WO2006030162A1 - Procede et dispositif de traitement d'un fluide par electrolyse. - Google Patents

Procede et dispositif de traitement d'un fluide par electrolyse. Download PDF

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fluid
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water
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Pascale Thery
Hélène FRANCY-CHAUSSON
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Saint Gobain SEVA SA
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Definitions

  • the present invention relates to a process for treating a fluid and especially at least decarbonation of water in a reactor, said reactor comprising at least one anode that can be connected to a positive terminal of a current generator and to the minus one cathode that can be connected to a negative terminal of said current generator. It relates more particularly to the major improvement of the performance of such a method and the associated device, both during the treatment of the fluid and during the cleaning of the electrodes used in the implementation of the electrolysis decarbonation process.
  • the immediate precipitation of the calcium carbonate is carried out in the electrolytic treatment chamber: the electrolysis is carried out between an anode and a cathode within the water to be treated which constitutes the electrolyte, by first constituting the cathode a thin and porous adhesive coating comprising calcium carbonate intended for to promote the growth by nucleation and the formation of germs which support the birth of calcium carbonate crystals.
  • a gas flow is produced only through the pores of the cathode (by gas blowing or by hydrogen generation in situ by electrolytic reduction of water) so that crystals that form on said porous coating are peeled off from it by the action of the gas flow.
  • This method is implemented in a reactor comprising a vessel and two series of parallel plates forming anodes and cathodes, which the liquid to be treated runs upward.
  • the electrochemical reaction causes the precipitation of CaCO 3 in the basic medium created in the vicinity of the cathode (s).
  • This CaCO 3 falls partly in the bottom of the reactor where it is discharged regularly, but another part remains on the cathodes.
  • TH Hydrophilimetric Title
  • TAC Frull Alkalimetric Title
  • the TAC is the content of a water in alkalis (hydroxides), in carbonates and alkali or alkaline earth bicarbonates (or hydrogen carbonates).
  • pH s which is the saturation pH
  • An object of the invention is to propose a major improvement of the processes of the prior art by providing a reliable decarbonation process, whose instantaneous and overall yields can be increased by at least 40%, or even 50%, or even more .
  • Another object of the invention is to provide a water decarbonation process that is at least partially or completely automatic, including self-cleaning phases that require no or little human intervention.
  • the present invention thus relates in its broadest sense to a process for treating a fluid and in particular at least decarbonation of water according to claim 1.
  • This process is carried out in a reactor, this reactor comprising at least one anode connectable to a positive terminal of a current generator and at least one cathode connectable to a negative terminal of said current generator.
  • the fluid undergoes intensive stirring inside said reactor.
  • intensive stirring in the sense of the present invention is meant that the fluid is subjected to an additional mixing action, adding to the simple movement of the fluid under the action of the introduction of the fluid to be treated and the recovery of treated fluid.
  • the present invention is based on a quite surprising observation: the inventors have found that additional stirring in the reactor has the consequence both of improving the instantaneous yield of the reactions, but also of facilitating the reaction. cleaning: They realized that, for a reason still unknown, the crystallization of the calcium carbonate takes place in a very particular form when the electrolyte is subjected to a mixing at the level of the
  • the process according to the invention has several alternative or cumulative variants for carrying out intense stirring inside the reactor.
  • said stirring is performed by injecting gas into said fluid at a flow rate at least substantially equal to that of the fluid and preferably from 2 to 10 times that of the fluid.
  • the air supply flow rate is preferably:
  • said stirring is performed by recirculation R carried out by suction of said fluid at at least one location in said reactor and discharge of said fluid to at least another location in said reactor.
  • a recirculation R is preferably operated between a buffer tank and a treatment tank of said reactor and in that the raw water is introduced not into the treatment tank, but into the tank. buffer and distributed treated water is taken not from the treatment tank, but from the buffer tank.
  • This recirculation flow R is preferably from 4 to 20 times greater, and more preferably of the order of 10 times greater, than the average flow rate of treated water delivered at the outlet of the buffer tank.
  • the recirculation flow rate R in liters per hour is, preferably at least 10 times, or even at least 50 times, greater than the volume in liters of the treatment tank from which the fluid is drawn and in which the fluid is discharged.
  • said stirring is operated by at least one mechanical means such as an agitator or a propeller, driven by a movement inside said reactor.
  • said intense stirring is permanently proportional to the fluid flow, the proportion may preferably vary, especially during a cleaning phase.
  • At least one and preferably all cathodes (s) present (s) a corrugated surface.
  • the depth p of a corrugation and preferably of all the corrugations (s) is at least 2 mm relative to the mean plane of said cathode.
  • the distance between the mean plane of a cathode (C) and the average plane of the adjacent anode (A) is between 10 and 60 mm and preferably between 20 and 30 mm.
  • said cathode at least to be cleaned is connected to a positive terminal of a current generator and is preferably subjected to a current intensity of the current. from 3 to 30 Am 2 , especially from 5 to 20 Am 2 and preferably of the order of 10 Am -2 .
  • said cathode at least to be cleaned is connected to a positive terminal of a current generator and is preferably subjected to a current intensity of the order of 1 to 3 times the current intensity used to perform said treatment.
  • a current is applied across said current generator which is connected to said cathode at least to clean for a period, preferably of the order of one to several minutes.
  • the conductivity of the fluid can be increased, in particular to a value of between 800 and 8000 microns per centimeter.
  • one solution consists in adding at least one salt, preferably neutral, of the Na 2 SO 4 type .
  • said cleaning phase is preferably programmed to be performed automatically at regular intervals, for example every week to every month or every three months, or on instruction of a measuring system, that is, that is, without human intervention or with very light human intervention.
  • the present invention also relates to a reactor for treating a fluid and especially at least decarbonation of water for the implementation of the method according to the invention.
  • the treatment reactor comprises at least one anode that can be connected to a positive terminal of a current generator and at least one cathode that can be connected to a negative terminal of said current generator and is characterized in that it comprises means for intense stirring inside said reactor and more specifically inside the treatment tank.
  • said intense stirring means are preferably constituted by at least one porous pipe or pierced with micro-holes, said pipe being fed by a pump or a pressure reducer, for formation of bubbles in the fluid, especially air bubbles or nitrogen.
  • said micro-holes preferably have a diameter less than or equal to 2 mm and preferably less than or equal to 1 mm.
  • said intense stirring means are preferably constituted by at least one fluid extraction mouth, at least one fluid discharge mouth and at least one a pump positioned between said extraction mouth and said discharge mouth.
  • said intense stirring means are preferably constituted by at least one mechanical means such as an agitator or a propeller, as well as a drive system capable of driving said moving mechanical means within said reactor.
  • At least one and preferably all cathodes (s) present (s) a corrugated surface.
  • the depth (p, p ') of a corrugation and preferably of all the corrugations (s) is at least preferably 2 mm.
  • the distance between the mean plane of a cathode and the mean plane of the adjacent anode is between 10 and 60 mm and preferably between 20 and 30 mm.
  • the current generator used is preferably capable of generating a current density of the order of 3 to 30 Am -2 , especially 5 to 20 Am -2, and preferably of the order of 10 Am- 2 in said cathode (s)
  • the reactor preferably comprises automatic control means for automatically cleaning said cathode. less to clean at regular intervals or on instruction of a measuring system.
  • Said cathodes are preferably positioned on supports facilitating their extraction.
  • the reactor may comprise means for guiding the electrodes, preferably positioned outside a treatment tank.
  • the present invention thus makes it possible to implement a method of electrolysis treatment, and particularly of decarbonation of water, which is particularly efficient and which may comprise a phase of cleaning the electrodes and which may be at least partially or totally automated.
  • these phases being very short and very effective, it is possible to achieve them in masked time, without interrupting the extraction of fluid from the reactor.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary schematic diagram of a decarbonation reactor according to the invention
  • FIG. 2 illustrates the diagram of the decarbonation reactor of FIG. 1 during decarbonation
  • FIG. 3 illustrates a perspective view of a decarbonation reactor according to the invention
  • FIG. 4 illustrates an exploded view of the decarbonation reactor of FIG. 3
  • FIG. 5 illustrates the cathode extraction step of the decarbonation reactor of FIG. 3
  • Table 8 illustrates the variation of abatement and voltage during a 60-day test period of a reactor such as that illustrated in Figure 7;
  • FIG. 10 illustrates a first exemplary embodiment of the intense stirring means by fluid recirculation;
  • FIG. 11 illustrates a second exemplary embodiment of the intense stirring means by fluid recirculation
  • Table 12 illustrates the variation of abatement as a function of the average contact time in minutes for a reactor such as that illustrated in FIG. 11;
  • FIG. 13 illustrates an exemplary embodiment of the intense stirring means by setting in motion a mechanical means
  • FIG. 14 illustrates a vertical sectional view of a baffled reactor, the baffles being formed with cathodes and solid anodes and the fluid passing through the top and bottom of the electrodes;
  • FIG. 15 illustrates a top view of a baffled reactor, the baffles being formed with cathodes and solid anodes and the fluid passing through the right and the left of the electrodes;
  • FIG. 16 illustrates a vertical sectional view of a baffled reactor, the baffles being formed with cathodes and deployed anodes and the fluid passing through the top and bottom of the cathodes and through the anodes;
  • FIG. 17 illustrates an exemplary schematic diagram of the decarbonation reactor of FIG. 1 during a cleaning according to a first solution, by polarity inversion;
  • FIG. 18 illustrates a corrugated anode according to the invention
  • FIG. 19 illustrates a partial view of an exemplary embodiment of the corrugations of the anode of FIG. 18
  • FIG. 20 illustrates a partial view of another embodiment of the corrugations of the anode of FIG. 18;
  • Figure 21 illustrates the evolution of the abatement with respect to the current density, firstly for a corrugated cathode and secondly for a flat cathode under identical experimental conditions.
  • FIG. 1 illustrates the schematic diagram of a known type of decarbonation treatment device or reactor (1) consisting of a current generator (2), a tank (3) and at least one anode ( A) and a cathode (C) positioned inside the vessel (3) and electrically connectable to said generator (2).
  • Each anode (A) and each cathode (C) consists of a plate positioned substantially vertically and illustrated here in plan view.
