Brevet FR2621306A1 — publié le 19890407

MATIERE FILTRANTE POUR L'EPURATION DES EAUX CONTENANT DU PETROLE, PROCEDE DE PREPARATION DE CETTE MATIERE ET DISPOSITIF POUR L'EPURATION A DEUX ETAGES DES EAUX CONTENANT DU PETROLE La présente invention se rapporte à l'épuration des eaux et elle concerne plus particulièrement les matières filtrantes pour l'épuration des eaux contenant du pétrole, leur procédé de préparation ainsi que les dispositifs pour l'épuration à deux étages des eaux contenant du pétrole. Au cours de l'épuration des eaux contenant du pétrole ton entend ici par le terme pétrole non seulement du pétrole brut proprement dit, mais aussi ses dérivés tels que des hydrocarbures liquides et toutes les sortes d'huiles), on sépare de l'eau un film d'huile, des grosses gouttes et du pétrole émulsifié. L'élimination du film d'huile et des grosses gouttes ne présente pas beaucoup de difficultés et est réalisée facilement par des procédés connus, par exemple par décantation. Il est beaucoup plus difficile d'éliminer le pétrole émulsionné et plus particulièrement le pétrole finement émulsionné. Le procédé le plus courant d'épuration des eaux contenant du pétrole émulsionné est la filtration. Pour épurer les eaux contenant du pétrole et des produits pétroliers on recourt souvent aux polymères expansés, utilisés comme matières filtrantes, sous la forme de mousses plastiques et surtout de mousses plastiques oléophiles (retenant les produits huileux) qui absorbent le pétrole d'une manière sélective. L'efficacité économique des mousses plastiques utilisées comme matières filtrantes dépend beaucoup de leur structure poreuse. La strucutre poreuse des mousses plastiques est déterminée par la présence des pores ouverts, des pores fermés et des pores ouverts d'un côté.Les pores ouverts (ou communiquants) sont des pores ayant une entrée et une sortie, les pores ouverts d'un côté n'ont qu'une entrée tandis que les pores fermés, n'ayant ni entrée ni sortie, présentent des volumes fermés de toutes parts. En plus, la structure poreuse des mousses plastiques est déterminée par la quantité de ces types de pores ainsi que par leur grandeur. On connaît une matière filtrante et son procédé de réalisation (GB-A-156764-5). Une telle matière filtrante constitue une mousse plastique oléophile à pores ouverts dont la section de passage est de 250 à 2500#m. La matière filtrante connue se compose d'au moins deux couches, la section de passage des pores de l'une de ces couches étant d'au moins de 20% plus grande que celle des pores de l'autre couche et ces deux couches étant disposées d'une manière telle que soit assurée la filtration successive du fluide passant de la couche présentant les pores les plus petits à la couche présentant les pores les plus grands. Le nombre de couches peut être quelconque, mais il doit être multiple de deux. Le procédé de réalisation de la matière filtrante connue est le suivant. On choisit préalablement deux matières oléophiles (mousses plastiques) à pores ouverts de sorte que la section de passage des pores ouverts de l'une d'elles soit au moins de 20% plus petites que celle des pores de l'autre matière. On utilise ensuite ces deux matières pour fabriquer deux feuilles identiques après quoi on les applique l'une contre l'autre. C'est ainsi qu'on obtient une matière filtrante à deux couches. La matière filtrante à plusieurs couches est réalisée de la même manière. Le nombre de couches de la matière filtrante peut être quelconque mais il doit être multiple de deux. La matière filtrante connue est un moyen assez efficace d'épuration des eaux comportant du pétrole grossièrement émulsionné. Néanmoins, comme la matière filtrante connue ne comporte que des pores ouverts et comme la section de passage de ces pores atteint 250 #m et même plus, elle ne peut pas assurer l'épuration des eaux contenant du pétrole finement émulsionné (dont la dimension des particules est de 50ssm et moins). En outre, le procédé de réalisation de la matière filtrante connue exige beaucoup de main d'oeuvre du fait que les prescriptions auxquelles