Brevet FR2775615A1 — publié le 19990910

La présente invention concerne le domaine technique de la séparation moléculaire ou particulaire mettant en oeuvre des éléments de séparation appelés généralement membranes. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la nanofiltration, l'ultrafiltration, la microfiltration, la filtration ou l'osmose inverse. Dans le domaine de la séparation ou de la filtration au sens général, une installation comporte classiquement un appareil de séparation relié, en entrée, à un circuit d'alimentation d'un milieu fluide à traiter et, en sortie, à un circuit de sortie du milieu fluide. L'appareil de séparation comporte un ou plusieurs éléments de séparation ou de filtration présentant chacun une forme tubulaire ou plane. Ces éléments de filtration sont constitués à partir de supports poreux adaptés pour délimiter un circuit de circulation pour le fluide à traiter. A cet effet, le circuit présente au moins une couche séparatrice dont la nature et la morphologie sont adaptées pour assurer la séparation des molécules ou des particules contenues dans le milieu liquide à traiter. Ces éléments de filtration réalisent par effet tami, une séparation des espèces moléculaires ou particulaires du milieu à traiter, dans la mesure où toutes les molécules ou particules supérieures au diamètre des pores de la couche séparatrice sont arrêtées. Les éléments de filtration répartissent ainsi le volume entrant en un premier volume appelé filtrat ou perméat et contenant les molécules ou particules ayant traversé l'élément de filtration et en un second volume contenant les molécules ou particules retenues par l'élément de filtration. Les espèces moléculaires ou particulaires arrêtées par l'élément de séparation s'accumulent continuellement sur la couche séparatrice provoquant ainsi l'apparition d'un phénomène appelé colmatage limitant le transfert à travers l'élément de séparation. Quand un tel transfert devient trop faible, l'élément de séparation doit soit être régénéré à partir d'une solution de nettoyage, soit être jeté. La régénération chimique ou nettoyage comprend l'action de réactifs chimiques en vue de décomposer les matières colmatantes. L'élément de séparation est considéré comme nettoyé quand il retrouve sa perméabilité initiale par rapport à un fluide de référence. Pendant l'opération de nettoyage, il est à noter que l'installation de séparation ne fonctionne plus pour traiter le milieu fluide. Cette opération de nettoyage conduit à une perte sur le temps de production ou de traitement de l'installation. De plus, cette opération nécessite une consommation relativement importante de réactifs chimiques conduisant à la production d'effluents qui doivent être traités. Par ailleurs, cette opération de nettoyage nécessite l'intervention d'un opérateur pour mener à bien les différentes phases de traitement. Dans l'état de la technique, il est connu une autre solution pour traiter un milieu fluide par l'intermédiaire d'un appareil commercialisé sous la dénomination SPITOMAX. Cet appareil comporte un réservoir alimenté par le milieu fluide à traiter qui est mélangé avec un coagulant. La sortie du réservoir débouche devant un filtre à bande qui est déplacé en continu au fur et à mesure de son colmatage. Le milieu liquide ayant traversé le filtre est récupéré, tandis que la partie usagée du filtre est directement jetée. Cette solution ne donne pas satisfaction en pratique, dans la mesure où elle impose la mise en oeuvre d'un filtre consommable qui, par ailleurs, n'assure pas l'arrêt des molécules qui sont source de pollution. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients des techniques ci-dessus en proposant un procédé permettant de traiter un milieu fluide, notamment pollué, tout en assurant un non colmatage des éléments de séparation utilisés. Pour atteindre cet objectif, le procédé selon l'invention consiste - à assurer la circulation du milieu liquide dans l'appareil pour permettre son traitement et la récupération du filtrat, - à choisir au moins un paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation, - à déterminer pour le paramètre, d'une part, une valeur de référence pour laquelle les conditions de fonctionnement des moyens de séparation sont considérés comme normales et, d'autre part, des valeurs limites pour lesquelles les conditions de fonctionnement des moyens de séparation sont considérées comme détériorées, - à contrôler les valeurs du paramètre du filtrat au cours de la circulation du milieu liquide dans l'appareil, - et à incorporer dans le milieu liquide à traiter, lorsqu'une valeur limite du paramètre est atteinte, une dose d'une solution dispersante et stabilisante, de manière que le paramètre du filtrat évolue vers sa valeur de référence. Un autre objectif de l'invention est de proposer l'installation pour le traitement d'un milieu fluide, notamment pollué, comportant - un appareil de filtration pourvu de moyens de séparation et permettant la récupération d'un filtrat, - et une pompe de circulation du milieu liquide dans l'appareil de filtration, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de mesure monté sur le circuit de sortie de l'appareil de filtration pour assurer la détection d'un paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation, un système d'incorporation dans le milieu liquide, d'une solution dispersante et stabilisante, et des moyens de commande adaptés pour piloter le système d'incorporation en fonction de l'évolution des valeurs du paramètre du filtrat. