Brevet FR2700324A1 — publié le 19940713

"Procédé de décarbonatation et de détartrage en continu d'eaux brutes calcaires en pH neutre ainsi qu'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé" La présente invention concerne un procédé de décarbonatation et de détartrage en continu d'eaux brutes calcaires en pH neutre. Dans de nombreuses régions, les eaux brutes sont chargées en sel notamment de calcium ou de magnésium et ont une teneur importante en ions bicarbonate HCO3- (eaux calcaires ou dures) qui, dans certaines conditions, notamment suite à une élévation de la température, ont tendance à précipiter sous forme de carbonates, notamment de carbonate de calcium très peu soluble, qui constitue le tartre. Or, il est bien connu que les dépôts de tartre, qui tendent à la longue à boucher les canalisations, sont source d'inconvénients importants et peuvent perturber, dans une large mesure, le fonctionnement des chaudières ou autres installations de chauffage, humidification ou climatisation. On a déjà proposé divers moyens d'élimination du tartre, tels que par exemple traitement à l'acide chlorhydrique, aux ultrasons, voire des traitements mécaniques, notamment par des fraises rotatives. Il s'agit cependant là de traitements lourds et onéreux, dont la mise en oeuvre est souvent incommode, et il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un procédé non corrosif de nature à décarbonater en continu les eaux brutes et à éviter "à la source" la formation de tartre. L'invention a pour objet un tel procédé. Celui-ci est caractérisé en ce que, dans une première étape, on fait passer l'eau à traiter sous pression au travers d'une masse catalytique constituée par des granulés organo-métalliques enserrés dans une première cartouche de façon à réduire les carbonates en gaz carbonique et à floculer les sels calcaires, et dans une seconde étape, on introduit le mélange gaz carbonique/eau décarbonatée dans une seconde cartouche filtrante renfermant du charbon actif oxygéné de façon à reprécipiter le gaz carbonique en carbonates et à obtenir de l'eau épurée. La caractéristique essentielle de ce procédé est d'être, dans sa totalité, mis en oeuvre en milieu pH neutre, donc non corrosif. La masse de catalytique contient, préférentiellement, du chlorure de calcium, du chlorure ferrique et des oxydes de manganèse. Le rôle du chlorure de calcium consiste à agir conjointement avec oxygène dissous toujours présent en quantité suffisante dans l'eau à traiter pour transformer les carbonates en gaz carbonique celui-ci est immédiatement expulsé de la première cartouche pour être recueilli dans la seconde au niveau de laquelle il se trouve reprécipité sous forme de carbonates. Cette action peut s'opérer aussi bien sur les carbonates de calcium (eaux dures) que sur les carbonates de magnésium ou de sodium (eaux adoucies). Conformément à l'invention, 11 action de réduction est complétée par une action de floculation: celle-ci est générée par la formation du gaz carbonique qui provoque la déstabilisation et l'éclatement des particules de calcaire dont les charges électriques superficielles sont neutralisées sous l'action du chlorure ferrique et des oxydes de manganèse contenus dans la première cartouche ; les sels calcaires se regroupent alors en flocs de particules très expansées et très légères qui peuvent facilement être éliminées par rinçage. Il est à noter que cette action de floculation peut se poursuivre au niveau de la seconde cartouche grâce au charbon actif contenu dans celleci. L'effet détartrant se prolonge même après le passage de l'eau dans les deux cartouches, et ce, pendant un temps relativement long car l'eau sortant de la seconde cartouche garde encore du gaz carbonique résiduel et est également chargée d'oxygène élémentaire arraché du charbon actif. Le processus réduction/floculation subsiste donc puisque le gaz carbonique continue de réduire les carbonates des dépôts calcaires des tuyauteries et les particules de charbon actif les floculent. Le procédé conforme à l'invention permet donc de réaliser une décarbonatation et un détartrage en continu et en milieu neutre d'une installation consommant régulièrement de l'eau ; cette action est, en outre, complétée par une action anti-algues par réduction du radical oxygène qui casse le métabolisme des micro-organismes. Conformément à l'invention, on a pu obtenir des résultats particulièrement satisfaisants en mettant en oeuvre une masse ayant une densité apparente d'environ 1,00 correspondant à une masse d'environ 1 000 kg/m3 et se présentant sous forme de billes dures et homogènes régulièrement calibrées de 1,5 à 2 mm de diamètre. A titre d'exemple, on peut utiliser à cet effet des billes catalytiques qui sont actuellement proposées sur le marché pour le traitement d'eaux ferrugineuses exemptes de calcaire et renferment essentiellement les composés