  • the fluid to be treated in this case water, circulates inside the hollow right parallelepiped treatment vessel (3), between the anodes and the cathodes.
  • the cathodes consist for example of a flat plate made of 316L stainless steel and the anodes are of the "non-consumable" type DSA (Dimensionally Stable Anode), for example made of titanium coated with noble metals (IrO 2 , Ir, Ta, Ru,. ..).
  • DSA Dissionally Stable Anode
  • the anodes are electrically connected to each other by means of a bus-bar (BA) and the cathodes are electrically connected to each other using a bus-bar (BC).
  • BA bus-bar
  • BC bus-bar
  • the tank (3) is mounted on a frame (4) comprising a hopper forming the bottom of said tank (3).
  • the anodes (A) are fixedly positioned inside the tank (3) but the cathodes (C) are extractable because they are all supported by longitudinal supports (5, 5 '), themselves supported by a trolley ( 6).
  • guide means (10) are provided. These guide means consist, on the illustrated version, of at least one vertical cylinder, and preferably two vertical cylinders, connected (s) rigidly to the carriage (6) and each cooperating with a vertical cylindrical tube, by sliding to inside said tube or tubes. Centering devices are also provided. All these means are provided outside the tank (3), to protect them from the action of the treatment.
  • the extraction of the cathodes is made easier thanks to a removable electrical connector of the socket-lug type. This system makes it possible to connect and disconnect the connections easily manually and facilitates the extraction of the electrodes.
  • the fluid is introduced through the orifice (9) located in the upper part of the hopper (4) and flows overflow by an evacuation located in the upper part of the tank (3).
  • the mouth (8) located at the lower end of the hopper allows the evacuation of calcium carbonate removed from the water and unhooked cathodes, this mouth also allows the emptying of the tank.
  • the fluid undergoes intensive mixing inside the reactor (1) and more precisely inside the tank (3).
  • FIGS. 6 to 8 illustrate different alternative or cumulative versions of the first variant embodiment of the intense stirring according to which said intense stirring means consist of at least one porous pipe (11, 11 ', 11 ", 11'") or pierced with micro-holes (illustrated by dots), said pipe being fed by a pump or a pressure reducer (not shown), for the formation of bubbles in the fluid, in particular air or nitrogen bubbles.
  • said intense stirring means consist of at least one porous pipe (11, 11 ', 11 ", 11'") or pierced with micro-holes (illustrated by dots), said pipe being fed by a pump or a pressure reducer (not shown), for the formation of bubbles in the fluid, in particular air or nitrogen bubbles.
  • Air or nitrogen is introduced into the pipe via a bubbling orifice (12, 12 ', 12 ", 12'").
  • the hose (11) is wound around the water inlet pipe located longitudinally substantially horizontally, in the top of the hopper, perpendicular to the electrodes, about 15 cm from them.
  • the hose (11) is wound so that it forms at least one loop on itself per meter of water inlet hose.
  • This pipe is of the type used for automatic watering of gardens.
  • the pipe (H ') is rigid and positioned on the entire inner periphery of the hopper, in its upper part, by welding a pipe inside the frame.
  • ⁇ TH obtained without bubbling is 12 ° F
  • ⁇ TH obtained with bubbling using an air flow of 25 L / Min, 10 times higher than the water flow is 16.6 0 F
  • a gain of 4.6 0 F was thus obtained, which represents nearly 40%.
  • the volume of the equipment can be reduced by about 30%.
  • the pH is increased by bubbling and becomes identical to the initial value.
  • FIG. 8 illustrates the evolution of the voltage (V in Volts) and of the reduction (in 0 F) over a period of 60 days (on the abscissa) during which the bubbling test was carried out.
  • At least one rigid pipe (H ") is positioned substantially transversely in the top of the hopper, that is to say parallel to the electrodes, and / or at least one pipe (H '") rigid is positioned substantially longitudinally in the top of the hopper, that is to say perpendicular to the electrodes.
  • two rigid transverse pipes (H ") and two rigid longitudinal pipes (H ') are used. These pipes can communicate with each other at their intersection to facilitate the distribution of air or injected gas.
  • the intense bubbling makes it possible to raise the pH from 0 to 2 points.
  • the intense bubbling allows the degassing of free chlorine from water.
  • a certain concentration of free chlorine is profitable because it makes it possible to disinfect the water.
  • An excess of free chlorine is however harmful since it greatly accelerates the corrosion metals in the water
  • the intense bubbling thus allows degassing and evacuating the free chlorine in the atmosphere so that the corrosivity of the water is acceptable
  • the intense bubbling makes it possible to reduce the concentration of free chlorine from a factor of 5 to 20 to zero values.
  • the layer of limestone formed on the cathodes is porous, friable and powdery. Its density is 1.3 and a portion of the limestone formed falls to the bottom of the treatment tank.
  • the most surprising effect of gas bubbling is that the layer of limestone formed on the cathodes is very dense, very hard and very compact. Its density is 1.9. It covers the entire cathode. Beads cover the edge edges of the cathode plates. Moreover, all the limestone extracted from the water remains attached to this layer. There is no deposit of limestone to evacuate from the bottom of the treatment tank. It is therefore all the more surprising to note that the adhesion of the limestone layer formed in the presence of gas bubbling on the cathode plates is very low, or almost zero.
  • the holding of the limestone layer is in fact achieved by the total recovery of the cathode plates. These are taken in a limestone shell. If the edge beads are broken by hand, the limestone layer falls into heavy plates that can make the entire surface of the cathode. It is also possible to perform this stall by exerting a bending on the cathodes so as to break in a few pieces this limestone plate. Large slabs of limestone stand out then. Calcium carbonate does not adhere to the cathode at all. Once the shell is broken the plates of the cathodes are bare, with large shiny surfaces.
  • This cleaning area can be a simple waste bin; 3. Bending cathodes or breaking the edges of limescale shells by hand or with a small tool (small hammer, pliers); The limestone then falls into plates in the cleaning area where it can easily be recovered;
  • the air supply flow rate is measured and adjustable (flow meter, pressure gauge, control valve).
  • This compressor or booster is connected to a pipe (11, 11 ', 11 ", 11'") serving as a gas nanny and placed at the bottom of the treatment tank, under the electrodes.
  • the feeding of this nurse may be flexible or rigid. It can pass through the top of the tank or through the wall of the tank.
  • the nurse is located in the tank, under the electrodes at a distance of 50mm to 2000mm of the latter. It is composed of at least one flexible or preferably rigid tube. If this tube is rigid it ensures the positioning and the mechanical maintenance of the diffusers at the bottom of the tank.
  • the nurse may also be composed of a network of tubes connected together.
  • a single tube is positioned parallel to the length of the treatment tank. It can be positioned on a tank edge or preferably in the center to keep the symmetry of the installation.
  • Bubble diffusers are connected to this nurse. They can be circular or tubular. They can be pierced with slits 0.5 mm to 4 mm long or holes 0.3 mm to 3 mm in diameter.
  • the "fine bubble" type diffusers used for the oxygenation of the purification basins will be used.
  • These membrane diffusers will preferably be tubular so as to allow deposits to fall to the bottom of the tank without clogging the pores of the diffusers.
  • the bubble diffusers are made of an EPDM elastomeric membrane pierced with slots 1.1 mm long and 0.3 to 3 mm wide. The air is blown through these diffusers and gives bubbles of 3 mm diameter on average (0.5 to 5 mm). The number of orifices per unit area is between 7 and 20 per cm 2 .
  • tubular "thin bubble" diffusers will preferably be arranged perpendicularly to a rigid and central nurse, on a horizontal plane, over the entire width of the treatment tank.
  • the spacing between two diffusers can be between 200 mm and 800 mm.
  • FIG. 10 illustrates a first exemplary embodiment of the second intense stirring variant according to which said intense stirring means consist of two independent suction / discharge systems.
  • Each system has a fluid extraction port (13), a fluid delivery port (14) and a pump (15) positioned between said exhaust port and said delivery port, pipes (16, 16 '). connecting each mouth to the pump.
  • suction / discharge system comprising a single pump but several fluid extraction mouths and / or several fluid discharge mouths.
  • the fluid extraction and fluid discharge mouths are located opposite, substantially at the same height in the top of the hopper, in the longitudinal end faces, about 15 cm below the electrodes.
  • FIG. 11 Another intense recirculation stirring configuration R is illustrated in FIG. 11.
  • the stirring is effected by recirculation on an intermediate storage tank called a buffer tank (30).
  • the operation of this configuration is as follows:
  • Recirculation R consists of pumping the water to be treated from this buffer tank (30) into the tank (3) and discharging into the same buffer tank (30) the treated water leaving the tank (3). ).
  • the finally distributed water (32) not being taken from the tank (3), but from the buffer tank (30).
  • the recirculation flow rate R is 4 to 20 times greater than the average flow rate of treated treated water (32) at the outlet of the buffer tank (30). .
  • the contact time for recirculating the water in the reactor defined as the reactor volume divided by the recirculation flow rate, is then from 2s to 60s.
  • FIG. 12 illustrates the reduction measured as a function of the contact time with two different recirculation flow rates R, one at 5000 1 / h and the other at 2000 1 / h and without recirculation (SR). These measurements were made with a treatment tank of 26 liters, a buffer tank of 860 liters and a flow of raw water (28) from 0 to 138 1 / h.
  • the average contact time TCM is defined as the treatment volume divided by the raw water flow rate.
  • the TCM without recirculation then represents the average contact time for the raw water that flows directly into the treatment tank and not into the buffer tank.
  • the operation of the treatment is operated according to the quality of the water in the buffer. This quality is not constant as a function of the volume of the raw water supply and the design of the treatment tank and the buffer tank.
  • This operation is particularly recommended when a buffer tank is necessary, for example in case of need of very important but very punctual treated water or on semi-open cooling towers where the water can be treated as and when it is needed. concentrates.
  • the operation is safer because even in case of failure on the water treatment, there is no risk of water supply failure. If it is necessary to have a constant quality of treated water, it suffices to block the raw water supply flow at a constant value and to make sure that the water is perfectly mixed in the buffer. This operation is then indicated in all conditions.
