Brevet FR2647102A3 — publié le 19901123

FR 2647102 A3 19901123 FR 8904498 A 19890403 Procédé de dénitrification et d'adoucissement simultané de l'eau et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne le domaine du traitement des eaux distribuées dans les réseaux domestiques individuels ou collectifs et a pour objet un procédé de dénitrification et d'adoucissement simultané de l'eau et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Actuellement, le traitement des eaux domestiques consiste généralement en un traitement d'adoucissement de l'eau émanant des conduites de distribution collective afin d'abaisser leur teneur en calcaire. Ce traitement est notamment utile pour éviter l'entartrage des conduites de distribution d'eau chaude ainsi que des moyens de chauffage de ladite eau, un tel entartrage ayant pour conséquence néfaste des pertes de charge élevées dans les conduites et des dépenses d'énergie calorifique supplémentaires. Cependant, du fait d'une utilisation accrue d'eaux issues de la nappe phréatique, qui est en fait de l'eau filtrée par les couches de terres de surface, notamment des couches de terres agricoles, il est de plus en plus fréquent que ces eaux soient chargées de nitrates qui, lorsqu'ils sont présents à un taux élevé dans lesdites eaux détériorent la qualité de ces dernières, voire même en altèrent l'utilisation à des fins de consommation. Une telle dissolution de nitrates dans les éaux de la nappe phréatique est due à l'utilisation massive d'engrais à base de nitrates sur les terres agricoles, qui lorsqu'elles sont délavées par les pluies, cèdent les nitrates à l'eau s'écoulant en direction de la nappe phréatique. Pour obvier à la présence de nitrates dans les eaux issues de la nappe phréatique, il a été proposé des dispositifs de dénitrification dans lesquels l'eau-cir- cule au préalable à travers des résines alimentaires qui sont soumises, à intervalles réguliers, à un contrelavage au moyen d'une saumure évacuant les nitrates retenus dans une conduite d'évacuation d'eaux usées. Dans le cas où l'eau de consommation distribuée par un réseau nécessite un double traitement de déminéralisation et de dénitrification, il se pose, cependant, un problème de coût d'installation des dispositifs de dénitrification et de d'adoucissement. Ce problème est d'une importance telle que, le plus souvent, la dénitrification de l'eau n'est pas réalisée, pour des raisons d'économie, alors que la consommation d'une telle eau est, à long terme, plus dangereuse pour l'utilisateur. En outre, une telle utilisation de deux dispositifs séparés de traitement entraîne également des coûts d'entretien et de maintenance très élevés. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un procédé de dénitrification et d'adoucissement de l'eau caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à faire circuler l'eau, issue d'une conduite de distribution, dans un réservoir fermé, à travers un mélange de résines cationiques fortement acides et de résines anioniques fortement basiques, à détourner, à l'entrée du réservoir, une partie de l'eau issue de la conduite de distribution directement sur la conduite d'utilisation du réservoir et à réaliser, à intervalles réguliers, un rinçage et un saumurage du mélange de résines à contre-courant. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, essentiellement constitué par un réservoir fermé de réception de résines, par un bac à sel et par une vanne d'alimenta tion du réservoir à résine surmontée d'une tête de commande et reliée au bac à sel ainsi qu'à la conduite de distribution, à une conduite d'utilisation et à une conduite de rejet de sel à l'égout, caractérisé en ce que le réservoir à résine est rempli d'un mélange de résines cationiques fortement acides et de résines anioniques fortement basiques et en ce que la vanne d'alimentation du réservoir est une vanne de régénération de saumurage à contre-courant équipée d'un mitigeur de distribution d'eau non traitée dans la conduite d'utilisation. