Brevet FR2497118A1 — publié le 19820702

- 24971 1E La présente invention se rapporte à un procédé pour produire un milieu pour le traitement de l'eau ou un milieu de filtrage qui peut effectivement arrêter les micro-organismes et autre en suspension dans l'eau afin de puri- fier les eaux usées ou d'autres liquides souillés, ainsi qu'à un milieu de traitement de l'eau produit par ce procédé. Des milieux de filtrages utilisés pour épurer les eaux résiduaires ou usées doivent avoir des surfaces actives présentantd'innombrables trous minus- cules qui permettent le passage de la phase liquide, touL en arrêtant les phases solides en suspension, obligeant ces dernières à se déposer ou à s'accu- muler sur lesdites surfaces. Afin d'améliorer les propriétés de filtrage d'un tel milieu, les conditions suivantes doivent être remplies. - Il faut augmenter les nombres des minuscules trous afin d'obtenir une vitesse de filtration élevée, c'est-à-dire, pour augmenter la vitesse de passage de la phase liquide. 2 - Il faut agrandir l'aire totale des surfaces actives afin d'augmen- ter la quantité des matières solides qui s'accumulent sur celles-ci, c'est-à- dire, pour obtenir des propriétés de filtrage poussées. Parmi les milieux généralement utilisés auparavant pour purifier les eaux usées, on peut citer le papier filtrant, les tissus filtrants, les filtres en céramique et les tamis métalliques. Toutefois, tous ces milieux n'offrent qu'un aire active relativement petite pour le contact avec le liquide devant être filtré, de sorte qu'elle ne peut assurer une élimination satisfaisante des solides en suspension. De plus, les tentatives faites pour améliorer les propriétés de filtrage de ces milieux se traduisent par une réduction excessive de la vitesse de filtration. La demande de brevet japonaise publiée n0 56-35926 décrit un milieu conçu pour un drainage sélectif de l'eau qui comprend des touffes ou des tampons de fibres entassés dans une toile métallique cylindrique, chaque touffe com- prenant une multitude de fibres discontinues emmêlées les unes aux autres. Bien que ces touffes de fibre aient été préparées à d'autres fins, elles peuvent lorsqu'on les utilise comme milieu de filtrage, satisfaire aux conditions pré- cédentes et éliminer les inconvénients des milieux de filtrage traditionnels. Toutefois, un procédé classique pour produire ces masses ou touffes de fibres est extrêmement fastidieux et n'est pas applicable pour la production de masse à quoi s'ajoute que le produit obtenu est de médiocre qualité. Plus précisément, la technique antérieure comprend un procédé à sec dans lequel on soumet d'abord une multitude de fibres discontinues à un procédé spécial de frisage qui peut exiger un traitement chimique, un chauffage ou une application de vapeur pour obtenir des fibres définitivement frisées. On introduit ensuite ces fibres 2497 1 18 frisées dans un récipient cylindrique dans lequel elles sont dispersées dans l'air et ajoutées par un tambour rotatif comportant un certain nombre de pales d'agitation ce qui a pour consequence d'emmêler les fibres les unes aux autres en formant des touffes sphériques. Dans ce procédé connu, les fibres sont agitées dans l'air et de ce fait sont moins suscepti'Mles de fléchir et de s'emmêler puisque le module de bUing des fibres dans l'air est relativement élevé et puisque l'air ne peut pas leur imprimer des mouvements compliqnués du fait de sa faible viscosité. il est donc. nécessaire de friser les fibres avant l'agitation afin de les aider à s'emmêler les unes au-' autres pendant l'opération d'agitation. En outre, du fait que -'intervalle entre le récipient cylindrique et le tambour rotatif est extremement petit, la quantité de fibres pouvant être traitees en une fois est limtée, de sorte eue le procedé est inapplicable pou"; la production de masse. En outre, du fait que les fibres sont invariablement heurtées directement pai les pales, les fibres individuelles soPt fortement endommagées et les sur- faces des touffes de fibres présentent une rugosité inacceptable. En consequence l'un des buts de la présente invention est d'apporter un nouveau procèdé qui est adapté pour la production an grande quantité et au moyen duquel des msses de fibres de haute qualité so-.t facilement obtenues, produisant ansi -1 u- ea:e'lent milieu de filtrage qui ne présente pas les incon- vénients des milieux de filtrage classiques. A cette fin, la présente invention apporte un procèdé pour produire un milieu de traitement de l'eau qui consiste à disperser des fibres discon- tinues dans un liquide et à obliger ces fibres à circuler et à vibrer dans ledit liquide, de 3orte que lesdites fibres s'embrouillent ou s'emmêlent les unes aux autres en formant des touffes sphériques ou sphéroidales. Selon ce procédé, du fait que les fibres sont immergées dans un liquide tel que l'eau, elles fléchissent facilement par suite de la réduction de leur module de Young. 