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WO2001092160A1 - Procede et installation de traitement de liquide charge en sels ou impuretes - Google Patents

Procede et installation de traitement de liquide charge en sels ou impuretes Download PDF

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WO2001092160A1
WO2001092160A1 PCT/FR2001/001586 FR0101586W WO0192160A1 WO 2001092160 A1 WO2001092160 A1 WO 2001092160A1 FR 0101586 W FR0101586 W FR 0101586W WO 0192160 A1 WO0192160 A1 WO 0192160A1
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WO
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water
mixture
gas
vapor
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PCT/FR2001/001586
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English (en)
Inventor
Vladimir Afanasiev
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Original Assignee
TSB INTERNATIONAL
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Publication date
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    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to the treatment of liquid loaded with salts or impurities, and in particular desalination apparatus.
  • the present invention can be used in particular for the purification and desalination of seawater and groundwater, as well as for obtaining quality water in the food or chemical industry, in microelectronics, in medicine and for the purification of drinking water and waste water or liquids laden with waste, including water or liquids laden with radioactive waste, or liquid radioactive waste.
  • the technique closest to the present invention is the well-known means of extracting particles suspended in a liquid by the process of pressurized flotation (the liquid and the air mix under pressure).
  • the water saturated with air is sent to a chamber where the air bubbles rise with the suspended particles (see Purification and recovery of industrial waste by VF Maximov and IV Wolf, Editions de l'Industrie Forestière, 1989 p. 214 to 219).
  • This very well-known technique however has some shortcomings such as the low concentration of particles in suspension on the surface of the flotation chamber, the fairly long duration of the process and a very high energy consumption to obtain effective purification.
  • the desalination plant is also known ( Russian patent No. 2013315) which can be considered as a prototype of the present plant. It is a production line comprising a heating resistor, a steam chamber, a condensation chamber, water inlet pipes to the heating resistance, saline bypass (brine), steam, salt water supply pumps and brine and desalinated water drain pumps. This installation is fitted with a radial turbine: the intake port of the turbine coincides with the steam intake of the steam chamber.
  • An electric dialyzer is also known: selective cationic and anionic membranes arranged alternately between the electrodes form desalination chambers equipped with water inlet pipes and concentration chambers equipped with reverse osmotic membranes (Soviet patent n ° 869064, 1980).
  • the reverse osmotic membrane arranged in the concentration chamber contributes to the separation of positive and negative ions and reduces the formation of precipitation of insoluble salts on the membranes.
  • it is not effective enough.
  • the solutions proposed here allow the reduction of energy consumption and the flow of water poured into the brine, the almost total elimination of the primary water purification thanks to the periodic consumption of filters, sorbents, reaction agents. as well as increasing the viewing time of the electric dialyzer thanks to the reduction in precipitation of insoluble salts on the membranes.
  • the subject of the invention is a process for treating liquid loaded with salts or impurities, characterized in that the liquid loaded with salts or impurities is mixed in a chamber with a gas such as air, in that we apply to this mixture the action of a cavitation generator and the driving action around the axis of the chamber, the mixture then being separated away from the axis of the chamber into a vapor-gas mixture and an annular volume of liquid, the outer layer of the annular volume of liquid then being sent to electrodialysis and the internal layer being discharged into the brine, the vapor-gas mixture being subsequently separated by condensation.
  • a gas such as air
  • the liquid loaded with salts or impurities is sea water; and the process for purifying and desalinating seawater is characterized in that the water is mixed in a chamber with a gas such as air, in that the action is applied to this mixture a cavitation generator and the action around the axis of the chamber, the mixture then being separated away from the axis of the chamber in a vapor-gas mixture and an annular volume of water, the outer layer of the annular volume of water then being sent to electrodialysis and the inner layer is discharged into the brine, the vapor-gas mixture being subsequently separated by condensation.
  • a gas such as air
  • the subject of the invention is also an installation for treating liquid loaded with salts or impurities, characterized in that the installation comprises means for mixing the liquid loaded with salts or impurities in a chamber with a gas such as air, means for applying to this mixture the action of a cavitation generator and the driving action around the axis of the chamber, means for then separating the mixture away from the axis of the chamber in a vapor-gas mixture and an annular volume of liquid, means for electrodialysis of the outer layer of the annular volume of liquid, and means for evacuating the internal layer in the brine, as well as means for then separating by condensation the steam-gas mixture.