suivants : Fez03, CaCl2 et Ca3Mn2Si3O12. L'invention se rapporte également à une installation permettant la mise en oeuvre du procédé susmentionné. Cette installation est caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux cartouches montées en série et réunies par une tubulure permettant le passage de l'eau à traiter, à savoir d'une part, une première cartouche en un matériau non poreux résistant à la pression remplie entièrement par la masse catalytique et destinée à être parcourue de bas en haut par l'eau à traiter, et d'autre part, une seconde cartouche en un matériau poreux renfermant le charbon actif et dans laquelle le mélange gaz carbonique/eau décarbonatée provenant de la première cartouche est introduit à la fois par le bas et radialement. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première cartouche est munie, à sa partie inférieure, d'un orifice d'entrée de l'eau à traiter coopérant, le cas échéant, avec une crépine et, à sa partie supérieure, d'un orifice de sortie situé directement en aval d'un tamis, notamment en une mousse synthétique, dans le sens de circulation de cette eau. Il est essentiel dans le cadre de l'invention que la première cartouche soit complètement remplie par la masse catalytique, et ce, jusqu'au filtre, sans possibilité de rétention d'eau à sa partie supérieure : en effet, en cas de remplissage partiel, le gaz carbonique formé se retransformerait en boue carbonatée visqueuse qui ne pourrait pas passer par le filtre mousse et séjournerait donc dans la cartouche en gênant considérablement le passage de l'eau et en empêchant par suite l'installation de fonctionner correctement. De plus, étant donné que la masse catalytique occupe la quasi totalité du volume de la première cartouche, le gaz carbonique dégagé par la réduction des carbonates ne peut, en réalité, se former qu'à l'extérieur de celle-ci. Il est donc, par la dilatation même résultant de sa formation, propulsé très violemment et librement dans la seconde cartouche, en mini-explosion, dès sa sortie de la première cartouche ; en raison de sa force, ce gaz carbonique pénètre très profondément dans le charbon actif, et ce, d'autant plus facilement que les parois de la seconde cartouche, constituées notamment par un tissu synthétique, sont poreuses et que l'introduction du gaz s'effectue à la fois par le bas et radialement, ce qui diminue la résistance au flux gazeux ainsi introduit. Celui-ci se trouve alors immédiatement et solidement adsorbé par le charbon actif et définitivement réoxydé en carbonates par l'oxygène de celui-ci. La décarbonatation est ainsi réalisée de façon permanente en milieu pH neutre, sans qu'au cours de cette opération presqu'instantanée, aucun acide ni aucune base libre n'ait eu le temps de se dégager. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est préférable de réaliser la première cartouche un en matériau opaque, de sorte que la lumière du jour ne puisse pas altérer la masse catalytique, notamment l'oxyde ferrique contenu dans celle-ci, et de ce fait, diminuer sa puissance réductrice. La forme et les dimensions des cartouches peuvent, bien entendu, être quelconques sans pour cela sortir du cadre de l'invention ; on a néanmoins pu vérifier par l'expérience que des cartouches constituées par des cylindres, notamment synthétiques, ayant environ 20 cm de hauteur et 7 cm de diamètre, permettaient de traiter des installations alimentées par des canalisations classiques et consommant régulièrement de l'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune des cartouches est montée à la partie médiane d'un récipient, notamment en matière synthétique, de façon à définir, à sa périphérie, un manchon recevant l'eau à traiter. Une telle configuration qui n'est, bien entendu, pas elle non plus limitative de l'invention, s'est en effet révélée particulièrement avantageuse à la fois pour des raisons d'efficacité, de facilité au niveau de la fabrication et de prix de revient. Les caractéristiques du procédé ainsi que de l'installation qui font l'objet de l'invention, seront décrites plus en détail en se référant au dessin annexé qui est une coupe schématique de l'installation. Selon la figure, l'installation est constituée par deux cartouches cylindriques 1 et 2 montées en série et réunies à leur partie supérieure par une tubulure 3 permettant le passage de l'eau à traiter. Les cartouches 1 et 2 sont respectivement montées à la partie médiane de récipients 4, 5 fermés par des couvercles 8, 8' de façon à définir à leur périphérie des manchons recevant l'eau à traiter. Celle-ci pénètre dans le récipient 4 au travers du couvercle 8 selon la flèche A par une ouverture 6 puis s'écoule autour de la cartouche selon les flèches a avant de pénétrer dans celle-ci par un orifice d'entrée 7, coopérant avec une crépine non représentée, prévu à sa partie inférieure. La cartouche 