Brevet FR3037821A1 — publié le 20161230

La présente invention se rapporte principalement au domaine des dispositifs et des procédés d'extraction, et éventuellement de récupération, d'éléments polluants ou à valoriser contenus dans un liquide. Ces éléments polluants peuvent être sous une forme dissoute ou émulsionnée. 15 Les applications concernées sont nombreuses, notamment dans le cadre de la dépollution de l'eau par des procédés industriels, de la dépollution des eaux contenant des micropolluants et du traitement des eaux liées aux procédés de production pétrolière et gazière ; ces dernières comprennent, entre autres, les rejets de l'industrie du pétrole et les pollutions marines résultant des accidents 20 de pétroliers qui se multiplient en raison du volume de transport croissant ou du dégazage illégal des pétroliers. Parmi les procédés mis en oeuvre industriellement pour séparer les éléments polluants ou valorisables des eaux qui les contiennent, on connaît : 25 - la décantation statique ou dynamique ; - la floculation ; - la microfiltration, par percolation ou dynamique ; et, - le cyclonage. 3037821 2 La combinaison de ces procédés est souvent nécessaire pour atteindre des objectifs de teneur résiduelle dans les effluents, imposés par la loi dans le cadre de la dépollution ou par les objectifs économiques du procédé industriel concerné. Ces objectifs deviennent de plus en plus contraignants. 5 Parmi les procédés, on connaît également ceux mettant en oeuvre une matière adsorbante, ayant des propriétés adaptées au procédé. Cette matière peut être à la fois oléophile et hydrophobe, dans le cas d'une pollution par des hydrocarbures, ou hydrophiles pour d'autres applications. Plusieurs types de matières adsorbantes - naturelles ou à base de polymères synthétiques - sont connus et ont fait l'objet de recherches appliquées. Leur mise en oeuvre reste cependant difficile du fait des importants volumes de matière adsorbante requis pour le traitement de grandes quantités d'eau et de la difficulté à manutentionner des substances adsorbantes souvent caractérisées par leur faible densité. L'invention a notamment pour but de proposer un système pouvant permettre de traiter des eaux à l'aide de matières adsorbantes, d'en extraire des éléments polluants ou à valoriser, en réduisant le volume de matière adsorbante à manutentionner et en en facilitant la manutention. Selon un premier objet de l'invention, un système pour traiter un liquide contenant un élément polluant ou valorisable est caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un réacteur comprenant une cuve ; et, au moins un porte-matières prévu pour contenir une matière sorbante et pour être disposé dans la cuve ; le porte-matières : - ayant une forme de révolution autour d'un axe vertical dans une position d'usage ; 3037821 3 - comprenant une paroi extérieure de préférence cylindrique perméable à cet élément polluant ou valorisable ; comprenant une paroi interne de préférence cylindrique délimitant un canal axial ; et, 5 un fond, formant avec les parois une auge annulaire pour contenir la matière. Avantageusement, un tel système peut posséder l'une et/ou l'autre des caractéristiques suivantes : 10 la paroi interne est perméable à l'élément polluant ou valorisable ; - le fond (32) est perméable à l'élément polluant ou valorisable ; le réacteur est prévu pour recevoir un empilement de plusieurs porte-matières ; notamment dans ce cas chaque porte-matières comprend des moyens, de préférence tronconiques, pour le centrage des porte-matières 15 entre eux dans l'empilement, ces moyens de centrage étant prévus pour assurer une continuité du canal axial entre ces porte-matières. Dans un premier mode de réalisation, le réacteur peut comprendre des moyens pour la percolation gravitaire du liquide au travers de la matière adsorbante 20 contenue dans chaque porte-matières. Dans un deuxième mode de réalisation, le réacteur comprend des moyens pour mettre en pression le liquide à traiter dans un volume périphérique de la cuve et des moyens pour récupérer le liquide traité qui s'écoule dans le canal. 