7)e plus, puisque le liquide a une viscosité beaucoup plus élevée que celle de l'air, il est clair que les fibres qui flottent dans ce liquide fléchissent en se conformant aux mouvements compliqués du liquide. En consequence, les fibres s'embrouillent et s'emmêlent d'une manière compliquée les unes aux autres dans le liquide sans qu'il soit nécessaire de les friser auparavant. De plus, puisque les fibres flottent dans le liquide, elles ne risquent pratiquement pas d'être endommagées, assurant ainsi la formation de touffes ou de tampons de fibres de haute qualité. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, on ajoute un adhésif au liquide afin que les touffes de fibres formées ne se désemm'lent pas. La présente invention comprend aussi le milieu de filtrage produit par ce nouveau procédé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, qui n'a bien entendu, aucun caractère limi- tatif, en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure I est une représentation schématique d'un appareil pour produire des touffes de fibrespour la mise en oeuvre d'un premier procédé conforme à l'invention; - la figure 2 représente un exemple d'une mèche de fibre inutilisable 1o comme milieu de filtrage - les figures 3a et 3b sont des vues schématiques représentant respec- tivement une touffe de fibre sphéroîdale et une touffe sphérique; et - les figures 4 et 5 sont des vues semblables à la figure I représen- tant des appareils pour produire des touffes de fibresnour la mise en oeuvre du second et du troisième procédés de l'invention. Des touffes ou des tampons de fibresadaptés à être utilisés comme milieu de filtrage peuvent être préparés en dispersant un certain nombre de fibres discontinues dans un liquide dispersif tel que l'eau, puis en obligeant ces fibres à circuler et à vibrer dans ce liquide par l'un des procédés sui- vants: A) en introduisant des courants ou des filets d'air dans le liquide B)en agitant le liquide par des moyens mécaniques; et C) en formant un courant de liquide au moyen d'une pompe. On va décrire maintenant le procédé A et un appareil pour la mise en oeuvre de celui-ci en regard de la figure 1. On introduit une quantité appropriée de fibres discontinues 3, par une trémie d'alimentation 2, dans l'eau W contenue dans un récipient I et on les disperse dans celle-ci. On introduit également de l'air dans l'eau W par une buse 4 disposéeà la partie inférieure du récipient I formant ainsi des courants d'air ascendants 5. Les courants d'air 5 font circuler et vibrer les fibres 3 dans l'eau W. De ce fait, les fibres 3 se plient et s'incurvent. L'action contini des courants d'air 5 a pour effet que les fibres adjacentes 3 s'emmêlent en formant des masses sphériques, sphéroïdes ou dites discales de 5 à 100 mm de diamètre. Les masses de fibres ainsi formées sont évacuées par une ouverture 6, pouvant être fermée, à des intervalles réguliers. 0uellequesoitla matière constituant les fibres, ces touffes se forment toujours, leurs dimensions, leur forme et leur structure intérieure étant fonction des procédés de production et des propriétés physiques des fibres individuelles, telles que l'épaisseur, la longueur, le module de Young, la 2 4 97 1 1 8 rigidité, la densité et le coefficient de friction. En conséquence, les matières pouvant constituer les fibres discontinues 3 comprennent, par exemple, les fibres naturelles, les fibres cellulosiques régénérées, les fibres organi- ques et notamment les fibres synthétiques, et les fibres inorganiques telles que les fibres de verre, les fibres métalliques et les fibres minérales, ces matières devant être choisies conformément aux exigences de l'application particulière à laquelle elles sont destinées. Comme exemples spécifiques de matières appropriées pour les fibres discontinues 3, on peut citer les poly- esters, les polyamides, les alcools polyvinyliques, et l'acrylonitrile, qui sont avantageux du point de vue de leur résistance aux traitements dans l'eau, ainsi que la rayonne et le polyester qui sont préférables du fait qu'ils se prêtent bien au traitement. Les fibres 3 doivent être agitées dans l'eau W pendant, au moins, minutes et de préférence pendant au moins 30 minutes, afin qu'elles soient suffisamment emmêlées les unes aux autres. De plus, les fibres 3 doivent avoir une longueur de 5 à 50 mm car des fibres de moins de 5 mm ne se mettent que difficilement en touffes, tandis que des fibres dont la longueur dépasse 50 mm forment des miches étroitement emmêlées dont la longueur dépasse 20 cm, comme on le voit sur la figure 2, de telles mèches étant inutilisables comme milieu de filtration. Le diamètre des fibres individuelles 3 peut varier selon le module de Young de la matière utilisée,mais doit généralement rester compris entre 10 et lOOAc.. Dans ces limites, lorsque les fibres 3 ont une épaisseur