  • a gas such as air
  • the liquid loaded with salts or impurities is sea water; and the seawater purification and desalination plant is characterized in that it has interconnected steam and condensation chambers, water inlet, brine evacuation and steam intake pipes, as well as water supply and brine evacuation pumps and desalinated water, the steam chamber being formed by a container being provided with water inlet and brine discharge pipes arranged tangentially, in that it is further provided with an electric dialyzer , the steam chamber comprising a cavitation generator and a water evacuation duct connected to the electric dialyzer, and in that the water supply duct into the steam chamber comprises a gas diffuser such as air by dispersion.
  • a gas diffuser such as air by dispersion.
  • the selective cationic and anionic membranes are arranged alternately between the electrodes, these membranes forming desalination chambers and concentration chambers equipped with baffles, and are said baffles are provided with selective heteropolar membranes put together at the end and in that each of them is arranged on the side of a membrane of reverse sign.
  • the selective cationic and anionic membranes are arranged alternately between the electrodes, these membranes forming desalination chambers and concentration chambers equipped with baffles, and said baffles are in the form of an electric film with conductive coatings on each side electrically connected to each other; in this case, said electric film can advantageously be made of graphite synthetic fabric.
  • the invention relates in particular to:. a process for the purification and desalination of sea water which consists in mixing this water with a gas (for example, with air) in a cylindrical chamber.
  • a process for the purification and desalination of sea water which consists in mixing this water with a gas (for example, with air) in a cylindrical chamber.
  • the particularity of this process is as follows: the mixture is subjected to the action of the cavitation generator and to rotation about the axis of the chamber: it is separated, in the opposite direction to the axis of the chamber, in gas-value mixture and in an annular volume of water; the surface layer water is sent on electric dialysis, the inner layer is poured into the brine, and the vapor-gas mixture is separated by condensation.
  • a sea water purification and desalination installation is equipped with an electric dialyzer: the steam chamber contains a cavitation generator and a water diversion coupled with the electric dialyzer; the water inlet pipe in the steam chamber is equipped with a gas diffuser (for example, air).
  • a gas diffuser for example, air
  • Variant 1 In the electric dialyzer containing the cationic and anionic selective membranes arranged alternately between the electrodes and forming the desalination chambers and the concentration chambers equipped with baffles, these baffles represent two heteropolar membranes for selecting ions placed end to end; each of these membranes is arranged on the side of the membrane of reverse sign.
  • Variant 2 In the electric dialyzer containing the selective cationic and anionic membranes arranged alternately between the electrodes and forming the desalination chambers and the concentration chambers equipped with baffles, these baffles represent a dielectric film with a conductive coating on each side: coverings are electrically connected. A graphite synthetic textile film can be used.
  • this baffle represents two heteropolar membranes placed end to end; in the second variant, a dielectric film with a conductive coating is used as a baffle.
  • FIG. 1 schematically shows a diagram of the water purification and desalination installation according to the invention using the method proposed according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically a side view of the steam and condensation chambers with indication of the functional links with the other units;
  • Figure 3 schematically shows a sectional view A-A of Figure 2 of the water purification and desalination plant according to the invention;
  • Figure 4 schematically shows a side elevational view of an electric dialyzer according to the invention. (first variant);
  • FIG. 5 schematically shows a side elevational view of another electric dialyzer according to the invention. (second variant);
  • the seawater purification and desalination installation (fig. 1 and 2) includes a seawater supply pump (1), a condensation chamber (2), a gas diffuser by dispersion (3), a steam chamber (4) and an electric dialyzer (5).
  • the condensation chamber (2) is equipped with a sea water supply and evacuation tube (6 and 7), a tube (8) for evacuating the distillate - desalinated water) and d '' a gas discharge valve (9).
  • the steam chamber (4) is equipped with a cavitation generator (10), a separator (11), a compressor (12), an evacuation pipe for the vapor-gas mixture (13) , a pipe (14) for discharging the purified and partially desalted seawater in the electric dialyzer (5), a pipe for discharging the brine containing impurities (15) and a pipe inlet of the mixture of sea water with gas (16).