  • FIG. 13 illustrates an exemplary embodiment of the third intense stirring variant according to which said intense stirring means consist of at least one mechanical means (17), in this case a propeller, driven in rotational movement inside the reactor (1) by a drive system (18) consisting of a reduction housing, a substantially vertical drive shaft and an electric motor, this motor being positioned under the hopper, outside the reactor.
  • a drive system (18) consisting of a reduction housing, a substantially vertical drive shaft and an electric motor, this motor being positioned under the hopper, outside the reactor.
  • the propeller here comprises four blades and has a diameter of about 25 cm. It is also possible to provide several propellers, driven, preferably each by the same engine, to reduce costs.
  • stirrer of the magnetic stirring-type consisting of a capsule of magnetic material, situated inside the tank (3), under the electrodes, and rotated by a magnetic plate loaded inversely.
  • FIGS. 14 to 16 illustrate other exemplary embodiments of the third intense stirring variant according to which said intense stirring means are formed by forcing the circulation of the fluid inside the treatment tank (3) to follow a path having a plurality of baffles.
  • each anode / cathode pair can be considered as a mini-reactor. All these mini-tankers are assembled in the tank side by side, in parallel, which divides all the speed of the water between the plates. To ensure intense mixing, it is then possible to put the reactors in series so that the water passes successively and at high speed in the vicinity of all the cathodes. This can be achieved by circulating the water through a network of baffles preferably formed by all the electrodes. The electrode planes are preferably placed vertically to allow the deposition of limestone in the lower part.
  • the fluid passes successively from above and below the electrodes during the treatment.
  • the fluid passes successively through the right and left ends of the electrodes during the treatment.
  • the fluid passes successively from above and below the cathodes and through the anodes during the treatment.
  • the first two devices require solid anodes AP which may consist for example of a titanium plate coated with noble metal oxide (DSA type anodes).
  • the third device requires an expanded metal anode AD coated with noble metal oxide to which is added a porous membrane allowing the electric current to pass but a loss of charge when the water passes sufficient to force the passage of the water through the baffles.
  • FIG. 17 illustrates a cathode cleaning solution according to which electrolysis is operated for a few moments by inverting the polarities of the generator (2).
  • the "cathodes” in stainless steel are connected to the positive pole of the generator (2) via the bus-bar (BC) and titanium “anodes” are connected to the negative pole of the generator (2) via the bus-bar (BA).
  • Tests have shown the effectiveness of polarity reversal for a limited time and at a given current density to clean all cathodes at once.
  • Another cleaning solution consists, for example, particularly for reactors without a large number of cathodes, to specifically introduce an electrode or two electrodes reported (E, E ') in stainless steel during the cleaning operation in the reactor (1), close to a cathode to clean and perform for a few moments (of the order of minutes) electrolysis between this (or these) electrode (s) reported (s) and the (or) cathode (s) to be cleaned, transforming this (or these) cathode (s) to be cleaned in anode time cleaning.
  • a third cleaning solution called “cathode-cathode electrolysis cleaning” or “cathode-cathode inversion cleaning” consists of connecting one stainless cathode on two to the + pole and the other stainless cathodes to the pole - in order to clean the polarized electrodes positively; then reverse the current to clean the second half of the stainless steel electrodes.
  • the iridium oxide-coated titanium grids (the decarbonation anodes) are not electrically connected during cleaning and thus are not likely to be damaged during cleaning.
  • cathodes pairs anodes For the cleaning of even cathodes it is sufficient to make the cathodes pairs anodes by connecting them to a positive terminal of the generator and putting back cathodes odd cathodes, that is to say by connecting them to a negative terminal of the generator.
  • the cleaning of the cathodes is possible by electrolysis between two cathodes. It was performed on a weakly scaled cathode with a current density 1 to 3 times higher than the nominal density (8 A.nf 2 ). The electrolysis between 2 cathodes requires a voltage approximately 2 times higher at current density identical to the standard conditions due to a doubled electrolyte thickness.
  • the circulation of the fluid is preferably interrupted because during this phase the fluid is not effectively treated; however, during the polarity inversion the intensive stirring means are implemented to further accelerate the stall effect by inversion.
  • the circulation of the fluid is not necessarily interrupted during the cleaning because there are applications for which it is essential that the flow of water used is not interrupted, but for which it accepted that for short periods the water is not effectively treated.
  • corrugated (C, C ) cathodes were made.
  • cathodes have longitudinal waves over their entire surface, as can be seen in Figure 18, whose depth (p, p ') is at least 2 mm the the
  • the gain in cathode surface can thus be 50% to 75% and even up to 100%, even 120%.
  • the corrugations may, in cross-section, be U-shaped, as shown in FIG. 19, or V-shaped, as shown in FIG. 20, these shapes being reversible with respect to the following, or all in the same direction .
  • They can also be V-shaped with a cut bottom.
  • FIG. 21 thus illustrates, for an identical contact time of 37 min, the evolution of the reduction ( 0 F) in ordinate with respect to the current density (in A / m 2 ) on the abscissa, on the one hand for a corrugated cathode (solid line) and secondly for a flat cathode (dotted line) under the same experimental conditions.
  • using lower current densities allows for lower power consumption.

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de traitement d'un fluide et notamment au moins de décarbonatation de l'eau dans un réacteur (1), ledit réacteur (1) comportant au moins une anode (A) pouvant être reliée à une borne positive d'un générateur de courant (2) et au moins une cathode (C) pouvant être reliée à une borne négative dudit générateur de courant (2), caractérisé en ce que ledit fluide subit un brassage intense à l'intérieur dudit réacteur (1).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'UN FLUIDE PAR
ELECTROLYSE
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'un fluide et notamment au moins de décarbonatation de l'eau dans un réacteur, ledit réacteur comportant au moins une anode pouvant être reliée à une borne positive d'un générateur de courant et au moins une cathode pouvant être reliée à une borne négative dudit générateur de courant. Elle concerne plus particulièrement l'amélioration majeure des performances d'un tel procédé et du dispositif associé, tant pendant le traitement du fluide que pendant le nettoyage des électrodes utilisées lors de la mise en œuvre du procédé de décarbonatation par électrolyse.
Le carbonate de calcium (CaCO3), appelé communément calcaire, est contenu naturellement dans l'eau. Des conditions d'utilisation de l'eau font qu'il peut précipiter, générant différents types de problèmes coûteux pour l'utilisateur et notamment au niveau industriel, par entartrage des circuits de distribution, de refroidissement, ... voire par la dégradation des résultats dans les procédés industriels de fabrication utilisant de l'eau.
Afin d'apporter une solution au moins partielle, voire totale, à ce problème, des procédés d'électro-réduction du carbonate de calcium ont été mis au point pour extraire sous forme solide le carbonate de calcium.
L'art antérieur connaît à ce titre la demande de brevet français N0 FR- A- 2 552 420 selon lequel la décarbonatation de l'eau est effectuée par électrolyse au moyen d'un signal de forme rectangulaire, produisant une densité de courant élevée permettant d'obtenir à la cathode une concentration en ions OH- telle qu'elle entraîne la formation de microcristaux de carbonate de calcium, avec précipitation subséquente de carbonate de calcium et élimination dans des capacités annexes à la capacité de traitement électrolytique, ces capacités étant positionnées en aval du réacteur accueillant les électrodes. Dans une variante décrite dans la demande de brevet français N0 FR- A- 2 731
420, la précipitation immédiate du carbonate de calcium est réalisée dans l'enceinte de traitement électrolytique : l' électrolyse est effectuée entre une anode et une cathode au sein de l'eau à traiter qui constitue l'électrolyte, en constituant au préalable à la cathode un revêtement adhésif mince et poreux comprenant du carbonate de calcium destiné à favoriser la croissance par nucléation et la formation de germes qui servent de support à la naissance de cristaux de carbonate de calcium. Pour tenter d'enlever au moins partiellement ces dépôts, on produit un flux de gaz uniquement à travers les porosités de la cathode (par insufflation de gaz ou par génération d'hydrogène in situ par réduction électrolytique de l'eau) de façon que les cristaux qui se forment sur ledit revêtement poreux soient décollés de celui-ci sous l'action du flux de gaz. Ce procédé est mis en œuvre dans un réacteur comprenant une cuve et deux séries de plaques parallèles formant anodes et cathodes, que le liquide à traiter longe en flux ascendant.
La réaction électrochimique engendre la précipitation du CaCO3 dans le milieu basique créé au voisinage de la (ou des) cathode(s). Ce CaCO3 tombe en partie au fond du réacteur d'où il est évacué régulièrement, mais une autre partie reste sur les cathodes.
Il est alors nécessaire d'opérer régulièrement un nettoyage mécanique complet des cathodes pour éviter un blocage du système par prise en masse. Ceci impose d'arrêter le dispositif et de reproduire l'étape préalable de constitution d'un revêtement mince poreux comprenant du carbonate de calcium avant la remise en service ou de substituer les cathodes à nettoyer par des cathodes déjà prêtes à utiliser et à condition d'avoir alors un stock de cathode prêtes à disposition.
De toute façon, il faut arrêter très régulièrement ce dispositif pour le nettoyage et pendant l'arrêt, bien sûr, aucun fluide ne peut être traité.
II résulte de la réaction chimique d'électrolyse de l'eau un abaissement du TH et du TAC (un adoucissement et une décarbonatation) : o Le TH (Titre Hydrotimétrique) est l'indicateur de dureté totale de l'eau et correspond à la teneur en ions calcium et magnésium selon la relation suivante, en degrés français (0F) : TH = ([Ca2+] + [Mg2+]) / 10"4 mol.l"1 (sachant que le TH = THca + THMg) ; (Rappel : 1°F = 0,2 méq.F1 = 0,7 degré anglais = 0,56 degré allemand) o Le TAC (Titre Alcalimétrique Complet) est la teneur d'une eau en alcalis (hydroxydes), en carbonates et en bicarbonates (ou hydrogénocarbonates) alcalins ou alcalino-terreux. Dans le vocabulaire courant, il donne la mesure de l'alcalinité totale. TAC = (2,[ CO3 2I + [HCO3I + [OH ]) / 10"4 mol.l4 en degrés français o Lorsqu'il y a précipitation du CaCO3, le THca et le TAC baissent simultanément. La précipitation dépend de l'équilibre calco-carbonique et pas seulement de la teneur en calcium de l'eau. Chaque eau a un potentiel de précipitation bien précis en fonction de son utilisation. Il convient de le déterminer pour réaliser la décarbonatation adéquate.
