Brevet FR2583299A1 — publié le 19861219

La présente invention concerne un appareil de traitement de liquides comprenant un ou plusieurs conduits pour la circulation du liquide, chaque conduit ayant une paroi perméable à un consti- ant au moins du liquide, et elle concerne en particulier mais non exclusivement un appareil d'ultrafiltration. Un appareil connu d'ultrafiltration, décrit dans le brevet britannique n 1 468 928 (Union Carbide Corp) comporte plusieurs tubes parallèles disposés de manière qu'un liquide à concentrer circule sous pression axialement dans les tubes. Ceux-ci sont poreux et per- méables car ils sont formés de particules liées de carbone et d'un revêtement essentiellement continu de particules d'un oxyde métallique, formé à la face interne des tubes. Lors du fonctionnement de l'appareil, une partie du liquide et les phases dissoutes de faible masse moléculaire traversent les parois des tubes alors que la plus grande partie des phases dissoutes de masse moléculaire plus élevée et les matières paticulaires sont transmises dans les tubes, dans le liquide concentré. Une partie des phases dissoutes de masse moléculaire élevée et la matière particulaire peuvent cependant former une couche qui se dépose aux faces internes des tubes et peuvent réduire le débit de liquide pouvant traverser les parois des tubes avec augmentation de la perte de charge entre les extrémités des tubes. On a constaté que le même problème se posait dans un appareil d'osmose inverse, et M. Kikuchi et al. (Hitachi) ont proposé, dans leur article Nuclear Engineering and Design 44 (1977) pages 413-420, l'en- lèvement périodique de la couche qui se dépose par circu- lation d'une balle spongieuse légèrement surdimensionnée dans les tubes d'osmose inverse. Ils indiquent qu'on- a constaté que les billes, spongieuses enlevaient efficacement la couche déposée et ne détérioraient pas la surface de la couche formant la membrane à la face interne des tubes. Cependant, les billes ou balles spongieuses sont poreuses et ont ainsi tendance à absorber une partie de la matière déposée dans leurs pores et ainsi, dans certaines applications telles que le traitement des déchets radioactifs, des balles de mousse ne sont pas acceptables. En outre, certaines couches déposées, telles que celles qui sont produites par ultrafiltration de boue à teneur élevée en matières solides (par exemple % en poids), peuvent être trop denses pour être retirées de manière satisfaisante par les billes spongieuses déformables. La présente invention concerne donc un appareil de traitement de liquide comprenant un conduit le long duquel le liquide circule lors du fonctionnement de l'appareil, le conduit ayant une paroi perméable à un constituant au moins du liquide, un orifice d'entrée formé à une première extrémité du conduit est destiné à l'entrée du liquide et un orifice de sortie formé à l'autre extrémité du liquide est destiné à la sortie de la partie du liquide qui ne traverse pas la paroi du conduit, un élément imperméable de nettoyage destiné à circuler le long du conduit, très près de la surface de la paroi, l'élément de nettoyage étant suffisamment rigide pour qu'il ne se déforme pas dans son passage le long du conduit, et, a chaque extrémité du conduit, un embout d'extrémité permettant le passage de l'élément - de nettoyage, l'embout d'extrémité, à une première extré- mité, ayant un orifice d'alimentation disposé de manière que la transmission d'un liquide à l'orifice d'alimentation provoque la circulation de l'élément de nettoyage le long du conduit, l'embout de l'autre extrémité délimitant un orifice de sortie du contenu du conduit pendant la circulation de l'élément de nettoyage dans le conduit, l'orifice de sortie étant placé de manière que l'élément de nettoyage passe au-delà de celui-ci après sa circula- tion le long du conduit. L'élément de nettoyage est de préférence destiné à passer très près de toute la