  • the condensation chamber (2) (sectional view on fig.
  • the steam chamber (4) (sectional view fig. 2) contains the cylindrical body (21) with orifices (22) and, like the condensation chamber (2), the heat exchanger tubes (23) and the intake manifolds for the vapor-gas mixture (24) and sea water mixed with gas (25) after the dispersion gas diffuser (3).
  • the cylindrical body 21 and the ferrules 26, 27 and 28) form the collector (29) intended for the evacuation of the brine containing impurities in the tubing (15), and the collector (30) for the evacuation of the purified and partially desalinated water through the tubing (14).
  • the vapor-gas mixture forms in the cavity of the cylinder limited by the surface I under the action of centrifugal forces; water is formed in the circular space limited by the surface I and the cylindrical body (21).
  • the vapor and gas bubbles coming from the cavitation and containing the impurities and the precipitation of the salts are directed towards the exit through the tube (15) between the surfaces I and II under the action of centrifugal forces; the vapor-gas mixture is separated and discharged through the separator (11).
  • the water is thus purified and partially desalted is concentrated in the cavity between the cylindrical body (21) and the surface II to be evacuated through the tubing (14) towards the electric dialyzer (5).
  • Figure 3 shows a fragment of the tangential orifice (22) with the guide duct (31) in the cylindrical body (21) of the steam chamber (4).
  • FIG. 4 represents the first variant of an electric dialyzer (5) proposed for implementing a method according to the invention
  • the first variant contains electrodes (32 and 33) between which the selective cationic membranes (34) are arranged and anionics (35) which form the desalination (36) and concentration (37) chambers.
  • the concentration chambers contain the baffles (38) formed by the selective cationic (34) and anionic (35) membranes placed end to end.
  • FIG. 5 represents the second variant of an electric dialyzer (5) proposed for implementing a method according to the invention
  • the baffles (38) are made of dielectric film (39) with a conductive coating (40) on each side; these coatings are electrically connected to each other. It is easy to make this electrical connection by applying the identical coating to one of the edges of the film.
  • the pump (1) brings the water into the condensation chamber via the tubing (6).
  • Water bypasses the heat exchanger tubes (17) and enters, via the tubing (7), into the dispersion diffuser (3), for example porous, where it is mixed with oxygen (or gas containing ozone).
  • oxygen or gas containing ozone
  • This gas diffused in the body of water in the form of tiny bubbles, dissolves in water which stimulates coagulation and flocculation of impurities and contributes, for example, to the precipitation of insoluble iron compounds.
  • this vapor-gas mixture arrives in the manifold (25) of the vapor chamber (16). There, it bypasses the heat exchanger tubes (23) in which the compressed vapor-gas mixture produced by the compressor (12) at high temperature circulates.
  • This water-gas mixture thus heats up and, thanks to the presence of the compressed gas, enters via the orifice (22) and the guide conduits in the cavity of the cylindrical body (21) of the steam chamber (4) and swirls around the axis of the body (21).
  • the cavitation generator (10) of the hydraulic or ultrasonic type further excites a multitude of vapor bubbles produced by cavitation in which the water and the gas are under high pressure and at high temperature. Under the action of centrifugal forces, the gas and vapor bubbles float the impurities of mechanical or organic origin which precipitate, with the evaporation of the insoluble salt, on the side of the funnel limited by the surface I, in the space between surfaces I and II which narrows in the direction of the flow of the liquid.
  • the water purified of impurities, iron and partially of salts accumulates in the space between the body (21) and the surface I
  • the water containing impurities accumulates in the space between the surfaces I and IL
  • the vapor-gas mixture accumulates in the funnel (1) along the axis of the body (21).
  • the vacuum pump (12) the vapor-gas mixture is pumped out which creates the conditions for boiling water at low temperature and low pressure.
  • the separator (11) for example of the centrifugal type, which rejects the particles of impurities at the rear, the mixture is discharged into the tube (13) under high pressure, and therefore at high temperature. Then, via the heat exchanger tubes (23) and (17), it transmits the heat heat to the sea water. In the collector (20) the vapor is condensed in the distillate which is evacuated by the tube ( 8). The gas is discharged outside through the valve (9). Impurities and salts are discharged into the brine through the collector
  • the water purified of impurities and partially of salts arrives in the electric dialyzer (5), via the collector (30) and the tube (14) for further desalination.
