Brevet FR2716122A1 — publié le 19950818

PROCEDE DE DECOLMATAGE D'UN ELENENT FILTRANT UTILISANT NOTAMMENT LES ULTRASONS La présente invention concerne un procédé et un dispositif de décolmatage d'un élément filtrant en utilisant une cuve à ultrasons, applicables plus particulièrement mais non exclusivement au décolmatage de cartouches membraniformes utilisées dans la filtration de boissons alcoolisées telles que vin, bière, cidre etc.... Les cartouches filtrantes à membrane qui sont utilisées dans la filtration du vin, sont colmatées plus ou moins rapidement, en fonction des indices de charge du vin à filtrer, de la préfiltration, des années de récolte ou même tout simplement de l'utilisation plus ou moins rationnelle de ces éléments filtrants. Jusqu'à présent on a essayé, pour régénérer des cartouches filtrantes colmatées, utilisées pour la filtration du vin, divers procédés chimiques mais ces procédés ne se sont pas révélés satisfaisants à cause de la détérioration du média filtrant qui en est résulté pour des performances réduites. Or le respect de l'intégrité du média filtrant est primordial pour ce qui concerne la qualité de la filtration obtenue. Dans d'autres domaines industriels il a été également envisagé de décolmater les éléments filtrants, au sein même de l'appareil de filtration dont ils font partie, en soumettant ces éléments à des ondes ultrasonores produites par des transducteurs montés sur la paroi de l'appareil de filtration et mis en service lorsque une opération de décolmatage doit avoir lieu. L'émission d'ondes ultrasonores au sein du liquide remplissant le corps de filtre proprement dit crée un champ de pression acoustique entraînant un phénomène de cavitation permettant le détachement des particules filtrées et leur séparation du média filtrant constituant chaque élément filtrant. Un tel procédé est décrit par exemple dans le document EP-A-0 370 849. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à un tel procédé de décolmatage par ultrasons afin de renforcer l'action mécanique due aux ondes ultrasonores par une action chimique. A cet effet ce procédé de décolmatage d'un élément filtrant en utilisant une cuve à ultrasons contenant un milieu liquide, tel que de l'eau, et comportant des moyens de production d'ondes ultrasonores dans ce milieu liquide, est caractérisé en ce qu'on place l'élément filtrant colmaté dans un étui vertical étanche, fermé par un fond à son extrémité inférieure, d'une hauteur supérieure à celle de l'élément filtrant, cet élément filtrant étant en appui sur le fond de l'étui, on remplit l'étui d'un liquide de décolmatage de manière à noyer totalement l'élément filtrant dans ce liquide, la nature de ce liquide étant choisie de manière à favoriser le détachement des particules retenues par le média filtrant de l'élément filtrant, on plonge l'étui dans le milieu liquide de la cuve à ultrasons à une profondeur telle que son extrémité supérieure soit située au-dessus du niveau du milieu liquide et on crée, dans le milieu liquide, des ondes ultrasonores qui sont transmises, à travers la paroi de l'étui, au liquide de décolmatage si bien que les particules retenues par l'élément filtrant sont détachées de ce média filtrant, par suite de la combinaison de l'action mécanique des ondes ultrasonores et de l'action chimique du liquide de décolmatage ; en outre les particules qui sont en solution dans le liquide de décolmatage peuvent être recueillies et analysées. L'invention a également pour objet un dispositif de décolmatage d'un élément filtrant utilisant une cuve à ultrasons contenant un milieu liquide, tel que de l'eau, et comportant des moyens de production d'ondes ultrasonores dans ce milieu liquide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étui vertical étanche, fermé par un fond à son extrémité inférieure, d'une hauteur supérieure à celle de l'élément filtrant, pouvant recevoir cet élément filtrant à décolmater en appui sur son fond et pouvant être rempli d'un liquide de décolmatage, et des moyens d'appui prévus à l'extrémité supérieure ouverte de l'étui, en saillie vers l'extérieur, ces moyens d'appui pouvant venir en contact avec le bord supérieur de la cuve de manière à maintenir l'étui suspendu en position verticale et plongeant dans le milieu liquide de la cuve à ultrasons. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant les diverses étapes du procédé de décolmatage suivant l'invention. - la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif permettant un décolmatage simultané de plusieurs cartouches filtrantes. - la figure 3 est une vue en coupe verticale partielle, à plus grande échelle, du dispositif de décolmatage représenté sur la figure 2. La figure 1 représente schématiquement les diverses étapes du procédé de décolmatage d'un élément filtrant 1 qui peut être constitué, par exemple, par une cartouche filtrante membraniforme utilisée pour la filtration du vin. Le procédé de décolmatage suivant l'invention utilise un étui tubulaire 2, étanche aux liquides, par exemple en chlorure de polyvinyle, fermé à son extrémité inférieure par un fond 3, de manière à assurer une étanchéité parfaite. A son extrémité supérieure ouverte l'étui 2 est pourvu de moyens 4, en saillie vers l'extérieur, tels qu'une collerette ou des bras radiaux, permettant de le suspendre en position verticale comme il sera précisé plus loin. La première étape (a) du procédé de décolmatage consiste à placer la cartouche filtrante 1 dans l'étui 2, après avoir lesté éventuellement cette cartouche, de manière qu'elle prenne appui librement sur le fond 3 de l'étui 2, sous l'effet de son propre poids. On remplit également l'étui 2, avant ou après l'introduction de la cartouche filtrante 1 dans cet étui, d'un liquide de décolmatage 5 de manière qu'après l'étape de remplissage (b) le niveau du liquide de décolmatage 5 dans l'étui 2 soit situé peu au-dessus de l'extrémité supérieure de la cartouche 1, par exemple à une distance d'au moins 5 cm. On place ensuite l'étui 2, contenant la cartouche filtrante 1 noyée dans le liquide de décolmatage 5, dans une cuve à ultrasons 6 remplie d'un milieu liquide 7, généralement de l'eau, de manière que l'extrémité supérieure ouverte de l'étui 2 soit située audessus du niveau de l'eau 7 dans la cuve 6. L'étui 2 est maintenu suspendu en position verticale par ses moyens d'appui 4 en contact avec le bord supérieur 6a de la cuve 6, le niveau du liquide de décolmatage 5 dans l'étui 2 étant situé en dessous du niveau de l'eau 7 dans la cuve à ultrasons 6. Cette cuve à ultrasons 6 comporte, de la manière habituelle, des transducteurs ultrasonores 8 montés à l'intérieur de la cuve 6, sur sa paroi latérale et éventuellement sur son fond, et reliés à une source de courant alternatif, afin de produire des ondes ultrasonores dans le milieu liquide 7 pendant l'opération de décolmatage. La cuve 6 peut comporter également, à sa partie inférieure, des éléments de chauffage 9, telles que des résistances chauffantes, pour maintenir une température déterminée de l'eau 7. Lorsque les transducteurs ultrasonores 9 sont excités par un courant alternatif, ils produisent à l'intérieur de la cuve 6 des ondes ultrasonores qui sont transmises, à travers l'eau 7, à l'étui 2 et, à travers la paroi de cet étui, au liquide de décolmatage 5 dans lequel baigne la cartouche filtrante 1. La composition du liquide de décolmatage 5 est choisie en fonction de la nature des particules filtrées retenues sur et dans la cartouche filtrante 1 et de l'indice de colmatage de cette cartouche. Par exemple, dans le cas où l'opération de décolmatage porte sur une cartouche filtrante colmatée après son utilisation pour la filtration du vin, le liquide de décolmatage 5 peut être constitué d'environ 90% de méthanol ou d'alcool méthylique et de 10% d'eau. Pour cette application particulière l'eau 7 de la cuve à ultrasons 6 est maintenue à une température allant de 50 à 600C et de préférence de 55 0C, cette température étant ajustée en réglant le courant électrique fourni aux résistances chauffantes 9 prévues dans le fond de la cuve et dont la puissance est fonction du volume global de cette cuve. La puissance choisie pour les transducteurs ultrasonores 8 est égale ou supérieure à 5 watts par litre du volume de la cuve. Les transducteurs 8 sont alimentés par un générateur de courant alternatif fonctionnant à une fréquence de 25 ou 40 kHz et de préférence égale à 25 kHz. Les figures 2 et 3 représentent un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de décolmatage suivant l'invention pour décolmater simultanément plusieurs cartouches filtrantes 1. Dans ce cas la cuve 6 a une forme parallélépipédique et elle est prévue pour contenir un ensemble de plusieurs étuis verticaux 2 répartis d'une manière symétrique, en plusieurs rangées d'un même nombre d'étuis chacune, parallèles aux grandes faces latérales de la cuve 6. Dans la forme d'exécution non limitative représentée sur la figure 2, la cuve 6 contient ainsi un ensemble de huit étuis 2, répartis en deux rangées parallèles de quatre étuis chacune. Les parties supérieures et éventuellement inférieures des étuis 2 sont reliées les unes aux autres par des bras entretoises horizontaux 11 s'étendant longitudinalement et transversalement, en constituant une grille à mailles rectangulaires ou carrées. Les axes verticaux des étuis 2 se trouvent ainsi passer par les points d'intersection des bras entretoises 11, c'est-à-dire par les sommets des mailles. Les étuis 2 qui sont les plus proches de la paroi latérale de la cuve 6, c'est-à-dire tous les huit étuis dans le cas considéré, sont également solidaires de bras d'appui 12 qui sont alignés avec les bras entretoises 11 et qui s'étendent longitudinalement ou transversalement vers l'extérieur de manière à pouvoir prendre appui sur le bord supérieur 6a de la cuve 6. La grille formant support des étuis 2, constituée des bras 11 et 12, peut être immobilisée sur le bord supérieur 6a de la cuve 6 en prévoyant des parties repliées vers le bas 13, formant crochet, aux extrémités des bras d'appui 12. Une vis de blocage 14 peut être prévue sur chaque crochet extrême 13, cette vis prenant appui à son extrémité sur la paroi verticale correspondante de la cuve 6. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre du procédé de décolmatage suivant l'invention appliqué à des cartouches filtrantes colmatées après une utilisation pour la filtration du vin. On utilise une cuve 6 en acier inoxydable d'une longueur de 1,5 mètre, d'une largeur de 0,75 mètre et d'une hauteur interne de 1,1 mètre, ce qui permet de disposer dans cette cuve soixante étuis 2 d'un diamètre de 8 cm, répartis en six rangées de dix étuis 2 chacune. Chaque étui a une hauteur de 1,1 mètre et il est réalisé en chlorure de polyvinyle dur. La cuve 6 est équipée de douze groupes de transducteurs 8 d'une puissance de 500 W par groupe et l'alimentation de ces transducteurs est fournie par trois générateurs de courant alternatif d'une puissance de 2000 W chacun, fonctionnant à une fréquence de 25 kHz. Pour maintenir la température de l'eau dans la cuve 6, on utilise sept résistances électriques d'une puissance de 1500 W chacune. La régulation de la température est réalisée par un régulateur thermique qui maintient automatiquement l'alimentation des résistances pour que la température de l'eau 7 reste dans une fourchette de 50 à 600C pendant le temps de décolmatage. Le temps d'exposition de l'ensemble étuis 2cartouches 1 à l'activité des ultrasons se décompose de la façon suivante a) on soumet, pendant une heure environ, les cartouches filtrantes 1, contenues dans les étuis 2, à l'action des ondes ultrasonores produites par les transducteurs 8, en maintenant ces cartouches dans une première solution à environ 90% de méthanol et 10% d'eau b) on sort chaque cartouche filtrante 1, partiellement décolmatée, de son étui 2, on la rince à contre-courant, on la réintroduit dans 1' étui 2 que l'on remplit d'une seconde solution à 50% de méthanol et environ 50% d'eau, et on soumet de nouveau la cartouche filtrante 1 à l'action des ultrasons pendant une demiheure environ. Ces opérations de rinçage, de changement de solution et de décolmatage par ultrasons peuvent être répétées plusieurs fois si nécessaire. Le temps de décolmatage est de toute façon adapté aux résultats obtenus après vérification de l'indice de colmatage, cet indice étant déterminé à partir de la résistance de la cartouche filtrante au passage du liquide à travers le média filtrant c) à la suite des diverses opérations de décolmatage et de rinçage, on trempe chaque cartouche filtrante 1 dans une solution de finition contenue dans l'étui 2 et on l'expose pendant 60 secondes environ à l'action des ondes ultrasonores. Cette opération a pour but de blanchir le média filtrant, la température de l'eau 7 étant alors de 500C. d) on procède à un rinçage final de chaque cartouche filtrante 1 pour éliminer totalement les éléments de décolmatage et de finition. Ce rinçage final a lieu pendant cinq minutes environ dans une cuve à ultrasons ayant les mêmes caractéristiques que celle ayant servi au décolmatage. On procède ensuite à une vérification de l'intégrité de la cartouche filtrante, si nécessaire, en fonction des caractéristiques fournies par les constructeurs de cartouches, on sèche cette cartouche en étuve, à une température allant de 37 à 450C et après séchage complet on la met sous sachet plastique thermosoudé. Le procédé de décolmatage suivant l'invention permet d'obtenir un décolmatage plus efficace grâce à la combinaison de l'action mécanique des ondes ultrasonores et de l'action chimique du liquide de décolmatage, au sein de chaque étui étanche 2. En outre les produits détachés de chaque cartouche filtrante 1, lors de l'opération de décolmatage, restent en solution dans l'étui 2 ; ils peuvent ainsi être aisément récupérés, en fin de traitement, ce qui permet de les analyser et d'en tirer toutes les conséquences qui s'imposent notamment pour le traitement oenologique du vin. REVENDICATIONS 1 - Procédé de décolmatage d'un élément filtrant (1) en utilisant une cuve à ultrasons (6) contenant un milieu liquide (7), tel que de l'eau, et comportant des moyens (8) de production d'ondes ultrasonores dans ce milieu liquide (7), caractérisé en ce qu'on place l'élément filtrant (1) colmaté dans un étui vertical étanche (2), fermé par un fond (3) à son extrémité inférieure, d'une hauteur supérieure à celle de l'élément filtrant (1), cet élément filtrant (1) étant en appui sur le fond (3) de l'étui (2), on remplit l'étui (2) d'un liquide de décolmatage (5) de manière à noyer totalement l'élément filtrant (1) dans ce liquide, la nature de ce liquide étant choisie de manière à favoriser le détachement des particules retenues par le média filtrant de l'élément filtrant (1), on plonge l'étui (2) dans le milieu liquide (7) de la cuve à ultrasons (6) à une profondeur telle que son extrémité supérieure soit située au-dessus du niveau du milieu liquide (7) et on crée dans le milieu liquide (7), des ondes ultrasonores qui sont transmises, à travers la paroi de l'étui (2), au liquide de décolmatage (5) si bien que les particules retenues par l'élément filtrant (1) sont détachées de ce média filtrant, par suite de la combinaison de l'action mécanique des ondes ultrasonores et de l'action chimique du liquide de décolmatage (5), et elles peuvent être recueillies, pour analyse, dans la solution de décolmatage dans l'étui (2). 2 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on ajuste le niveau du milieu liquide (7) contenu dans la cuve à ultrasons (6) de manière qu'il soit situé au-dessus du niveau du liquide de décolmatage (5) contenu dans l'étui (2). 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on chauffe le milieu liquide (7) à une température allant de 50 à 600C et de préférence égale à 550C. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on soumet, pendant une heure environ, les éléments filtrants (1) à l'action des ondes ultrasonores, en maintenant ces éléments filtrants dans une première solution à environ 90% de méthanol et 10% d'eau, on sort chaque élément filtrant (1), partiellement décolmaté, de son étui (2), on le rince à contre-courant, on le réintroduit dans l'étui (2) que l'on remplit d'une seconde solution à environ 50% de méthanol et 50% d'eau, et on soumet de nouveau les éléments filtrants (1) à l'action des ultrasons, pendant une demi-heure environ, on répète plusieurs fois, si nécessaire, les opérations de rinçage, de changement de solution et de décolmatage par ultrasons, on trempe ensuite chaque élément filtrant (1) dans une solution de finition contenue dans l'étui (2) et on l'expose pendant soixante secondes environ à l'action des ondes ultrasonores, et on procède à un rinçage final de chaque élément filtrant (1), pendant cinq minutes environ, dans une cuve à ultrasons. 5 - Dispositif de décolmatage d'un élément filtrant (1) utilisant une cuve à ultrasons (6) contenant un milieu liquide (7), tel que de l'eau, et comportant des moyens (8) de production d'ondes ultrasonores dans ce milieu liquide (7), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étui vertical étanche (2), fermé par un fond à son extrémité inférieure, d'une hauteur supérieure à celle de l'élément filtrant, pouvant recevoir cet élément filtrant (1) à décolmater en appui sur son fond (3) et pouvant être rempli d'un liquide de décolmatage (5), et des moyens d'appui (4) prévus à l'extrémité supérieure ouverte de l'étui (2), en saillie vers l'extérieur, ces moyens d'appui (4) pouvant venir en contact avec le bord supérieur (6a) de la cuve (6) de manière à maintenir l'étui (2) suspendu en position verticale et plongeant dans le milieu liquide (7) de la cuve à ultrasons (6). 6 - Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs étuis verticaux (2) dont au moins les parties supérieures sont reliées les unes aux autres par des bras entretoises horizontaux (11), et les parties supérieures des étuis (2) les plus proches de la paroi latérale de la cuve à ultrasons (6) sont en outre solidaires de bras d'appui (12) venant en contact avec le bord supérieur (6a) de la cuve (6). 7 - Dispositif suivant la revendication 6 dans laquelle la cuve à ultrasons a une forme parallélépipédique, caractérisé en ce que les étuis verticaux (2) sont répartis d'une manière symétrique, en plusieurs rangées d'un même nombre d'étuis (2) chacune, parallèles aux grandes faces latérales de la cuve (6), au moins les parties supérieures des étuis (2) sont reliées les unes aux autres par des bras entretoises horizontaux (11) s'étendant longitudinalement et transversalement, en constituant une grille à mailles rectangulaires ou carrées, les axes verticaux des étuis (2) passant par les points d'intersection des bras entretoises (11), c'est-à-dire par les sommets des mailles, et les étuis (2) situés à la périphérie de l'ensemble des étuis sont également solidaires de bras d'appui (12) qui sont alignés avec les bras entretoises (11). 8 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que chaque bras d'appui (12) présente une partie extrême repliée vers le bas (13), formant crochet, s'appliquant sur le bord supérieur (6a) de la cuve (6). 9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que chaque étui 2 est réalisé en chlorure de polyvinyle dur.