doit répondre la structure poreuse sont assez sévères. On connaît également une matière filtrante pour l'épura- tion des eaux contenant du pétrole et son procédé de réalisation (US-A-4185984). Cette matière filtrante connue est réalisée en mousse à haute porosité oléophile, élastique, à pores ouverts de la matière connue est de 1000 à 2500 ssm. Les pores ouverts sont destinés à absorber du pétrole tandis que les pores fermés assurent la flottabilité de la matière ce qui est important surtout lorsque la matière filtrante est employée dans des structures nécessitant une charge filtrante flottante. Le procédé de réalisation de la matière filtrante connue prévoit la perforation de la mousse plastique oléophile par es aiguilles pour ouvrir les pores fermés. La matière filtrante connue ne permet cependant pas d'épurer les eaux contenant du pétrole finement émulsionné, la section de passage des pores ouverts étant de 1000;m et même plus. Pour assurer l'absorption des particules de moins de 50ssm une telle section de passage exigerait une couche de matière filtrange tellement grande que son utilisation pour l'épuration des eaux contenant du pétrole serait dénuée de sens. En plus de cela, le procédé de réalisation de la matière filtrante connue, de même que celui décrit ci-dessus, demande beaucoup de main d'oeuvre car, pour obtenir la structure poreuse voulue, on est obligé de perforer un très grand nombre de pores fermés. On connaît également un dispositif à deux étages pour l'épuration des eaux contenant du pétrole (SU-A-271804). Le dispositif connu comprend un premier corps dont la cavité renferme un premier élément filtrant et un second corps dont la cavité renferme, respectivement, un second élément filtrant. La cavité du premier corps est reliée à celle du second corps par une conduite. Le premier élément filtrant est réalisé en une matière à grosse granulation et constitue avec la cavité du premier corps le premier étage d'épuration. Le second élément filtrant comporte une matière ~~ grains fins placée entre deux couches de matière à gros grains. Le second élément filtrant et la cavité du second corps constituent le second étage d'épuration. Les eaux préalablement débarassées du film d'huile et des gouttes de pétrole, sont successivement refoulées via le premier et le second étages d'épuration et, de oe fait, une grande quantité de pétrole.e'mulsionné est absorbée par les éléments filtrants du premier et du second étages. Le dispositif connu d'épuration des eaux à deux étages ne permet cependant pas de traiter les eaux contenant du pétrole finement émulsionné, le premier et le second éléments filtrants ne pouvant absorber les particules de pétrole dont la dimension est inférieure à 50#m. L'un des buts de la présente invention est de proposer une matière filtrante pour épurer les eaux contenant du pétrole et un procédé de réalisation de cette matière présentant une structure poreuse telle qu'elle assure l'absorption des particules de pétrole finement émulsionnées, ainsi qu'un dispositif à deux étages d'épuration des eaux contenant du pétrole, faisant usage de ladite matière, dans lequel dispositif le rapport des hauteurs des éléments filtrants du premier et du second étages est tel et la cavité du corps du premier étage soit réalisé de telle sorte que l'on réalise, la séparation d'une grande quantité de particules de pétrole émulsionnées suivie de leur évacuation après le passage des eaux à épurer à travers l'élément filtrant du premier étage, en permettant ainsi au procédé d'épuration des eaux contenant des particules de pétrole finement émulsifiées d'atteindre un rendement élevé et une grande économie à l'emploi. A cet effet, dans une matière filtrante pour l'épuration des eaux contenant du pétrole et réalisée en mousse plastique oléophile à pores ouverts, selon l'invention, la mousse plastique contient en outre des pores ouverts d'un seul côté, la section de passage de chaque pore ouvert aux deux extrémités et de chaque pore ouvert d'un seul côté est comprise entre 10 et 60om et le volume total desdits pores ouverts