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence au dessin annexé qui montre, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. unique est un schéma illustrant un exemple de réalisation d'une installation de traitement conforme à l'invention. Le dessin illustre un exemple de réalisation d'une installation 1 adaptée pour assurer le traitement au sens général d'un milieu liquide 2 à caractère, notamment, pollué. L'installation 1 comporte une canalisation 3 assurant l'amenée du milieu liquide à traiter, à l'intérieur d'un bac 4 équipé d'une cloison de séparation 5 délimitant, de part et d'autre, un compartiment de travail 6 et un compartiment de lavage 7. Les compartiments 6 et 7 sont aptes à communiquer entre-eux par l'intermédiaire d'un circuit extérieur 8 muni d'une vanne de commande 9. Le bac 4 est équipé de capteurs 11 et 12 détectant, respectivement, les niveaux bas et haut du milieu liquide 2 à l'intérieur du bac 4. Les capteurs 11 et 12 permettent de commander l'ouverture et la fermeture d'une vanne de commande 13 équipant la canalisation 3 d'amenée du milieu liquide qui provient directement de l'équipement produisant le milieu liquide à traiter ou d'un réservoir tampon interposé entre ce dernier et l'installation de traitement selon l'invention. L'installation 1 comporte également un appareil de filtration 15 équipé de moyens ou d'éléments de séparation non représentés, et adaptés pour assurer une séparation ou une filtration des molécules ou des particules contenues dans le milieu liquide 2. Ces moyens de séparation, appelés également membranes, sont constitués à partir d'un support poreux sur lequel sont déposées une ou plusieurs couches séparatrices adaptées à la taille des particules à arrêter. Ces moyens de séparation peuvent être de nature tubulaire ou plane. L'appareil de filtration 15 comprend un circuit d'entrée comportant, d'une part, une branche 16 d'amenée du milieu liquide à traiter, équipée d'une pompe de circulation 17 et, d'autre part, d'une branche 18 de retour au bac 4. De préférence, la branche d'amenée 16 plonge dans le compartiment de lavage 7, tandis que la branche de retour 18 débouche dans le compartiment de travail 6. Le circuit d'entrée 16, 18 est alimenté par le milieu à traiter qui contient des espèces particulaires et/ou moléculaires arrêtées par les moyens de séparation de l'appareil 15. La partie du milieu liquide qui traverse les moyens de séparation, appelée aussi filtrat, sort de l'appareil 15 par un circuit de sortie 21 qui est équipé d'un débitmètre 22. Pour éviter un colmatage des moyens de séparation par les espèces moléculaires ou particulaires arrêtées par eux, l'installation 1 selon l'invention comporte au moins un capteur de mesure 23 monté sur le circuit de sortie 21 de l'appareil de séparation 15. Le capteur de mesure 23 est conçu pour assurer la détection d'un paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation. En effet, il apparaît que le degré de colmatage des moyens de séparation influence certains paramètres du filtrat comme, par exemple, le pH, le débit ou la turbidité du filtrat. En tant que paramètre évolutif, il peut donc être pris le pH, le débit ou la turbidité du filtrat. Le capteur de mesure 23 est relié à des moyens de commande 25 conçus pour piloter un système 26 d'incorporation dans le bac 4, d'une solution dispersante et stabilisante. Le système 26 est conçu pour incorporer dans le milieu liquide à traiter, la solution dispersante et stabilisante, selon une proportion qui est fonction de l'évolution des valeurs du paramètre choisi, de manière à maintenir les moyens de séparation dans un état de fonctionnement normal ou quasi normal. La solution incorporée à l'intérieur du milieu liquide présente une fonction dispersante qui est assurée par des tensio-actifs. Ces derniers sont, en général, des molécules possédant à la fois des groupements hydrophiles et hydrophobes. La présence de groupements hydrophobes entraîne une réduction de la tension superficielle du milieu liquide dans lequel les tensio-actifs sont dissous. Il s'ensuit que la solution présente une fonction détergente. De plus, dans la mesure où la tension superficielle est réduite, il s'ensuit une facilité pour pénétrer à l'intérieur d'un agglomérat facilitant sa dispersion. La solution présente ainsi une fonction dispersante. Par ailleurs, la présence des groupements hydrophiles et hydrophobes permet d'obtenir une liaison entre deux phases immiscibles permettant de réaliser la stabilité du mélange entre ces deux phases. Cette fonction est appelée émulsionnante. La solution utilisée présente également une fonction stabilisante de manière que pour un milieu liquide à traiter, il est possible de déterminer le domaine de pH dans lequel la stabilité est assurée et de maintenir durant l'opération de