Brevet FR2768428A3 — publié le 19990319

FR 2768428 A3 19990319 FR 9711399 A 19970912 PROCEDE ET INSTALLATION POUR DEFLUORISER UNE EAU MINERALE La présente invention concerne un procédé pour réduire la teneur en fluor d'une eau minérale, telle qu'une eau minérale naturelle. Elle concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Les eaux minérales naturelles, gazeuses ou non, ont la particularité de contribuer, par leur apport en sels minéraux, et notamment en calcium et en magnésium, aux besoins journaliers en minéraux du corps humain. Leurs bienfaits pour la santé des individus sont généralement reconnus. Cependant, ces eaux minérales sont parfois naturellement riches en fluor, dans des teneurs pouvant dépasser 5 mg/l. Il est alors souhaitable de pouvoir réduire cette teneur en fluor, notamment pour sa consommation par des enfants et des nourrissons. On connaît différents procédés de défluorisation, utilisés pour retirer le fluor des eaux usées, par exemple, avant rejet dans la nature. Cependant, ces procédés de défluorisation ne sont pas adaptés au traitement d'une eau minérale, pouvant la rendre impropre à la consommation. On connaît également, dans la demande de brevet japonais KOKAI 76 96159 "Treatment for fluorine containing well water", un procédé pour réduire la teneur en fluorine dans l'eau de source de 0,96 à 0,24 mg/l, dans laquelle 1.000 mg/l de sulfate d'aluminium sont utilisés et séparés par précipitation. Un tel procédé n'est cependant pas adapté au traitement d'une eau pouvant contenir jusqu'à 7 ou 8 mg/l de fluor. Une amélioration de ce procédé, permettant d'utiliser moins de sulfate d'aluminium, est décrit dans le brevet allemand DE 28 01 724. Il consiste à ajouter aux eaux des sels de calcium et des sels d'aluminium, grâce auxquels le fluor précipite avec des flocons d'hydroxyde d'aluminium. Ces flocons sont ensuite séparés de la solution par flottaison ou par filtration. Ces procédés nécessitent cependant de stocker l'eau à traiter durant la précipitation du fluor, puis de filtrer celle-ci. Ce type de procédé est donc mal adapté au traitement d'une eau naturelle qui émerge en continu d'une source. En outre, le stockage de l'eau est propice à des contaminations bactériennes ou microbiennes nuisibles à la qualité sanitaire de l'eau. De surcroît, lors du traitement d'une eau minérale naturelle, il est primordial que sa teneur en minéraux, et notamment en calcium, ne soit pas altérée. Le procédé de l'art antérieur requérant l'apport de sels de calcium, la teneur en calcium d'une eau minérale après le traitement de défluorisation serait différente de la teneur en calcium de l'eau minérale naturelle, à son émergence. La mention "naturelle" ne pourrait plus être applicable à une telle eau minérale dénaturée. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un procédé pour réduire la teneur en fluor d'une eau minérale naturelle, simple à mettre en oeuvre et respectant les qualités minérales et sanitaires de l'eau minérale. Selon l'invention, le procédé pour réduire la teneur en fluor d'une eau minérale naturelle est caractérisé en ce que l'eau circule en continu, à un débit prédéterminé, dans une colonne contenant de l'alumine adaptée à fixer le fluor. Le procédé conforme à l'invention permet de traiter en continu une eau minérale sans nécessiter un laps de temps pour stocker de l'eau. En outre, on a constaté que l'alumine était capable de fixer 6% et plus de son poids en fluor. En d'autres termes, 10.000 litres d'eau traités avec 1 kilo d'alumine permet de fixer 6mg de fluor par litre d'eau. En outre, l'alumine présente l'avantage d'avoir une action sélective sur la fixation du fluor, la teneur des autres minéraux demeurant inchangée par rapport à l'émergence. Selon une version préférée de l'invention, l'alumine est de l'alumine activée sous forme de granulés afin d'améliorer la fixation du fluor. Selon une version avantageuse, l'eau minérale naturelle circule, à un débit prédéterminé, dans plusieurs colonnes successives contenant de l'alumine. Le passage dans des colonnes successives permet d'améliorer la défluorisation de l'eau notamment lorsque le taux de fluor et/ou le débit d'eau sont importants. Selon un autre aspect de l'invention, une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention comprend au moins une colonne contenant de l'alumine, des moyens d'arrivée d'eau à une extrémité de la colonne et des moyens de sortie d'eau à l'autre extrémité de la colonne. Cette installation permet le traitement en continu de l'eau circulant dans la colonne, d'une extrémité à l'autre, en traversant l'alumine stockée. De préférence, cette installation comprend plusieurs colonnes contenant de l'alumine, des conduites de communication étant adaptées à relier les moyens de sortie d'eau d'une colonne avec les moyens d'arrivée d'eau des autres colonnes. Cette réalisation permet, notamment lorsque le taux de fluor et/ou le débit d'eau sont importants, d'éviter d'utiliser une colonne unique trop volumineuse pour le passage de l'eau à traiter. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ciapres. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue schématique d'une installation conforme à un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II à la figure 1 ; et - la figure 3 est une courbe illustrant la teneur en fluor de différents échantillons d'eau traitée. En référence d'abord aux figures 1 et 2, une installation pour traiter une eau minérale en vue de diminuer sa teneur en fluor comprend au moins une colonne 5 contenant de l'alumine 1. Dans cet exemple, l'installation comporte six colonnes A, B, C, D, E, F. Chaque colonne 5 comporte des moyens d'arrivée d'eau 2 à une extrémité, ici l'extrémité supérieure de la colonne 5 disposée verticalement. Chaque colonne 5 comporte aussi des moyens de sortie d'eau 3 disposés à l'autre extrémité de la colonne 5, c'est-à-dire à son extrémité inférieure. Les moyens d'arrivée d'eau 2 sont de manière classique des canalisations 2 reliées à une arrivée d'eau unique 6, des robinets 2a sur les canalisations 2 permettant d'alimenter sélectivement chaque colonne 5 en eau à traiter. Ces robinets 2a, ainsi que ceux décrits dans la suite de cet exposé, sont représentés conventionnellement par un rond noirci en position ouverte et un rond blanc en position fermée. Des conduites de communication 7 sont adaptées à relier les moyens de sortie d'eau 3 de chaque colonne avec les moyens d'arrivée d'eau 2 des autres colonnes. Dans cet exemple, chaque canalisation de sortie d'eau 3 et chaque canalisation d'arrivée d'eau 2 sont reliées à cinq conduites de communication 7, chaque intersection des canalisations 2, 3 avec les conduites de communication 7 étant munie d'un robinet a permettant d'autoriser sélectivement le passage de l'eau dans les conduites de communication 7. Un robinet supplémentaire 3a peut être prévu sur les canalisations de sortie d'eau 3 afin de pouvoir purger les colonnes 5 ou de réaliser des prises d'échantillon d'eau traitée en sortie de chaque colonne 5 en vue d'effectuer des analyses. Cette installation comprend en outre des moyens d'arrivée d'une solution de régénération reliés respectivement à une extrémité d'une ou des colonnes d'alumine. Ainsi, une canalisation 4 comporte plusieurs embranchements connectés respectivement à chaque colonne 5, un robinet 4a situé sur chaque embranchement permettant d'autoriser le passage ou non de la solution de régénération dans chaque colonne 5. L'alumine utilisée 1 est de préférence de l'alumine activée de grade P, c'est-à-dire choisie pour limiter tout risque de contamination microbienne ou bactérienne de l'eau lors de son traitement. L'alumine est de préférence sous forme de granulés, de diamètre compris entre 2 mm et 5 mm. La solution de régénération peut être une solution de soude adaptée à entraîner le fluor fixé sur l'alumine. Le procédé de traitement d'une eau minérale va maintenant être décrit en référence à la figure 1 et à la courbe de la figure 3. Afin de réduire la teneur en fluor d'une eau minérale naturelle, on introduit cette eau en continu, à un débit prédéterminé, dans une colonne 5 contenant de l'alumine 1. De préférence et comme illustrée à la figure 1, l'eau circule dans plusieurs colonnes successives A, B, C, D, E, F contenant de l'alumine. Dans cet exemple, l'eau arrivant au point de référence 6, est introduite dans la colonne C, puis récupérée dans la canalisation de sortie 3 pour être conduite jusqu'à l'entrée de la colonne D par la conduite de communication 7. De même, l'eau passe ensuite successivement dans les colonnes E, F et A. Dans cet exemple la colonne B est en cours de régénération, une solution de soude étant introduite par la canalisation 4 à l'extrémité supérieure de la colonne B. Cette solution de soude entraîne le fluor fixé sur l'alumine. Une eau de rinçage, qui de préférence est identique à l'eau minérale que l'on souhaite traiter, est ensuite mise en circulation en continu dans la colonne B jusqu'à ce que le pH de l'eau à l'entrée de la colonne B soit égal au pH de l'eau à la sortie de la colonne B afin d'éliminer toute trace de soude. L'évacuation de la solution de soude et de l'eau de rinçage est réalisée de préférence par le robinet de purge 3a situé en sortie de chaque colonne 5. Les exemples qui suivent illustrent les possibilités du procédé et des installations qui peuvent être mis en oeuvre pour son application. Exemple 1 Une colonne d'absorption unique 5 est constituée par un tube de 80cm de hauteur et 20cm de diamètre intérieur, rempli de 17,5 Kg d'alumine activée grade P, de diamètre compris entre 1,5 et 3 mm. L'eau à traiter est une eau minérale naturelle qui a une teneur d'environ 7mg/l de fluor. Elle est introduite par le haut de la colonne avec un débit constant de 1 litre par minute et ressort par le bas de la colonne avec une teneur moyenne en fluor de 0,8 mg/l durant les cinq