FR2550097A1 - Procede d'empatage de filtres a precouches pour l'epuration de fluides - Google Patents

Abstract

PROCEDE POUR L'EPURATION DE FLUIDES, SPECIALEMENT DE L'EAU CONTENANT DES SUBSTANCES SOLIDES EN SUSPENSION ET DES SUBSTANCES DISSOUTES AU MOYEN DE FILTRES A PRECOUCHES. L'EMPATAGE CONSISTE A DEPOSER SUCCESSIVEMENT, SUR LES ELEMENTS FILTRANTS, UNE COUCHE D'UN MATERIAU INERTE SOUS FORME DE FIBRE OU DE POUDRE, PUIS UNE COUCHE DE RESINES ECHANGEUSES D'IONS BROYEES. LA COUCHE DE MATERIAU INERTE A POUR ROLE D'EVITER LE COLMATAGE DES PORES DES ELEMENTS FILTRANTS, DE REDUIRE LES PERTES DE CHARGE SUR LES FILTRES ET DE FACILITER LE DEBATISSAGE DE LA COUCHE DE RESINES ECHANGEUSES D'IONS SATUREES. PROCEDE PARTICULIEREMENT UTILISABLE POUR L'EPURATION POUSSEE DES CONDENSATS DES CIRCUITS AQUEUX DE CENTRALE ENERGETIQUE.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé d'épuration poussée de fluides, en particulier de l'eau contenant des substances solides en suspension, ainsi que des substances dissoutes, et plus spécialement à un procédé d'utilisation des adjuvants de filtration dans les filtres dits à précouches.

Les filtres à précouches utilisés pour l'épuration poussée de l'eau à grande vitesse de passage, sont en général des récipients cylindriques de faible encombrement, contenant des éléments filtrants sous forme de plaques ou de bougies. Le matériau constituant ces éléments filtrants peut être une toile métallique tissée, un corps fritté, un enroulement de fibres synthétiques ou un corps plastique creux et perforé. L'eau à épurer est passée au-travers de ces éléments sous l'effet de la pression.

L'utilisation des adjuvants de filtration, tels que terres de diatomées, kieselguhr, amiante, charbon actif, cellulose, fibres diverses, dans la filtration mécanique des fluides, est connue depuis longtemps. Ces adjuvants de filtration, dont la dimension moyenne des particules est supérieure à celle des orifices des éléments filtrants, peuvent être utilisés en suspension dans l'eau à épurer. Dans ce cas, la précouche se forme tout au long de la filtration. Ils peuvent être aussi empâtés directement sur l'élément filtrant. On prépare alors préalablement une bouillie qui est envoyée sur l'élément filtrant jusqu'à formation d'une précouche suffisamment épaisse. L'eau à épurer est ensuite filtrée sur cette couche. Dans les deux cas, pour la bonne marche du filtre, il est indispensable que le gateau de filtration formé soit aussi uniforme que possible.On évite ainsi les pertes de charge sur le filtre ou les passages préférentiels du liquide à traiter au-travers de la couche filtrante.

Il est également connu que les résines échangeuses d'ions broyées peuvent être utilisées en tant qu'adjuvants de filtration. Les échangeurs d'ions en poudre sont avantageux. Ils assurent la combinaison de deux effets : la filtration mécanique et l'échange d'ions. On peut ainsi assurer l'épuration physico-chimique poussée de fluides divers : filtration et déminéralisation totale des condensats aqueux, élimination des composés chromophores, des traces de métaux et d'autres impuretés de type organique dans les jus sucrés...

En pratique, on sait que l'efficacité d'un filtre à précouches de résines échangeuses d'ions dépend de la dimension des particules des résines broyées.

Ces particules doivent être aussi petites que possible. On utilise donc des résines pulvérulentes, dont le diamètre moyen des particules est de l'ordre de 50 microns. Dans ces conditions, la vitesse de passage du fluide à traiter et le rendement de réaction d'échange d'ions seront conformes aux exigences d'exploitation industrielle.