  • the water is prepared in the steam chamber to reach conditions (purification and partial desalination) allowing the reliable operation of the electric dialyzer.
  • the operating principle of the more reliable electric dialyzer (5) proposed is as follows:
  • the dissociated ions rise to the surface of the selective membranes, cross the latter and enter the concentration chambers.
  • the anionic membranes arrive the negative ions Cl “ , SO 4 " 2 ...
  • the cationic membranes arrive the positive ions Ca +2 , Mg +2 , Na + ...
  • the separation of the ions is ensured by the dielectric film.
  • This film retains the ions.
  • the conductive coatings on the two sides of the film, electrically connected to each other, are necessary to ensure the possibility of current passing through the whole apparatus. Electric dialysers using this principle have already been built. Dimensions: 165 x 82 x 265 mm.
  • the anionic membranes MA-40 and the cationic membranes MC-40 were used, separated by the polystyrene and polypropylene frames.
  • the auxiliary parts are made of organic glass and stainless steel. All materials are approved for medical use.
  • the baffle is produced by folding the section of the film of double length on the non-conductive side.
  • the electrical connection is provided by the entire graphite coating.
  • the device is connected to the 220 V, 50 Hz network. It can be used for the purification of salt water up to 6 mg equiv./l of hardness.
  • the observed energy capacity of the device is 2 W / l max.

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Abstract

Pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement de liquide chargé en sels ou impuretés, une installation comporte des moyens (1, 3) pour mélanger le liquide chargé en sels ou impuretés dans une chambre (2) avec un gaz tel que l'air, des moyens pour appliquer à ce mélange l'action d'un générateur (10) de cavitation et l'action d'entraînement autour de l'axe de la chambre, des moyens (11) pour ensuite séparer le mélange en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de liquide, des moyens (5) d'électrodialyse de la couche extérieure du volume annulaire de liquide et des moyens (15) pour évacuer la couche interne dans la saumure, ainsi que des moyens (13) pour séparer ensuite par condensation le mélange vapeur-gaz.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT DE LIQUIDE CHARGE EN SELS OU IMPURETES
La présente invention concerne le traitement de liquide chargé en sels ou impuretés, et en particulier les appareils de dessalement.
La présente invention peut être utilisée notamment pour l'épuration et le dessalement de l'eau de mer et des eaux souterraines, ainsi que pour l'obtention d'eau de qualité dans l'industrie alimentaire ou chimique, dans la micro-électronique, dans la médecine et pour l'épuration des eaux de consommation et des eaux usées ou liquides chargés en déchets, y compris les eaux ou liquides chargés en déchets radioactifs, ou les déchets radioactifs liquides.
La technique la plus proche de la présente invention est le moyen bien connu d'extraction des particules en suspension dans un liquide par le procédé de flottation sous pression (le liquide et l'air se mélangent sous pression). L'eau saturée en air est envoyée dans une chambre où les bulles d'air remontent avec les particules en suspension (voir Epuration et récupération des déchets industriels par V.F. Maximov et I.V. Wolf, Editions de l'Industrie Forestière, 1989 p. 214 à 219). Cette technique très connue a pourtant quelques défauts comme la concentration faible des particules en suspension à la surface de la chambre de flottation, la durée assez longue du procédé et une très grande consommation d'énergie pour obtenir une épuration efficace.
On connaît également la technique d'extraction des particules en suspension par cavitation (brevet soviétique n° 1751169). Elle est basée sur l'effet de cavitation sous coup de bélier. Les particules en suspension sont extraites par la pression des ondes créées par les oscillations de la membrane, ainsi que par l'effort de levée de la couche d'émulsion créée sous l'effet de cavitation d'éjection du fluide par l'orifice de la membrane. Cependant, cette technique n'est efficace que pour l'extraction de petites particules légères qui montent et se concentrent à la surface du liquide dans la chambre.
