Brevet FR2628337A1 — publié le 19890915

L'invention concerne le domaine du traitement, en vue de leur filtration et de leur épuration, de fluides, notamment de liquides, tels que l'eau et se rapporte plus particulièrement & la filtration sur membrane (micro - ou ultra filtration) et à l'épuration par adsorbant de tels fluides. Il est constant que, dans une installation de filtration classique de l'eau, meme utilisant une membrane comme moyen de filtration, les matières organiques dissoutes ne sont que peu ou pas retenues. Il est donc indispensable de compléter l'installation par un ou plusieurs traitements d'affinage pour l'élimination de ces matières, l'un des traitements les plus efficaces pour cette élimination étant l'adsorption sur charbon actif. L'invention permet de coupler, dans une meme installation les avantages que présentent l'utilisation d'une membrane comme moyen de filtration et celle d'un adsorbant, plus particulièrement de charbon actif, pour parfaire l'effet de filtration obtenu par la membrane. Elle concerne une installation essentiellement caractérisée en ce qu'elle forme une "boucle" , c'est-à-dire qu'elle fonctionne en circuit fermez l'adsorbant étant introduit dans le courant de liquide à traiter et amené avec celui-ci a passer sur au moins une membrane filtrante, et réintroduit dans le circuit suivi par le liquide à traiter; L'installation comporte une entrée pour le liquide à filtrer, des moyens pour le dosage de l'adsorbant injecté dans le liquide à filtrer, au moins une membrane filtrante à l'aval de laquelle est prévue une sortie pour le liquide filtré, et des moyens pour ramener le mélange résiduel liquide-adsorbant å l'amont de la membrane filtrante et une sortie pour l'adsorbant épuisé. L'adsorbant peut etre introduit dans la boucle soit en le mélangeant au fluide à traiter, soit dans la boucle elle-même, sur un mode continu ou discontinu. La combinaison de la vitesse de filtration au travers de la membrane et de la vitesse de circulation du fluide dans la boucle, permet la constitution d'une couche de réactif à la surface de la membrane de filtration, ou un mélange intégral du réactif dans le fluide circulant dans la boucle, ou encore la combinaison des deux phénomènes. En outre, le réglage indépendant de la vitesse de filtration, par la pression moyenne de la boucle, et de la vitesse de circulation du fluide en agissant sur le débit de recirculation, permet de contrôler l'épaisseur de la couche d'adsorbant et la concentration "libres d'adsorbant dans la veine fluide. La concentration totale en adsorbant dans la boucle peut être contrôlée de deux manières : soit grâce & injection d'adsorbant frais, soit par la purge de réactif épuisé.Quant à la couche d'adsorbant formé sur la membrane, elle est renouvelée par un rétrolavage périodique. La formation, dans une installation suivant l'invention, d'une précouche de l'adsorbant, tel que charbon actif, sur la membrane filtrante présente un certain nombre d'avantages importants. L'utilisation en traitement des eaux d'un adsorbant, tel que le charbon actif en poudre, nécessite un traitement préalable de floculation de l'eau à l'aide de sels metalliques et/ou d'adjuvants de floculation pour rendre décantables et filtrables les particules en suspension dans l'eau Mais grâce à la filtration sur membrane, ce traitement n'est plus nécessaire, ce qui augmente la capacité d'adsorption du charbon actif puisqu'il n'est pas recouvert d'une couche d'hydroxyde metallique et/ou d'adjuvants de floculation provenant du traitement de floculation. De plus, l'adsorption est améliorée du fait de la concentration du charbon actif dans le circuit suivi par l'eau dans la boucle suivant l'invention. Cet effet de concentration n'existe pas dans les mises en oeuvre classiques de ce reactif (filtration sur sable ou décantation).Le charbon actif est, au surplus, mieux utilisé puisque son temps de séjour dans la boucle est beaucoup plus long que celui de liteau, ce temps de séjour étant contrôlé par le taux réglable de rejet du charbon actif épuisé. Par ailleurs, on sait que les matières organiques contenues dans