Brevet FR2610534A1 — publié le 19880812

La présente invention concerne, le domaine de l'épuration des eaux naturelles en vue d'obtenir une eau potable, et plus précisément elle a pour objet des procédés d'obtention d'une matière filtrante pour l'épuration des eaux naturelles. On connaît un procédé d'obtention d'une matière filtrante pour l'épuration des eaux naturelles, qui consiste à faire passer, sous forme de granules, un produit aluminosilicaté naturel réduit (argiles naturelles), en opérant dans un lit fluidisé avec une cuisson ultérieure des granules ainsi obtenus à une température de 1050 à 1250 C (V.N. Martensen, H.J. Ajukaev, A.K. Strelkov, S.M. Chandalov, P.G. Bykova "Drobleny Kerazit - novy filtrujuschy material dlya vodoochistnykh filtrov" (L'utilisation de la kéramsite concassée comme nouvelle matière filtrante pour les filtres d'épuration de l'eau", Kuibyshev, 1976, pages 33-35). Le procédé connu fournit une matière filtrante avec un pouvoir d'adsorption peu élevé. Cela est dû au fait que les granules sont pour une large part fondus superfi- ciellement, ils n'ont pas de pores ouverts et ont une faible rugosité, la surface unitaire des granules étant peu élevée (de l'ordre de 1,0 à 1,2 m /g). On connaît également un procédé d'obtention d'une matière filtrante pour l'épuration des eaux naturelles, qui consiste à granuler, dans un lit fluidisé, une suspension aqueuse d'un produit aluminosilicaté naturel (argiles naturelles), additionné de cendres volcaniques ou de perlite, la granulation étant suivie d'une cuisson des granules obtenus à une température de 1000 à 1250 C (S.P. Onatsky "Proizvodstvo keramzita" (Fabrication de la kéramsite), Izdatelstvo literatury po stroitelstvu, Moscou, 1971, pages 122, 144). L'incorporation, à la suspension, de cendres volcaniques ou de la perlite améliore quelque peu le pouvoir d'adsorption de la matière filtrante grâce à un certain accroissement de la surface unitaire des granules. Toutefois, on obtient,par le procédé en question,des granules fondus superficiellement, dépourvus de pores ouverts et ayant une faible rugosité, ce qui empêche une amélioration notable du pouvoir d'adsorption de la matière filtrante. En outre, on connait un procédé d'obtention d'une matière filtrante pour l'épuration des eaux naturelles, qui consiste à granuler, dans un lit fluidisé, une suspension aqueuse d'un produit aluminosilicaté naturel (argiles naturelles), additionné de magnétite broyée, engagée à raison de 35 à 70 % de la masse de l'argile, et à cuire ultérieurement les granules ainsi obtenus à une température de 600 à 900 C (certificat d'Auteur d'U.R.S.S. n 982 723, publié dans le bulletin "Otkrytia, izobretenia, promyshlennye obraztsy, tovarnye znaki" n 47, en date du 23.12.82). Ce procédé permet d'améliorer le pouvoir d'adsorption de la matière filtrante, car, à la tempé- rature indiquée de cuisson, les granules ne fondent pas superficiellement, ont des pores ouverts et une surface unitaire plus élevée. Toutefois, un volume total insuffi- sant des pores ouverts limite les possibilités d'accroisse- ment de la surface unitaire et de la rugosité des granules. On obtient finalement une matière filtrante ayant un pouvoir d'adsorption insuffisammant élevé. On s'est proposé de choisir, pour un procédé d'obtention d'une matière filtrante pour l'épuration des eaux naturelles, consistant à granuler une suspension aqueuse d'un produit aluminosilicaté naturel dans un lit fluidisé et à cuire ultérieurement les granules ainsi obtenus à une température de 800 à 900 C, un tel produit aluminosilicaté naturel de départ qui permette d'obtenir une matière filtrante ayant un volume total important des pores ouverts et une surface unitaire élevée, donc un haut pouvoir d'adsorption. Le problème ainsi posé est résolu en utilisant du sapropel comme produit aluminosilicaté naturel de départ. Les constituants organiques entrant dans la composition du sapropel sont brûlés lors de la cuisson des granules, ce qui conduit à la formation d'une struc- ture poreuse avec un volume total important des pores ouverts. Cela entraîne, à son tour, une augmentation de la surface unitaire des granules, et par conséquent un accroissement du pouvoir d'adsorption de la matière filtrante. La matière filtrante obtenue selon le procédé proposé permet d'améliorer sensiblement l'efficacité et la qualité de l'épuration des eaux naturelles, par laquelle on obtient une eau potable. Comme il a été dit plus haut, la cuisson des granules est opérée à-une température de 800 à 900 C. Il n'est pas recommandé d'effectuer la cuisson à des tempé- ratures inférieures à 800 C, car à des températures plus