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation et en coupe du dispositif conforme à l'invention en position de service, et les figures 2 à 6 sont des vues analogues à celle de la figure 1, à plus petite échelle, du dispositif dans ses diverses positions de régénération des résines. Conformément à l'invention, et comme le montrent, plus particulièrement, à titre d'exemple, les figures 1 à 6 des dessins annexés, le procédé de dénitrification et d'adoucissement de l'eau consiste essentiellement à faire circuler l'eau, issue d'une conduite de distribution 1, dans un réservoir fermé 2, à travers un mélange 3 de résines cationiques fortement acides et de résines anioniques fortement basiques, à détourner, à l'entrée du réservoir 2, une partie de l'eau issue de la conduite de distribution 1 directement sur la conduite d'utilisation 4 du réservoir 2 et à réaliser, à intervalles réguliers, un rinçage et un saumurage du mélange de résines 3 à contre-courant. Le mélange de résines 3 est avantageusement un mélange comportant entre 20 % et 28 % de résines anion= ques et entre 80 % et 72 % de résines cationiques. A titre d'exemple, les résines cationiques sont avantageusement du type connu sous la dénomination commerciale IMAC HP 111 de la société ROHM AND HAAS et les résines anioniques sont avantageusement du type connu sous la dénomination IMAC HP 555 de la société ROHM -AND HAAS. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, représenté aux figures 1 à 6 des dessins annexés, est essentiellement constitué par un réservoir fermé 2 de réception de résines 3, par un bac à sel 5 et par une vanne 6 d'alimentation du réservoir à résine 2 surmontée d'une tête de commande 7 et reliée au bac à sel 5 ainsi qu'à la conduite de distribution 1, à une conduite d'utilisation 4 et à une conduite 8 de rejet de sel à l'égout. Le réservoir à résine 2 est rempli d'un mélange 3 de résines cationiques fortement acides et de résines anioniques fortement basiques. Conformément à l'invention, la vanne 6 d'alimentation du réservoir 2 est une vanne de régénération de saumurage à contre-courant équipée d'un mitigeur 9 de distribution d'eau non adoucie dans la conduite d'utilisation 4. La vanne 6 présente, d'une part, un piston 10 de mise en communication sélective des orifices de son corps 6' sous l'action d'une came 11 de la tête de commande 7 et, d'autre part, une soupape 12 de fermeture du circuit d'arrivée de saumure relié au bac à sel 5 par l'intermédiaire d'une conduite 13, ladite soupape 12 étant actionnée par une came 14 de la tête de commande 7 et reliant le circuit d'arrivée de saumure à un injecteur 15 de la vanne 6. De manière connue, les cames ll et 14 de la tête de commande sont entraînées par l'intermédiaire d'un moteur électrique pas à pas actionné par une horloge. Le mitigeur 9 de distribution d'eau non adoucie dans la conduite d'utilisation 4 se présente avantageusement sous forme d'une buse à débit réglable au moyen d'une vis-pointeau. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante En position de service, c'est-à-dire de traitement de l'eau, cette dernière, amenée par la conduite de distribution 1, pénètre dans la vanne 6 sous le piston 10 et, à travers un répartiteur 16 prévu dans la partie inférieure du corps de vanne 6-', est déversée au-dessus du mélange 3 de résines cationiques et anioniques. L'eau traverse alors ce mélange de résines et pénètre, au fond du réservoir 2, à travers un diffuseur 17 dans une conduite 18 ramenant l'eau ainsi traitée au corps de vanne 6' et à un tiroir du piston 10 la dirigeant vers la conduite d'utilisation 4. Par la prévision du mitigeur 9, une partie de l'éau arrivant par la conduite 1 est amenée directement à la conduite d'utilisation 4 sans subir de traitement (figure 1). Après traitement d'un volume d'eau prédéterminé en fonction du volume de résine contenu dans le réservoir 2, un module de mesure de débit, connu en soi et non représenté en détails dans les dessins annexés, délivre, de manière connue, un signal d'actionnement des opérations de régénération à la tête de commande 7. L'horloge de cette dernière actionne alors, dans une tranche horaire et selon un programme prédéterminés, les moteurs d'entrainement des cames 11 et 14 d'actionnement du