inférieure à deniers (environ 30X de diamètre), on obtient des touffes sphéroldales dont le diamètre ne dépasse pas environ 30 mm, comme représenté sur la figure 3a, tandis qu'avec des fibres 3 ayant une grosseur d'au moins 15 deniers (environ 407cde diamètre), on obtient des masses de fibres sphériques d'en- viron 20 mm de diamètre, comme représenté sur la figure 3b. Les fibres indivi- duelles 3 peuvent avoir une section circulaire, mais elles pourraient également avoir une section ayant une autre forme, par exemple triangulaire ou étoilée. L'eau W pourrait être remplacée par de l'éthylène-glycol, de l'éthanol, du butanol ou par un autre liquide analogue. Un colorant, au besoin, conjointe- ment avec un additif favorisant la teinture, peut être ajouté dans le liquide de dispersion des fibres afin de teindre les touffes, le cas échéant. De plus, un adhésif pourrait également être incorporé dans le liquide pour éviter que les touffes de fibres qui se sont formées, se démêlent. La température de l'eau W doit être maintenue constante à au moins C et de préférence entre 20 et 800C. Une température trop basse n'est pas avantageuse car quand elles sont froides les fibres 3 ont moins tendance à 2497 1 fléchir. Une température constante assure l'uniformité des diamètres des touffes de fibres. Du fait qu'on introduit des courants d'air dans l'eau au cours de l'exécution du procédé (A) de la figure 1, il est clair que la température de l'eau peut varier pendant l'agitation avec pour conséquence qu'il est difficile de régler la température. Les procédés (B) et (C) ont été conçus pour apporter une solution à ces problèmes et vont être décrits maintenant brièvement en regard des figures 4 et 5. En se référant à la figure 4, on voit des fibres discontinues 3 qui sont introduites, par une trémie d'alimentation 2 et sont amenées à circuler et à vibrer du fait que l'on agite l'eau W contenue dans le récipient I au moyen de pales 7, formant ainsi des masses de fibres 8. Dans le procédé (C) de la figure 5, on fait circuler et vibrer les fibres discontinues 3 en faisant vigoureusement circuler l'eau W au moyen d'une pompe 9. Le degré d'agitation produit soit par les pales 7, soit par la pompe 9, est tel que l'eau W est, au moins, amenéedans un certain état de turbulence. Les diverses conditions mentionnées à propos du procédé (A), s'appliquent également aux procédés (B) et (C). En ce qui concerne le procédé (B), bien qu'aucune condition précise ne prescrive la forme des pales 7, des pales ayant une forme relativement simple, par exemple, du type hélice, du type aube ou autre sont préférables à des pales ayant des formes compliquées telles que des pales hélicoïdales du fait que les fibres ont davantage tendance à s'enrouler autour d'elles, à cet égard, l'agi- tateur d'une machine à laver domestique est particulièrement avantageux car il comporte des lames doucement saillantes. Au lieu d'utiliser l'agitateur 7, le récipient I pourrait être un récipient rotatif avec des écrans intérieurs comme c'est le cas d'un mélangeur de béton ou d'un récipient rotatif sphérique. De plus, un vibreur pourrait être utilisé comme moyen d'agitation. Dans le cas du procédé (C), un filtre 10 doit être prévu pour empêcher les fibres 3 d'obstruer la pompe 9. En variante, on pourrait utiliser pour la pompe 9, une pompe du type non-obstruant. A la différence de la technique antérieure, tous ces procédés sont extrêmement simples et sont adaptés pour une production de masse, à quoi s'ajoute que les touffes ou les tampons de fibres ainsi produits ont une qualité élevée et uniforme, puisque les fibres sont agitées indirectement dans un milieu liquide visqueux, par exemple dans l'eau, et non pas directement par des moyens mécaniques. Etant donné que chaque touffe renferme un nombre énorme de minuscules trous et comporte de grandes surfaces actives disposées tridi- mensionnellement, il est clair qu'elle constitue un excellent milieu filtrant ayant une grande vitesse de filtration. Comme il a été indiqué plus haut, du fait que les touffes de fibres produites par les procédés de la technique antérieure ont une surface extarieure rugueuse dontun certazin rombre de fibres se dressent en forment un duvet, elles ne sont pas mutuellemeant séparables par emmelement des f.ibres saillantes quand on les entasse dans une tour de filtration En conséquence, les touffes de fibres de la technique anterieure ne sont pas adaptées pour un rétro lav--age ou un retro soufflage aux fins de nettoyage, puisque les touffes individueles ne peuveDt pas flotter et se déplacer librement en dépit de leur faible dnsité apparente. Par centre, du fiit que les touffes de fibres produitesconforieant à la préaente inîvention onZ une surface entérreure lisse et une faible dcnsita epparente, et peuvent etre facilement soumises à des rétro lavages permettant de ies utiliser à de nombreuses reprises