Brevet FR2552420A1 — publié le 19850329

La présente invention concerne un procédé pour la décarbonatation de l'eau par électrolyse et un appareil pour mettre en oeuvre ce procédé, utilisable notamment dans le traitement de l'eau pour lelimina- tion de la dureté bicarbonatée et en particulier pour éviter les dépits de tartre dans les installations où circule de l'eau. De nombreux procédés ont déjà été décrits, qui permettent ltélimination de la dureté d'une eau, par exemple par passage sur résines échangeuses d'ions, par vaccination acide ou encore par décarbonatation à la chaux ou à la soude, basee sur la réaction de précipitation du carbonate de calcium forme à partir du bicarbonate de calcium présent dans l'eau et d'un réactif alcalin, chaux ou soude. Ces procédés connus présentent divers inconvénients: : reposant sur des réactions stoechiométriques, ils nécessitent des quantités importantes de réactifs, une surveillance constante, des installations conteuses; en outre l'apport de réactifs modifie la qualité de l'eau et entraide des risques de pollution. Dans certains cas, traitement acide par exemple, ou échange d'ions, on obtint une eau corrosive. Par ailleurs, on coulait des procédés électriques permettant de prévenir l'entartrage d'une installation dans laquelle circule de l'eau un moyen connu d'éviter un dépit de tartre sur les parois d'une installation consistant à favoriser la formation et l'ensemencement de microcristaux au sein du liquide. Ces procédés consistent à réaliser une élec- trolyse de l'eau ayant pour effet la formation de cristaux de carbonate de calcium. Cependant ces procédés d'électrolyse connus, à effet antitartre ne sont pas d'une efficacité suffisante pour réaliser une décarbonatation de l'eau. Le procédé suivant l'invention pallie les inconvénients des procédés chimiques de décarbonatation en utilisant un procédé dlélectro- lyse perfectionné qui permet de provoquer une simple déstabilisation de l'eau sans utilisation de réactifs. L'invention consiste en un procédé pour la decarbonatation de l'eau par électrolyse, dans lequel on provoque la formation de micro cristaux de carbonate de calcium, caract6risb en ce que 1'41ectrolyse est réalisée au moyen d'un courant électrique impulsionnel donnant un signal de forme rectangulaire, produisant une densité de courant élevée permettant d'obtenir à la cathode une concentration en ions OH telle qu'elle entraide la formation de microcristaux de carbonate de calcium avec précipitation subséquente du carbonate de calcium au sein meme de l'eau traitée, le carbonate de calcium étant ensuite élimine. Suivant une caractéristique de l'invention, l'intensité moyenne du courant électrique impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter, de façon à obtenir une concentration en ions OH formés à la cathode, proportionnelle au débit d'eau à traiter. Conformément à l'invention l'intensité moyenne du courant impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter en faisant varier sa fréquence, la densité de courant et la durée des impulsions étant maintenues constantes. Suivant une autre disposition de l'invention, l'intensité moyenne du courant impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter en faisant varier la durée des impulsions, la fréquence et la densité du courant restant constantes. Suivant encore une autre disposition de l'invention, l'intensité moyenne du courant impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter en faisant varier la densité du courant, la fréquence et la duree des impulsions étant maintenues constantes. En toute hypothèse, on maintient dans la région cathodique une quantité d'ions OH constante par unité de volume d'eau à traiter, permettant une production suffisante de microcristaux de carbonate de calcium tout en gardant une densité de courant élevez. Liinvention concerne également un appareil pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention pour la décarbonatation de l'eau par électrolyse consistant en au moins une capacité de traitement munie d'au moins une entrée pour l'eau à traiter, d'au moins une sortie pour l'eau traitée, d'au moins une anode et d'au moins une cathode reliées aux bornes d'au moins une source de courant électrique impulsionnel, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen électronique produisant une forme de signal rectangulaire du courant électrique impulsionnel alimentant les