Cependant, les résines broyées industrielles contiennent un pourcentage non négligeable de particules beaucoup plus fines, en particulier inférieures à 5 microns. En général, ces résines sont utilisées telles quelles et elles colmatent assez rapidement les orifices des éléments filtrants. D'autre part, on observe également que le gâteau de filtration formé est non uniforme et compact. Il en résulte que - les pertes de charge s'élèvent sur le filtre, réduisant la vitesse de passage du fluide à traiter. Ce phénomène a pour conséquences l'arrêt total de la filtration en cours et le remplacement prématuré de la précouche de résines, - le débatissage du gâteau de filtration, c'est-à-dire le décollement de la couche de résines après saturation ionique, est difficile. Ceci implique le nettoyage périodique, voire même le remplacement des éléments filtrants (plaques ou bougies).

On a déjà proposé de nombreuses méthodes de préparation d'un floc d'adjuvants de filtration, de structure fine et régulière, caractéristique essentielle pour l'empatage satisfaisant d'une précouche de résines échangeuses d'ions broyées.

On peut citer des procédés mettant en jeux des moyens mécaniques. On connait un procédé consistant à réaliser mécaniquement un emp tage progressif et contrôlé. La suspension de résines, préparée préalablement, est introduite dans le circuit d'alimentation en eau du filtre, au moyen d'une pompe volumétrique. La suspension est ainsi très diluée et dispersée. Dans un autre procédé connu, on a essaye d'éviter la formation d'amas irréguliers au moyen d'un traitement intensif par effet de cisaillement. Pour ce faire, la suspension de résines est préparée préalablement, puis dispersée par passage au-travers d'une turbine.

On connait également des procédés dans lesquels on tente de réduire la formation de ces agglomérats informes en utilisant des additifs modifiant ou supprimant les interactions électriques superficielles entre les particules de résines de charge opposée (potentiel Zeta). Ces additifs peuvent être ajoutés aux résines avant, ou pendant la mise en suspension. Les additifs utilisés peuvent être des polyélectrolytes solubles anioniques, cationiques, tels que les acides polyacrylique, polymethacrylique, polymalélque, ou des dérivés d'ammonium quaternaire polymérisés, des résines échangeuses d'ions ou des polymères divers de charges électriques ou d'ionicités différentes, des fibres ou des poudres cellulosiques ou synthétiques -diverses.

Cependant, toutes les méthodes proposées présentent de sérieux inconvénients. Certains adjuvants de filtration peuvent céder des substances polluantes, génératrices de difficultés lors de l'utilisation de l'eau traitée. Les moyens mécaniques mis en oeuvre impliquent l'utilisation d'appareillages supplémentaires, tels que pompes, récipients, tuyauteries, systèmes doseurs... L'utilisation de substances chimiques additionnelles impose un dosage et un contrôle constant des quantités ajoutées. D'autre part, certaines substances peuvent être fixées ioniquement par les résines, diminuant ainsi leur capacité d'échange. On constate aussi que l'adhérence du gateau sur les éléments filtrants est plus forte. Le débatissage du filtre est donc plus difficile'.

La présente invention a pour but de réduire, voire d'éliminer tous les inconvénients ci-dessus cités. Son objet est donc un procédé d'empatage de filtres à précouches, pour le traitement de fluides divers, en particulier de condensats de centrale énergétique, au moyen d'adjuvants de filtration sous forme de couches poreuses et régulières, d'une durée de fonctionnement prolon gée sans élévation excessive des pertes de charge sur le filtre, et#particuliè- rement, facilement débatissables.

Suivant l'invention, les essais d'empatage décrits dans les exemples ci-dessous sont réalisés sur un filtre semi-industriel composé d'une virolle renfermant une bougie filtrante de type bobiné. L'enroulement est réalisé au moyen d'un fil de polypropylène ou de polyamide. La dimension des pores de la bougie bobinée est de l'ordre de 2 microns et sa surface filtrante extérieure est d'environ 0,18 mètre carré. Le filtre est équipé d'un bac annexe avec un système d'agitation pour la préparation des suspensions et d'une pompe doseuse pour leur introduction dans le filtre.