25 Dans une variante de ce deuxième mode de réalisation, le réacteur comprend des moyens pour mettre en pression le liquide à traiter dans le canal et des moyens pour récupérer le liquide traité qui s'écoule dans le volume périphérique de la cuve. 30 3037821 4 Selon un deuxième objet de l'invention, un procédé pour mettre en oeuvre un système selon l'invention, pour traiter un liquide contenant un élément polluant ou valorisable à l'aide d'une matière sorbante contenue dans un porte- 5 matières, est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement du liquide puis une étape d'essorage de ladite matière maintenue dans ledit porte-matières. Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre 10 d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en élévation, illustrant un premier mode réalisation pour un réacteur selon l'invention, fonctionnant par percolation ; 15 - la figure 2 est une vue schématique en élévation, illustrant un deuxième mode réalisation pour un réacteur selon l'invention, fonctionnant sous pression ; et, la figure 3 est une vue schématique du fonctionnement d'un système selon l'invention, utilisant un réacteur selon l'invention. 20 La figure 1 illustre un réacteur 11 pour l'extraction d'un polluant contenu dans de l'eau. Le réacteur 11 comprend une cuve 12 de forme sensiblement cylindrique autour d'un axe vertical X12. La cuve comprend un fond 13 formant une seule pièce étanche avec une paroi cylindrique 14. La cuve 25 comprend en outre, dans sa partie supérieure, un couvercle amovible 15, prévu pour être assemblé de façon étanche avec la paroi cylindrique 14. Le réacteur comprend des porte-matières 16, de forme annulaire autour d'un axe propre X16. Dans le réacteur, les porte-matières sont empilés les uns sur 30 les autres, sensiblement coaxialement avec l'axe X12 de la cuve 12. Les porte- 3037821 5 matières sont identiques entre eux, interchangeables et amovibles. Ils forment une auge annulaire 18 prévue pour contenir une matière adsorbante 20. Cette matière adsorbante 20 est représentée aux figures par des hachures. L'auge délimite un canal axial 21. Chaque porte-matières 16 comprend en outre, un 5 tronc de cône supérieur 22, formé à une extrémité supérieure du canal 21, et un tronc de cône inférieur 23, formé à une extrémité inférieure de ce canal 21. Chaque tronc de cône inférieur d'un premier porte-matières est prévu pour s'emboîter avec le tronc de cône supérieur d'un deuxième porte-matières disposé juste en dessous ; ainsi, les troncs de cône 22,23 permettent 10 l'emboîtement et le centrage des porte-matières entre eux et autour de l'axe X12 de la cuve 12, tout en assurant une continuité fonctionnelle du canal 21. La cuve 12 comprend en outre une grille 25 prévue pour porter l'empilement 16-16 des porte-matières 16, tout en maintenant un espace 26 entre le fond 13 15 et la grille. La cuve comprend aussi une rigole annulaire 27 formée le long de la paroi 14 de la cuve et dont un bord supérieur 28 est prévu pour être sensiblement affleurant et étanche avec un bord supérieur du porte-matières 16 le plus en haut de l'empilement 16-16. 20 Dans le premier mode de réalisation, illustré à la figure 1, le réacteur 11 fonctionne par percolation. Pour cela : la cuve 12 comprend, en son sommet, un asperseur 31 ; chaque auge 18 comprend une paroi inférieure 32 perméable à l'eau et à ses polluants, tout en retenant la matière dans l'auge. 25 Ainsi : une motopompe P aspire l'eau à traiter selon FA, puis la refoule selon FR jusqu'à l'asperseur 13 ; puis, 3037821 6 l'asperseur en asperge selon F31 la surface de la matière adsorbante 20 contenue dans le porte-matières 16 situé le plus en haut dans l'empilement 16-16 ; puis, cette eau percole dans cette matière puis traverse le fond 32 de l'auge 18 5 correspondante, selon F32 pour atteindre la surface de la matière adsorbante 20 contenue dans le porte-matières 16 situé immédiatement dans l'empilement 16-16 ; ainsi de suite jusqu'à ce que cette eau tombe dans le fond 13 de la cuve, après avoir traversé le fond 32 du porte-matières 16 situé le plus en bas dans l'empilement 16-16 ; 10 au cours de la percolation, l'eau traitée se décharge de ses polluants dans la matière sorbante, de sorte que l'eau dans le fond de la cuve est sensiblement dépolluée. Cette eau dépolluée est collectée selon F13 pour être utilisée ou rejetée dans le milieu naturel. 