surface de la paroi per- méable du conduit et il a avantageusement la même forme en coupe que le conduit. La dimension de l'élément de nettoyage est avantageusement telle qu'il reste un peu d'espace de tous les côtés entre l'élément de nettoyage. et la paroi du conduit, cet espace ayant une largeur comprise entre environ 0,05 et 0,1 mm et de préférence entre environ 0,15 et 0,6 mm. L'appareil de traitement de liquide comporte avantageusement plusieurs conduits disposés de manière que l'écoulement du liquide s'effectue en parallèle, chaque conduit ayant un embout d'extrémité, les orifices d'alimentation de tous les embouts étant en communication avec une alimentation commune en liquide si bien que tous les éléments de nettoyage circulent simultanément dans les conduits respectifs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe médiane d'un appareil d'ultrafiltration. On se réfère à la figure 1; un appareil 10 d'ultrafiltration comprend un tube 12 d'ultrafiltration formé de carbone poreux et perméable ayant un trou 14, la surface 16 de ce trou étant revêtue d'un revêtement poreux et adhérent de particules d'un oxyde métallique, et le tube 12 étant placé verticalement entre un embout d'extrémité. inférieure et un embout identique 22 d'extrémité supérieure. Le tube 12 est entouré par une enveloppe cylindrique 18 coopérant de façon étanche avec les embouts 20 et 22 par l'intermédiaire de garni- tures 19, un orifice 23 étant formé a travers la paroi de l'enveloppe 18. Le tube 12 et l'enveloppe 18 sont serrés sur les embputs 20 et 22 d'extrémités par trois tiges 24 (une seule étant représentée) placées paral- lèlement au tube 12 et passant dans des trous (non repré- sentés) des embouts 20 et 22, les deux extrémités de chaque tige 24 étant filetées et coopérant avec des rondelles 26 et des écrous à ailettes 28 correspondants. Les embouts 20 et 22 comportent chacun un organe tubulaire 30 délimitant un trou axial 32 de diamètre égal à celui du trou 14. Une bride ou flasque externe 36 est placée à une première extrémité 34 de l'organe 30, et un trou élargi 38 est formé pour le logement d'une partie 40 d'extrémité du tube 12, une gorge circonféren- tielle 41 formée dans le tou 38 logeant un joint torigue 42. Le tube 12 coopère ainsi de manière étanche avec l'organe 30, les trous 32 et 14 étant alignés. Un trou axial rétréci 44 délimité par un élément rapporté vissé est placé à l'autre extrémité 43 de l'organe 30. L'organe tubulaire 30 est positionné au centre d'un organe interne 46 en forme de cuvette, ayant une base circulaire 48 et un rebord 50, l'organe 30 passant par un trou central 52 de la base 48 si bien que la bride 36 est en butée contre la base 48 et coopère de façon étanche avec celle-ci par l'intermédiaire d'un joint torique 54 placé dans une gorge 55 formée dans le trou 52. Un trou taraudé 56 formé dans le rebord 50 permet la connexion d'un raccord fileté (non représenté) de tuyauterie sur l'organe interne 46. Le rebord 50 est en butée contre une face 58 d'une plaque annulaire 60, ayant un trou central 62 pour le passage de l'organe tubulaire 30, et l'autre côté 64 de la plaque 60 est en butée contre un rebord 66 d'un organe externe 70 en forme de cuvette ayant une base circulaire 72. La plaque 60 coopère de façon étanche avec l'organe interne 46, avec l'organe externe 70 et avec l'organe tubulaire 30 par l'intermédiaire de joints toriques 74, 75 et 76 qui se logent dans des gorges circulaires 78 et 79 des côtés 58 et 64 et dans une gorge circonférentielle formée dans le trou central 62, respectivement. L'organe interne 46, la plaque 60 et l'organe externe 70 sont serrés par trois -'tiges filetées 82 (une seule étant représentée pour chaque raccord 20, 22 d'extrémité), passant dans des trous 83 régulièrement répartis autour du raccord 20 ou 22 et coopérant avec une rondelle 64 et un écrou papillon 85 a chaque extrémité de chaque tige 82. La plaque 60 et l'organe