électrodes et au moins un moyen d'asservissement de l'intensité moyenne de ce courant au débit d'eau à traiter entrant dans l'appareil. L'électrolyse de l'eau qui est conduite dans la capacité de traitement a pour effet, d'une part, de produire des ions OH localisés au niveau de la surface cathodique avec possibilité de dégagement gazeux et d'autre part, l'oxydation de la surface anodique avec possibilité de dégagement gazeux en particulier de gaz carbonique par action d'un proton H sur l'ion bicarbonate HC03 , Ainsi les ions hydroxyles OH produits à la cathode vont réagir avec les ions bicarbonate HCO3 - de l'eau pour former des ions carbonate CO .On obtient ainsi dans un volume localisé, en ltespèce la région cathodique, une concentration en ions carbonate C03 telle que l'on dépasse le produit de solubilité du carbonate de calcium CaCO3 Ces ions entraient la formation de germes de cristallisation de carbonate de calcium, donnant eux-memes naissance au sein de la solution à des cristaux continuant de croître par un mécanisme de nucléation hétérogène à leur surface. Ces cristaux sont éliminés par un moyen connu en soi, par exemple dans une capacité de décantation reliée à la capacité de traitement. Le gaz carbonique forma dans la rdgion anodique est avantageusement éliminé par un moyen connu en soi, par exemple par un purgeur disposé dans la capacité de traitement elle-mEme ou dans une capacité annexe. Pour éviter que le gaz carbonique formé ne puisse diminuer ltefficacité du traitement, le compartiment anodique et le compartiment cathodique sont avantageusement séparés par une membrane perméable. Pour favoriser le traitement en assurant dans la région cathodique une concentration optimale en ions OH on utilise une densité de courant élevée pendant toute la durée de l'impulsion, donc sans perte d'énergie, contrairement aux autres formes de signaux électriques impulsionnels, cette densité de courant élevée étant obtenue par application aux électrodes d'un courant électrique impulsionnel dont le signal a une forme rectangulaire. On peut faire varier l'amplitude du signal en fonction des caractéristiques de l'eau à traiter et adapter la durée d'impul- sion au temps de germination qui varie avec la composition de l'eau à traiter.Cette composition de l'eau à traiter s'exprime par sa minéralisation, sa concentration en matières organiques et par son TAC, c'està-dire son titre alcalimétrique complet qui indique le dosage des hydroxydes, des carbonates et des bicarbonates contenus dans cette eau. La capacité de traitement et les électrodes peuvent etre de forme quelconque, avec, de préférence une disposition cathode-anode favorisant des répartitions non uniformes de la densité du courant au niveau des électrodes. La capacité de traitement comporte avantageusement une membrane perméable séparant cathode et anode, le carbonate de calcium précipité dans le compartiment cathodique et le gaz carbonique formé dans le compartiment anodique étant ensuite éliminés dans des capacités annexe s. Les compartiments cathodiques et anodiques ont un volume identique ou différent; les débits d'eau à traiter traversant ces compartiments étant identiques, différents ou réglés différemment au moyen d'un dispositif connu, vanne par exemple. Suivant une forme de réalisation de l'invention, la capacité de traitement comporte deux entrées d'eau à traiter et deux sorties d'eau traitée indépendantes les unes des autres, la séparation et l'orientation des veines liquides vers chacune des sorties étant obtenues par des moyens appropriés, membrane séparatrice ou disposition et forme spéciales des électrodes par exemple. La membrane perméable séparant anode et cathode est di8- posée par exemple sur toute la hauteur de la capacité de traitement, cette capacité comportant deux entrées et deux sorties indépendantes l'une de l'autre. Chacune de ces sorties est reliée à une capacité annexe permettant l'élimination des cristaux de carbonate de calcium formés dans le compartiment cathodique et l'elimination du gaz carbonique dans le compartiment anodique, cette dernière capacité pouvant etre mise à la pression atmosphérique et munie, par exemple, d'un dispositif d'aération. On a décrit ci-ap?es, à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexe, un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé de decarbonatation de l'eau par électrolyse, suivant l'invention. Cette figure