15 Des éléments polluants coalescés sont recueillis dans la rigole 27 et en sont extraits selon F27, en vue d'un traitement ultérieur et/ou d'une valorisation. La pression dans la cuve du réacteur 11 de la figure 1 est sensiblement égale à la pression atmosphérique. 20 On note que les parois extérieures 36 des porte-matières 16 sont perméables aux polluants, de façon, notamment à pouvoir être essorés, comme cela sera décrit en référence à la figure 3. 25 En référence à la figure 2, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation pour un réacteur selon l'invention, en ce qu'il diffère du premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, les parois internes 37 des porte-matières, qui 30 limitent le canal axial 21, sont perméables au polluant. 3037821 7 Dans cet exemple, un bac 41 est disposé sous la grille 25. Le bac 41 est relié de façon étanche avec le porte-matières 16 le plus bas. La pompe P injecte l'eau polluée au travers du fond 13 de la cuve 12, jusqu'à remplir le volume 5 périphérique 42 de la cuve qui entoure l'empilement 16-16. La pompe P maintient l'eau sous pression dans l'espace périphérique 41 ; ainsi, l'eau polluée diffuse selon F36 au travers des parois extérieures 36, puis dans la matière 20, qui adsorbe progressivement le polluant. C'est ainsi, de 10 l'eau dépolluée qui diffuse ensuite selon F37, au travers des parois internes 37, jusque dans le canal 21. Cette eau s'écoule ensuite le long du canal 21 jusque dans le bac 41, d'où elle est extraite du réacteur 11, selon F41. Comme dans le premier mode de réalisation, les éléments polluants coalescés 15 sont recueillis dans la rigole 27 et en sont extraits selon F27, en vue d'un traitement ultérieur et/ou d'une valorisation. On va maintenant décrire un système 50 de traitement selon l'invention, et un procédé de traitement associé. Un tel système comprend notamment : 20 un réacteur 11 ; un ensemble de porte-matières 16 ; un poste d'essorage 51 ; un poste de vidange 52 ; et, un poste de remplissage 53. 25 Un cycle de fonctionnement courant comprend : étape El : dépollution de l'eau par le réacteur 11 ; puis, étape E2 : une fois la matière adsorbante 20 saturée, les porte-matières 16 sont extraits du réacteur 11 pour être remplacés par des porte-matières 30 contenant de matière sorbante essorée (étape E5) ; puis, 3037821 8 étape E3 : les porte-matières sont essorés dans une essoreuse 56 du poste d'essorage 51, puis ; étapes E4, E5 : les porte-matières ainsi essorés sont réintroduits dans le réacteur, en vue d'une nouvelle étape El de traitement de l'eau. 5 Au cours de l'étape d'essorage, la matière sorbante est maintenue dans le porte-matières ; ce porte matière est mis en rotation dans l'essoreuse 56, de sorte que les polluants migrent dans la matière sorbante 20 sous l'effet de la force centrifuge, jusqu'à diffuser au travers des parois extérieures 36 du porte- 10 matières 16. Les polluants ainsi extraits sont récupérés afin d'être traités, détruits ou valorisés. Ainsi, un même porte-matières, chargé de la même matière sorbante, peut subir plusieurs cycles courants (E1-E5). Durant tous ces cycles, la 15 manipulation de la matière sorbante est facilitée par le porte-matières qui la contient. Après plusieurs cycles courants, la matière sorbante contenue dans un porte-matières est remplacée par une matière neuve ou recyclée, selon un cycle de 20 renouvellement El, E2 E3, E6, E7, E5 qui comprend notamment : étape E3 : essorage ; puis étape E6 : vidange du porte-matières, au poste de vidange 52 ; puis, étape E7 : remplissage du porte-matières avec une matière adsorbante neuve, au poste de remplissage 23 ; puis, 25 - étapes E8, E5 : les porte-matières ainsi renouvelés sont réintroduits dans le réacteur 11, en vue d'une nouvelle étape El de traitement de l'eau. Une étape E9 de stockage des porte-matières peut être prévue avant l'étape E5 de réintroduction dans le réacteur, et après une étape d'essorage E3 ou de 30 remplissage E7. 