En effet, l'entartrage le plus courant provient d'une modification de la chaîne carbonique de l'eau, entraînant une précipitation du carbonate de calcium. L'équilibre est défini par la réaction suivante :
Ca(HCO3)2 <-> CaCO3 + CO2 + H2O, pour laquelle on peut définir une constante théorique de pH, pHs, qui est le pH de saturation.
La modification de certains paramètres tels que le pH, la concentration en CO2 dissout ou la température peut provoquer une rupture de l'équilibre calco-carbonique et entraîner le phénomène d'entartrage. Ainsi, l'eau est entartrante : o Lorsque pHeau > pHs car l'eau est sursaturée en CaCO3 ; o Lorsque [CO2] < [CO2]e, [CO2]e représentant la concentration en CO2 équilibrante pour laquelle le bicarbonate de calcium reste stable en solution ; et o Lorsque la température de l'eau augmente car sous l'effet de cette augmentation, un dégazage de CO2 se produit du fait de la diminution de sa solubilité dans l'eau et l'équilibre calco-carbonique va tendre vers la formation de CO2 libre à partir des bicarbonates, ce qui provoque la précipitation du CaCO3.
Un but de l'invention est de proposer une amélioration majeure des procédés de l'art antérieur en proposant un procédé de décarbonatation fiable, dont les rendements instantané et global peuvent être augmentés d'au moins 40 %, voire 50 %, voire plus encore.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de décarbonatation de l'eau qui soit au moins partiellement, voire entièrement, automatique, incluant des phases d'auto-nettoyage ne nécessitant pas ou peu d'intervention humaine.
Il est ainsi possible de faire fonctionner le réacteur pendant des périodes très longues, qui peuvent être de l'ordre de plusieurs années, sans arrêt complet, le nettoyage étant opéré en temps masqué, pendant des périodes très courtes et alors que du fluide sortant du réacteur est tout de même utilisé.
La présente invention se rapporte ainsi dans son acception la plus large à un procédé de traitement d'un fluide et notamment au moins de décarbonatation de l'eau selon la revendication 1. Ce procédé est opéré dans un réacteur, ce réacteur comportant au moins une anode pouvant être reliée à une borne positive d'un générateur de courant et au moins une cathode pouvant être reliée à une borne négative dudit générateur de courant.
Selon l'invention, le fluide subit un brassage intense à l'intérieur dudit réacteur. Par brassage intense au sens de la présente invention, il faut entendre que le fluide est soumis à une action de mélangeage supplémentaire, s'ajoutant au simple mouvement du fluide sous l'action de l'introduction du fluide à traiter et de la récupération de fluide traité.
Ainsi, tout le fluide présent à l'intérieur de tout le réacteur est soumis à une action de mélangeage, c'est-à-dire aussi bien au voisinage de la (ou des) anode(s) que de la (ou des) cathode(s).
En effet, la présente invention repose sur une observation tout à fait surprenante : les inventeurs se sont aperçu qu'une agitation supplémentaire dans le réacteur avait pour conséquence à la fois de permettre d'améliorer le rendement instantané des réactions, mais aussi à faciliter le nettoyage : Ils se sont aperçu que, pour une raison encore inconnue, la cristallisation du carbonate de calcium s'opère sous une forme très particulière lorsque l'électrolyte est soumis à un brassage tant au niveau de la
(ou des) anode(s) que de la (ou des) cathode(s) et que cette forme très particulière présente l'avantage important de se détacher extrêmement facilement de la cathode, rendant le nettoyage de cette dernière extrêmement facile.
Le procédé selon l'invention présente plusieurs variantes alternatives ou cumulatives pour la réalisation du brassage intense à l'intérieur du réacteur.
Dans une première variante, ledit brassage est opéré par injection de gaz dans ledit fluide à un débit au moins égal sensiblement à celui du fluide et de préférence de 2 à 10 fois celui du fluide.
Pour une cuve de traitement parallélépipédique (parallélépipède droit), le débit d'alimentation en air est de préférence :
- de 3 à 10 m3/h d'air par m2 de surface au sol de cuve de traitement, et de préférence de l'ordre de 7 m3/h d'air par m2 de surface au sol de cuve de traitement, et
- de 5 à 20 m3/h d'air par m3 de volume de cuve de traitement et de préférence de l'ordre de 12 m3/h d'air par m3 de volume de cuve de traitement. Dans une deuxième variante, ledit brassage est opéré par recirculation R réalisée par aspiration dudit fluide à au moins un endroit dans ledit réacteur et refoulement dudit fluide à au moins un autre endroit dans ledit réacteur.
Pour la mise en œuvre de cette variante, une recirculation R est, de préférence opérée entre une cuve tampon et une cuve de traitement dudit réacteur et en ce que l'eau brute est introduite non pas dans la cuve de traitement, mais dans la cuve tampon et l'eau traitée distribuée est prélevée non pas de la cuve de traitement, mais de la cuve tampon.
Ce débit de recirculation R est, de préférence, de 4 à 20 fois plus important, et de préférence encore de l'ordre de 10 fois plus important, que le débit moyen d'eau traitée distribuée en sortie de la cuve tampon.
Le débit de recirculation R en litres par heure est, de préférence au moins 10 fois, voire au moins 50 fois, plus important que le volume en litres de la cuve de traitement de laquelle est aspiré le fluide et dans laquelle est refoulé le fluide. Dans une troisième variante, ledit brassage est opéré par au moins un moyen mécanique tel qu'un agitateur ou une hélice, animé d'un mouvement à l'intérieur dudit réacteur.
Dans toutes ces variantes, ledit brassage intense est en permanence proportionnel au débit de fluide, la proportion pouvant de préférence varier, notamment pendant une phase de nettoyage.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, au moins une et de préférence toutes les cathode(s) présente(nt) une surface ondulée.
De préférence la profondeur p d'une ondulation et de préférence de toutes les ondulation(s) est au moins de 2 mm par rapport au plan moyen de ladite cathode. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la distance entre le plan moyen d'une cathode (C) et le plan moyen de l'anode (A) adjacente est comprise entre 10 et 60 mm et de préférence entre 20 et 30 mm.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, pendant une phase de nettoyage, ladite cathode au moins à nettoyer est reliée à une borne positive d'un générateur de courant et est soumise, de préférence, à une intensité de courant de l'ordre de 3 à 30 A.m 2, notamment de 5 à 20 A.m 2 et de préférence de l'ordre de 10 A.m"2.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, pendant une phase de nettoyage, ladite cathode au moins à nettoyer est reliée à une borne positive d'un générateur de courant et est soumise, de préférence, à une intensité de courant de l'ordre de 1 à 3 fois l'intensité de courant utilisée pour réaliser ledit traitement.
Pendant la phase de nettoyage, un courant est appliqué aux bornes dudit générateur de courant auquel est reliée ladite cathode au moins à nettoyer pendant une durée, de préférence, de l'ordre de une à plusieurs minutes.
En outre, pendant la phase de nettoyage, un brassage intense est, de préférence provoqué à l'intérieur dudit réacteur, ce brassage étant opéré de manière plus préférée encore selon au moins une des variantes ci-dessus. En outre encore, pendant le nettoyage la conductivité du fluide peut être augmentée, notamment à une valeur comprise entre 800 et 8 000 micro siemens par centimètre.
Pour augmenter la conductivité du fluide, une solution consiste à opérer une adjonction d'au moins un sel, de préférence neutre, du type Na2SO4. Enfin, ladite phase de nettoyage est, de préférence, programmée pour être réalisée automatiquement à intervalles réguliers, par exemple toutes les semaines à tous les mois, voire tous les trois mois, ou sur instruction d'un système de mesure, c'est-à- dire sans intervention humaine ou avec une intervention humaine très légère.
La présente invention se rapporte également à un réacteur de traitement d'un fluide et notamment au moins de décarbonatation de l'eau pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Le réacteur de traitement comporte au moins une anode pouvant être reliée à une borne positive d'un générateur de courant et au moins une cathode pouvant être reliée à une borne négative dudit générateur de courant et est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de brassage intense à l'intérieur dudit réacteur et plus précisément à l'intérieur de la cuve de traitement.
Pour la mise en œuvre de la première variante du procédé, lesdits moyens de brassage intense sont, de préférence, constitués d'au moins un tuyau poreux ou percé de micro-trous, ledit tuyau étant alimenté par une pompe ou un détendeur, pour la formation de bulles dans le fluide, notamment de bulles d'air ou d'azote.
Dans cette variante, lesdits micro-trous présentent, de préférence, un diamètre inférieur ou égal à 2 mm et de préférence inférieur ou égal à 1 mm. Pour la mise en œuvre de la deuxième variante du procédé, lesdits moyens de brassage intense sont, de préférence, constitués d'au moins une bouche d'extraction de fluide, d'au moins une bouche de refoulement de fluide et d'au moins une pompe positionnée entre ladite bouche d'extraction et ladite bouche de refoulement. Pour la mise en œuvre de la troisième variante du procédé, lesdits moyens de brassage intense sont, de préférence, constitués d'au moins un moyen mécanique tel qu'un agitateur ou une hélice, ainsi que d'un système d'entraînement susceptible d'entraîner ledit moyen mécanique en mouvement à l'intérieur dudit réacteur.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, au moins une et de préférence toutes les cathode(s) présente(nt) une surface ondulée.
La profondeur (p, p') d'une ondulation et de préférence de toutes les ondulation(s) est au moins, de préférence, de 2 mm.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la distance entre le plan moyen d'une cathode et le plan moyen de l'anode adjacente est comprise entre 10 et 60 mm et de préférence entre 20 et 30 mm.