représente, de façon très schématique, un appareil selon l'invention qui comprend une capacité de traitement 1 munie d'une entre 2 pour l'eau à traiter et d'une sortie 3 pour l'eau traitée. Sur llentrée 2 est prévu un organe de commande 4 permettant d'asservir llintensitd moyenne délivrée par le generateur de signaux rectangulaires 5 au débit d'eau à traiter. LléNctrolyse est réalisée au moyen d'une cathode 6 et d'une anode 7 qui peuvent se présenter par exemple sous forme plane ou cylindrique. Dans l'exemple traité, la cathode et l'anode sont séparées par une membrane 8. La capacité de traitement ne comporte qu'une seule en trée d'eau à traiter, une seule sortie d'eau traitée et une seule capacité annexe 9 pour ltélimination du carbonate de calcium et du gaz carbonique formes. La cathode et l'anode sont reliées aux bornes d'un générateur de courant électrique 5 qui applique entre les électrodes un courant impulsionnel de fréquence (9 allant de 5 à 500 Hz, la tension appliquée étant telle que la densité de courant (ddc) est comprise entre 4 et 200 milliampères/cm2, la durée des impulsions (# étant de 100 ms à 109Nis. 3 Dans l'exemple cité un débit d'eau de 1,5 m /h est avanta- geusement traité par l'application d'un signal impulsionnel rectangulaire 2 de 150Hz produisant une densité de courant de 100mA/cm la durée des impulsions dépendant de la valeur du TAC de l'eau à traiter. Le signal de forme rectangulaire est obtenu, comme connu en soi par découpage électronique d'une tension moyenne réglée par un redressement commandé. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la decarbonatation de l'eau par électrolyse, dans lequel on provoque la formation de microcristaux de carbonate de calcium, caractérisé en ce que ltelectrolyse est réalisée au moyen d'un courant électrique impulsionnel donnant un signal de forme rectangulaire, produisant une densité de courant grevée permettant d'obtenir à la cathode une concentration en ions OH telle qu'elle entraihe la formation de mi crocristaux de carbonate de calcium avec précipitation subséquente du carbonate de calcium au sein même de l'eau traitée, le carbonate de calcium étant ensuite éliminé. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité moyenne du courant électrique impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter, de façon à obtenir une concentration en ions OH formés à la cathode, proportionnelle au débit d'eau à traiter. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'intensité moyenne du courant impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter en faisant varier sa fréquence, tout en maintenant constantes la densité du courant et la durée des impulsions. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'intensité moyenne du courant impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter en faisant varier la durée des impulsions, la fréquence et la densité du courant restant constantes. 5. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'intensité moyenne du courant impulsionnel est asservie au débit d'eau à traiter en faisant varier la densité du courant, tout en maintenant constantes la fréquence et la durée des impulsions. 6. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, consistant en au moins une capacité de traitement munie d'au moins une entrée pour l'eau à traiter, d'au moins une sortie pour l'eau traitée, d'au moins une anode et d'au moins une cathode reliées aux bornes d'au moins une source de courant électrique impulsionnel, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen électronique (5) produisant une forme de signal rectangulaire du courant électrique impulsionnel alimentant les électrodes et au moins un moyen d'asservissement (4) de l'intensité moyenne de ce courant au débit d'eau à traiter entrant dans l'appareil. 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la capacité de traitement (1) est reliée à au moins une capacité annexe (9) munie de moyens pour ltélimination du carbonate de calcium et du gaz carbonique formés au cours de llélectrolyse. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour provoquer une séparation et une orientation des veines liquides entrant dans l'appareil vers la ou les sorties (3) conduisant à la capacité ou aux capacités annexes (9) 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la capacité de traitement (1) comporte une membrane perméable (8) séparant cathode et anode.