interne 46 délimitent ainsi une chambre annulaire 88 autour de l'organe tubulaire 30. Quatre trous épaulés 90 régulièrement répartis (trois seulement étant représentés), traversant l'organe tubu- laire 30, assurent la communication entre le trou 32 et la chambre 88. De même, la plaque 60 et l'organe externe 70 délimitent une chambre de forme générale cylindrique 92 dans laquelle est disposé l'organe tubulaire 30, le trou 44 de dimension réduite assurant la communication entre le trou 32 et la chambre 92. Un trou taraudé 94 formé au centre de la base 72 permet le montage d'un raccord vissé (non représenté) de tuyauterie sur l'organe externe 70. Un cylindre imperméable et rigide 98 d'acier inoxydable ayant un diamètre légèrement inférieur à celui du trou 32 est placé dans le trou de l'organe tubulaire 30 de l'embout 20. Dans l'appareil 10, le trou 32 a un diametre de 6,0 mm et le cylindre 98 un diamètre de 5,7 mm et une longueur de 15,7 mm. Lors du fonctionnement de l'appareil 10, du liquide à traiter, par exemple de l'eau contaminée par des matières dissoutes et des matières particulaires en suspension, est transmis par un clapet de retenue 102 et une pompe 100 au trou 94 de l'embout supérieur 22 en A, et une sortie de liquide traité est reliée par une soupape 104 de commande au trou 56 formé dans l'embout inférieur 20 (sortie A). Du liquide qui peut être le même que le liquide à traiter ou qui peut être de l'eau propre, est transmis par un clapet de retenue 106 et une pompe 110 au trou 94 de l'embout inférieur 20 (entrée B), et une sortie est reliée par une soupape de réglage 108 au trou 56 de l'embout supérieur 22 (sortie B). Ensuite, lorsque la soupape 108 est fermée et la pompe 110 arrêtée, la pompe 100 est utilisée pour le pompage du liquide à traiter vers le bas dans le tube 12. Le liquide filtré traverse la paroi du tube 12 et pénètre dans l'enveloppe 18 avant de ressortir-par l'orifice 23, alors que le reste du liquide sort par le trou 56 de l'embout inférieur 20. Pendant le fonction- nement de l'appareil 10, une couche de matièresparticu- laires et de matières dissoutes de masse moléculaire élevée peut se déposer à la surface 16. Lorsque cette couche doit être retirée, la pompe 100 est arrêtée, la soupape 104 est fermée, la soupape 108 est ouverte et la pompe 110 est mise en route. Le liquide est ainsi obligé de remonter dans le tube 12, le cylindre 98 étant repoussé le long du tube 12 par le courant de liquide et repoussant avec lui l'essentiel de la couche déposée. La matière délogée sort donc du trou 56 de l'embout supérieur 22 alors que le cylindre 98 reste dans l'appareil 10. La matière délogée peut ainsi être séparée du liquide traité sortant lors du fonctionnement habituel de l'appareil 10. Cette opération de nettoyage est terminée dès que le cylindre 98 atteint l'embout supérieur 22. La pompe 110 est alors remise en route, la soupape 108 est refermée, la soupape 104 est réouverte et la pompe est à nouveau arrêtée. Le cylindre 98 retombe le long du tube 12, en étant repoussé vers le bas par le courant de liquide, et il reprend la position indiquée sur la figure, dans le trou 32 formé dans l'embout infé- rieur 20. Le cylindre 98 a un diamètre supérieur à celui du trou étroit 44 si bien qu'il ne peut pas sortir l'extrémité 43 de l'organe tubulaire 30. L'appareil 10 d'ultrafiltration a été utilisé expérimentalement pour l'ultrafiltration d'une suspension aqueuse à 0,1 % en poids d'hydroxyde de titane (IV). L'opération a été. réalisée comme décrit précédemment jusqu'à l'accumulation d'un dépôt d'hydroxyde de titane atteignant environ 8 mg/cm2, à la surface 16. A ce moment, le débit d'eau à travers les parois du tube 10 avait diminué de 10 % par rapport à sa valeur initiale. L'opéra- tion de nettoyage a été réalisée comme décrit précédemment, et plus de 80 % du dépôt ont été retirés. Le cycle de fonctionnement et de nettoyage a été répété plusieurs fois, la