Brevet FR2684024A1 — publié le 19930528

Al Procédé et dispositif pour la séparation de composants dissous dans un liquide, et utilisation du procédé La présente invention concerne un procédé pour la séparation de composants essentiellement dissous dans un liquide, en vue du recyclage du liquide et/ou des composants, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé et une utilisation du procédé pour la séparation de produits chimiques pour la photographie à partir d'eaux usées d'un bain de traitement, et pour leur récupération. La présente invention concerne plus spécialement un procédé et une installation pour le traitement d'eaux usées, qui permettent, mime à partir de solutions diluées, de séparer les substances dissoutes et le solvant ou l'eau, afin que l'eau, d'une part, et les produits chimiques, d'autre part, soient réutilisables. De nombreux procédés de fabrication ou de transformation produisent des eaux usées qui, d'une part, ne peuvent pas être évacuées directement dans les égouts en raison de leur composition et, d'autre part, contiennent des substances précieuses dont la récupération et la réutilisation présenteraient des avantages économiques On peut citer l'exemple de l'industrie du traitement de la photo, dans laquelle des pellicules et des papiers photographiques exposés passent par plusieurs bains de traitement, après quoi les produits chimiques doivent être en grande partie enlevés des produits finis Ces procédés produisent des eaux de lavage qui contiennent, en concentrations relativement faibles, des produits chimiques dont la séparation était très coûteuse avec les procédés connus jusqu'à présent Avec les procédés de développement photographiques, précisément, le traitement devait le plus souvent se dérouler en deux temps, les sels étant éliminés de la solution par échange d'ions et les produits chimiques organiques par absorption, par exemple à l'aide de charbon actif Grâce à un procédé ultérieur mettant en oeuvre des produits chimiques supplémentaires, les substances éliminées des solutions devaient alors être à nouveau séparées des résines utilisées pour l'élimination, ou du charbon actif L'évaporation ou la distillation sont également utilisées pour la séparation de substances dissoutes Mais pour des solutions fortement diluées, ces procédés sont couteux étant donné que la dépense d'énergie est très importante. La présente invention a donc pour but de créer un procédé, un dispositif et une utilisation du procédé qui permettent d'une manière simple et relativement peu coûteuse, à partir de solutions fortement diluées ou d'eaux usées faiblement chargées, de donner aux composants ou substances dissous une forme recyclable ou de purifier le liquide ou le solvant de telle sorte qu'il soit réutilisable. Ce but est atteint grâce à un procédé du type spécifié en introduction, qui se caractérise en ce que le liquide, chargé de composants, qui doit être traité, traverse un premier filtre à membrane qui est approprié pour la séparation avec un débit élevé et à une faible concentration de ccmposants dans le liquide, et le résidu de filtration est ramené dans le liquide à traiter, ce liquide subissant des augmentat ions de concentration successives, et le liquide à concentration augmentée traverse un second fi 1 tre à membrane qui est approprié pour la séparation avec un débit réduit par rapport au premier filtre et à une plus forte concentration de composants dans le liquide. Le principe fondamental du procédé proposé selon l'invention réside dans le fait qu'une solution à concentration relativement faible ou des eaux usées relativement faiblement chargées sont traitées à l'aide de deux filtres à membranes différents, un premier filtre à membrane servant à séparer, avec un débit relativement élevé, les composants dissous à une concentration relativement faible, du liquide ou du solvant, puis sont ramenées, avec une concentration élevée ou sous forme de concentré, vers l'arrivée de liquide frais à traiter, celui-ci étant bien entendu soumis à des augmentations de concentration successives Ce liquide à traiter à concentration augmentée traverse ensuite un second filtre à membrane qui ne permet qu'un passage réduit pour la séparation des composants dissous, mais qui est cependant approprié pour la séparation de ces composants à concentration accrue. Le procédé sur lequel est basée la présente invention utilise fondamentalement des membranes pour la séparation des substances dissoutes ou des produits chimiques à partir des solutions diluées De telles membranes se comportent en principe comme des tamis à grande surface présentant, en guise de "trous", des pores de taille microscopique ou moléculaire dont les dimensions doivent être très régulières afin qu'à partir d'une taille définie, des molécules soient retenues tandis que des molécules plus petites ou les ions de sels simples passent à travers la membrane Pour d'autres usages, carme le dessalement d'eau de mer, par exemple, on produit aussi des membranes dont les pores sont suffisarment petits pour retenir également les sels simples Dans cette invention, on utilise des membranes semi-perméables à sélectivité élevée, par exemple entre Na Cl et d'autres substances de faible poids moléculaire- Les membranes