Dans toutes les variantes de l'invention, le générateur de courant utilisé est, de préférence, capable de générer une densité de courant de l'ordre de 3 à 30 A.m"2, notamment de 5 à 20 A.m"2 et de préférence de l'ordre de 10 A.m"2 dans ladite (ou lesdites) cathode(s). Dans toutes les variantes de l'invention enfin, le réacteur comporte, de préférence, des moyens d'automatisme pour réaliser automatiquement le nettoyage de ladite cathode au moins à nettoyer à intervalles réguliers ou sur instruction d'un système de mesure.
Lesdites cathodes sont positionnées, de préférence, sur des supports facilitant leur extraction.
Pour la mise en œuvre notamment de cette possibilité, le réacteur peut comporter des moyens de guidage des électrodes, positionnés, de préférence, à l'extérieur d'une cuve de traitement.
Avantageusement, la présente invention permet ainsi de mettre en œuvre un procédé de traitement par électrolyse, et notamment de décarbonatation de l'eau, particulièrement performant, pouvant comporter une phase de nettoyage des électrodes et qui peut être au moins partiellement, voire totalement, automatisée. En outre, ces phases étant très courtes et très efficaces, il est possible de les réaliser en temps masqué, sans interrompre l'extraction de fluide du réacteur.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs et des figures ci-jointes :
• La figure 1 illustre un exemple de schéma de principe d'un réacteur de décarbonatation selon l'invention ;
• La figure 2 illustre le schéma du réacteur de décarbonatation de la figure 1 pendant la décarbonatation ; • La figure 3 illustre une vue en perspective d'un réacteur de décarbonatation selon l'invention ;
• La figure 4 illustre une vue éclatée du réacteur de décarbonatation de la figure 3 ;
• La figure 5 illustre l'étape d'extraction des cathodes du réacteur de décarbonatation de la figure 3 ;
• Les figures 6, 7 et 9 illustrent trois façons différentes de réaliser des moyens de brassage intense par bullage ;
• Le tableau 8 illustre la variation d'abattement et de tension pendant une période de test de 60 jours d'un réacteur tel que celui illustré sur la figure 7 ; • La figure 10 illustre un premier exemple de réalisation des moyens de brassage intense par recirculation de fluide ;
• La figure 11 illustre un second exemple de réalisation des moyens de brassage intense par recirculation de fluide ;
• Le tableau 12 illustre la variation d'abattement en fonction du temps de contact moyen en minutes pour un réacteur tel que celui illustré sur la figure 11 ;
• La figure 13 illustre un exemple de réalisation des moyens de brassage intense par mise en mouvement d'un moyen mécanique ;
• La figure 14 illustre une vue en coupe verticale d'un réacteur à chicanes, les chicanes étant formées avec des cathodes et des anodes pleines et le fluide passant par le dessus et le dessous des électrodes ;
• La figure 15 illustre une vue de dessus d'un réacteur à chicanes, les chicanes étant formées avec des cathodes et des anodes pleines et le fluide passant par la droite et la gauche des électrodes ; • La figure 16 illustre une vue en coupe verticale d'un réacteur à chicanes, les chicanes étant formées avec des cathodes et des anodes déployées et le fluide passant par le dessus et le dessous des cathodes et à travers les anodes ;
• La figure 17 illustre un exemple de schéma de principe du réacteur de décarbonatation de la figure 1 pendant un nettoyage selon une première solution, par inversion de polarité ;
• La figure 18 illustre une anode ondulée selon l'invention ;
• La figure 19 illustre une vue partielle d'un exemple de réalisation des ondulations de l'anode de la figure 18 ; • La figure 20 illustre une vue partielle d'un autre exemple de réalisation des ondulations de l'anode de la figure 18 ; et
• La figure 21 illustre l'évolution de l'abattement par rapport à la densité de courant, d'une part pour une cathode ondulée et d'autre part pour une cathode plane dans des conditions expérimentales identiques.
II est précisé que les proportions entre les divers éléments représentés ne sont pas rigoureusement respectées dans ces figures afin d'en faciliter la lecture.
La figure 1 illustre le schéma de principe d'un dispositif de traitement ou réacteur de décarbonatation (1) de type connu constitué d'un générateur de courant (2), d'une cuve (3) et d'au moins une anode (A) et une cathode (C) positionnées à l'intérieur de la cuve (3) et pouvant être reliées électriquement au dit générateur (2). Chaque anode (A) et chaque cathode (C) est constituée d'une plaque positionnée sensiblement verticalement et illustrée ici en vue de dessus. Le fluide à traiter, en l'occurrence l'eau, circule à l'intérieur de la cuve (3) de traitement, en forme de parallélépipède droit creux, entre les anodes et les cathodes.
Les cathodes sont constituées par exemple d'une plaque plane en acier inoxydable 316L et les anodes sont de type « non consommables » DSA (Dimensionally Stable Anode) par exemple en Titane revêtu de métaux nobles (IrO2, Ir, Ta, Ru, ...). Dans le cas où plusieurs anodes et plusieurs cathodes sont positionnées dans la cuve (3), les anodes sont reliées électriquement entre elles à l'aide d'une bus-barre (BA) et les cathodes sont reliées électriquement entre elles à l'aide d'une bus-barre (BC). Pour la décarbonatation de l'eau, une électrolyse de l'eau est opérée entre les cathodes reliées au pôle négatif du générateur (2) par l'intermédiaire de la bus-barre (BC) et les anodes reliées au pôle positif du générateur (2) par l'intermédiaire de la bus- barre (BA), comme on peut le voir sur la figure 2. La réalisation de cette décarbonatation de l'eau engendre à la fois un dépôt de carbonate de calcium dans le fond de la cuve (3), ainsi que sur les cathodes (C).
Dans le cadre de la présente invention, c'est-à-dire lorsqu'un brassage intense par bullage intense (selon la première variante), par recirculation intense (selon la deuxième variante) ou par brassage mécanique intense (selon la troisième variante) est opéré, il a été constaté que, d'une manière surprenante et contrairement à l'enseignement de la demande de brevet français N0 FR- A-2 731 420, il n'était pas nécessaire d'opérer une étape préalable de constitution sur les cathodes d'un revêtement mince poreux comprenant du carbonate de calcium avant leur utilisation, ce qui simplifie la mise en œuvre du procédé de traitement.
Des réacteurs spécifiques ont été conçu pour tester la mise en œuvre de l'invention. Ces réacteurs sont du type de celui illustré sur les figures 3 à 5.
Dans le réacteur de décarbonatation (1) selon l'invention, illustré figures 3 à 5, la cuve (3) est montée sur un châssis (4) comportant une trémie formant le fond de ladite cuve (3).
Les anodes (A) sont positionnées fixement à l'intérieur de la cuve (3) mais les cathodes (C) sont extractibles car elles sont toutes supportées par des supports longitudinaux (5, 5'), eux-mêmes supportés par un chariot (6).
Ainsi, il suffit de soulever le chariot (6), comme on peut le voir sur la figure 5, pour extraire en une seule opération toutes les cathodes (C).
Pour empêcher tout contact entre les anodes et les cathodes adjacentes, des moyens de guidage (10) sont prévus. Ces moyens de guidage sont constitués, sur la version illustrée, d'au moins un cylindre vertical, et de préférence, deux cylindres verticaux, relié(s) rigidement au chariot (6) et coopérant chacun avec un tube cylindrique vertical, par coulissement à l'intérieur du ou desdits tubes. Des dispositifs de centrage sont également prévus. Tous ces moyens sont prévus à l'extérieur de la cuve (3), afin de les protéger de l'action du traitement. L'extraction des cathodes est rendue plus facile grâce à un connecteur électrique amovible du type cosse-douille. Ce système permet de brancher et débrancher les connections aisément manuellement et facilite l'extraction des électrodes.
Pendant le traitement de décarbonatation, le fluide est introduit par l'orifice (9) situé en partie supérieure de la trémie (4) et s'écoule par débordement par une évacuation située en partie supérieure de la cuve (3).
La bouche (8) située à l'extrémité inférieure de la trémie permet l'évacuation du carbonate de calcium éliminé de l'eau et décroché des cathodes, cette bouche permet également la vidange de la cuve. Pendant le traitement de décarbonatation, le fluide subit un brassage intense à l'intérieur du réacteur (1) et plus précisément à l'intérieur de la cuve (3).
Les figures 6 à 8 illustrent différentes versions alternatives ou cumulatives de la première variante de réalisation du brassage intense selon laquelle lesdits moyens de brassage intense sont constitués d'au moins un tuyau (11, 11', 11", 11'") poreux ou percé de micro-trous (illustrés par des points), ledit tuyau étant alimenté par une pompe ou un détendeur (non illustré), pour la formation de bulles dans le fluide, notamment de bulles d'air ou d'azote.
L'air ou l'azote est introduit dans le tuyau par l'intermédiaire d'un orifice de bullage (12, 12', 12", 12'").
Dans la version illustrée figure 6, le tuyau souple (11) est enroulé autour du tuyau d'arrivé de l'eau situé longitudinalement sensiblement horizontalement, dans le haut de la trémie, perpendiculairement aux électrodes, à environ 15 cm de ces dernières.
Le tuyau souple (11) est enroulé de manière à ce qu'il forme au moins une boucle sur lui-même par mètre de tuyau d'arrivé de l'eau. Ce tuyau est du type de ceux utilisés pour l'arrosage automatique des jardins.
Dans la version illustrée figure 7, le tuyau (H') est rigide et positionné sur tout le pourtour intérieur de la trémie, dans sa partie haute, par soudage d'un tuyau à l'intérieur du châssis.
Cette version a été testée en utilisant une source d'air comprimée reliée à un détendeur réglé pour délivrer 0,5 bar avec les paramètres suivants :
Figure imgf000013_0001
Le Δ TH obtenu sans bullage est de 12 °F, alors que le Δ TH obtenu avec le bullage utilisant un débit d'air de 25 L/Min, soit 10 fois supérieur au débit d'eau, est de 16,6 0F. Un gain de 4,6 0F a ainsi été obtenu, ce qui représente près de 40 %.
Cette version a été testée sur un réacteur muni d'une cuve de 150 Litres de volume de réaction avec les paramètres suivants et les résultats suivants ont été obtenus à 30 jours :
Figure imgf000014_0001
Tableau 1
L'abattement passe ainsi de 10,8 0F sans le bullage à 15 0F avec le bullage. Il est donc augmenté d'environ 40% avec le bullage.
