Brevet FR2946975A1 — publié le 20101224

-1- La présente invention concerne un dispositif autonome de correction et neutralisation du pH d'une eau acide à l'aide de substances alcalinisantes à dissolution progressive et dépendante du pH La qualité d'une eau peut être caractérisée par plusieurs paramètres physico-chimiques. Ces paramètres sont généralement le reflet de la nature géologique des terrains traversés. Parmi ces paramètres, le potentiel hydrogène (ou pH) mesure l'acidité ou l'alcalinité d'une solution et l'exprime selon une échelle variant de 1 (acide) à 14 (basique). La neutralité est obtenue pour un pH égal à 7. La neutralisation consiste en l'action de modifier le pH d'un fluide pour le stabiliser à un pH proche de la neutralité (pH = 7). Selon les différents usages de l'eau, le niveau de pH souhaité peut varier. Il est alors nécessaire de corriger plus ou moins intensément le pH initial de l'eau utilisée pour aboutir au niveau de pH souhaité. Il existe différentes solutions techniques pour faire varier le pH de l'eau par utilisation de substances acidifiantes (diminution du pH) ou alcalinisantes (augmentation du pH). Ces substances se présentent sous forme solide, liquide ou gazeuse. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, trois modalités d'utilisation de substances neutralisantes, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente un exemple d'utilisation de substances neutralisantes en présentation solide. La figure 2 représente un exemple d'utilisation de substances neutralisantes en 20 présentation liquide. La figure 3 représente un exemple d'utilisation de substances neutralisantes en présentation gazeuse. Sur la figure 1 est représenté un exemple d'utilisation de substances neutralisantes en présentation solide. La présentation solide (poudre, granulé ou résine) est utilisée comme média 25 de neutralisation pour constituer un filtre (1) où se produisent les échanges de sels minéraux responsables de la variation de pH. Ce filtre est nécessairement placé dans une cuve de neutralisation (2) pour être traversé par le flux d'eau à traiter. La vitesse d'écoulement de l'eau à traiter est calculée de telle façon que l'eau résiduaire reste en contact avec le matériau filtrant jusqu'à ce que le degré de neutralisation souhaité soit obtenu. L'eau traité est ensuite évacuée par 30 une pompe de soutirage (3). Sur la figure 2 est représenté un exemple d'utilisation de substances neutralisantes en présentation liquide. La présentation liquide (4) est incorporée par une pompe doseuse (5) dans une cuve de neutralisation (2) avec l'eau à traiter. Selon le volume à traiter, un dispositif 2946975 -2- d'agitation (6) est nécessaire. Le débit du réactif liquide de neutralisation est régulé par contrôle 35 du pH final à l'aide d'électrode (7) de mesure du pH. L'eau traitée sort du mélangeur par une pompe de soutirage (3). Sur la figure 3 est représenté un exemple d'utilisation de substances neutralisantes en présentation gazeuse. La présentation gazeuse s'utilise par diffusion du gaz dans l'eau à traiter, placée dans une cuve de neutralisation (2). Lors de la remontée du ~aa vers la surface, des 40 échanges moléculaires se produisent et font varier le pH. Cette méthode nécessite l'utilisation d'un matériel de diffusion (8) associé à des contrôleurs de pression (9) et de dosage (5), et un évaporateur (10). Il n'existe pas de dispositif autonome permettant de neutraliser le pH de l'eau à traiter sans avoir besoin de matériel complémentaire d'administration des substances réactives et/ou de 45 mesure du pH (avant et/ou après l'étape de correction), tout en garantissant un niveau de pH après correction proche de 7. L'invention présentée a pour but de remédier à cette contrainte en proposant un dispositif autonome sous forme solide d'apport de substances alcalinisantes à dissolution progressive pour neutraliser (pH final proche de 7) le pH d'une eau initialement acide, sans avoir recours à du 50 matériel complémentaire. L'intérêt de l'invention réside, d'une part, dans son autonomie ne nécessitant pas d'utilisation d'autres matériels (pompes doseuses électriques, électrodes, ...) et, d'autre part, dans sa capacité de dissolution progressive et proportionnelle au pH initial et au volume d'eau à traiter, y compris lorsque le volume d'eau est en renouvellement