aux deux extrémités et ouverts d'un seul côté constitue au moins 45% du volume de la matière filtrante. Le problème posé est également résolu par le fait que dans le procédé de réalisation de la matière filtrante pour l'épuration des eaux contenant du pétrole, constituée de mousse plastique oléophile, selon l'invention, on prévoit le broyage de la mousse plastique oléophile pour que ses particules présentent des dimensions comprises entre 1 et 5 mm, après quoi on les comprime pour obtenir une densité supérieure de 1,5 à 2,3 fois à la densité apparente. Selon un autre mode de réalisation du procédé dans un dispositif à deux étages pour l'épuration des eaux contenant du pétrole comprenant un premier corps dont la cavité renferme un premier élément filtrant et un second corps dont la cavité renferme un second élément filtrant, la cavité du premier corps étant reliée à celle du second corps, ce procédé est caractérisé en ce que la cavité du premier corps est munie d'une chambre de décantation, le rapport des hauteurs du premier et du second éléments filtrants étant réalisés en mousse plastique oléophile comportant des pores ouverts aux deux extrémités des pores ouverts d'un seul côté dont la section de passage est comprise entre 10 et 60ou, la proportion totale (en volume) desdits pores constituant au moins 45% du volume de la matière filtrante. Le fait que la matière filtrante présente un grand volume développé grâce aux pores dont la section est comprise entre 10 et 60ru, ouverts d'un seul côté, constitue la raison principale de la bonne efficacité à l'épuration des eaux contenant des particules de pétrole finement émulsionnés et des produits pétroliers. Grâce aux rugosités et aux aspérités de surface formées sur les pores ouverts d'un seul côté, la matière filtrante présente une grande surface spécifique et par conséquent un pouvoir absorbant élevé. On peut considérer que les pores ouverts d'un seul côté jouent le rôle de "pièges" pour les particules de pétrole finement émulsionnés. Les particules qu'ils absorbent sont retenues fermement dans la matière filtrante.Dans le cas où la matière filtrante contient une quantité considérable de pores ouverts aux deux extrémités et ouverts d'un seul côté dont la section de passage est inférieure à 10ou, la dynamique du processus d'absorption des particules de pétrole sera insuffisante, ce qui provoquera la diminution de la capacité de retenue de la matière filtrante. En plus de cela, la résistance hydraulique de la matière filtrante par rapport au courant de fluide épuré sera tellement grande que son utilisation ne sera pas rentable du fait de son efficacité insuffisante. Dans le cas où la matière filtrante contient une quantité importante de pores dont la section de passage est supérieure à 60#m, le degré nécessaire d'épuration des eaux contenant des impuretés finement émulsionnées ne sera pas assuré, les particules finement émulsionnées n'ayant pas le temps nécessaire pour réaliser la coalescence et la sorption sur la surface des plus gros pores (par rapport aux particules de pétrole) durant la filtration. Si le volume total des pores constitue moins de 45% du volume de la matière, la capacité dynamique de la couche ne suffit pas pour atteindre un degré d'épuration des eaux satisfaisant. Pour fabriquer la matière filtrante objet de l'invention on broie de la mousse plastique oléophile jusqu'à ce qu'on obtienne des particules comprises entre 1 et 5mm, après quoi on comprime ces dernières jusqu'à atteindre une densité de 1,5 à 2,3 fois supérieure à la densité apparente. Si au cours de la fabrication de la matière filtrante la dimension des particules broyées de mousse plastique est inférieure à 1 mm, il est alors impossible d'obtenir la structure poreuse selon les paramètres prescrits, lors de la compression ultérieure des particules jusqu'aux valeurs indiquées ci-dessus. Si l'on broie la mousse plastique de sorte que la dimension des particules ainsi obtenues soit inférieure à 5mm, au cours de la compression ultérieure de telles particules, on ne pourra pas non plus obtenir