couche déposée étant réduite à chaque fois à la même épaisseur et le débit d'eau a travers les parois du tube 12 reprenant la même valeur. La longueur du cylindre 98 n'est pas primordiale pour l'opération de nettoyage, mais il est préférable que le cylindre ait des coins émoussés afin qu'il évite le raclage de la surface 16 du tube 12. En outre, un élément de nettoyage d'une forme différente, par exemple sphérique, peut être utilisé à la place du cylindre 98. Il faut noter que l'invention peut être mise en oeuvre pour le nettoyage d'un appareil d'ultrafiltration ayant des tubes non circulaires, le cylindre 98 étant remplacé par un élément plein de nettoyage ayant prati- quement une section identique à celle du trou du tube respectif, sa dimension étant telle qu'il laisse un petit espace de tous les côtés, entre lui et le tube, cet espace ayant une largeur comprise entre 0,05 et 1,0 mm. Dans tous les cas, la largeur préférable de cet espace est comprise entre 0,15 et 0,6 mm de tous les côtés de l'élément de nettoyage, suivant la perméabi- lité de la couche déposée. Ainsi, un appareil d'ultrafil- tration (non représenté) analogue à l'appareil 10 'mais ayant un élément sphérique de nettoyage à la place du cylindre 98, a été utilisé expérimentalement pour l'ultra- filtration d'une boue aqueuse à 20 % en poids d'hydroxyde ferrique. Dans ce cas, la couche déposée est plus perméable que celle qui est produite lors de l'ultrafiltration d'hydroxyde de titane (IV), et le diamètre préféré de l'élément de nettoyage est de 5,0 mm, laissant un espace de 0, 5 mm de tous. les côtés. L'utilisation régulière de l'élément de nettoyage a permis la conservation d'un flux de la membrane supérieure à 1 m3/m2 et par jouralors que, sans utilisation de l'élément de nettoyage, le tube 12 se bouche après quelques heures de fonctionnement. Il faut noter que, bien qu'on ait décrit l'appa- reil 10 comme comportant le tube 12 aligné verticalement, il peut fonctionner avec une orientation différente, par exemple lorsque le tube 12 est aligné horizontalement. Il faut aussi noter que, bien que l'appareil 10 soit représenté avec un seul tube 12 d'ultrafiltration, un autre appareil (non représenté) peut comporter plusieurs tubes 12 parallèles les uns aux autres, placés entre des organes tubulaires respectifs 30, chaque tube 12 ayant un cylindre respectif 98 ou un autre élément de nettoyage placé dans l'organe tubulaire 30, à une extré- mité du tube 12. Aux deux extrémités de l'appareil, plusieurs organes tubulaires 30 peuvent être placés dans un organe constituant un embout (non représenté) délimitant une première chambre qui communique, par les trous épaulés 90, avec les trous 32, et une seconde chambre communiquant par les trous rétrécis 44 avec les trous 32 si bien que l'opération de nettoyage est réalisée simultanément dans les tubes correspondants 12. Bien qu'on ait décrit le cylindre 98 comme étant formé d'acier inoxydable, il faut noter qu'il peut être formé de tout matériau qui ne se dissout pas dans le liquide traité ou qui ne réagit pas avec ce liquide, et qui est suffisamment rigide pour qu'il ne se déforme pas notablement pendant l'opération de nettoyage. Par exemple, dans certains cas, un cylindre creux 98 d'une matière plastique armée de fibres de carbone, ayant au moins une extrémité fermée, peut être utilisé. Le cas échéant, l'élément de nettoyage peut avoir une masse volumique sensiblement égale à celle du liquide afin qu'il présente une flottaison neutre. Dans l'appareil 10, la réserve du liquide à traiter, reliée à la pompe 100 (et à l'entée A) est représentée comme séparée de la réserve de liquide reliée à la pompe 110 (et à I'entrée B), mais il faut noter que, lorsque les liquides sont les mêmes, ils peuvent avoir une réserve et une pompe communes, un distributeur à trois voies (non représenté) reliant 1 pompe à l'entrée A ou à l'entrée B. -En outre, dans l'appareil 10, lorsque