Brevet FR2548167A1 — publié le 19850104

Procédé et dispositif de traitement des liquides aqueux, effluents industriels et agro-alimentaires, pour l'obtenir tion d'eaux stériles ou potables et leur réutilisation ou recyclage. La présente invention a trait à un procédé et un dispositif de traitement des liquides et effluents industriels et agro-alimentaires, pour l'obtention d'eaux stériles ou potables et leur réutilisation ou recyclage. Les dispositifs de traitement d'eaux destinés a la purification des eaux sont relativement variés. Ils se caractérisent en général par un investissement important en matériel ou par la mise en oeuvre de procédés très complexes adaptés aux propriétés de la source d'eau, notamment d'eau douce, qui doit être purifiée. On rappelle que, d'une façon générale, en dehors de composés industriels toxiques, tels que les métaux lourds, que l'on rencontre dans certains effluents industriels, les constituants des eaux usées, croupies, ou de sources, notamment d'eau douce, comportent des particules en suspension, des micro-organismes et des ions dissous. En fonction de ces différents constituants, on utilise actuellement des techniques différentes, à savoir la décantation lamellaire, la floculation et décantation avec l'aide d'agents chimiques, la filtration notamment sur du sable, la chloration. Le matériel utilisé est encombrant, peu mobile et nécessite fréquemment un décolmatage. L'un des problèmes difficiles à résoudre réside dans l'élimination des micro-organismes, laquelle doit etre rigoureuse, notamment lorsqu'il s'agit d'obtenir des eaux potables ou de recycler des effluents d'industries agro-alimentaires ou autres. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif efficaces et sûrs pour le traitement des eaux, eaux croupies, usées, industrielles ou non, pour l'obtention d'eau potable ou stérile. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit léger, peu encombrant, économe en énergie et qui, en conséquence, se prête au transport et a la mobilité. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif qui permette le traitement d'eaux ou d'effluents très divers, y compris les effluents industriels, notamment d'industries agro-alimentaires. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif permettant le pré-traitement avant osmose inverse ou autre traitement de dessalement pour l'obtention d'eaux potables a partir d'eaux saumâtres ou salines. Un autre objectif de l'invention est de permettre la purification d'eau de différentes provenances, y compris les sources polluées, pour l'obtention d'eau potable sans adjonction de produits chimiques. L'invention a pour objet un procédé de traitement de liquide aqueux caractérisé en ce que 1'on réalise 1'ul- tra-filtration du liquide sur une ou des membranes minéra- les dont les diamètres des pores sont suffisamment petits pour empêcher le passage de particules micro-organiques et que l'on effectue ensuite un traitement électrolytique de l'ultrafiltrat. Un autre objectif de l'invention est d'assurer un traitement des eaux permettant d'assurer le stockage de l'eau potable obtenue sans adjonction d'agents supplémentaires de conservation. L'invention a pour objet un dispositif de traitement de liquides aqueux présentant des moyens d'ultrafiltration, caractérisé en ce qu'il comporte un poste d'ultra-filtration équipé de membranes minérales dont les diamètres des pores sont suffisamment petits pour empêcher le passage de particules micro-organiques et, en aval dudit poste d'ultra-filtration, un poste de traitement électrolytique de l'effluent ultra-filtré. Le poste d'ultra-filtration comporte un ou plusieurs éléments filtrants à membranes minérales, composés d'un support macro-poreux assurant la résistance mécanique et d'une ou plusieurs couches fines minérales permettant l'ultra-filtration. On doit comprendre que la taille des pores de la membrane ultra-filtrante est supérieure à celle permettant l'osmose inverse mais suffisamment faible pour retenir au moins toutes particules bactériennes, levains, matières organiques de poids moléculaires faibles. Le diamètre des pores de la couche minérale filtrante est avantageusement inférieur à 1000 Angström. L'épaisseur de la couche se situe entre 1 et 15 microns. Le dispositif comporte des moyens pour permettre la circulation du liquide à purifier de façon à obtenir une composante de vitesse tangentielle convenablement élevée par rapport à la paroi de la membrane ultra-filtrante, ce qui peut avantageusement être obtenu par recyclage du rétentat auquel on intègre, en continu, le volume correspondant au filtrat évacué. Egalement de façon avantageuse, le dispositif peut comporter des moyens de décolmatage, permettant de faire passer du liquide purifié, qui peut être de l'ultrafiltrat, en sens inverse, à travers la membrane minérale ultra-filtrante et ce sous l'effet d'une surpression. On constate et contrôle qu'il est possible, grâce a l'invention, d'obtenir en un seul passage, de l'eau potable a partir de liquides aqueux divers très pollués. Un poste de traitement électrolytique peut avantageusement être réalisé à l'aide d'un empilement d'électrodes de polarités opposées ou bi-polaires présentant des propriétés de percolation réalisées par exemple en matériaux conducteurs percolants. Il peut être avantageux, dans le cas de liquides chargés de très grosses particules, de disposer, en amont du dispositif proprement dit, d'un poste de prétraitement par exemple par filtration ou décantation. Dans la plupart des cas, ce poste n'est pas indispensable et il" est possible de traiter les liquides pour obtenir directement de l'eau potable a l'aide du dispositif qui peut, en raison de son faible encombrement et de sa faible consommation d'énergie, être conçu sous forme d'unité facile a transporter, susceptible de traiter immédiatement l'eau sur place. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront a la lecture de la description suivante, faite a titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement une vue du poste d'électrolyse du dispositif. Le dispositif représenté est relié une source d'eau douce 1, par exemple de l'eau douce fluviale, de l'eau stagnante, une eau de lavage ou un effluent d'une industrie agro-alimentaire ou autre. Ce liquide est pris en charge par une canalisation 2 par l'intermédiaire d'une pompe 3. La conduite de refoulement 4 de la pompe débouche dans la canalisation d'entrée 5 du poste d'ultra-filtration 6. Celui-ci comprend, dans une enceinte hermétiquement fermée 6a, une chambre d'entrée 6b et une chambre de sortie 6c, entre lesquelles sont disposés les éléments à membranes minérales ultra-filtrantes, parallèles entre elles, 6d. La membrane minérale proprement dite est disposée sur un support macro-poreux, céramique ou dérivés, de type composite, dans lequel l'ultra-filtrat se déplace et s'évacue facilement. Le diamètre intérieur du tube support se situe entre 2 et 15 millimètres, l'épaisseur de la membrane se situe entre 1 et 15 microns. Le diamètre des pores est inférieur à 1000 Angström. La chambre de sortie 6c, reliée à l'entrée de la chambre 6b par les différents canaux tubulaires, est reliée par une canalisation de sortie 7 à une canalisation de recirculation 8 qui, par l'intermédiaire d'une pompe 9, débouche également dans la canalisation d'entrée 5. Par ailleurs, cette canalisation de sortie 7 est reliée par l'intermédiaire d'une vanne 10 à une canalisation d'évacuation 11 aboutissant à un conduit d'évacuation 12 auquel est également reliée la canalisation 5 par l'intermédiaire d'une vanne 13. L'ultra-filtrat, qui a traversé le dispositif de filtration et qui circule dans le bloc poreux, sort de l'enceinte 6a par un conduit 14 aboutissant à un poste de traitement électrolytique 15 alimenté par une source électrique 16, par exemple un générateur autonome. La sortie 17 du poste de traitement électrolytique 15 parvient à un réservoir vertical 18 dans la partie inférieure duquel débouche la canalisation 19 d'évacuation de l'eau potable, munie d'une vanne 20. Dans la partie supérieure du réservoir 18, débouche une conduite d'amenée d'air comprimé 21, normalement fermée par une vanne 22. Le fonctionnement est le suivant Tout d'abord, les vannes 10 et 20 sont ouvertes et les vannes 13 et 22 fermées. La pompe 3 est mise en marche. Le liquide pompé remplit puis traverse le poste 6 et, lorsqu'il arrive au niveau de la vanne 10, celle-ci se ferme, de sorte que seule la vanne 20 reste ouverte. A ce moment, la pompe 9 est également mise en route. En conséquence, le liquide parcourt de façon continue les canaux qui s'étendent entre les chambres 6b et 6c dont les membranes sont ainsi parcourues a grande vitesse par un flux tangentiel de préférence en écoulement turbulent. Une partie de ce flux est ultra-filtrée et recueillie dans la canalisation 14. La plus grande partie du flux circulant a travers les canaux sort par la canalisation 7. Il est recyclé par la canalisation 8 et la pompe 9 pour être a nouveau passé au travers du poste d'ultrafiltration 6. La pompe 3 est donc réglée de façon a alimenter vers le dispositif 6 un débit égal au débit de l'ultrafiltrat évacué par la canalisation 14. L'ultra-filtrat traverse alors le poste de traitement électrolytique 15 dont les électrodes sont soumises a une différence de potentiel telle que l'intensité du courant soit de l'ordre de 500 mA. Dans ce dispositif se trouve disposé un empilage d'électrodes bi-polaires 23 séparées par des nappes isolantes. Les électrodes sont constituées par des disques de feutre de graphite ayant une épaisseur de 9 mm et une porosité suffisante pour être percolés par l'eau sans se colmater. Les électrodes 23 peuvent être isolées en leur périphérie au contact avec la paroi de l'enveloppe 15.Les électrodes 23 sont séparées les unes des autres par des disques 24 constitués de tamis très fins de Nylon, lequel forme un très bon isolant électronique mais qui laisse bien passer les ions. L'épaisseur du tamis est de 0,08 mm. Dans les deux électrodes 23 extrêmes, ont été insérées deux électrodes en charbon 25, formant l'une une électrode positive et l'autre une électrode négative, ces électrodes étant isolées par rapport a l'enveloppe 15.Les deux électrodes 25, réalisées en bâton en charton, sont reliées a un générateur basse tension continue a6 capable d'établir et de maintenir un courant d'une inten site donnée. Le liquide aqueux est amené dans le sens de la flèche par l'embout 15a à l'intérieur de l'enveloppe 15 et il ressort par l'embout 15b après avoir percolé à travers les