constant (fontaine, abreuvoir, 55 ...). La présentation solide est simplement placée en immersion dans l'eau à traiter. L'invention est un mélange solide à base de substances alcalinisantes, qui se dissout progressivement dans une eau acide pour corriger le pH en le remontant jusqu'au point de neutralité (pH final proche de 7). La quantité de substances alcalinisantes dissout dans l'eau est proportionnelle à l'acidité 60 initiale de l'eau et au volume d'eau à traiter : plus l'eau est initialement acide et/ou plus le volume à traiter est important, plus la quantité de substances alcalinisantes dissoute est importante. La dissolution s'arrête lorsque la neutralité du pH est atteinte, ce qui permet de garantir un niveau de pH neutre après correction. Le mélange est composé d'un minimum de 3 matières premières de base mélangées dans 65 les proportions suivantes : carbonate de sodium de 10 à 80 % de la formule ; carbonate de calcium de l 0 à 80 % de la formule ; phosphate magnésien de 10 à 80 % de la formule. 2946975 -3- A cette formulation de base peut être ajoutée, en proportion minoritaire, toute autre matière première pouvant présenter un intérêt technique au traitement de l'eau acide concernée ou à son usage après traitement. Par exemple, dans le cas d'un traitement d'eau de piscine, des 70 substances algicides ou désinfectantes peuvent être ajoutées, ou dans le cas de traitement d'eau potable, l'apport de matières premières oligo-vitaminiques peut être intéressant en tant que complément nutritionnel. Le mélange solide se présente, de façon non restrictive, sous forme de galets circulaires ou de cubes. La forme solide est obtenue après les étapes successives d'homogénéisation, 75 moulage, prise en masse et séchage d'un mélange comprenant 70% des matières premières en poudre et 30% d'eau acide (pH 4 à 5 ; température 10 û 15 °C). La réaction de mélange est exothermique. La prise en masse est quasi instantanée. Il n'y a pas d'étape de chauffage, ni de cuisson. Le temps de séchage est de 2 à 3 jours à température et hygrométrie ambiantes (18°C ; 50%). Pour des applications industrielles, ce temps de séchage peut être réduit par l'utilisation 80 d'une étuve. Après séchage, la forme solide s'utilise en la plaçant en immersion dans l'eau à traiter. Elle se dissout progressivement jusqu'à obtention d'un pH neutre. Après dissolution complète, une nouvelle forme solide doit être à nouveau placée dans l'eau à traiter. La quantité de substances alcalinisantes dissoute est proportionnelle au pH initial de l'eau 85 et au volume d'eau à traiter. Par exemple, dans le cas de la neutralisation d'un volume de 1 m3 d'une eau à pH = 5, une dose solide de 125 g de mélange (produit à 25% d'humidité avant immersion) sera dissoute pour atteindre la neutralité du pH. Le volume de la forme solide peut varier selon l'utilisation du dispositif et doit être adapté au volume d'eau à traiter. La densité du produit est variable selon l'humidité. Par exemple, la densité est comprise entre 1000 et 1500 kg 90 par m3 pour une humidité d'environ 25% avant immersion. La dissolution de la forme solide est quasi-complète. De faibles traces de résidus non dissous peuvent être observées. La dissolution du mélange influence peu la concentration en éléments minéraux de l'eau après neutralisation. L'invention est destinée au traitement de tous types d'eau et fluides acides. Lorsque sa 95 composition est à base de matières premières exclusivement alimentaires, l'invention permet de traiter l'eau d'abreuvement pour humains et animaux. L'industrialisation du procédé de fabrication est réalisable. Les domaines d'activité concernés par l'invention sont, par exemple, l'entretien des piscines et des bassins d'ornement, 2946975 -4- l'agriculture dont l'élevage et la pisciculture, l'aquariophilie, le traitement de l'eau avant 100 utilisation industrielle, le traitement des effluents industriels. On présentera ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, des exemples d'applications du dispositif proposé. Le premier exemple présente une application pour le secteur agricole (élevage) avec le traitement de l'eau d'abreuvement des ruminants. 