semi-perméables sont particulièrement importantes pour ce qu'on appelle la nanofiltration ou pour la plage située entre l'osmose inverse et l'ultrafiltration Dans le cas de l'osmose inverse, toutes les substances dissoutes sont retenues, y compris les sels à faible poids moléculaire Les membranes pour ultrafiltration laissent généralement passer les molécules dont le poids moléculaire est inférieur à 2000, alors que les molécules dont le poids moléculaire est supérieur sont retenues Avec la nanofiltration importante pour la présente invention, cette limite se situe à un poids moléculaire d'environ 100. Des membranes pour nanofiltration de ce type se caractérisent par une haute sélectivité entre sels et molécules organiques, et elles présentent des débits d'écoulement supérieurs par rapport aux membranes destinées à l'osmose inverse, qui retiennent toutes les substances dissoutes. L'avantage de l'utilisation de telles membranes résulte du rendement sensiblement supérieur, notamment pour la séparation de liquides ou eaux usées faiblement chargés, par rapport à l'utilisation de membranes pour osmose inverse, qui retiennent aussi bien le glucose que Nacl à 99 %. Cette différence s'explique par le fait que la pression osmotique supérieure de l'osmose inverse entrave le passage Pour la présente invention, on peut utiliser des menbranes de différentes configurations, comme par exemple des membranes tubulaires, des membranes en spirale, des tubes capillaires, des fibres creuses ou des films plats sur des dispositifs formés de plaques et d'un cadre. Les menbranes citées présentent, en termes de débit d'écoulement et de capacité de séparation par rapport à la concentration, des propriétés différentes, et les fibres creuses, les membranes en spirale, en particulier, ainsi que les membranes à film plat, sont appropriées pour le premier filtre à membrane, c'est-à-dire pour un débit élevé et une faible concentration, tandis que les membranes tubulaires, par exemple, sont appropriées en particulier pour le second filtre à membrane, au niveau duquel de fortes concentrations de substances dissoutes doivent être séparées avec un débit relativement faible Il est bien évident que d'autres configurations que celles qui ont été citées peuvent aussi être utilisées pour les premier et second filtres à membrane, en fonction des nécessités économiques de l'installation et des coûts d'exploitation. D'une manière avantageuse, l'invention prévoit que le liquide à traiter provienne d'une zone de traitement et soit recueilli dans un premier réservoir à partir duquel il est amené vers le premier ou le second filtre à membrane, le résidu de filtration étant ramené, à partir de ces filtres à membrane, dans le premier réservoir. L'invention prévoit aussi que le liquide à traiter soit amené tout d'abord vers le premier filtre à membrane, à partir duquel le résidu de filtration est ramené dans un ou dans le premier réservoir, et que le liquide à traiter soit soumis à une augmentation de concentration jusqu'à ce que la concentration de composants dissous atteigne une première valeur théorique définie, après quoi une partie au moins du liquide à traiter passe du premier réservoir à un second réservoir et la concentration du liquide restant dans le premier réservoir est réduite à l'aide de liquide produit dans une ou la zone de traitement, et devient inférieure à la valeur théorique, tandis que le liquide provenant dudit premier réservoir est amené vers le premier filtre à membrane. Avec le procédé revendiqué par la présente invention, le liquide à traiter dont la concentration a augmenté est amené, à partir du premier et/ou du second réservoir, vers le second filtre à membrane, et le concentré ou résidu de filtration est ramené vers le premier réservoir et le liquide est soumis à des augmentations de concentration successives jusqu'à ce que la concentration atteigne une seconde valeur théorique prédéfinie, après quoi la solution à concentration en composants encore accrue est amenée de préférence vers une seconde phase de séparation appropriée pour la séparation des composants à une concentration élevée. Il est prévu, d'une manière avantageuse, que le débit de liquide à traiter qui est amené vers le premier filtre à membrane soit contrôlé et que, si ce débit devient inférieur à une valeur prédéfinie, l'amenée vers le premier filtre à membrane soit arrêtée et le liquide à traiter soit amené en conséquence vers le second filtre à membrane. Selon l'invention, il est également prévu que le liquide filtré par le premier et/ou le second filtre à membrane soit amené, pratiquement débarrassé des composants séparés, vers un troisième réservoir puis soit de préférence amené vers une zone de traitement dans laquelle il est à nouveau chargé de composants. Avec le procédé de la présente invention, enfin, il est prévu que, pratiquement pendant ou après le déroulement du processus de traitement et l'arrivée correspondante, dans le premier réservoir, de liquide à traiter, le liquide soit amené vers le premier filtre à membrane, le liquide à traiter restant étant amené vers le second filtre à menmbrane essentiellement lors de l'interruption du processus de traitement et en l'absence d'arrivée, dans le premier réservoir, de liquide à