Exemple 1
Dans le bac annexe contenant 2 litres d'eau déminéralisée, on introduit 36 grammes de fibres inertes (MICROIONEX RT, marque de fabrique de la société DUOLITE INTERNATIONAL), soit 200 grammes de fibres par mètre carré de surface filtrante, sous forme de brins de 2 microns de diamètre et 100 microns de longueur. Le mélange est ensuite agité mécaniquement à 500 tours par minute de manière à bien homogénélser la suspension de fibres. Cette suspension est alors introduite dans le filtre à l'aide d'une pompe doseuse en 20 minutes. Ceci correspond à une vitesse linéaire d'empatage de 4 mètres/heure, soit 4 mètres cube de suspension de fibres par mètre carré de surface filtrante et par heure.

Après arrêt de l'opération d'emp tage de la suspension de fibres, on examine l'aspect de la précouche ainsi formée. La totalité de la surface filtrante de la bougie est recouverte. La couche est régulière et uniforme sans formation d'agglomérats. En opération de filtration, la perte de charge (différence entre les pressions en entrée et en sortie de filtre) est inférieure à 50 millibars pour une vitesse de filtration du fluide de 8 mètres/heure.

Dans le même bac annexe, contenant 8 litres d'eau déminéralisée, on ajoute 144 grammes de résines échangeuses d'ions broyées (MICROIONEX MB 400, marque de fabrique de la société DUOLITE INTERNATIONAL), qui est un mélange de 75 pourcent de résine échangeuse cationique et 25 pourcent de résine anionique sous forme de particules inférieures à 50 microns, soit 800 grammes de microrésines (exprimé en matières sèches) par mètre carré de surface filtrante.

Après homogénéisation de la suspension par agitation mécanique à 250 tours par minute pendant 5 minutes, le mélange est introduit dans le filtre au moyen d'une pompe doseuse en 30 minutes. La vitesse linéaire d'empatage est de 4 mètres/heure.

Après l'arrêt de l'empatage de la suspension de microrésines, on examine l'aspect de la couche déposée. Les microrésines sont réparties régulièrement sur toute la surface de la couche de fibres préalablement empâtée sur la bougie filtrante. La couche est fine, uniforme et poreuse, sans formation d'agglomérats. En opération de filtration, la perte de charge totale sur le filtre est de l'ordre de 70 millibars pour une vitesse du fluide de 8 mètres/heure.

On prépare ensuite une suspension d'oxyde de fer (Fe203) à 2 grammes par litre. Cette dispersion est envoyée dans le circuit principal du filtre à précouches, tel qu'empâté ci-dessus, au moyen d'une pompe à une vitesse linéaire de 8 mètres/heure. On passe ainsi sur la bougie filtrante un volume liquide correspondant à 300 grammes d'oxyde de fer (150 litres de dispersion) par kilogramme de matières empâtées (exprimé en matières sèches), sans observer de fuite de fer dans le filtrat et sans élévation notable de la perte de charge sur le filtre.

Après filtration de la suspension, le débatissage du gâteau de filtration (fibres + microrésines + oxyde de fer) est effectué par l'eau sous pression. On fait passer un courant d'eau à une pression de 1 bar, à contre-courant de la filtration, c'est-à-dire par l'intérieur de la bougie filtrante, vers la surface extérieure, puis on décompresse brutalement. Un seul de ces effets dits "effet canon suffit pour décoller la totalité du gâteau de filtration, qui est ensuite évacué par le bas du filtre. Un examen en coupe du gâteau montre que la filtration du fer s'est effectuée en profondeur.

La bougie ainsi débâtie est prête pour d'autres empatages. On effectue alors environ 20 opérations successives dans les conditions décrites ci-dessus, en utilisant les résines broyées suivantes : MB 300 (mélange de 66 pourcent de résine échangeuse cationique et 34 pourcent de résine échangeuse anionique) et MB 200 (mélange de 50 pourcent de résine échangeuse cationique et de 50 pourcent de résine échangeuse anionique), sans observer d'élévation notable de la perte de charge sur le filtre. Après le dernier débatissage, la bougie filtrante est démontée et examinée. Elle est toujours propre, nette, sans colmatage apparent de ses pores.