basses,les granules, après la cuisson, ont une résistance mécanique insuffisante. Il n'est pas non plus avantageux d'effectuer la cuisson des granules à des températures supérieures à 900 C, car à des températures de cuisson plus élevées, la surface unitaire des granules diminue et la consommation improductive d'énergie augmente. Dans le procédé proposé, on utilise du sapropel comme produit aluminosilicaté naturel de départ. Le sapropel est constitué de sédiments vaseux qui se sont formés sur le fond des réservoirs d'eau douce (lacs, étangs, marais) par la décomposition de matières végétales et animales, ainsi qu'à partir de produits minéraux apportés par les eaux. La composition du sapropel est déterminée par les conditions de sa formation et peut varier dans de larges limites. Pour obtenir la matière filtrante, on prépare une suspension aqueuse de sapropel, le rapport en masse entre la phase solide et la phase liquide étant de 1:1,5 à 1:2, respectivement. La suspension ainsi préparée subit une granulation dans un appareil à lit fluidisé. Les granules qui en résultent sont soumis à une cuisson à une température de 800 à 900 C, puis refroidis. La cuisson des granules peut être opérée aus i bien dans le même appareil qu'ailleurs, par exemple dans un four à griller. On obtient finalement une matière filtrante ayant l'aspect d'un. mélange de granules de taille variée, dont le diamètre est compris entre 0,5 et 2,0 mm. La matière filtrante obtenue par le procédé proposé peut être efficacement utilisée dans des ouvrages de filtration fonctionnant selon le principe de filtration tant descendante qu'ascendante. Une haute qualité de l'épuration des eaux naturelles est garantie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation. Exemple 1 Pour obtenir la matière filtrante, on utilise du sapropel constitué de sédiments vaseux formés sur le fond d'un lac d'eau douce par la décomposition de matières végétales et animales ainsi qu'à partir de produits minéraux apportés par les eaux. La composition chimique du sapropel est la suivante, en poids: SiO2 - 34,1 %, A1203 - 7,0 %, Fe203 7,2 %, CaO - 3,5 %, MgO - 0,5 %, constituants organiques - 47/7 %. On prépare une suspension aqueuse de sapropel, le rapport en masse entre la phase solide et la phase liquide étant égal à 1:1,75, respectivement. La suspension ainsi préparée subit une granulation dans un appareil à lit fluidisé. Les granules qui en résultent sont déchargés de l'appareil et placés dans un four à griller o ils subissent une cuisson à la température de 900 C. Cela fait, on refroidit les granules. On obtient finalement une matière filtrante ayant l'aspect d'un mélange de granules de taille variée, dont le diamètre est compris entre 0,5 et 2,0 mm. Exemple 2 On obtient la matière filtrante comme dans l'exemple 1. On utilise, à cette fin, en tant que produit aluminosilicaté naturel de départ, du sapropel constitué de sédiments vaseux formés sur le fond d'un lac d'eau douce par la décomposition de matières végétales et animales, ainsi qu'à partir de produits minéraux apportés par les eaux. La composition chimique du sapropel est la suivante, en poids: SiO2- 39,4 %, A1203 - 14, 4 %, Fe203 - 6,3 %, CaO - 7,6 %, MgO - 1,2 %, K20 - 0,4 %, constituants organiques - 30,7 %. Le rapport en masse entre le sapropel et l'eau, dans la suspension, est égal à 1:1,5, respectivement. La température de cuisson des granules est de 800 C. Exemple 3 On obtient la matière filtrante comme dans l'exemple 1. Le rapport en masse entre le sapropel et l'eau, dans la suspension, est égal à 1:1,75, respecti- vement. La température de cuisson des granules est de 850 C. Exemple 4 On obtient la matière filtrante comme dans l'exemple 1. En tant que produit aluminosilicaté de départ, on utilise du sapropel constitué de sédiments vaseux formés sur le fond d'un lac d'eau douce par la décomposition de matières végétales et animales, ainsi qu'à partir de produits minéraux apportés par les eaux. La composition chimique du sapropel est là suivante, en poids: SiO2 -39,4 %, A1203 - 14,4 %, Fe203 - 6,3 %, CaO - 7,6 %, MgO - 1,2 %, K20 -0,4 %, constituants organiques - 30,7 %. Le rapport en masse entre le sapropel et l'eau, dans la suspension, est égal à 1:2, respectivement. La température de cuisson des granules est de 900 C. Le tableau 1 donné ci-après résuie les principales caractéristiques de la matière filtrante obtenue selon les exemples 1 à 4, ainsi que celles de la matière filtrante obtenue selon le certificat d'Auteur d'U.R.S.S. n 982723, présentées à titre comparatif. On a utilisé des fractions granulométriques de 1,0 à 1,2 mm. En tant que principales caractéristiques des matières filtrantes figurent le volume total des pores ouverts, la surface unitaire des granules, le pouvoir d'adsorption. Les caractéristiques précitées ont été déterminées d'après des méthodes couramment utilisées, décrites dans l'ouvrage de N.F. Ermolenko et M.D. Efros "Regulirovanie poristoi structury okisnykh adsorbentov i katalizatorov" ("La régulation de la structure poreuse des adsorbants et catalyseurs à base d'oxydes"), Minsk, 1971. On a notamment déterminé le pouvoir d'adsorption d'après l'adsorption du bleu de méthylène. 