1 est munie de parois opaques en un matériau non poreux résistant à la pression et est entièrement garnie à sa partie interne d'une masse catalytique 9 se présentant sous la forme de billes et contenant du chlorure de calcium, du chlorure ferrique ainsi que des oxydes de manganèse. Ces billes occupent la quasi totalité du volume interne de la cartouche 1. La cartouche 1 est, par ailleurs, fermée à sa partie supérieure par un tamis en mousse synthétique 10 situé directement en amont d'un orifice de sortie 11 directement relié à la tubulure 3. L'eau carbonatée qui pénètre selon les flèches a par l'orifice d'entrée 7 à la partie inférieure de la cartouche 1 se déplace dans celle-ci de bas en haut selon les flèches b pour ressortir par l'orifice de sortie 11 et pénétrer dans la tubulure 3. Les carbonates présents dans cette eau se trouvent réduits de façon quasi instantanée en gaz carbonique sous l'action de la masse catalytique 9 et sont propulsés violemment et librement en mini explosion dans la tubulure 3 puis dans le récipient 5 entourant la seconde cartouche 2. A cette réduction, se superpose une floculation provoquée par l'éclatement sous l'effet du gaz carbonique des particules de calcaire contenues dans l'eau à traiter ; celles-ci se groupent en flocs sous l'action du chlorure ferrique et des oxydes de manganèse contenus dans la masse catalytique. Selon la figure, la seconde cartouche 2 est constituée par un tissu poreux 12 renfermant, à sa périphérie interne, une charge 13 de charbon actif oxygéné. Compte tenu de ce caractère poreux, le mélange gaz carbonique/eau décarbonatée introduit dans le récipient 5 selon la flèche c peut pénétrer à l'intérieur du charbon actif à la fois par la partie inférieure de la cartouche 2 selon les flèches d, et radialement au travers de la paroi poreuse 12 selon les flèches e. Le gaz carbonique est alors solidement adsorbé sur le charbon actif et immédiatement oxydé sur celui-ci sous la forme de carbonate solide. L'eau décarbonatée peut alors sortir librement par une ouverture 14 prévue à cet effet à la partie supérieure de la cartouche 2 au travers du couvercle 8'. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de décarbonatation et de détartrage en continu d'eau brute calcaire en pH neutre caractérisé en ce que, dans une première étape, on fait passer l'eau à traiter sous pression au travers d'une masse catalytique constituée par des granulés organo-métalliques enserrés dans une première cartouche de façon à réduire les carbonates en gaz carbonique et à floculer les sels calcaires, et dans une seconde étape, on introduit le mélange gaz carbonique/eau décarbonatée dans une seconde cartouche filtrante renfermant du charbon actif oxygéné de façon à reprécipiter le gaz carbonique en carbonate et à obtenir de l'eau épurée. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de catalytique contient du chlorure de calcium, du chlorure ferrique et des oxydes de manganèse. 30) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la masse catalytique se présente sous forme de billes dures et homogènes régulièrement calibrées de 1,5 à 2 mm de diamètre. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la masse catalytique a une densité apparente d'environ 1,00 correspondant à une masse d'environ 1 000 kg/m3. 5 ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux cartouches (1, 2) montées en série et réunies par une tubulure (3) permettant le passage de l'eau à traiter, à savoir d'une part, une première cartouche (1) en un matériau non poreux résistant à la pression remplie entièrement par la masse catalytique (9) et destinée à être parcourue de bas en haut par l'eau à traiter, et d'autre part, une seconde cartouche (2) en un matériau poreux renfermant le charbon actif (13) et dans laquelle le mélange gaz carbonique/eau décarbonatée provenant de la première cartouche (1) est introduit à la fois par le bas et radialement. 6 ) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la première cartouche (1) est munie, à sa partie inférieure, d'un orifice d'entrée (7) de l'eau à traiter coopérant, le cas échéant, avec une crépine et, à sa partie supérieure, d'un orifice de sortie (11) situé directement en aval d'un tamis (10), notamment en une mousse synthétique, dans le sens de circulation de cette eau. 7 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la première cartouche (1) est un en matériau opaque. 8 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que chacune des cartouches (1, 2) est constituée par un cylindre, notamment en un matériau synthétique, ayant environ 20 cm de hauteur et 7 cm de diamètre. 9 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que chacune des cartouches (1, 2) est montée à la partie médiane d'un récipient (4, 5), notamment en matière synthétique, de façon à définir, à sa périphérie, un manchon recevant l'eau à traiter.