3037821 9 Avantageusement, un réacteur selon l'invention peut être conçu pour réaliser successivement, l'étape El d'adsorption du polluant, c'est-à-dire de traitement de l'eau, puis l'étape E3 de désorption, c'est-à-dire d'essorage. Dans ce cas, 5 les cycles courants d'adsorption/désorption sont réalisés dans le réacteur sans en extraire les porte-matières. Ceci réduit la fréquence de manutention des porte-matières. Le poste de vidange 52 comprend une trémie de vidange 55 dans laquelle la 10 matière sorbante usagée est déversée. Cette matière usagée peut être détruite ou valorisée. Elle peut aussi être triée, de sorte qu'une partie réutilisable peut servir à nouveau au remplissage d'un porte-matières. Le poste de remplissage 53 comprend une trémie de remplissage 56 pourvue 15 d'un noyau central 57 prévu pour éviter que de la matière se déverse dans le canal axial 21. Dans l'exemple illustré, le poste de remplissage comprend en outre une presse 58 prévue pour compacter la matière sorbante 20 dans le porte-matières 16, afin d'adapter la densité de la matière sorbante aux conditions du procédé. 20 Que ce soit dans le premier ou dans le second mode de réalisation, l'eau dépolluée est de préférence extraite en continue. Le réacteur comprend avantageusement des moyens pour contrôler la teneur en éléments polluants ou à valoriser dans l'eau dépolluée. Lorsque la qualité de l'eau dépolluée baisse, 25 c'est-à-dire qu'elle contient encore trop de polluants, c'est l'indication que la matière sorbante est saturée ; la pompe est arrêtée et les porte-matières sont essorés, afin de régénérer la matière sorbante. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. 30 3037821 -10- Ainsi, si la description qui précède décrit l'extraction de polluants de l'eau, l'invention est aussi applicable à d'autres liquides chargés ou pollués par une matière. Donc, le terme « liquide » employé dans le présent document peut être de l'eau ou tout autre effluent industriel et, d'une manière générale, dans le 5 texte, le mot « eau » s'applique effectivement à de l'eau mais aussi à tout liquide chargé en éléments polluants ou à valoriser. Notamment dans le deuxième mode de réalisation, des intercalaires peuvent être disposés entre chaque porte-matières afin d'orienter la circulation des 10 fluides radialement, relativement à l'axe de la cuve. En outre, dans ce mode de réalisation l'adsorption se réalise de l'extérieur vers le centre. Ceci est en effet l'opération qui parait la plus efficace car permettant, lors de l'essorage, d'avoir la pollution concentrée sur l'extérieur du porte-matières. Mais on peut très bien envisager une alimentation depuis le centre, c'est-à-dire depuis le canal axial, 15 vers l'extérieur. Les réacteurs décrits en référence aux figures comprennent plusieurs porte-matières. Ils peuvent être conçus pour n'en contenir qu'un seul. 20 Un réacteur selon l'invention peut être équipé de moyens de chauffage. Un tel moyen de chauffage est particulièrement avantageux, pour fluidifier le polluant lorsque ce polluant est, par exemple, un hydrocarbure lourd. Le réacteur peut aussi être prévu pour servir d'autoclave, afin de permettre une 25 stérilisation de la matière sorbante. L'essorage n'est pas une étape obligatoire du procédé. On peut envisager le procédé en simple adsorption, sans essorage, dans les cas où l'adsorption est non réversible, quand l'agent est en fin de vie ou quand il n'est pas 30 financièrement intéressant d'essorer ; le porte-matières est alors vidé de sa 3037821 charge, c'est-à-dire à la fois de l'adsorbant et du polluant qu'il contient, charge qui est détruite. Le porte-matières est ensuite rechargé en adsorbant neuf avant d'être recyclé. Un porte-matières n'a donc pas besoin d'être essoré pour être réutilisé. 5 Dans le cas où la matière est essorée, elle peut être essorée en continu. Par exemple, chaque porte-matières peut être vidé dans une essoreuse fonctionnant en continu, avant d'être rechargé en matière adsorbante neuve ou recyclée. 