la nature de l'hydrocarbure sur le taux de récupération. Conditions de l'essai - kérosène de très faible tension interfaciale = 2 dynes/cm sur une épaisseur de 4 mm, soit un volume de 460 cm3 - grille à maille carrée de 0,85 m de côté - vitesse de rotation du tambour : 6 tours/ minute. Ces essais ont permis d'obtenir la courbe D de la figure 5, les points de cette courbe étant représentés par le symbole . (point). A titre comparatif les points représentatifs de la courbe A symbole triangulaire # ) sont portés sur cette figure ; les courbes sont sensiblement confondues (la cour bye A correspond aux mêmes conditions expérimentales avec un kérosène de T.I. = 40 dynes/cm). Exemple 5 Le même essai que ci-dessus en 4 a été effectué avec un fuel domestique de T.I. = 26 dynes/cm; la courbe E a été obtenue (symbole X). Elle s'avère confondue avec les courbes A et D. Ces types dshydrocarbure se trouvent donc récupérés dans des conditions similaires. L'épuration est dans chaque cas parfaite. Exemple 6 Le même essai a été réalisé en utilisant un pétrole brut (gisement TATAR) de T.I. = 19 dynes/cm. Vue la viscosité du pétrole après sa mise en contact avec l'eau, liée à la formation d'hydrates de paraffines, et pour éviter tout risque de colmatage de la grille, on a réa lisé un soufflage intérieur tel que défini précédemment. La courbe F a été obtenue. On constate dans ce cas, une récupération moins rapide qui est liée à la viscosité du brut, cependant l'épuration s'avère également parfaite. Exemple 7 Dans les 2 exemples qui suivent (7 et 8) on va illustrer l'influence des dimensions de la maille de la grille de récupération. Conditions de l'essai - kérosène de T.I. = 40 dynes/cm sur une épaisseur de 4 mm, soit un volume de 460 cm3 - grille à maille carrée de 0,35 mm de côté - vitesse de rotation 12 tours/minute Ces essais ont fourni la courbe G de la figure 6 ; à titre comparatif la courbe B a été tracée sur cette figure (même hydrocarbure et mêmes conditions expérimentales avec une grille de 0,85 mm de côté). Exemple 8 Le même essai que ci-dessus en 7 a été effectué avec une grille à maille carrée de 1 mm de côté. La courbe H de la figure 6 a été obtenue. Notons la très faible différence qui existe entre cette grille et celle de 0,85 mm. Pour chaque type de grille ,l 'épuration est parfaite mais la maille la plus petite conduit à un temps de récupération plus long. On a pu constater par d'autres essais, que pour un type d'hydrocarbure donne et une vitesse de récupération fixée, il existe une plage de dimensions-de maille optimale s. Remarque sur les divers essais Dans tous les essais ci-dessus, le tambour continue à tourner en fin d'essai et la quantité d'eau mélangée à l'hydrocarbure récupéré est négligeable. Exemple 9 2 essais compar2tifs ont été réalisés dans les mêmes conditions pour comparer l'entraînement d'eau dans les cas où l'on utilise une grille en acier et la mêm griile traitée à l'aide d'un dérivé fluorocarboné. Conditions de l'essai - tambour immergé dans l'eau du bassin. Pas de film d'hydrocarbure en surface - grille à maille carrée de 0,85 na - vitesse de rotation du tambour variable (6 - 12 - 24 - 48 RPM). Le tableau ci- après résume les divers résultats obtenus. Vitesse de défile- 5,65 m/minute 11,3 m/minute 22,6 m/minute Durée de ment : 2,825 m/mn récupération Quantité Quantité d'eau pré d'eau pré levée avec levé avec Grille Grille Grille Grille Grille Grille une grille une grile acier non acier acier fluorée acier fluorée acier fluorée traitée traitée en cm en cm 15" # 0 0 25 0 70 0 140 2 30" 15 0 50 0 140 0,5 300 4 45" 24 0 75 0,5 220 1 450 6 1" 33 0 100 1 300 1,5 600 8 1'15" 40 0 1'30" 48 0 1'45" 55 0 2' 64 0 En conséquence, par rapport aux dispositifs classiques à bande continue en acier, l'invention apporte deux innovations indispensables qui se combinent pour fournir des performances de récupération d'hydrocarbure élevées et pour éviter tout entraînement d'eau. Ces deux innovations consistent, d'une part, dans le choix d'une grille comme élément mécanique d'entraînement, ce choix permettant une fixation de liquides très élevée, d'autre part, dans le traitement de laite grille qui rend cette fixation selective, en améliorant encore celle-ci pour les hydrocarbures et en suscitant un effet inverse de répulsion vis à vis de l'eau. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif d'épuration, permettant de récupérer un composé organique disposé dans un milieu aqueux, en particulier un hydrocarbure sous forme de film à la surface de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une grille de nature hydrophobe, mouillée préférentiellement par le composé organique en présence d'eau et dépourvue de caractère polaire résiduel, des moyens de support de cette grille adaptés pour la maintenir refermée sur elle-même de façon qu'elle plonge partiellement dans le milieu à épurer, des moyens d'entraînement de ladite grille aptes à lui conférer une vitesse de défilement déterminée, des moyens d'éjection du composé organique entraîné par ladite grille, et des moyens de récupération du composé organique issu de celle-ci. 2/ - Dispositif d'épuration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille est une grille métallique traitée superficiellement au moyen d'un vernis a base de dérivé fluorocarboné de formule CF3 - -(CF2)n - X où n est un nombre entier compris entre 3 et 10 et X un groupement fonctionnel choisi en fonction du métal de la grille de sorte que le dérivé fluorocarboné donne un composé stable avec ce métal. 3/ - Dispositif d'épuration selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la grille étant en alliage ferreux, le dérivé fluorocarboné utilisé est un dérivé du groupe suivant, où n est pris égal à 5 ou à 7 : CF3 - (CF2)n - SO2NH2 CF3 - (CF2)n - (C2H4)m - COOH avec m 1 CF3 - (CF2)n - C2H3ClOPO3H2 CF3 - (C2H4)m - OH avec m = 1 ou 2 CF3 ( (CF2)n - C2H4 - S02N (CH3) C2H4 OH CF3 ( (CF2)n - C2H4 4 S02NH (CH2)6 OH CF3 ( (CF2 > n - C2H4 - S02N (CH3) CH2 COOH. 4/ - Dispositif d'épuration selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la grille possède une maille approximativement carrée dont le côté mesure entre 0,30 et 1, 5 millimètre. 5/ - Dispositif d'épuration selon l'une des revendications 1 2, 3, ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont adaptés pour conférer à la grille une vîtes- se de défilement pouvant atteindre jusqu'à 22,5 mètres par minute. 6/ - Dispositif d'épuration selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'éjection sus-évoqués comprennent des moyens de soufflage d'air, débouchant a' proximité de la grille et adaptés pour souffler en direction de cette dernière en vue d'expulser le composé organique retenu par celle-ci. 7/ - Dispositif d'épuration selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de soufflage tangentiels, débouchant à proximité de la grille pour souffler dans une direction très approximativement tangentielle par rapport à la grille, en vue de repousser les gouttelettes d'eau éventuellement entraînées. 8/ - Dispositif d'épuration selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de récupération du composé organique comprennent une goulotte de récupération située en regard des moyens de soufflage d'air à l'opposé de ces derniers per rapport à la grille. 9/ - Dispositif d'épuration selon ltune des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que la grille et ses moyens de support forment un tambour cylindrique rotatif, dont la surface cylindrique est constituée par la grille. 10/ - Dispositif d'épuration selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de support de la grille comprennent deux couronnes, disposées latéralement en bordure du tambour et pourvues sur leur pourtour intérieur de dents venant en prise avec des pignons qui supportent et entraî- nent ledit tambour.