traiter provenant dudit processus. Il est important, en particulier, que le débit et la concentration du liquide ou des eaux usées amenés vers les filtres à membrane soient contrôlés, de manière à garantir que le premier filtre à menmbrane ne soit pas alimenté en liquide trop fortement chargé et que le second filtre à membrane n'ait pas à traiter un débit d'écoulement trop élevé. Un concept de base essentiel pour l'invention consiste à augmenter la concentration des eaux usées ou du liquide charges de composants dissous jusqu'à ce que les eaux usées puissent être ensuite traitées à 1 l'aide de procédés peu coûteux connus pour la séparation des composants tels que l'électrolyse, la précipitation, l'évaporation du solvant, etc, ou jusqu'à ce que les composants contenus dans le liquide présentent une concentration telle qu'ils soient réutilisables Le liquide purifié ou les "eaux usées" débarrassées des composants sont par ailleurs réutilisables commne solvant, par exemple. Le but de l'invention est également atteint grâce à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédennent, qui se caractérise en ce qu'il comprend un premier filtre à membrane qui est approprié pour la séparation avec un débit élevé et à une faible concentration de composants dans le liquide, et un second filtre à nmembrane qui est approprié pour la séparation avec un débit réduit par rapport au premier filtre et à une plus forte concentration de composants dans le liquide. Dans ce dispositif, les filtres à membrane possèdent chacun au moins une menbrane semi-perméable appropriée pour une nanofiltration, le premier filtre à menmbrane comprenant de préférence une fibre creuse à grande surface, une membrane en spirale ou un dispositif de membrane en ja Luaud un suep 'U Leq 4 Lpnp JL-4 ied E ';u^ \LJJE saasn xnea saiia^nou ap azuasaud ua 4 a 4 uau 34 w-e 34 ap UL Bq np quaweuuo Lq>uo 4 ai;uepuad UOL 4 ua Au L a 4 uaseaud el ied easodoud UOL 41 SLL 4 N aeo 44 DD uoias -UOLD-J-uao UOD apueu S ua squasead a Lqdej 6 o 4 oqd el unod sanb LW Lq D s-Lnpoid sap uo Lq-;das el Jnod uo Lq-eedes ap ase 4 d auj 4 ne aun s Jai A a Duaiaej Jd ap seaauat s Lnd UO Lt 4 J 3 ll J ap np L Sa np mnoea nfa Anouun p uo 3 e,' snos 'uo L-Ba 3 uo UO ap uo Lqelueu Gne car 4 ne aun E Se SL Lun I 1 OS t 4 e U Jzqju W E ea J 4 l L puo Des el sae^ seaue We ae Lnsua quos saa 4 D 3 u-4 D ua JO 4 qu A^L 4 ea seasn xnea Sa L 'u ME 4 U Od WCL UOL Je;Uq LL ap np Lsa J ap mno-4 au un 1 a g Aa Lq 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2. Mêmne dans le cas d'une réutilisation complete du perméat pour le lavage dans le bain de traitement 1, un peu d'eau doit être rajoutée. D'une part, la photo développée entraîne une certaine quantité d'eau qui s'évapore dans une étuve placée en aval, d'autre part, le résidu de filtration ou concentré ne peut pas, dans cette phase, subir d'augmentation de sa concentration lui permettant d'atteindre la concentration initiale nécessaire pour que les produits chimiques pour la photographie soient réutilisables, étant donné qu'on utilise dans le filtre à membrane 6 un type de nmebrane adapté spécialement aux faibles concentrations de l'eau de lavage L'eau qui manque est rajoutée dans le récipient de perméat ou réservoir 13 par l'intermédiaire d'un interrupteur à flotteur 14 A partir de ce réservoir 13, le perméat est ramené dans la machine de développement 1 en vue du lavage. Cocme le résidu de filtration ou concentré revient à chaque fois dans le réservoir 2, la concentration dans celui-ci augmente continuellement pendant le fonctionnement Dès qu'une concentration prédéfinie est atteinte, ce qui peut être constaté grâce au détecteur 52, une soupape 12 s'ouvre et une partie du concentré s'écoule afin d'être recueillie dans un second réservoir 15. Pour pouvoir réutiliser dans le processus de développement 1 'eau de lavage dont la concentration a été augmentée, il faut l'amener à la concentration initiale Le fer bivalent est ramené normalement à l'état trivalent grâce au contact avec l'air Pour augmenter encore la concentration, cependant, on utilise alors le second module à menmbrane, c'est-à-dire le second filtre à membrane 7, qui maintient, m ne à des concentrations accrues, un passage relativement constant Dans un mode d'exécution préféré, le second module 7 offre un débit relativement faible par rapport au type de module mis en oeuvre pour la première phase, ce débit étant maintenu mêmne à des concentrations élevées La configuration de menmbrane préférée consiste ici en agencements tubulaires Etant donné qu'une machine de développement 1 ne fonctionne pas 24 heures sur 24, normalement, les pauses sont utilisées pour amener la solution préconcentrée à une concentration permettant le recyclage de la solution A cet effet, les soupapes 8 a du module ou du premier filtre s 3 Lnpoad sep UOL 34 E 4 a 3 U 9 UOD ul '93 Lo OS a'U si ep 'a JL Elnqn 4 aeuoj ap -iúd W no O Lid W aded np sauelq Wa W sep Uo Lq JM Ueouoo ap esuqd apuooas Sú sl unod:)a 'Ls Jsi "f LL UUM We Le M 4 EAJL> S 4 onp Oad eumuquia W 9 g 49 LO 05 mi op (alie Lds ue) M Sd S ad Aq np seueuqwaw sep asm 4 d a JG Lmaid el inod e.S L N m uo UO L 4 Ue AU L l e %uepuodsea Jio uo Leli: Esu L aun sue O; 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