l'eau & BR Une installation su --nt l'invention peut revêtir différentes forages, telles que celles, données uniquement à titre- d'exemples dans la description qui suit, faite en référence aux Fig. 1 à 3 des dessins annexés et qui sont des schémas de telles installations. Dans l'exemple traité à la Fig. 1 , une boucle suivant l'invention comporte, comme membrane filtrante, un module 1 de filtration tangentielle alimenté en eau å traiter par un circuit ferme auquel l'eau est amenée par une canalisation 2 munie d'une pompe 3 et d'une vanne 4. Le charbon actif, en poudre est introduit en 5 dans la canalisation 2, au moyen d'un système doseur quelconque (non représenté). Dans le module de filtration et en aval de la filtration, est prise une canalisation 6 destinée à recycler, en début d'installation, le mélange eau-charbon actif. Sur cette canalisation est prévue, en 7, une purge réglable pour la sortie du charbon actif épuisé. Enfin, la sortie de l'eau traitée est assurée par une canalisation 8. En jouant sur les différents paramètres que constituent la vitesse d'introduction de l'eau dans l'installation, la pression de filtration exercée dans le module de filtration tangentielle, le débit d'eau traitée et le débit de la purge de charbon actif épuisé, on influe sur I1 épaisseur de la précouche de charbon formée sur l'organe de filtration du module, la concentration du charbon melangé S l'eau, donc sur la capacité de filtration et la capacité d'adsorption. L'installation représentée å la Fig. 2 présente deux boucles identiques A et B & filtration sur membrane 9, ga et mises en série-production. Le charbon actif en poudre est introduit en 10 entre les deux boucles dans la canalisation li les reliant. Dans la boucle amont A débouche la canalisation 12 d'amenée d'eau à traiter, l'eau traitée sort de la boucle aval B par la canalisation 17. Le mélange eau-charbon actif est renvoyé dans la boucle amont A par une canalisation 13, ce mélange circulant à contre-courant de l'eau å traiter.Des pompes, respectivement 14, 15, avec leurs vannes de commande (non représentées) équipent l'une la boucle B, l'autre la boucle A, pour assurer respectivement l'une, 14, le recyclage du mélange eau-charbon actif, l'autre, 15, l'alimentation en charbon actif de la boucle A et l'extraction par la purge 16, du charbon actif épuisé. Dans une telle installation, le charbon en poudre, qui circule a contrecou#rant par rapport au fluide à traiter est mieux utilisé puisqu'il est d'abord en contact avec un fluide déjà débarrassé des substances les plus adsorbables lors de son passage dans la boucle amont A, la boucle aval B affinant alors le traitement amorcé dans la boucle amont. En outre, le transfert du charbon en poudre de la boucle aval å la boucle amont a comme résultat que, le charbon en poudre ayant été en contact avec un fluide relativement peu concentré, il reste efficace pour l'adsorption d'impuretés à plus forte concentration. Une installation telle que représentée à la Fig. 3, permet d'utiliser un adsorbant constitué par du charbon actif en grains, dont la capacité d'adsorption est supérieure à celle du charbon en poudre mais qui présente l'inconvénient d'être friable, cette friabilité générant des fines présentes dans le liquide traité et qu'il faut séparer de ce dernier. Conformément à la forme de réalisation représentée à la Fig. 3, l'adsorbeur constitué par un lit fluidisé de charbon en grains 18 est disposé entre deux boucles de filtration à membrane Al, B1, analogues aux boucles A et B de la fig. 2. L'eau à traiter est injectée en amont de la boucle Ai, dans la canalisation 19 d'amenée de l'eau à traiter à la boucle Ai et le mélange eaucharbon actif retourne, dans les mêmes conditions, en sens contraire, par la canalisation 20 a celle amenant l'eau à traiter & la boucle amont. Le charbon actif usagé est purgé en 21 à partir de la boucle amont Ai et l'eau traitée sort, en 22, de la boucle aval A2. Grâce à ces dispositions suivant l'invention, la présence de la boucle aval, à la sortie de l'adsorbeur, permet d'éliminer de l'eau traitée les fines de charbon produites pendant le traitement