la pompe 110 fonctionne, le liquide sort par le trou 56 de la chambre annulaire 88 de l'embout supérieur 22 (sortie B) mais, dans une variante (non représentée), la chambre annulaire 88 et le trou 56 ne sont pas réalisés dans l'embout supérieur 22 et un distributeur à trois voies (non représenté) est utilisé à la place du clapet 102 si bien que le liquide, au lieu de passer dans le trou 94 de l'embout 22 d'extrémité supérieure (vers la sortie A) sort par le troisième orifice du distributeur. REVENDICATIONS 1. Appareil de traitement de liquide comprenant un conduit le long duquel circule un liquide lors du fonctionnement de l'appareil, le conduit ayant une paroi perméable à un constituant au moins du liquide, un orifice d'entrée formé à une première extrémité du conduit afin que le liquide puisse pénétrer, et un orifice de sortie formé à l'autre extrémité du conduit afin que la partie du liquide qui ne traverse pas la paroi du conduit puisse sortir, l'appareil étant caractérisé par un élément imperméable (98) de nettoyage destiné à circuler le long du conduit (12) très près de la surface (16) de la paroi, l'élément de nettoyage étant suffisamment rigide pour qu'i ne se déforme pas lors du passage le long du conduit, et par un embout d'extrémité (20, 22) placé à chaque extrémité du conduit et destiné à loger l'élément de nettoyage, l'embout (20) d'une première extrémité ayant un orifice d'alimentation (94) disposé de manière que la transmission d'un liquide à l'orifice d'alimentation provoque la circulation de l'élément de nettoyage le long du conduit, l'embout (22) de l'autre extrémité délimitant un orifice de sortie (90) du contenu du conduit pendant la circulation de l'élément de net- toyage le long du conduit, l'orifice de sortie étant disposé de manière que l'élément de nettoyage passe au-delà cet orifice apres sa circulation le long du conduit. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément de nettoyage (98) a une configu- ration en coupe qui est la même que celle du conduit (12), et a une dimension telle qu'il laisse un espace de tous les côtés entre lui et 'la paroi (16) du conduit, cet espace ayant une largeur comprise entre 0,05 et 1,0 mm. 3. Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'élément de nettoyage (98) a une dimension telle qu'il laisse un espace dont la largeur est comprise entre environ 0,15 et 0,6 mm. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduits (12) disposés de manière que le liquide y circule en parallèle, chaque conduit ayant lesdits embouts d'extrémités (20, 22) qui logent un élément de nettoyage, les orifices d'alimentation (94) de tous les embouts (20) d'extrémités communiquant avec une réserve commune de liquide- de manière que le liquide soit transmis à tous les orifices d'alimentation (94) simultanément. 5. Procédé de traitement d'un liquide, comprenant la circulation d'un liquide le long d'un conduit ayant une paroi perméable à au moins un constituant du liquide, le conduit ayant un orifice d'entrée à une première extrémité afin que le liquide puisse y pénétrer, et un orifice de sortie à l'autre extrémité du conduit afin que la partie du liquide qui ne traverse pas la paroi dû conduit puisse sortir, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la circulation d'un élément imperméable et sensiblement rigide (98) de net- toyage le long du conduit (12) très près de- la surface (16) de la paroi, de temps en temps pendant le traitement du liquide, la circulation de l'élément de nettoyage (98) étant provoquée par la transmission d'un liquide à un orifice d'alimentation (94) d'un embout (20) d'une première extrémité du conduit (12), le contenu du conduit sortant, pendant la circulation de l'élément de nettoyage, par un orifice de sortie (90) d'un embout {22) de l'autre extrémité du conduit (12), l'élément de nettoyage (98) passant au-delà de l'orifice de sortie (90) après circula- tion le long du conduit.