105 La législation oblige à ce que l'eau utilisée pour l'abreuvement des animaux soit potable. Le pH de l'eau d'abreuvement des animaux influe sur la santé de l'animal selon son système digestif. Pour les espèces monogastriques (porc, volaille, chien, chat, ...), la consommation d'une eau légèrement acide intervient comme facteur bénéfique de prévention des pathologies digestives (diarrhées, entérotoxémies, ...). En revanche, pour les espèces ruminants (bovins, 110 ovins, caprins, camélidés, ...), la consommation d'une eau acide accentue la gravité d'une pathologie bien décrite, l'acidose ruminale, et pénalise la santé de l'animal. Dans le cas des animaux de rente (bovins, ovins, caprins), l'impact négatif de l'abreuvement avec une eau acide sur la santé de l'animal dégrade ses performances zootechniques et donc la rentabilité de l'élevage. 115 Le rumen des ruminants peut être assimilé à une cuve de fermentation où travaille une microflore bactérienne composée de bactéries cellulolytiques (qui digère la cellulose) et amylolytiques (qui digère l'amidon) et de protozoaires. Ces bactéries sont très sensibles aux variations de pH et leur activité métabolique est maximale lorsque le pH du rumen est supérieur à 6. 120 L'acidification du rumen est naturelle suite à la dégradation des composés alimentaires en acides gras volatils (AGV) par la microflore du rumen. Le ruminant est équipé de systèmes de régulation (recyclage salivaire de facteurs tampon) qui limitent la baisse de pH du rumen au cours de la journée. Lorsque les systèmes de régulation du pH ruminai du ruminant ne compensent plus 125 l'acidification naturelle du rumen, le pH reste régulièrement en dessous de 5.5 au cours de la journée, le ruminant est alors médicalement décrit en état de sub-acidose. Ce phénomène se produit lorsque le ruminant consomme des fourrages conservés acides (ensilages de maïs ou herbe) associés à des aliments énergétiques rapidement fermentescibles (riches en céréales notamment). La consommation d'une eau acide amplifie alors le phénomène car l'eau est sur le 130 plan quantitatif le premier ingrédient de la ration. Elle influence donc significativement le pH final du mélange alimentaire. 2946975 -5- Les systèmes d'abreuvement des ruminants sont constitués de bacs de 20 à 1000 litres à renouvellement d'eau proportionnel à la consommation (bac à. niveau constant). La figure 4 montre l'utilisation du dispositif dans un abreuvoir (11). La forme solide (12) est placée à 135 proximité du point d'arrivée d'eau (13). Ceci permet de corriger en continu le pH de l'eau bue par les animaux au cours de son renouvellement. Les animaux consomment ainsi une eau à pH neutre. Lorsque la forme solide est totalement dissoute, une nouvelle forme solide doit la remplacer dans l'abreuvoir. Etant donné les propriétés de dissolution proportionnelle au pH 140 initial de l'eau et l'arrêt de la dissolution lorsque la neutralité est atteinte, des quantités importantes du dispositif peuvent être disposés dans le bac pour diminuer la fréquence de renouvellement. Les effets positifs de l'utilisation du dispositif de correction du pH ont été mesurés chez la vache laitière et ont mis en évidence une augmentation significative de la production laitière et 145 de matière utile (matières grasses et protéiques) dans le lait, une amélioration des performances de reproduction, une réduction des symptômes d'acidose et une amélioration de l'état général et de la santé des individus Ces résultats sont extrapolables à toutes les autres espèces de ruminant (ovin, caprin, ... ). Le dispositif contribue donc à la préservation de la santé des animaux, à l'amélioration des 150 performances zootechniques et à la rentabilité des élevages. Le deuxième exemple présente une application pour le secteur industriel avec le traitement des effluents acides. Dans le secteur industriel, de nombreuses industries émettent des effluents acides au cours de leur procédé. Par exemple, on peut citer l'industrie des produits phytosanitaires lors du 155 lavage et purification des composés, l'industrie chimique lors de la synthèse des colorants, l'industrie textile lors des étapes de teinture et blanchiment, les industries agro-alimentaires lors du lavage des installations. Ces industries sont contraintes légalement à la maîtrise du pH des effluents rejetés dans le milieu naturel. Les effluents acides doivent donc subir une étape préalable de neutralisation 160 avant rejet dans le milieu naturel. Cette étape de neutralisation est également utile