Exemple 2
Dans le bac annexe contenant 10 litres d'eau déminéralisée, on introduit 180 grammes de Microionex MB 400 sous forme de particules inférieures à 50 microns, soit 1 kilogramme de microrésines (exprimé en matières sèches) par mètre carré de surface filtrante. On homogénéTse la suspension par agitation mécanique à 250 tours par minute pendant 10 minutes. Cette suspension est ensuite envoyée sur le filtre au moyen d'une pompe doseuse en 37 minutes. La vitesse linéaire d'empâtage est d'environ 4 mètres/heure.

Après arrêt de l'empâtage, on examine la précouche déposée. Son aspect est relativement uniforme, sans agglomérats visibles, mais compact et de porosité assez irrégulière. En opération de filtration, la perte de charge sur le filtre est de l'ordre de 85 millibars pour une vitesse du fluide de 8 mètres/ heure.

On fait passer sur la précouche ainsi formée une suspension d'oxyde de fer de même concentration, et dans les conditions de l'exemple 1. En fin de filtration, il n'y a toujours pas de fuite en fer dans le filtrat, mais on observe une élévation de la perte de charge jusqu'à environ 95 millibars pour une vitesse de passage de 6 mètres/heure.

Le débatissage du gâteau de filtration (microrésines + oxyde de fer), dans les conditions de l'exemple 1, est plus difficile. On augmente la pression d'eau, et de plus, plusieurs effects "Canon" sont nécessaires pour disloquer le gâteau. L'examen en coupe de celui-ci montre que la filtration s'est effectuée en surface sous forme d'une croate compacte et dure.

On effectue alors environ 20 opérations successives < empâtage et filtration de la suspension d'oxyde de fer) en utilisant les microrésines MB 300 et
MB 200 dans les conditions décrites dans l'exemple 1. Au fil des opérations, on observe une élévation progressive de la perte de charge sur le filtre, jusqu'à environ 120 millibars. Après le dernier débatissage, la bougie filtrante est démontée et examinée. On observe un colmatage évident de ses pores par des fines particules de microrésines et par du fer coll îdal. Un nettoyage plus poussé de la bougie est nécessaire (eau sous pression, brossage, lavage).

Cet exemple comparatif montre que le procédé conforme à l'invention est une solution à certains problèmes rencontrés industriellement au cours de l'exploitation des filtres à précouches pour l'épuration de fluides divers. Il est en particulier utilisable dans les procédés où l'on désire combiner deux effets la filtration mécanique et l'échange d'ions. Il assure la formation de prêcou- ches de structure fine uniforme et poreuse, ne se fissurant pas et ne provoquant pas d'élévation des pertes de charge sur le filtre. Il en résulte d'une part, que les volumes de fluide traités sont plus importants, par cycle de filtration, et d'autre part, que le débatissage des précouches est notablement facilité.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'empâtage de filtres à précouches utilisés pour l'épuration de fluides contenant des solides en suspension ainsi-que des matières dissoutes telles que les composés minéraux, métalliques et chromophores, caractérisé en ce que l'on réalise un empâtage en doubles couches minces uniformes et poreuses au moyen d'une part, d'un matériau inerte, et d'autre part, d'un mélange de résines échangeuses d'ions broyées, assurant ainsi un allongement de la durée des cycles de filtration et facilitant le débâtissage de la double couche en fin de filtration.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau inerte est un matériau fibreux, naturel ou synthétique, sous forme de brins de 2 microns de diamètre et 100 microns de longueur.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau inerte est empâté à raison de 200 grammes par mètre carré de surface filtrante et à une vitesse linéaire de 4 mètres/heure.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de résines broyées est un mélange de résines échangeuses d'ions cationique et anionique, dans un rapport volumique compris entre 75/25 et 50/50.

5. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le diamètre des particules des résines échangeuses d'ions broyées est inférieur à 50 microns.

6. Procédé selon les revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que le mélange de résines échangeuses d'ions broyées est empâté à raison de 800 grammes par mètre carré de surface filtrante et à une vitesse linéaire de 4 mètres/heure.

7. Procédé selon l'ensemble des revendications ci-dessus, pour le traitement de fluides divers, tels que l'épuration poussée de condensats aqueux, ou la purification et la décoloration de jus sucrés.