la structure poreuse conforme aux paramètres prescrits.Autrement dit, dans ce cas-là le volume total des pores ouverts aux deux extrémités et des pores ouverts d'un seul côté constituera moins de 45% du volume de la matière filtrante, ce qui provoquera la diminution de sa capacité dynamique. Dans le dispositif d'épuration à deux étages des eaux contenant du pétrole, le rapport entre les hauteurs du premier et du second éléments filtrants réalisés dans la matière objet de l'invention est compris entre 0,4 et 0,65 et une chambre de décantation est prévue dans le premier étage d'épuration. Une telle structure assure simultanément : la coalescence d'une partie considérable des particules de pétrole finement émulsionnées lors du passage des eaux à épurer à travers l'élément filtrant du premier étage; l'entraînement par l'eau des particules ayant subi la coalescence vers la chambre de décantation ainsi que leur évacuation ultérieure de ladite chambre; et l'absorption totale par l'élément filtrant du second étage des particules de pétrole finement émulsionnées restant dans les eaux à épurer après le passage à travers le premier étage d'épuration. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation avantageux de l'invention, faite à titre non limitatif et en référence au dessin unique annexé dans lequel est représenté un schéma de principe-du dispositif d'épuration des eaux contenant du pétrole, à deux étages, selon l'invention. Pour obtenir une matière filtrante conformément à la présente invention on a utilisé une résine phénoplaste expansée présentant des pores fermés dont la dimension était comprise entre 10 et 6-0am. A l'aide d'une installation de broyage on a broyé la résine phénoplaste expansée jusqu'à ce que la dimension des particules obtenues soit comprise entre 1 et 5 mm. Par suite du broyage de la matière expansée un nombre considérable de pores sont ouverts ou détruits. Les pores fermés deviennent des pores ouverts d'un seul côté ainsi que des pores ouverts aux deux extrémités capables d'absorber le pétrole à leur surface. La charge ainsi obtenue est compactée. Le compactage est réalisé de façon que les intervalles entre les particules forment eux aussi des pores dont la section de passage soit proche de celle des particules elles-mêmes, c 'est-à-dire de la section de passage des pores de la matière de base (dont la dimension est comprise entre 10 et 60au). La densité apparente de la résine phénoplaste expansée après le broyage atteint 100 kg#m3. Dans ce cas-là le volume total des pores constitué 60% du volume de la matière filtrante. Exemple I. On a effectué l'épuration des eaux de lavage de cuves d'un navire présentant une concentration en gazole de 100 à 120 mg/1 qui ont subi préalablement un traitement de séparation. L'épuration a été assurée par filtration à une vitesse de 6 m/heure via une couche de mousse phénoplastique dont la structure poreuse est conforme à la présente invention, à savoir: la section de passage des pores ouverts d'un seul côté et des pores ouverts aux deux extrémités était comprise entre 10 et 60;m et leur proportion totale (en volume) constituait 70% du volume de la charge. Hauteur de la couche - 0,7m, masse de la charge - 1,0 kg, volume - 6,71.Pour obtenir la matière filtrante la mousse plastique oléophile de base a été broyée et comprimée jusqu'à ce que sa densité atteigne 150 kg/m3, ce qui est 1,5 fois supérieur à la densité apparente de la matière après son broyage. Au total on a épuré l3m3 d'eaux de lavage. Les indices de rendement du procédé d'épuration sont les suivants - efficacité de l'épuration : 99,5 à 9919%, - - concentration maximale admissible apres l'épuration de 13 m3 d'eaux: à peu près 1 mg/l, - capacité dynamique de la couche - 1,3 kg/kg. Lors de l'épuration des eaux par filtration via la couche de mousse plastique oléophile réalisée selon US-A-4185984 et présentant les mêmes dimensions, l'efficacité maximale de l'épuration des eaux a été de 92%. Et il est à noter que de 10 à 12% du pétrole émulsionné pénètre d'emblée dans la matière filtrante. Exemple 2. On