différentes couches contenues dans l'enveloppe. La maille des filtres formant les nappes est de préférence de 15 microns. De préférence dans le procédé selon l'invention, le générateur est réglé de façon à assurer le passage d'une intensité de courant fixée à une valeur désirée, par exemple 500 mA pour un dispositif ayant 8 cm de diametre et deux électrodes bi-polaires seulement. La tension résultante était de 5 volts. Le débit de liquide à travers le dispositif est assuré de façon à obtenir une vitesse suffisante pour que les variations de champ électrique (positif sur une face de chaque électrode et négatif sur l'autre face) soient assez rapides. Dans le cas d'un dispositif de 8 cm de diamètre, le débit peut avantageusement être de l'ordre de 4 1/heure. A titre d'exemple, un dispositif de 8 cm de diamètre avec deux électrodes percolantes bi-polaires de 9 mm d'épaisseur, un courant imposé de 500 mA sous une tension résultante de 5 volts, avec un débit de 4 1/heure a permis, à partir d'une eau usée avec un nombre extrêmement élevé de bactéries, d'obtenir une eau presque totalement désin bectée contenant moins de 3 bactéries par 1. L'ultra-filtrat utilisé sortant du poste de traitement électrolytique par la canalisation 17 est de l'eau strictement potable. Cette eau potable s'accumule d'abord dans le réservoir 18 puis sort par la canalisation 19. En fin de cycle, on effectue une opération de décolma tage. Pour cela, la vanne 20 se ferme, la pompe 3 s'arrête, la vanne 10 s'ouvre, la pompe 9 s'arrête, et les vannes 13 et 22 s'ouvrent. L'air comprimé refoule alors l'ultrafiltrat électrolysé situé dans le réservoir 18, à contre courant vers l'enceinte 6a. L'ultra-filtrat traverse alors les membranes minérales poreuses qui se trouvent décolmatees et le liqude est alors évacué par la canalisation 12. A la fin de cette opération, qui dure quelques minutes, le dispositif est remis en route comme auparavant. Il est également possible, dans ce dispositif, d'effectuer un décolmatage sans utilisation d'air comprimé, en fermant la vanne 20,. ouvrant la vanne 10, arrêtant la pompe 9, puis ouvrant la vanne 13. La commande du décolmatage peut être effectuée soit a partir d'une minuterie, soit par l'intermédiaire d'un manomètre 23 situé sur la conduite 8, ce manomètre étant sensible å une légère augmentation de pression qui se produit lorsque la membrane commence à se colmater. Il est remarquable de pouvoir obtenir, grâce a un tel dispositif extrêmement simple, peu encombrant et facilement transportable, une eau potable a partir de sources d'eau douce extrêmement polluée. De plus, on constate l'obtention d'un effet rémanent sur l'eau potable, permettant son stockage pendant une longue durée sans aucun traitement chimique. L'effet bactéricide du traitement électrolytique se superpose å l'effet d'ultra-filtration des membranes minérales. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement et purification des liquides aqueux, effluents agro-alimentaires ou industriels, notamment pour l'obtention d'eaux stériles ou potables et leur réutilisation ou recyclage, caractérisé en ce que l'on réalise l'ultra-filtration du liquide sur une ou plusieurs membranes minérales dont les diamètres des pores sont suffisamment petits pour empêcher le passage de particules micro-organiques et que l'on effectue ensuite un traitement électrolytique de l'ultra-filtrat. 2. Dispositif de traitement et purification des liquides aqueux, effluents agro-alimentaires ou industriels, notamment pour l'obtention d'eaux stériles ou potables et leur utilisation ou recyclage à partir d'un dispositif d'ultra-filtration, caractérisé par un poste d'ultra-filtration à membrane minérale dont les diamètres des pores sont suffisamment petits pour empêcher le passage de particules micro-organiques et, en aval dudit poste, un poste de traitement électrolytique de l'eau ultra-filtrée. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre des pores des membranes d'ultra-filtration est inférieur à 1000 Angstroms. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche ultra-filtrante minérale est comprise entre 1 et 15 microns. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 a 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8, 9) pour permettre la circulation du liquide dans les filtres avec une composante de vitesse tangentielle élevée par rapport à la paroi de la membrane ultra-filtrante. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de décolmatage (21, 22, 17) permettant de faire passer le liquide purifié en sens inverse à travers la membrane ultra-filtrante sous l'effet d'une surpression. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 a 6, caractérisé en ce que le poste de traitement électrolytique comporte une pluralité d'électrodes de polarités opposées et électrodes bipolaires présentant des propriétés de percolation et réalisées en matériaux conducteurs percolants. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les électrodes percolantes sont séparées par de minces nappes de matière électriquement isolante. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 a 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'établissement de flux comprennent des moyens pour la recirculation de la partie du flux non ultra-filtree.