et, en outre, d'affiner le traitement. La boucle Ai protège l'adsorbeur des fines particules contenues dans l'eau à traiter. On peut alors utiliser dans l'adsorbeur, des particules d'adsorbant de granulométrie plus fine, qui sont par conséquent plus efficaces, sans pour cela produire un colmatage important. En plus de ce rôle de protection, la disposition adoptée présente les avantages déjà mentionnés plus haut pour la combinaison de deux boucles de filtration a membrane, décrite à propos de la Figure 2. L'exemple suivant montre les avantages procurés par l'invention Une eau de rivière contenant en moyenne 6 mg/l de matières organiques dissoutes, et d'une turbidité de 5 NTU a été traitée par 3 types de traitements 1 - Traitement de coagulation sur filtre avec du sulfate d'aluminium (10 mg/Ï), de la silice activée (2mg/l) et du charbon actif (10 mg/l). Le charbon a été ajouté en premier lieu, suivi par le mélange du sulfate d'aluminium, et enfin de la silice activée. 2 - Traitement par microfiltration tangentielle sur membrane, à un débit initial de 100 l/m2/h, un débit de recirculation de 3m3/m2/h, et une purge initiale de 5 l/h. Le rendement de filtration est alors de 95 /6. 3 - Traitement au charbon actif en poudre (5 mg/l) suivi de microfiltration sur membrane, suivant l'invention, et ayant les mêmes réglages que la microfiltration classique. Les résultats comparés de ces trois traitements sont illustrés dans le tableau suivant type de matières organiques temps de colmatage * traitement dissoutes des membranes 1 4,5 mg/l 2 5,7 mg/l 2 heures 3 2,3 mgol 7 heures I Temps requis pour une diminution du débit des membranes de 20 Z. L'efficacité du charbon actif en poudre dans la boucle de filtration s'explique par la concentration effectuée dans cette boucle, qui est multipliée par 20 par rapport å un simple mélange du charbon avec l'eau à traiter. En plus, on peut constater que les membranes de microfiltration utilisées se colmatent 3,5 fois moins vite que dans la microfiltration tangentielle classique (traitement 22. Le traitement fait apparaître en outre une économie de 50 % du réactif, pour une meilleure efficacite. REVENDICATIONS 1 - Installation pour la filtration et l'épuration de fluides, notamment de liquides, tels que l'eau, au moyen de membranes ou par filtration tangentielle et d'un adsorbant, tel que notamment charbon actif, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'une "boucle", c'est-à-dire qu'elle fonctionne en circuit fermé, l'adsorbant étant introduit dans le courant du fluide à traiter et amené avec celui-ci à un moyen de filtration constitué par au moins une membrane ou une unité de filtration tangentielle que traverse une partie du fluide à traiter, le reste du mélange: fluide à traiter-adsorbant, étant réintroduit dans le circuit suivi par le fluide à traiter. 2 - Installation suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est constituée par une boucle unique comportant une entrée (2) pour le fluide & BR 3 - Installation suivant la revendication 2 caractérisée en ce que le moyen de filtration. est un module de filtration tangentielle et l'adsorbant du charbon actif en poudre. 4 - Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte deux boucles (A, B) à filtration sur membrane (9, 9a) mises en série-production et reliées entre elles par une canalisation (11) dans laquelle est injecté l'adsorbant, constitué par du charbon actif en poudre, la boucle amont (A) recevant le fluide à traiter, la boucle aval (B) comportant une sortie pour le fluide traité et les deux boucles étant reliées par une canalisation (-13) ramenant le mélange fluide-adsorbant, dans la boucle amont (A) en amont de la membrane. 5 - Installation suivant l'une quelconque des revendications préçédentes caractérisée en ce qu'elle comporte deux boucles (A1/B1) à filtration sur membrane entre lesquelles est disposé un adsorbeur constitué par un lit fluidisé de charbon actif en grains, la boucle amont (Al) recevant le fluide å traiter et le mélange fluide-adsorbant sortant étant injecté dans le courant de fluide a traiter avant son entrée dans la boucle amont.