Ainsi pour un même abattement souhaité, le volume de l'équipement peut être réduit d'environ 30%. Le pH est augmenté grâce au bullage et devient identique à la valeur initiale.
L'évolution de la couche a été suivie sur 2 mois. Au démarrage, les plaques cathodiques sont exemptes de dépôt calcaire. La tension est de 8,2V et l'abattement de 150F.
La figure 8 illustre l'évolution de la tension (V en Volts) et de l'abattement (en 0F) sur une période de 60 jours (en abscisse) pendant laquelle l'essai de bullage a été réalisé.
Pendant environ 30 jours la tension augmente graduellement jusqu'à atteindre
11V. L'abattement reste stable à 150F. Visuellement l'épaisseur de la couche déposée sur les électrodes croît et la couche se densifie durant toute cette période. Cette augmentation de tension est habituelle. Elle est provoquée par la résistance électrique de la couche de calcaire déposée.
A partir de 30 jours la tension électrique se stabilise à 11V et l'abattement demeure constant à 150F. Visuellement la couche de calcaire continue de croître. L'essai a été arrêté au bout de 60 jours, la tension et l'abattement n'évoluant plus.
Un autre essai a été réalisé sur une eau de caractéristiques différentes (eau N0 2). Les résultats sont en tous points similaires. Cet effet n'est donc pas lié à la qualité d'une eau particulière :
Figure imgf000015_0001
Tableau 2 Le gain en abattement est aussi de 40%.
Le tableau suivant donne les dimensions de la cuve utilisée pour ces deux exemples, ainsi que les valeurs des paramètres de débit d'air par rapport à la surface et au volume de la cuve :
Figure imgf000015_0002
Tableau 3
Dans la version illustrée figure 9, au moins un tuyau (H") rigide est positionné sensiblement transversalement dans le haut de la trémie, c'est-à-dire parallèlement aux électrodes, et/ou au moins un tuyau (H'") rigide est positionné sensiblement longitudinalement dans le haut de la trémie, c'est-à-dire perpendiculairement aux électrodes.
Dans la version illustrée, deux tuyaux (H") rigides transversaux et deux tuyaux (H'") rigides longitudinaux sont utilisés. Ces tuyaux peuvent communiquer entre eux à leur intersection afin de faciliter la répartition de l'air ou du gaz injecté.
Ces tuyaux (H", 11"') sont alimentés par un tuyau rigide non percé ou non poreux courant le long du pourtour intérieur de la trémie, dans sa partie haute. Un effet particulièrement intéressant du bullage intense est qu'il permet de faire dégazer le CO2 dissout dans l'eau. Ce CO2 est en partie formé à l'anode par la réaction HCO3" - e- => 1A O2 + CO2. Le CO2 dissout acidifie l'eau. Le bullage intense permet ainsi de remonter le pH et donc de ré-équilibrer l'eau dans son équilibre calco- carbonique.
Le bullage intense permet de remonter le pH de O à 2 points. Par le même mécanisme le bullage intense permet le dégazage du Chlore libre de l'eau. Une certaine concentration de chlore libre est profitable car il permet de désinfecter l'eau. Le traitement favorise la formation de Chlore libre par oxydation d'une partie des ions chlorures présents dans l'eau suivant la réaction Cl" - e- => 1A CYl. Un excès de chlore libre est cependant néfaste car il accélère fortement la corrosion des métaux dans l'eau. Le bullage intense permet donc de dégazer et d'évacuer dans l'atmosphère le chlore libre de manière à ce que la corrosivité de l'eau soit acceptable. Le bullage intense permet de diminuer la concentration de chlore libre d'un facteur 5 à 20 jusqu'à des valeurs nulles.
En absence de bullage de gaz, la couche de calcaire formée sur les cathodes est poreuse, friable et poudreuse. Sa densité est de 1,3 et une partie du calcaire formé tombe au fond de la cuve de traitement. L'effet le plus surprenant du bullage de gaz est que la couche de calcaire formée sur les cathodes est très dense, très dure et très compacte. Sa densité est de 1,9. Elle recouvre la totalité de la cathode. Des bourrelets recouvrent les tranches de bord des plaques cathodiques. De plus tout le calcaire extrait de l'eau reste accroché à cette couche. Il n'y a pas de dépôt de calcaire à évacuer du fond de la cuve de traitement. II est alors d'autant plus surprenant de constater que l'adhésion de la couche de calcaire formée en présence de bullage de gaz sur les plaques cathodiques est très faible, voire quasi nulle. La tenue de la couche de calcaire est en fait réalisée par le recouvrement total des plaques cathodiques. Celles-ci sont prises dans une coquille de calcaire. Si les bourrelets de bords sont cassés à la main, la couche calcaire tombe en de lourdes plaques pouvant faire toute la surface de la cathode. Il est également possible de réaliser ce décrochage en exerçant une flexion sur les cathodes de manière à casser en quelques morceaux cette plaque de calcaire. De grosses plaques de calcaire se détachent alors. Le carbonate de calcium n'adhère pas du tout à la cathode. Une fois la coquille cassée les plaques des cathodes sont à nu, avec de larges surfaces brillantes.
Ce comportement est très différent de celui observé lors d'un traitement sans bullage de gaz ou avec un bullage qui n'est pas intense à l'intérieur de toute la cuve de traitement car dans ces deux cas la couche de calcaire formée sur les cathodes adhère à la surface des cathodes et le nettoyage complet des cathodes est très difficile à réaliser.
Ces propriétés particulières du calcaire obtenu par bullage intense de gaz peuvent avantageusement être mises à profit pour assurer une maintenance mécanique extrêmement simple et efficace :
1. Extraction des cathodes de la cuve de traitement ;
2. Déplacement des cathodes sur une aire de nettoyage ; Cette aire de nettoyage peut être une simple benne à déchet ; 3. Flexion des cathodes ou cassage des bords des coquilles de calcaire à la main ou avec un petit outil (petit marteau, pince) ; Le calcaire tombe alors en plaques dans l'aire de nettoyage où il peut facilement être récupéré ;
4. Remise en place des cathodes dans la cuve de traitement. Le nettoyage des cathodes peut aussi être réalisé au-dessus de la cuve de traitement. Les plaques de calcaire après nettoyage des cathodes tombent alors dans la cuve de traitement. Elles peuvent alors être évacuées en bas de cuve par la trémie.
Figure imgf000017_0001
Le débit d'alimentation en air est mesuré et réglable (débitmètre, manomètre, vanne de réglage).
Ce compresseur ou surpresseur est relié à un tuyau (11, 11', 11", 11'") servant de nourrice de gaz et placé au fond de la cuve de traitement, sous les électrodes. L'alimentation de cette nourrice peut être souple ou rigide. Elle peut passer par le dessus de la cuve ou au travers de la paroi de la cuve.
La nourrice est située dans la cuve, sous les électrodes à une distance de 50mm à 2000 mm de ces dernières. Elle est composée d'au moins un tube souple ou préférentiellement rigide. Si ce tube est rigide il permet d'assurer le positionnement et le maintien mécanique des diffuseurs en fond de cuve. La nourrice peut aussi être composée d'un réseau de tubes connectés entre eux.
Préférentiellement, un seul tube est positionné parallèlement à la longueur de la cuve de traitement. Il peut être positionné sur un bord de cuve ou préférentiellement au centre pour garder la symétrie de l'installation.
Des diffuseurs de bulles sont reliés à cette nourrice. Ils peuvent être de forme circulaire ou tubulaire. Ils peuvent être percés de fentes de 0,5 mm à 4 mm de long ou de trous de 0,3 mm à 3 mm de diamètre.
Préférentiellement on utilisera les diffuseurs de type « fines bulles » servant à l'oxygénation des bassins d'épuration. Ces diffuseurs à membranes seront de préférence tubulaires de manière à permettre aux dépôts de tomber au fond de la cuve sans obstruer les pores des diffuseurs. Les diffuseurs de bulles sont faits d'une membrane élastomère en EPDM percé de fentes de 1,1 mm de long et de 0,3 à 3 mm de large. L'air est insufflé par ces diffuseurs et donne des bulles de 3 mm de diamètre en moyenne (0,5 à 5 mm). Le nombre d'orifices par unité de surface est compris entre 7 et 20 par cm2.
Ces diffuseurs « fines bulles » tubulaires seront de préférence disposés perpendiculairement à une nourrice rigide et centrale, sur un plan horizontal, sur toute la largeur de la cuve de traitement. L'écartement entre deux diffuseurs peut être compris entre 200 mm et 800 mm.
Leur nombre et leur implantation exacte dépendent de la forme de la cuve de traitement de manière à assurer un brassage maximum pour un débit d'air minimum. La figure 10 illustre un premier exemple de réalisation de la deuxième variante de brassage intense selon laquelle lesdits moyens de brassage intense sont constitués de deux systèmes indépendants d'aspiration/refoulement. Chaque système comporte une bouche d'extraction de fluide (13), une bouche de refoulement de fluide (14) et une pompe (15) positionnée entre ladite bouche d'extraction et ladite bouche de refoulement, des tuyaux (16, 16') reliant par ailleurs chaque bouche à la pompe.
Il est bien sûr possible de ne prévoir qu'un seul système d'aspiration/refoulement comportant une seule pompe mais plusieurs bouches d'extraction de fluide et/ou plusieurs bouches de refoulement de fluide.
Il est également possible de réaliser une aspiration en haut de cuve et un refoulement en bas de cuve.
Les bouches d'extraction de fluide et de refoulement de fluide sont situées en regard, sensiblement à la même hauteur dans le haut de la trémie, dans les faces d'extrémité longitudinale, à environ 15 cm sous les électrodes.
Une autre configuration de brassage intense par recirculation R est illustrée sur la figure 11. Dans cette configuration le brassage est opéré par recirculation sur une cuve de stockage intermédiaire appelée cuve tampon (30). Le fonctionnement de cette configuration est le suivant :
L'eau brute (28) est déversée dans la cuve tampon (30). La recirculation R consiste à pomper l'eau à traiter de cette cuve tampon (30) pour l'introduire dans la cuve (3) et à refouler dans cette même cuve tampon (30) l'eau traitée en sortie de la cuve (3). L'eau finalement distribuée (32) n'étant pas prélevée de la cuve (3), mais de la cuve tampon (30).