piston 10 et de la soupape 12. Au déclenchement de ce programme, le piston 10 est tout d'abord déplacé dans une position de rinçage préliminaire dans laquelle il autorise un passage partiel d'eau provenant de la conduite de distribution 1, d'une part, dans le réservoir 2 pour traverser le mélan ge de résines 3 et, d'autre part, directement dans la conduite d'utilisation 4. L'eau traversant le mélange de résines 3 remonte à travers la conduite 18 dans le corps de vanne 6' et est amenée par un tiroir du piston 10 à la conduite 8 de rejet à l'égout (figure 2). Après une durée prédéterminée d'un tel rinçage, les cames 11 et 14 sont déplacées dans les positions représentées à la figure 3, dans lesquelles elles actionnent respectivement le piston 10 et la soupape 12 pour permettre le saumurage du mélange de résines 3. Dans cette position, l'eau amenée par la conduite 1 pénètre dans le corps de vanne 6' et traverse un tiroir du piston 10 pour être amenée à l'injecteur 15 qu'elle traverse en aspirant simultanément la saumure contenue dans le bac à sel 5 à travers la conduite 13. Le mélange ainsi réalisé descend à travers la conduite 18 dans le fond du réservoir 2 et remonte à travers le mélange de résines pour être évacué, à travers le piston 10 et une gorge périphérique supérieure de ce dernier, vers la conduite 8 de rejet de sel à l'égout. Lors de cette opération, le mélange de saumure et d'eau réalise un lavage du mélange de résines 3 destiné à entraîner le calcaire et les nitrates retenus dans lesdites résines hors du réservoir 2 vers l'égout. A la fin de l'opération de saumurage, l'horloge de la tête de commande 7 actionne à nouveau le moteur d'entraînement de la came 14, la came 11 restant dans sa position précédente. La soupape 12 est alors fermée et il s'effectue uniquement une circulation d'eau à contre-courant et à faible débit dans le même sens que lors du saumurage. Cette opération a pour but de laver les résines des résidus du sel qui les avait traversées préalablement (figure 4). Après cette opération, la came 11 est actionnée dans le sens d'un déplacement du piston 10 ayant pour effet une mise en communication directe de la conduite de distribution 1 avec le répartiteur 16 et une distribution de l'eau au-dessus du mélange de resines 3 dans le réservoir 2, cette eau remontant dans la conduite 18 et étant évacuée, après passage dans un -tiroir du piston 10, dans la conduite 8 de rejet de sel à l'égout (figure 5).Cette opération est une opération de rinçage qui s'effectue à débit élevé pendant une durée à peu près comparable à celle du rinçage à faible débit et en sens inverse de cette dernière. Avec le dispositif conforme à l'invention, les opérations de saumurage et de rinçage à faible débit et à débit élevé sont effectuées à contre-courant du sens normal avec les dispositifs existants. Enfin, à la fin de l'opération de rinçage à débit élevé, les cames 11 et 14 sont à nouveau actionnées, d'une part, dans le sens d'un déplacement du piston 10 dans sa position de service normal et, d'autre part, dans le sens d'une ouverture de la soupape 12 (figure 6). Dans cette position, l'eau arrivant par la conduite de distribution 1 pénètre dans le réservoir 2, traverse le mélange de résines 3, remonte par la conduite 18 et est amenée à travers l'injecteur 15 et la conduite 13 dans le bac à sel 5. A la fin de la durée prédéterminée de fonctionnement en position de remplissage du bac à sel 5, l'horloge de la tête de commande 7 actionne la came 14 dans le sens d'une fermeture de la soupape 12 et permet ainsi une reprise du cycle normal de traitement comme représenté à la figure li A titre d'exemple, l'opération de rinçage préliminaire s'effectue pendant une durée d'environ 5 minutes, l'opération de saumurage à contre-courant dure à peu près 40 minutes, l'opération de rinçage à faible débit s'étend sur environ 10 minutes de même que l'opération de rinçage à débit élevé et l'opération de remplissage du bac à sel s'étend sur une durée comprise entre 5 minutes et 25 minutes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif peut être équipé, en outre, d'un moyen de production de chlore par électrolyse (non représenté) destiné à réaliser la désinfection des résines et à préserver la qualité bactériologique de l'eau traitée. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un traitement simultané de dénitrification et d'adoucissement de l'eau au moyen d'un dispositif de constitution et d'utilisation simples réalisant une regénération des résines alimentaires utilisées par traitement de ces dernières à contre-courant. En outre, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est d'un coût d'installation et d'entretien relativement faible. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de dénitrification et d'adoucissement de l'eau caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à faire circuler l'eau, issue d'une conduite de distribution (1), dans un réservoir fermé (2), à travers un mélange (3) de résines cationiques fortement acides et de résines anioniques fortement basiques, à détourner, à l'entrée du réservoir (2), une partie de l'eau issue de la conduite de distribution (1) directement sur la conduite d'utilisation (4) du réservoir (2) et à réaliser, à intervalles réguliers, un rinçage et un saumurage du mélange de résines (3) à contre-courant. 2. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de résines (3) est avantageusement un mélange comportant entre 20 % et 28 % de résines anionques et entre 80 % et 72 % de résines cationiques. 3. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les résines cationiques sont avantageusement du type connu sous la dénomination commerciale IMAC HP 111 de la société ROHM AND HAAS et les résines anioniques sont avantageusement du type connu sous la dénomination IMAC HP 555 de la société ROHM AND HAAS. 4. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de régénération des rés i- nes est réalisé par une opération de rinçage préliminaire s'effectuant pendant une durée d'environ 5 minutes, par une opération de saumurage à contre-courant d'à peu près 40 minutes, suivi par une opération de rinçage à faible débit pendant environ 10 minutes, cette opération étant suivie d'une opération de rinçage à débit élevé s'étendant également sur environ 10 minutes, une opéra- tion de remplissage du bac à sel achevant ledit traitement de régénération pendant une durée comprise entre 5 minutes et 25 minutes. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un réservoir fermé (2) de réception de résines (3), par un bac à sel (5) et par une vanne (6) d'alimentation du réservoir à résine (2) surmontée d'une tête de commande (7) et reliée au bac à sel (5) ainsi qu'à la conduite de distribution (1), à une conduite d'utilisation (4) et à une conduite (8) de rejet de sel à l'égout, le réservoir à résine (2) étant rempli d'un mélange (3) de résines cationiques fortement acides et de résines anioniques fortement basiques. 6. Dispositif, suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la vanne (6) d'alimentation du réservoir (2) est une vanne de régénération de saumurage à contre-courant équipée d'un mitigeur (9) de distribution d'eau non adoucie dans la conduite d'utilisation (4). 7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la vanne (6) présente, d'une part, un piston (10) de mise en communication sélective des orifices de son corps (6') sous l'action d'une came (11) de la tête de commande (7) et, d'autre part, une soupape (12) de fermeture du circuit d'arrivée de saumure relié au bac à sel (5) par l'intermédiaire d'une conduite (13), ladite soupape (12) étant actionnée par une came (14) de la tête de commande (7) et reliant le circuit d'arrivée de saumure à un injecteur (15) de la vanne (6). 8. Dispositif, suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le mitigeur (9) de distribution d'eau non adoucie dans la conduite d'utilisation (4) se présente avantageusement sous forme d'une buse à débit réglable au moyen d'une vis-pointeau. 9. Dispositif, suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est équipé, en outre, d'un moyen de désinfection permettant la production de chlore par électrolyse pour désinfecter les résines et préserver la qualité bactériologique de l'eau traitée.