a épuré des eaux contenant de l'huile finement émulsionnée à 350 à 400 mg/l par filtration à la vitesse de 5 m/h via la couche de mousse plastique oléophile en polystyrol dont la hauteur était de 0,5 m, la masse de la charge était de 0,6 kg, et par volume de 5,4 1. Les paramètres de la matière filtrante étaient les suivants : la section de passage des pores ouverts et ouverts d'un côté était comprise entre -30 et 60 #m, le volume total des pores constituent 45% du volume de la matière. Pour obtenir la matière filtrante la mousse piastique oléophile de base a été broyée afin d'obtenir des particules comprises entre 3 et 5 mm et comprimée ensuite jusqu'à une densité de 110 kg/m3. On a fait passer via la matiere filtrante 1,75 m3 d'eaux à épurer. L'efficacité de l'épuration des eaux a atteint 99,4%, la capacité dynamique de la matiere 1 kg/kg.Lors de l'épuration des eaux par filtration via la couche de mousse plastique oléophile réalisée selon US-A-4185984 avec les mêmes dimensions, l'efficacité de l'épuration a été de 80%. Exemple 3. On a fait épuré des eaux contenant de l'huile de rinçage finement émulsifiée à 90 à 100 mg/l. On a filtré les eaux via une couche de mousse phénoplastique oléophile obtenue par compression de la poudre de granulométrie comprise entre 1 et 5 m jusqu a une densité de 20 kg/m3 - Hauteur de la couche 0,8 m, - volume = 7 1, - masse de la charge filtrante étaient les suivants: la proportion en volume des pores ouverts d'un seul côté et des pores ouverts aux deux extrémités - 55% du volume de la matière et la section de passage des pores comprise entre 10 et 50 um. Lors de l'épuration jusqu'à la concen tration maximale admissible de 0,5 à 1,5 mg/l, on a fait passer via ladite couche 15,4 m3 d'eaux à épurer.L'effi cacité de l'épuration était comprise entre 98 et 99,5E, capacité dynamique de la couche: 1,2 kg/kg. Lors de l'épuration des eaux par filtration via la couche de mousse plastique oléophile réalisée selon les dimensions indiquées dans US-A-4185984, l'efficacité de l'épuration était de 65%. Un dispositif d'épuration à deux étages des eaux contenant du pétrole, réalisé conformément à la présente invention, comprend une chambre 1 d'épuration préalable (figure unique) reliée par une conduite 2 à un premier corps 3. A l'intérieur du premier corps 3 sont installés un premier élément filtrant 4 et une chambre de décantation 5. La chambre de décantation 5 est reliée par une conduite 6 à la chambre d'épuration préalable 1. Un orifice de sortie 7 du premier corps 3 est relié à l'aide d'une conduite 8 à un orifice d'entrée 9 d'un second corps 10. A l'intérieur du corps 10 est installé un second élément filtrant 11. Un orifice de sortie 12 est prévu dans le corps 10. A l'intérieur du corps 10 est installé un second élément filtrant 11. Un orifice de sortie 12 est prévu dans le corps 10.Les éléments filtrants 4 et 11 sont réalisés en mousse plastique oléophile présentant des pores ouverts aux deux extrémités et ouverts d'un seul côté à section de passage comprise entre 10 et 60 am, le pourcentage total (en volume) des pores précités étant égal ou supérieur à 45% du volume de la matière filtrante. Le premier élément filtrant 4 et le volum intérieur du premier corps 3 dans lequel est disposée la chambre de décantation 5 constituent le premier étage d'épuration. Le second élément filtrant 11 et le volume intérieur du second corps 10 constituent le second étage d'épuration. Le dispositif à deux étages réalisé conformément à la présente invention fonctionne de la manière suivante. Tout d'abord les eaux à épurer passent dans la chambre 1 d'épuration préalable où se produit une décohésion des grosses gouttes et du film d'huile. Les eaux libérées des grosses gouttes et du film d'huile passent par la conduite 2 et entrent dans la partie inférieure du premier corps 3, passent ensuite via le premier élément filtrant 4 et via la conduite 8 pour entrer dans la partie supérieure du second corps 10 où les eaux passent via le second élément filtrant 11 pour sortir par l'orifice de sortie 12. Lors du passage via le premier élément filtrant 4 une partie des particules de pétrole finement émulsionnées se dépose dans ses pores tandis que les autres particules entrent en coalescence entre elles et, sous forme de grosses gouttes, montent, entraînées par le courant d'eau, dans la chambre de décantation 5. La couche supérieure d'eau contenant de grosses gouttes de pétrole passe de la chambre de décantation 5 via la conduite 6 dans la chambre d'épuration préalable 1.