10 Dans le cas où l'eau polluée, à traiter, contient des particules solides, il est avantageux d'éliminer ces particules, ou au moins les plus grossières, en amont du procédé d'adsorption. Ceci pourra se réaliser, par exemple, par tamisage ou par décantation statique ou dynamique. 15 La présente invention s'applique au traitement des eaux par la mise en oeuvre de matières adsorbantes et permet : le traitement d'eaux, ou plus généralement de liquides, chargés en éléments polluants ou à valoriser et permettant la séparation de ces 20 éléments et de l'eau, d'extraire des éléments polluants ou à valoriser des eaux qui les contiennent, et ce, de manière industrielle, en utilisant une matière adsorbant ces éléments au dépend de l'eau, de réduire le volume de matière adsorbante à manutentionner, 25 de faciliter la manutention de la matière adsorbante, et, de restitution, le cas échéant, des éléments polluants ou à valoriser ainsi extraits de l'eau et contenus dans la matière adsorbante, et donc, le recyclage de la matière adsorbante sur plusieurs cycles consécutifs. 3037821 -12- Un procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre directement sur un site de production d'hydrocarbure ou sur un site pollué ; il peut aussi être sur un site central de retraitement. L'eau dépolluée peut être rejetée ou réutilisée pour l'exploitation du site. 5 REVENDICATIONS1. Système (50) pour traiter un liquide contenant un élément polluant ou valorisable, caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un réacteur (11) comprenant une cuve (12) ; et, au moins un porte-matières (16) prévu pour contenir une matière sorbante (20) et pour être disposé dans ladite cuve (12) ; ledit porte-matières : - ayant une forme de révolution autour d'un axe (X16) vertical dans une position d'usage ; comprenant une paroi extérieure (36) de préférence cylindrique perméable audit élément ; comprenant une paroi interne (37) de préférence cylindrique délimitant un canal axial (31) ; et, comprenant un fond (32), formant avec lesdites parois (36,37) une auge annulaire pour contenir ladite matière (20). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne (37) est perméable à l'élément polluant ou valorisable. 3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fond (32) est perméable à l'élément polluant ou valorisable. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réacteur est prévu pour recevoir un empilement (16-16) de plusieurs porte-matières (16). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les porte-matières comprennent chacun des moyens (22,23), de préférence tronconiques, pour le centrage des porte-matières entre eux dans l'empilement, lesdits 3037821 -14- moyens de centrage (22,23) étant prévus pour assurer une continuité du canal axial (21) entre lesdits porte-matières. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le 5 réacteur (11) comprend des moyens (P, 31) pour la percolation gravitaire du liquide au travers de la matière adsorbante contenue dans chaque porte-matières. 7. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le 10 réacteur (11) comprend des moyens (P) pour mettre en pression le liquide à traiter dans un volume périphérique (42) de la cuve, et des moyens (41) pour récupérer le liquide traité qui s'écoule dans le canal (21). 15 8. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réacteur (11) comprend des moyens (P) pour mettre en pression le liquide à traiter dans le canal (21), et des moyens pour récupérer le liquide traité qui s'écoule dans un volume périphérique (42) de la cuve. 20 9. Procédé pour mettre en oeuvre un système (50) selon l'une des revendications précédentes pour traiter un liquide contenant un polluant à l'aide d'une matière sorbante contenue dans un porte-matières, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement du liquide (El) par adsorption dudit élément polluant ou valorisable. 25 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure de désorption par essorage (E3) de ladite matière maintenue dans ledit porte-matières.