premières heures puis environ à 2,5mg/l pendant 120 jours. Le 121ème jour, le débit est réglé à 0,5 1/mon et l'on constate alors un taux de fluor d'environ 1,4 mg/l pendant 65 jours. Dès le 186ème jour, le taux de fluor augmentant rapidement, une régénération avec une solution de soude à 10g/l est effectuée avec un débit de 10 1/mon jusqu'à ce qu'il n'y ai plus de fluor dans les rejets. Un rinçage jusqu'à ce que le pH de sortie soit égal au pH d'entrée est ensuite réalisé avec l'eau minérale. La colonne peut ensuite être remise en service pour défluoriser l'eau minérale. Exemple 2 La colonne d'absorption est constituée par six tubes A, B, C, D, E et F de 60 cm de hauteur et 11,9 cm de diamètre intérieur. Chaque tube est rempli de 3,5 kg d'alumine activée grade P, de diamètre compris entre 2,5 et 5mm. L'eau à traiter est introduite par le haut de la colonne A avec un débit de 0,5 1/mon et ressort par le bas de la colonne avec une teneur en fluor qui progresse pendant 4 jours de 0 à 5,5 mg/l pour rester ensuite constante à ce taux. Dès que l'on a atteint le taux de 2mg/l de fluor, on ouvre le robinet a reliant le bas de la colonne A au haut de la colonne B et faisons sortir l'eau par le bas de la colonne B, répétons cette opération jusqu'à la colonne E. On constate des taux de fluor qui se stabilisent à environ 4,1 mg/l pour la colonne B, 2,9 mg/l pour la colonne C, 2,0 mg/l pour la colonne D et 1,4 mg/l pour la colonne E (voir figure 3). Après 168 jours de fonctionnement, le taux de fluor sur la colonne A augmentant rapidement, la colonne F est ouverte et la régénération de la colonne A est effectuée avec une solution de soude de 5g/l et un débit de 3 1/mon jusqu'à ce qu'il n'y ai plus de fluor dans les rejets. Un rinçage jusqu'à ce que le pH de sortie soit égal au pH d'entrée est réalisé avec l'eau minérale. Le 195ème jour, le taux de fluor sur la colonne B augmentant rapidement, la colonne A est réouverte en fin de série et la régénération de la colonne B est effectuée comme illustré à la figure 1. L'opération de régénération peut ainsi être réalisée successivement sur chaque colonne, sans interrompre le traitement de l'eau qui circule dans les colonnes restantes. Le passage de l'eau dans cinq colonnes successives permet de réduire significativement le taux de fluor de 7 mg/l à environ 1,5 mg/l. Lors des différents essais, dès que le taux de fluor est stabilisé, les analyses effectuées des différents minéraux n'ont montré aucun écart notable par rapport à ltémergence de l'eau minérale. Le procédé conforme à l'invention permet donc de diminuer très fortement la teneur en fluor d'une eau minérale naturelle sans modifier sa teneur des autres minéraux, tout en respectant les règles d'hygiène alimentaire et en particulier l'absence de bactéries. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple décrit ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le nombre de colonnes utilisées en série peut être augmenté ou diminué en fonction des débits d'eau à traiter ou de sa teneur en fluor. Les dimensions des colonnes et les volumes d'alumine utilisée peuvent également être modifiés. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour réduire la teneur en fluor d'une eau minérale naturelle, caractérisé en ce que ladite eau circule en continu, à un débit prédéterminé, dans une colonne (5) contenant de l'alumine (1) adaptée à fixer le fluor. 2 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'alumine (1) est de l'alumine activée sous forme de granulés. 3 - Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les granulés d'alumine (1) ont un diamètre compris entre 2 mm et 5 mm. 4 - Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite eau circule, à un débit prédéterminé, dans plusieurs colonnes (5) successives contenant de l'alumine (1). 5 - Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de régénération de l'alumine (1) dans laquelle une solution de soude circule en continu dans une colonne d'alumine (B) et entraîne le fluor fixé sur l'alumine (1), puis de l'eau de rinçage circule en continu dans ladite colonne (B) jusqu'à que le pH de l'eau à l'entrée de la colonne soit égal au pH de l'eau à la sortie de ladite colonne (B). 6 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une colonne (5) contenant de l'alumine (1), des moyens d'arrivée d'eau (2) à une extrémité de la colonne (5) et des moyens de sortie d'eau (3) à l'autre extrémité de la colonne (5). 7 - Installation conforme à la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs colonnes (5) contenant de l'alumine (1), des conduites de communication (7) étant adaptées à relier les moyens de sortie d'eau (3) d'une colonne (5) avec les moyens d'arrivée d'eau (2) des autres colonnes (5). 8 - Installation conforme à l'une des revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'arrivée d'une solution de régénération (4) reliés respectivement à une extrémité d'une ou des colonnes contenant de l'alumine (5).