- C'est ainsi que le premier élément filtrant, en plus de ses propres fonctions, remplit celles d'un élément de coalescence. En d'autres termes, le pétrole se trouvant dans les eaux à épurer entre dans l'élément filtrant 4 sous forme émulsionnée et en sort sous forme de grosses gouttes pouvant être facilement décantées dans la chambre 1.Les eaux entrant à l'intérieur du second corps 10 ne contiennent qu'une pet te quantité de pétrole émulsionné. Le second élément filtrant li fonctionne comme un filtre de saturation. On a établi experimentalement que le rapport entre les hauteurs du premier élément filtrant 4 et du second élément filtrant 11 doit être compris entre 0,4 et 0,65. Un tel rapport des hauteurs des éléments filtrants assure des conditions optimales pour la saturation des e#léments filtrants 4 et 11 ainsi que pour le déroulement du processus de coalescence dans le premier étage d'épuration.Si le rapport des hauteurs des éléments filtrants 4 et 11 est inférieur à 0,4, le rendement peu efficace de l'élément 4, comme élément de coalescence, réduira la période de filtration de l'élément filtrant 11 et l'on sera obligé de le régénérer ou bien de le remplacer plus souvent. Si le rapport des hauteurs des éléments filtrants est supérieur à 0,65, la résistance hydraulique s'élèvera rapidement lors du passage des eaux dans le premier élément filtrant 4. Dans les deux cas l'efficacité de l'épuration des eaux diminue. La matière filtrante pour l'épuration des eaux contenant du pétrole, son procédé de réalisation ainsi que le dispositif d'épuration des eaux faisant objet de la présente invention peuvent être largement utilisés pour l'épuration des eaux contenant du pétrole et des produits pétroliers dans diverses branches de l'industrie ainsi que dans les navires marins et fluviaux. REVENDICATIONS 1.- Matière filtrante pour l'épuration des eaux contenant du pétrole réalisée en mousse plastique oléophile à pores ouverts, caracterisée en ce que la mousse plastique oléophile comporte en outre des pores ouverts d'un seul côté, la section de passage de chaque pore ouvert aux deux extrémités et de chaque pore ouvert d'un seul côte est comprise entre 10 et 60 am et en ce que le volume total desdits pores ouverts aux deux extrémités et ouverts d'un seul côté constitue au minimum 45% du volume total de la matière filtrante. 2.- Procédé pour obtention d'une matière filtrante pour l'épuration des eaux contenant du pétrole, à partir d'une mousse plastique oléophile, caractérisé en ce qu'on broie la mousse plastique oléophile jusqu'à ce que la dimension de ses particules soit comprise entre l à 5 mm, après quoi on les comprime jusqu'à obtenir une densité de 1,5 à 2,3 fois supérieure à la densité apparente. 3.- Dispositif d'épuration à deux étages des eaux contenant du pétrole, comprenant un premier corps contenant un premier élément filtrant, un second corps contenant un second élément filtrant, le volume intérieur du premier corps étant relié à celui du second corps, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du premier corps (3) est prévue une chambre de décantation (5), le rapport des hauteurs entre le premier (4) et le second (ll) éléments filtrants étant comprise entre 0,4 et 0,65, le premier (4) et le second (11) éléments filtrants étant réalisés en mousse plastique oléophile comportant des pores ouverts aux deux extrémités et des pores ouverts d'un seul côté et dont la section de passage est comprise entre 10 et 60 #m, la proportion totale en volume desdits pores constituant au minimum 45% du volume desdits pores constituant au minimum 45% du volume de la matière filtrante.