Afin d'améliorer les performances de traitement par brassage intense, il est nécessaire que le débit de recirculation R soit de 4 à 20 fois plus important que le débit moyen d'eau traitée distribuée (32) en sortie de la cuve tampon (30). Le temps de contact de re-circulation de l'eau dans le réacteur, défini comme le volume de réacteur divisé par le débit de re-circulation, est alors de 2s à 60s.
La figure 12 illustre l'abattement mesuré en fonction du temps de contact avec deux débits différents de recirculation R, l'un à 5 000 1/h et l'autre à 2 000 1/ h et sans recirculation (SR). Ces mesures ont été réalisées avec une cuve de traitement de 26 litres, une cuve tampon de 860 litres et un débit d'eau brute (28) de 0 à 138 1/h.
Sur la figure 12 le temps de contact moyen TCM est défini comme le volume de traitement divisé par le débit d'eau brute. Le TCM sans recirculation représente alors le temps de contact moyen pour l'eau brute qui se déverse directement dans la cuve de traitement et non dans la cuve tampon.
Le tableau ci-après présente les gains de TCM nécessaires pour obtenir un abattement faible ou fort en cas de recirculation (R) de faible ou de fort débit par rapport au cas sans recirculation (SR) :
Figure imgf000020_0001
Tableau 4 Ainsi :
- pour de faibles abattements (de l'ordre de 20%) avec des débits de recirculation forts (192 fois le volume du réacteur) : gain de 60% ;
- pour de faibles abattements (de l'ordre de 20%) avec des débits de recirculation faibles (77 fois le volume du réacteur) : gain de 29% ;
- pour de forts abattements (de l'ordre de 36%) avec des débits de recirculation forts (192 fois le volume du réacteur) : gain de 23% ;
- pour de forts abattements (de l'ordre de 36%) avec des débits de recirculation faibles (77 fois le volume du réacteur) : gain de 0%.
En conséquence, plus le débit de recirculation est élevé plus le gain est important. Le fonctionnement du traitement est actionné en fonction de la qualité de l'eau dans le tampon. Cette qualité n'est pas constante en fonction du volume des appoints en eau brute et du dimensionnement de la cuve de traitement et de la cuve tampon.
Ce fonctionnement est particulièrement recommandé quand une cuve tampon est nécessaire par exemple en cas de besoin d'eau traitée très important mais très ponctuel ou encore sur des tours aéroréfrigérantes semi-ouvertes où l'eau peut être traitée au fur et à mesure qu'elle se concentre.
Le fonctionnement est alors plus sûr car même en cas de panne sur le traitement d'eau, il n'y a pas de risque de rupture d'approvisionnement en eau. Si il est nécessaire d'avoir une qualité d'eau traitée constante, il suffit de bloquer le débit des appoints en eau brute à une valeur constante et de s'assurer que l'eau est parfaitement mélangée dans le tampon. Ce fonctionnement est alors indiqué dans toutes les conditions.
La figure 13 illustre un exemple de réalisation de la troisième variante de brassage intense selon laquelle lesdits moyens de brassage intense sont constitués d'au moins un moyen mécanique (17), ici une hélice, entraînée en mouvement de rotation à l'intérieur du réacteur (1) par un système d'entraînement (18) constitué par un boîtier de réduction, un arbre d'entraînement, sensiblement vertical et un moteur électrique, ce moteur étant positionné sous la trémie, à l'extérieur du réacteur.
L'hélice comporte ici quatre pales et présente un diamètre d'environ 25 cm. Il est également possible de prévoir plusieurs hélices, entraînées, de préférence chacune par le même moteur, afin de diminuer les coûts.
Il est par ailleurs possible d'utiliser un agitateur, du type agitateur magnétique constitué d'une capsule en matière magnétique, située à l'intérieur de la cuve (3), sous les électrodes, et entraîné en rotation par un plateau magnétique chargé inversement.
Les figures 14 à 16 illustrent d'autres exemples de réalisation de la troisième variante de brassage intense selon laquelle lesdits moyens de brassage intense sont formés en obligeant la circulation du fluide à l'intérieur de la cuve de traitement (3) à suivre un parcours présentant une pluralité de chicanes.
Dans la version illustrée aux figures 1 à 5, chaque couple anode/cathode peut être considéré comme un mini-réacteur. Tous ces mini-réateurs sont assemblés dans la cuve côte à côte, en parallèle, ce qui divise d'autant la vitesse de l'eau entre les plaques. Pour assurer le brassage intense, il est alors possible de mettre les réacteurs en série de manière à ce que l'eau passe successivement et à grande vitesse au voisinage de toutes les cathodes. Ceci peut être obtenu en faisant circuler l'eau au travers d'un réseau de chicanes formées de préférence, par toutes les électrodes. Les plans d'électrodes sont préférentiellement placés verticalement pour permettre le dépôt de calcaire en partie inférieure.
Dans l'exemple illustré à la figure 14, le fluide passe successivement par le dessus et le dessous des électrodes au cours du traitement.
Dans l'exemple illustré à la figure 15, le fluide passe successivement par les extrémités droite et gauche des électrodes au cours du traitement.
Dans l'exemple illustré à la figure 16, le fluide passe successivement par le dessus et le dessous des cathodes et à travers les anodes au cours du traitement.
Ces trois dispositifs requièrent des cathodes étanches à l'eau, des cathodes pleines CP. Les deux premiers dispositifs requièrent des anodes pleines AP qui peuvent être constituées par exemple d'une plaque de titane revêtue d'oxyde de métaux nobles (anodes type DSA). Le troisième dispositifs requiert une anode en métal déployé AD revêtu d'oxyde de métaux nobles à laquelle est adjointe une membrane poreuse laissant passer le courant électrique mais d'une perte de charge au passage de l'eau suffisante pour forcer le passage de l'eau au travers des chicanes.
La figure 17 illustre une solution de nettoyage des cathodes selon laquelle une électrolyse est opérée pendant quelques instants en inversant les polarités du générateur (2). Comme on peut le voir sur cette figure 17, pendant cette phase de nettoyage les « cathodes » en Inox sont reliées au pôle positif du générateur (2) par l'intermédiaire de la bus-barre (BC) et les « anodes » en titane sont reliées au pôle négatif du générateur (2) par l'intermédiaire de la bus-barre (BA).
Cette première solution est du type « électrolyse anode-cathode inversée », encore appelée « nettoyage par inversion anode-cathode ».
Des essais ont montré l'efficacité d'une inversion de polarité pendant un temps limité et à une densité de courant donnée pour nettoyer toutes les cathodes d'un coup.
Des essais ont été en particulier menés en réalisant tout d'abord un dépôt de calcaire sur une cathode en Inox formant une couche compacte et lisse par électrolyse dans une cuve d'environ 32 litres d'eau du robinet de la ville de Paris (environ 220F) sous un courant d'électrolyse de 4 ampères (soit J = 10 A.m"2) et par recirculation permanente de cette eau pendant environ 2 jours.
Dans une première expérience, le générateur étant sous courant contrôlé de 4 A (soit J = 10 A.m"2), les bornes d'alimentation ont été inversées quelques instants (de l'ordre de quelques dizaines de secondes), ce qui a provoqué le détachement rapide de grandes plaques de calcaire qui sont tombées vers le fond de l'appareil.
En montant l'intensité à 10 ampères (soit J = 25 A.m"2), un abondant dégagement gazeux est apparu et a provoqué le détachement du reste du calcaire. La cathode est alors apparue lisse et brillante. On a estimé, par pesée, à au moins environ 90 % la quantité de calcaire qui a ainsi pu être récupérée.
Dans une deuxième expérience, le générateur étant sous courant contrôlé de 4 A (soit J = 10 A.m"2), les bornes d'alimentation ont été inversées pendant 1 minute et l'intensité a été portée à 8 ampères, ce qui a provoqué le détachement d'un nuage dense de poudre de calcaire qui est tombé lentement au fond de la cuve sous forme de poudre fine.
Il est admis d'une manière générale que l'inversion de polarité est dommageable pour la durée de vie des électrodes (notamment effet d'abrasion par dégagement d'H2) ; Cependant celle-ci peut être tolérée pendant des durées courtes. Par exemple, une inversion par semaine d'une durée inférieure à quinze minutes, à un courant double de celui utilisé habituellement, conduira à une diminution de durée de vie négligeable.
Des tests de durée de vie sur des cathodes et surtout des anodes ayant subi jusqu'à 1400 cycles d'inversion ont été par ailleurs conduits et l'état de surface des électrodes a été observé après un nombre différent de cycles. Ces tests ont montré qu'aucune dégradation des propriétés n'était réellement observée avant 500 cycles. A raison d'une inversion par semaine, les électrodes peuvent ainsi être conservées au moins 10 ans dans le réacteur avant que leur remplacement ne devienne nécessaire.
Une autre solution de nettoyage consiste, par exemple, particulièrement pour les réacteurs ne comportant pas un grand nombre de cathodes, à introduire spécifiquement une électrode, voire deux électrodes rapportées (E, E') en Inox lors de l'opération de nettoyage dans le réacteur (1), à proximité d'une cathode à nettoyer et à réaliser pendant quelques instants (de l'ordre de quelques minutes) une électrolyse entre cette (ou ces) électrode(s) rapportée(s) et la (ou les) cathode(s) à nettoyer, en transformant cette (ou ces) cathode(s) à nettoyer en anode le temps du nettoyage. Une troisième solution de nettoyage dite « de nettoyage par électrolyse cathode-cathode » ou « par inversion cathode-cathode » consiste à relier une cathode en inox sur deux au pôle + et les autres cathodes inox au pôle - afin de pouvoir nettoyer les électrodes polarisées positivement ; puis d'inverser le courant afin de nettoyer la deuxième moitié des électrodes inox. Dans cette configuration les grilles de titane revêtues d'oxyde d'iridium (les anodes de la décarbonatation) ne sont pas connectées électriquement lors du nettoyage et donc ne risquent pas d'être endommagées pendant le nettoyage.