comme milieu de filtrage. Les oeuffes de fibresde la présente invention- peuvent être utilisées pour Eas fiilrations blologiques submergées, ainsi ce pour les filtrations goutte à goutte. Les exemDpie qui suivent, qui n'ont2 bien entendu, aucun caracthre limitatif, feront mieu- comprendre les particularités de l'invention. Exempie!, on verse 400 1 d'eau dans un recDipent de 1,2 m de diamhtre et 1,5 m de hauteur et on règle la température à 40 C. On ïmonte dans ce récipient des pales d'aeitation du type Pfaudew et on les fait tourner à la vitesse de t/mn. On introduit et on disperse dans l'eau 50 kg de fibres de polyester titrant 20 deners (ayant 45, zde diamétre). Apres avoir ajouté en continu - eau au moyen a. ces pales pendanet 45 minutes, on obtient des touffes ou des tampons de fibresayant de 15 h 30 mm de diamètre. Les touffes de fibresainsi obtenues etaient utilisables comme milieu de filtrage. Exemple 2, on verse 50 1 d'eau à 60 C dans une machine à laver domesti- que. On disperse da's cette eau e. on ajoute doucement dans la machine h laver pendant 30 minutes 0)8 kg de fibres de polyester non frisées titrant 8 deniers (ayant 28 -de diamhtr2) et coupees à uie longueur de 20 mm. Ces fibres ont une section circulaire. On obtient, dans ces conditions, des touffes de fibres pratiquement sphériques de 10 à 25 nm de diamètre. AuX fins de comparaison, on procède à i nime opération que ci-dessus, mais en utilisant des fibres de polyester frisées coupées à une longueurde 64mm. On constate que ces fibres ne forment pas de petites touffes sphériques mais, 24971 1 au contraire, des mèches de 50 mm de longueur, comme représenté sur la figure 2 ou bien des rassemblements de fibresextrêmement grands. Exemple 3, on introduit dans un récipient rotatif ayant I m de diamètre qui contient de l'eau à une température normale, 4 kg de fibres de rayonne titrant 10 deniers (ayant un diamètre de 31.>x) et coupées à une longueur de mm, et on fait ensuite tourner ce récipient à la vitesse de 30 t/mn pendant minutes. On obtient ainsi des touffes de fibresdont le diamètre est compris entre 10 et 30 mm. Exemple 4, on monte dans un récipient en acier inoxydable de 30 cm de diamètre et de 30 cm de hauteur un agitateur comportant une pale plate en caoutchouc de 10 cm de largeur et de 20 cm de hauteur. On introduit dans ce récipient 8 1 d'eau avant de le plonger dans un bain-marie chauffé à 80OC. Ensuite, on introduit 200 grammes de fibres discontinues des nylons ayant une longueur de 20 mm et titrant 20 deniers (60,,4A.de diamètre), puis on fait tourner l'agitateur à la vitesse de 90 t/mn pendant 30 minutes. Les touffes de fibres résultantes avaient des diamètres compris entre 15 et 25 mm. 24971 18 REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire un milieu de traitement de lteau, caractérisé en ce qu'il consiste à disperser des fibres discontinues dans un liquide-et à obliger ces fibres à circuler et à vibrer dans ledit liquide, de sorte que lesdites fibres s'embrouillent ou s'emmêlent les unes aux autres en formant des touffes sphériques ou sphéroldales. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on oblige les fibres à circuler et à vibrer en introduisant des courants ou-des filets d'air dans le liquide dispersif. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé-en ce qu'on oblige les fibres à circuler et à vibrer en agitant le liquide par des-moyens mécani- ques. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on oblige les fibres à circuler et à vibrer en formant un courant dudit liquide au moyen d'une pompe montée dans ledit liquide. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres individuelles ont une longueur de 5 à 50 mm. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres individuelles ont un diamètre de 10 à 100,.. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres utilisées sont des fibres discontinues non frisées. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute un additif au liquide afin de renforcer les liaisons entre les fibres emmêlées. 9. Milieu de traitement de l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend une touffe de fibres sphérique, sphéroîdale ou discale comprenant un certain nombre de fibres discontinues embrouillées ou emmêlées les unes aux autres du fait qu'on les a obligées à circuler et à vibrer dans un liquide dispersif. 10. Milieu selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fibres individuelles ont une longueur de 5 à 50 mm. Il. Milieu selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fibres individuelles ont un diamètre de 10 à 100,Xc. 12. Milieu selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fibres sont faites d'une matière choisie dans le groupe comprenant les polyesters, les polyamides, les alcools polyvinyliques, l'acrylonitrile, la rayonne ou l'une quelconque des combinaisons possibles des matières précédentes.