pour améliorer l'efficacité du traitement lorsque les effluents ne sont pas rejetés directement dans le milieu naturel mais subissent un transfert et un traitement en station d'épuration. La figure 5 présente un exemple d'utilisation du dispositif dans le cas d'une installation de neutralisation pour effluents industriels. La forme solide du dispositif (12) est alors immergée 2946975 -6- 165 dans une cuve de neutralisation (2) près de l'entrée des effluents (14) à neutraliser. Ceci constitue l'installation autonome de base. Cette installation peut être complétée par des équipements facultatifs, utiles pour la gestion du traitement. Les effluents peuvent être acheminés dans la cuve par une pompe (15). Cette cuve peut être éventuellement équipée d'un agitateur (6) pour homogénéiser les effluents à traiter selon le volume à traiter. La dissolution 170 progressive de la forme solide entraîne la neutralisation du pH des effluents déversés en flux continu ou non dans la cuve de neutralisation. L'évolution peut être suivie par une électrode de mesure du pH (7). Les effluents neutralisés sont ensuite évacués de la cuve par un tuyau de décharge (16) équipé d'une électrovanne (17) pour déclencher, en lien avec la mesure du pH par électrode, l'évacuation des effluents à une valeur de pH comprise entre le niveau de pH initial 175 des effluents acheminés dans la cuve de neutralisation et le pH neutre. La forme solide du dispositif placée dans la cuve doit être renouvelée avant dissolution complète pour assurer en continu le phénomène de neutralisation. Le troisième exemple présente une application pour les particuliers avec le traitement des eaux de piscine. 180 Pour garantir le confort des baigneurs et l'efficacité des produits de désinfection, le pH d'une eau de piscine doit être maintenu à des valeurs comprises entre 7.2 et 7.6. Si la piscine est remplie avec une eau initialement acide, il convient de neutraliser le pH. Le principe de neutralisation de l'eau de piscine avec la forme solide du dispositif proposé consiste à placer cette forme dans les skimmers de la piscine. La dissolution progressive 185 du dispositif va permettre une neutralisation régulière de l'eau de la piscine. La forme solide est à renouveler après dissolution. REVENDICATIONS1) Dispositif de neutralisation du pH pour corriger le pH des fluides acides jusqu'à un pH égal ou proche de 7, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de substances alcalinisantes dont la dissolution dans ledit fluide est progressive et proportionnelle au pH et au volume du fluide et s'arrête lorsque le pH du fluide est égal ou proche de 7. 2) Dispositif de neutralisation du pH selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous une forme solide. 3) Dispositif de neutralisation du pH selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit mélange comprend 10 à 80 % de carbonate de sodium, 10 à 80 % de carbonate de calcium et 10 à 80 % de phosphate magnésien, en pourcentage de la formule. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, au moins une autre substance chimique, organique ou minérale connue pour présenter un intérêt technique pour le traitement de l'eau ou pour l'usage de l'eau traitée. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite substance chimique, organique ou minérale connue pour présenter un intérêt technique pour le traitement de l'eau ou pour l'usage de l'eau traitée est choisie parmi des matières premières oligo-vitaminiques. 6) Dispositif de neutralisation du pH selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il se présente sous une forme cubique, cylindrique, sphérique, annulaire, rectangulaire. 7) Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 pour le traitement de tous les types d'eau acide et de fluides acides. 8) Utilisation selon la revendication 7 pour traiter les eaux d'abreuvement en alimentation humaine et animale. 9) Utilisation selon la revendication 7 pour traiter les eaux ou tous fluides issus d'une activité industrielle. 10) Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes de - préparation d'un mélange comprenant 70% des matières premières en poudre et 30% d'eau acide à un pH de 4 à 5 et à une température comprise entre 10 et 15 °C,- moulage - séchage pendant 2 à 3 jours à température ambiante de 18 °C et hygrométrie de 50% ou à l'aide d'une étuve.