filtration, la valeur du pH à l'intérieur de ce domaine. Par exemple, le domaine de variation du pH pour lequel la stabilité est assurée est compris entre 8,5 et 10. Selon une variante préférée de réalisation, la solution dispersante et stabilisante utilisée est une solution comportant au moins une fonction alcaline et/ou détergente et une fonction complexante. Il est rappelé qu'une fonction complexante permet de regrouper les petites molécules. Selon une variante avantageuse, la solution dispersante et stabilisante utilisée est une lessive classique contenant une fonction basique et une fonction acide, ainsi que des additifs complexants et détergents. L'installation 1 décrite permet de mettre en oeuvre le procédé de traitement conforme à l'invention décrit ci-après. Le procédé selon l'invention consiste, tout d'abord, à choisir un paramètre pour le filtrat dont la valeur évolue en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation. Il est ensuite déterminé une valeur de référence du paramètre pour laquelle les conditions de fonctionnement des moyens de séparation sont considérés comme normales. Le procédé consiste également à déterminer des valeurs limites du paramètre du filtrat pour lesquelles les conditions de fonctionnement des moyens de séparation sont considérées comme détériorées. Ainsi, les moyens de séparation sont considérés comme n'assumant plus correctement leurs fonctions, lorsque le paramètre du filtrat atteint l'une ou l'autre des valeurs limites fixées. Après cette phase initiale de définition des caractéristiques de l'installation, le bac 4 est rempli du milieu liquide à traiter dont le niveau haut est détecté par le capteur 12. La pompe de circulation 17 est alors commandée pour assurer la circulation du milieu liquide dans l'appareil de séparation 15 pour permettre sa filtration. Au cours de cette circulation, les valeurs du paramètre choisi du filtrat sont contrôlées en permanence. Bien entendu, par permanent, il doit être compris que les moyens 25 contrôlent les valeurs du paramètre en continu ou de façon discontinue selon une période déterminée. Lorsque la valeur du paramètre détectée par le capteur 23 atteint une valeur limite fixée, les moyens 25 commandent le système 26 pour incorporer dans le bac 4, une dose d'une solution dispersante et stabilisante, de manière que le paramètre du filtrat évolue vers sa valeur de référence. Il apparaît que l'ajout de la solution dispersante et stabilisante au milieu liquide à traiter, durant le fonctionnement des moyens de séparation, vise à maintenir le milieu liquide en l'état en empêchant une coagulation ou une floculation des particules. I1 s'ensuit un non colmatage des moyens de séparation conduisant à une non dégradation de la perméabilité des moyens de séparation. L'incorporation de la solution dispersante et stabilisante pendant le fonctionnement de l'appareil de séparation 15 permet d'éviter un arrêt de cet appareil, en vue de procéder au nettoyage ou au lavage des moyens de séparation. En pratique, il s'avère que cette opération de nettoyage des moyens de séparation n'est plus nécessaire. Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux pour assurer le traitement d'un milieu liquide auquel il peut être ajouté une solution dispersante et stabilisante. Ainsi, l'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour le traitement d'un milieu liquide à caractère pollué. L'exemple qui suit décrit un procédé adapté pour traiter, en tant que milieu liquide, les effluents de lavage de machine d'impression utilisant des encres flexographiques. Dans ce type d'application, les encres flexographiques sont actuellement des encres diluables à partir d'eau. Pour cela, les encres contiennent des émulsions de type latex désignant ainsi un liant qui est en fait du chlorure de polyvinyle ou des mélanges butanediene/styrène ou encore acrylique/styrène. Dans ce type d'application, l'encre est déposée sur les rouleaux d'impression et, après usage, il est nécessaire de laver les rouleaux de manière qu'ils puissent recevoir un autre type d'encre. Les eaux de lavage des rouleaux contiennent une proportion d'encre flexographique certes faible mais qu'il est obligatoire d'arrêter avant rejet dans un égout. Les effluents issus d'une installation d'imprimerie amenés par la conduite 3 sont traités par l'installation 1 conforme à l'invention décrite ci-dessus. Dans l'exemple illustré, le paramètre évolutif du filtrat est le pH, de sorte que le capteur 23 est apte à mesurer le pH du filtrat. La valeur de consigne ou de référence du pH du filtrat pour laquelle les moyens de séparation fonctionnent normalement est égale à 9. Les valeurs limites de variation du pH sont égales à 8,5 et 10. Après le démarrage de l'appareil de filtration 15, le pH du filtrat évolue et lorsque la valeur atteint une limite fixée, les moyens 25 pilotent le système d'incorporation 26, tel qu'une pompe doseuse délivrant une quantité donnée de lessive. Par exemple, la lessive est incorporée à une solution de dilution, telle que de l'eau, et le dosage de la lessive dans la solution de dilution est compris entre 0,01 et 5 % et, de préférence, entre 0,05 et 1 %. Un examen du