Pour le nettoyage des cathodes paires il suffit de rendre les cathodes paires anodes en les reliant à une borne positive du générateur et en remettant les cathodes impaires cathodes, c'est-à-dire en les reliant à une borne négative du générateur.
Le nettoyage des cathodes est possible par électrolyse entre deux cathodes. Il a été réalisé sur une cathode faiblement entartrée avec une densité de courant 1 à 3 fois supérieure à la densité nominale (8 A.nf2). L'électrolyse entre 2 cathodes nécessite une tension environ 2 fois plus élevée à densité de courant identique aux conditions standards du fait d'une épaisseur d'électrolyte doublée.
Quelle que soit la solution de nettoyage à l'intérieur de la cuve (3) choisie, pendant le nettoyage, la circulation du fluide est, de préférence, interrompue car pendant cette phase le fluide n'est pas efficacement traité ; toutefois, pendant l'inversion de polarité les moyens de brassage intense sont mis en œuvre afin d'accélérer encore l'effet de décrochage par l'inversion.
Des expériences ont montré qu'il était possible de réduire de moitié le temps nécessaire au décrochage en utilisant des moyens de brassage, à densité de courant identique.
Par ailleurs, la circulation du fluide n'est pas forcément interrompue pendant le nettoyage car il existe des applications pour lesquelles il est indispensable que le débit d'eau utilisé ne soit pas interrompu, mais pour lesquelles il accepté que pendant des courtes périodes l'eau ne soit pas efficacement traitée.
Afin d'augmenter la surface cathodique par rapport à la surface anodique, des cathodes ondulées (C, C") ont été réalisées.
Ces cathodes présentent des ondes longitudinales sur toute leur surface, comme on peut le voir sur la figure 18, dont la profondeur (p, p') est au moins de 2 mm l'l'
et de préférence d'au moins 5 mm, dont la distance (1, ) d'une onde à l'autre est d'au moins 2 mm et de préférence d'au moins 5 mm et dont l'épaisseur (e, e') est d'au moins 0,5 mm.
Le gain en surface cathodique peut ainsi être de 50 % à 75 % et même jusqu'à 100%, voire 120 %.
Les ondulations peuvent, en coupe transversale, être en forme de U, comme illustré figure 19, ou en forme de V, comme illustré figure 20, ces formes pouvant être inversées l'une par rapport à la suivante, ou toutes selon la même direction.
Elles peuvent aussi être en forme de V à fond coupé.
Des essais ont été réalisés avec différentes densités de courant, pour une augmentation de surface d'environ 25 % avec des ondulations en forme de U, inversé l'un par rapport à l'autre, du type illustré figure 14, dont la profondeur p' est 10 mm, et la distance d'une onde à l'autre est de 9,5mm, pour une épaisseur e' de 0,5 mm. Les résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous :
Figure imgf000025_0001
Tableau 5
Comme on peut le constater, à intensité de courant identique, c'est-à-dire pour une même consommation de courant, la densité de courant induite diminue avec une cathode ondulée puisque la surface augmente et l'abattement augmente.
La figure 21 illustre ainsi, pour un temps de contact identique de 37 min, l'évolution de l'abattement (0F) en ordonnée par rapport à la densité de courant (en A/m2) en abscisse, d'une part pour une cathode ondulée (trait plein) et d'autre part pour une cathode plane (trait pointillé) dans des mêmes conditions expérimentales. De plus, utiliser des densités de courant plus faibles permet d'avoir une puissance consommée électrique plus faible.
Ainsi, comme on peut le voir, pour obtenir un abattement de 12,5 0F, il suffit d'une densité de courant de 6,5 A/m2 avec une cathode ondulée, alors qu'il faut une densité de courant de 7 A/m2 avec une cathode plane pour obtenir le même abattement dans les mêmes conditions.
Des expériences montrent par ailleurs qu'un abattement maximum est obtenu lorsqu'une anode est centrée entre deux cathodes, c'est-à-dire que la distance entre le plan moyen d'une anode et d'une cathode adjacente est la même que la distance entre cette cathode et l'anode suivante.
La présente invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet tel que défini par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'un fluide et notamment au moins de décarbonatation de l'eau dans un réacteur (1), ledit réacteur (1) comportant au moins une anode (A) pouvant être reliée à une borne positive d'un générateur de courant (2) et au moins une cathode (C) pouvant être reliée à une borne négative dudit générateur de courant (2), caractérisé en ce que ledit fluide subit un brassage intense à l'intérieur dudit réacteur (1).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit brassage est opéré par injection de gaz dans ledit fluide à un débit au moins égal sensiblement à celui du fluide et de préférence de 2 à 10 fois celui du fluide.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que pour une cuve de traitement parallélépipédique, le débit d'alimentation en air est de 3 à 10 m3/h d'air par m2 de surface au sol de cuve de traitement, et de 5 à 20 m3/h d'air par m3 de volume de cuve de traitement.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le débit d'alimentation en air est de l'ordre de 7 m3/h d'air par m2 de surface au sol de cuve de traitement et de l'ordre de 12 m3/h d'air par m3 de volume de cuve de traitement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit brassage est opéré par recirculation R réalisée par aspiration dudit fluide à au moins un endroit dans ledit réacteur (1) et refoulement dudit fluide à au moins un autre endroit dans ledit réacteur (1).
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une recirculation R est opérée entre une cuve tampon (30) et une cuve de traitement (3) dudit réacteur et en ce que l'eau brute (28) est introduite dans la cuve tampon (30) et l'eau traitée distribuée (32) est prélevée de la cuve tampon (30).
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le débit de recirculation R est de 4 à 20 fois plus important, et de préférence de l'ordre de 10 fois plus important, que le débit moyen d'eau traitée distribuée (32) en sortie de la cuve tampon (30).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le débit de recirculation R en litres par heure est au moins 10 fois, voire au moins 50 fois plus important que le volume en litres de la cuve de traitement (3) de laquelle est aspiré le fluide et dans laquelle est refoulé le fluide.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit brassage est opéré par au moins un moyen mécanique tel qu'un agitateur ou une hélice, animé d'un mouvement à l'intérieur dudit réacteur (1).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit brassage intense est en permanence proportionnel au débit de fluide, la proportion pouvant de préférence varier, notamment pendant une phase de nettoyage.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une et de préférence toutes les cathode(s) (C, C") présente(nt) une surface ondulée.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la profondeur p d'une ondulation et de préférence de toutes les ondulation(s) est au moins de 2 mm par rapport au plan moyen de ladite cathode.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre le plan moyen d'une cathode (C) et le plan moyen de l'anode (A) adjacente est comprise entre 10 et 60 mm et de préférence entre 20 et 30 mm.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant une phase de nettoyage, ladite cathode (C) au moins est reliée à une borne positive d'un générateur de courant et est soumise à une intensité de courant de l'ordre de 3 à 30 A.m 2, notamment de 5 à 20 A.m 2 et de préférence de l'ordre de 10 A.m"2.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant une phase de nettoyage, ladite cathode (C) au moins est reliée à une borne positive d'un générateur de courant et est soumise à une intensité de courant de l'ordre de 1 à 3 fois l'intensité de courant utilisée pour réaliser ledit traitement.
16. Procédé selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que pendant la phase de nettoyage un courant est appliqué aux bornes dudit générateur de courant auquel est reliée ladite cathode au moins à nettoyer pendant une durée de l'ordre de une à plusieurs minutes.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'un brassage intense est provoqué à l'intérieur dudit réacteur (1) pendant le nettoyage.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ladite phase de nettoyage est programmée pour être réalisée automatiquement à intervalles réguliers ou sur instruction d'un système de mesure.
19. Réacteur (1) de traitement d'un fluide et notamment au moins de décarbonatation de l'eau, en particulier pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit réacteur (1) comportant au moins une anode (A) pouvant être reliée à une borne positive d'un générateur de courant (2) et au moins une cathode (C) pouvant être reliée à une borne négative dudit générateur de courant (2), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de brassage intense à l'intérieur dudit réacteur (1).
20. Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de brassage intense sont constitués d'au moins un tuyau (11, 11', 11", 11'") poreux ou percé de micro-trous, ledit tuyau étant alimenté par une pompe ou un détendeur, pour la formation de bulles dans le fluide, notamment de bulles d'air ou d'azote.
21. Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits micro-trous présentent un diamètre inférieur ou égal à 2 mm et de préférence inférieur ou égal à 1 mm.
22. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que lesdits moyens de brassage intense sont constitués d'au moins une bouche d'extraction de fluide (13), d'au moins une bouche de refoulement de fluide (14) et d'au moins une pompe (15) positionnée entre ladite bouche d'extraction et ladite bouche de refoulement.
23. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que lesdits moyens de brassage intense sont constitués d'au moins un moyen mécanique (17) tel qu'un agitateur ou une hélice, ainsi que d'un système d'entraînement (18) susceptible d'entraîner ledit moyen mécanique en mouvement à l'intérieur dudit réacteur (1).
24. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que le générateur de courant est capable de générer une intensité de courant de l'ordre de 3 à 30 A.m 2, notamment de 5 à 20 A.m 2 et de préférence de l'ordre de 10 A.m"2 dans ladite (ou lesdites) cathode(s) (C).
25. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 19, caractérisé en ce qu'au moins une et de préférence toutes les cathode(s) (C, C") présente(nt) une surface ondulée.
26. Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la profondeur (p, p') d'une ondulation et de préférence de toutes les ondulation(s) est au moins de 2 mm.
27. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 21, caractérisé en ce que la distance entre le plan moyen d'une cathode (C) et le plan moyen de l'anode (A) adjacente est comprise entre 10 et 60 mm et de préférence entre 20 et 30 mm.
28. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que lesdites cathodes (C) sont positionnées sur des supports (5, 5') facilitant leur extraction.
29. Réacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 23, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage des électrodes (10), positionnés, de préférence, à l'extérieur d'une cuve (3) de traitement.
PCT/FR2005/050750 2004-09-16 2005-09-15 Procede et dispositif de traitement d'un fluide par electrolyse. Ceased WO2006030162A1 (fr)

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