26 1 0 534 - TABLEAU I - Volume Surface Pouvoir d'adsorp- Matière total des unitaire tion, Eq-mg/g filtrante pores des granules ouverts, cm /g m /g Selon l'exem- ple 1 0,268 12,142 0,0321 Selon l'exem- ple 2 0,214 11,085 0,0234 Selon l'exem- ple 3 0,279 12,420 0,0332 Selon l'exem- ple 4 0,221 11,335 0,0241 Selon le certi- ficat d'Auteur d'U.R.S.S. 0,097 3,063 0,0164 Le tableau I fait ressortir que la matière filtrante obtenue selon le procédé proposé (exemples 1 à 4) dépasse celle obtenue selon le certificat d'Auteur d'U.R.S.S. n0 982 723 de 2,2 à 2,7 fois quant au volume total des pores ouverts, de 3,6 à 4 fois quant à la surface unitaire et de 1,5 à 2 fois quant au pouvoir d'adsorption. Grâce aux avantages indiqués, la matière filtrante obtenue par le procédé proposé peut être efficacement utilisée pour l'épuration des eaux naturelles en vue de l'obtention d'eau potable de haute qualité. La matière filtrante obtenue par le procédé selon l'invention et celle obtenue selon le certificat d'Auteur d'U.R.S.S. nO 982 723 ont été essayées pour l'épuration d'une eau de rivière ayant les indices suivants: turbidité - 7 mg/litre, chromaticité - 41 degrés, pH = 7,1. Les épreuves technologiques ont été effectuées sur un banc d'essai constitué de deux colonnes de filtration de 50 mm de diamètre et de 2000 mm de-haut. Dans l'une de ces colonnes, on a chargé la matière filtrante obtenue selon le procédé proposé, et dans l'autre, de la matière filtrante obtenue selon le certificat d'Auteur d'U.R.S.S. n 982 723. On a utilisé, à cette fin, des matières filtrantes d'une granulométrie de 1,0 à 1,2 mm. La hauteur de la couche de chaque matière filtrante dans la colonne était de 1000 mm. La filtration de l'eau de rivière a été opérée du haut en bas. La vitesse de filtration a été maintenue constante et égale à 8 m/h. Juste avant l'admission de l'eau de rivière aux colonnes, on a ajouté à l'eau un coagulant, à savoir du sulfate d'aluminium, en une quantité de 7 mg/litre en calculant sur A1203. La quantité d'eau de rivière épurée en un cycle de filtration a servi de critère de l'efficacité de fonctionnement des matières filtrantes. Par cycle de filtration, on entend un laps de temps pendant lequel l'eau épurée sort de la colonne de filtration, cette eau devant répondre aux exigences imposées à la qualité de l'eau potable quant à la turbidité et à la chroma- ticité, à savoir: turbidité: 1,5 mg/litre au maximum, chromaticité: 20 degrés au maximum. Les résultats des essais technologiques des matières filtrantes obtenues selon le procédé revendiqué et le certificat d'Auteur d'U.R.S.S. n 982 723 sont présentés au tableau 2. - TABLEAU 2 - Matière filtrante obtenue selon obtenue selon Caractéristiques le procédé le certificat revendiqué d'Auteur d'U.R.S.S. n 982 723 Durée d'un cycle de filtration, h 13 6 Qualité du filtrat durant le cycle de filtration: chromaticité, degrés, turbidité, mg/litre 12 à 15 15 à 20 1 à 1,5 1 à 1,5 Quantité d'eau de rivière épurée en un cycle de filtra- tion, litres 203 94 Le tableau 2 fait ressortir que la durée d'un cycle de filtration et, par conséquent, la quantité d'eau de rivière épurée en un cycle de filtration sur une colonne garnie de matière filtrante obtenue selon le procédé revendiqué dépassent de plus de 2 fois les mêmes indices de la colonne garnie de matière filtrante obtenue selon le certificat d'Auteur d'U.R.S.S. n0 982 723. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une matière filtrante présentant un pouvoir d'adsorption amélioré, ce qui, à son tour, permet d'améliorer notable- ment l'efficacité de fonctionnement des ouvrages de filtration servant à épurer les eaux naturelles pour en obtenir une eau potable de haute qualité. - REVENDICATION - Procédé d'obtention d'une matière filtrante pour épurer des eaux naturelles, consistant à granuler une suspension aqueuse d'un produit aluminosilicaté naturel-dans un lit fluidisé, la granulation étant suivie d'une cuisson des granules ainsi obtenus à une tempéra- ture de 800 à 900 C, caractérisé en ce qu'en tant que produit aluminosilicaté naturel, on utilise du sapropel.