débit du filtrat permet de constater que l'incorporation de la dose de lessive conduit presque instantanément à une augmentation du débit du filtrat jusqu'à une valeur de 50 l/h correspondant au débit de référence par rapport au débit de 15 l/h constaté pour la valeur limite du pH. L'installation selon l'invention permet de traiter les effluents sans l'apparition du phénomène de colmatage. De plus, le filtrat présente une couleur proche de l'eau et sa DCO (Demande Chimique en Oxygène) est de 750 mg/l, c'est-à-dire inférieure à la norme imposée par 1'Agence de Bassin et fixée à 2000 mg/l. Au terme de 5000 litres de filtrat évacué, l'installation a été arrêtée, dans la mesure où une concentration de 10 a été obtenue. Le bac 4 a été vidé pour éliminer les effluents concentrés et de nouveau rempli sans régénération ou nettoyage des moyens de séparation. L'installation a alors été redémarrée dans les conditions définies ci-dessus. L'ajout de la lessive durant le fonctionnement des moyens de séparation permet de maintenir un état de colmatage sensiblement constant, quelle que soit la concentration de l'effluent et la durée de fonctionnement. I1 doit être compris que l'utilisation d'une lessive à fonction stabilisante permet d'éviter la floculation des émulsions du type latex contenues dans les encres flexographiques. En effet, en l'absence de lessive, la valeur du pH peut évoluer en raison, notamment, du temps de stockage qui peut faire apparaître une action bactérienne avec pour conséquence la production d'acides organiques ayant pour effet de faire baisser la valeur du pH, ce qui provoque une coagulation irréversible des latex. L'installation trouve une autre application dans le traitement du milieu liquide des bains de dégraissage de pièces mécaniques à rénover relevant, notamment, du secteur automobile. La rénovation de ces pièces mécaniques nécessite, en premier lieu, une opération de lavage pour enlever, grâce à l'action d'une lessive, la graisse, la terre, la peinture et/ou la rouille. Le bain de nettoyage comporte ainsi une émulsion de graisse dont il convient de séparer la phase liquide du bain par l'intermédiaire de l'installation conforme à l'invention. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé pour assurer le traitement d'un milieu liquide (2) notamment pollué, par l'intermédiaire d'un appareil de séparation (15) pourvu de moyens de séparation, permettant la récupération en sortie d'un filtrat, caractérisé en ce qu'il consiste - à assurer la circulation du milieu liquide pollué dans l'appareil (15) pour permettre son traitement et la récupération du filtrat, - à choisir au moins un paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation, - à déterminer pour le paramètre, d'une part, une valeur de référence pour laquelle les conditions de fonctionnement des moyens de séparation sont considérés comme normales et, d'autre part, des valeurs limites pour lesquelles les conditions de fonctionnement des moyens de séparation sont considérées comme détériorées, - à contrôler les valeurs du paramètre du filtrat au cours de la circulation du milieu liquide dans l'appareil, - et à incorporer dans le milieu liquide à traiter, lorsqu'une valeur limite du paramètre est atteinte, une dose d'une solution dispersante et stabilisante, de manière que le paramètre du filtrat évolue vers sa valeur de référence. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir le pH du filtrat en tant que paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir le débit du filtrat en tant que paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir la turbidité du filtrat en tant que paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à incorporer dans le milieu liquide à traiter, une solution dispersante et stabilisante incorporée à une solution de dilution, de sorte que le dosage de la lessive dans la solution soit compris entre 0,01 et 5 %. 6 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à incorporer dans le milieu liquide, une solution dispersante et stabilisante incorporée à une solution de dilution, de sorte que le dosage de la lessive dans la solution soit compris entre 0,05 et 1 %. 7 - Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il consiste à incorporer dans le milieu liquide, en tant que solution dispersante et stabilisante, une solution comportant au moins une fonction alcaline et/ou détergente et une fonction complexante. 8 - Installation pour le traitement d'un milieu liquide, du type comportant - un appareil de filtration (15) pourvu de moyens de séparation et permettant la récupération d'un filtrat, - et une pompe (17) de circulation du milieu liquide dans l'appareil de filtration, caractérisé en ce qu'il comporte: un capteur de mesure (23) monté sur le circuit (21) de sortie de l'appareil de filtration pour assurer la détection d'un paramètre du filtrat évoluant en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de séparation, un système (26) d'incorporation dans le milieu liquide, d'une solution dispersante et stabilisante, et des moyens (25) de commande adaptés pour piloter le système d'incorporation en fonction de l'évolution des valeurs du paramètre du filtrat.