On connaît aussi l'installation de dessalement (brevet russe n° 2013315) pouvant être considérée comme prototype de la présente installation. C'est une ligne de production comprenant une résistance de chauffe, une chambre de vapeur, une chambre de condensation, des tubulures d'arrivée d'eau vers la résistance de chauffe, des dérivations de la solution saline (saumure), des prises de vapeur, des pompes d'alimentation en eau salée et des pompes de vidange de la saumure et de l'eau dessalée. Cette installation est équipée d'une turbine radiale : l'orifice d'admission de la turbine coïncide avec la prise de vapeur de la chambre de vapeur.
Cependant, cette installation présente également des inconvénients comme une très grande consommation d'énergie d'eau. On connaît aussi un dialyseur électrique : des membranes sélectives cationiques et anioniques disposées en alternance entre les électrodes forment des chambres de dessalement équipées de tubulures d'arrivée d'eau et des chambres de concentration équipées de membranes osmotiques inversées (brevet soviétique n° 869064, 1980). Dans cette installation, la membrane osmotique inversée disposée dans la chambre de concentration contribue à la séparation des ions positifs et négatifs et réduit la formation des précipitations des sels insolubles sur les membranes. Cependant, elle n'est pas suffisamment efficace.
Les solutions proposées ici permettent la réduction de consommation d'énergie et du débit d'eau déversée dans la saumure, la suppression quasi totale de l'épuration primaire d'eau grâce à la consommation périodique des filtres, sorbants, agents de réaction... ainsi que l'augmentation de la durée de vue du dialyseur électrique grâce à la réduction des précipitations des sels insolubles sur les membranes. L'invention a pour objet un procédé de traitement de liquide chargé en sels ou impuretés, caractérisé en ce que le liquide chargé en sels ou impuretés est mélangé dans une chambre avec un gaz tel que l'air, en ce que l'on applique à ce mélange l'action d'un générateur de cavitation et l'action d'entraînement autour de l'axe de la chambre, le mélange étant ensuite séparé en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de liquide, la couche extérieure du volume annulaire de liquide étant ensuite envoyé en électrodialyse et la couche interne étant évacuée dans la saumure, le mélange vapeur-gaz étant par la suite séparé par condensation.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
-le liquide chargé en sels ou impuretés est de l'eau de mer ; et le procédé d'épuration et de dessalement de l'eau de mer est caractérisé en ce que l'eau est mélangée dans une chambre avec un gaz tel que l'air, en ce que l'on applique à ce mélange l'action d'un générateur de cavitation et l'action autour de l'axe de la chambre, le mélange étant ensuite séparé en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de l'eau, la couche extérieure du volume annulaire de l'eau étant ensuite envoyée en électrodialyse et la couche interne est évacuée dans la saumure, le mélange vapeur-gaz étant par la suite séparé par condensation.
L'invention a également pour objet une installation de traitement de liquide chargé en sels ou impuretés, caractérisé en ce que l'installation comporte des moyens pour mélanger le liquide chargé en sels ou impuretés dans une chambre avec un gaz tel que l'air, des moyens pour appliquer à ce mélange l'action d'un générateur de cavitation et l'action d'entraînement autour de l'axe de la chambre, des moyens pour ensuite séparer le mélange en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de liquide, des moyens d' électrodialyse de la couche extérieure du volume annulaire de liquide ,et des moyens pour évacuer la couche interne dans la saumure, ainsi que des moyens pour séparer ensuite par condensation le mélange vapeur-gaz.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - -le liquide chargé en sels ou impuretés est de l'eau de mer ; et l'installation d'épuration et de dessalement de l'eau de mer est caractérisée en ce qu'elle comporte des chambres de vapeur et de condensation reliées entre elles, des conduits d'arrivée d'eau, d'évacuation de la saumure et de prise de la vapeur, ainsi que des pompes d'alimentation en eau et d'évacuation de la saumure et de l'eau dessalée, la chambre de vapeur étant formée par un récipient étant pourvu de conduits d'arrivée d'eau et d'évacuation de la saumure disposés tangentiellement, en ce qu'elle est en outre pourvue d'un dialyseur électrique, la chambre de vapeur comportant un générateur de cavitation et un conduit d'évacuation d'eau relié au dialyseur électrique, et en ce que le conduit d'amenée d'eau dans la chambre de vapeur comporte un diffuseur de gaz tel que l'air par dispersion.
- selon une première variante de réalisation, les membranes sélectives cationiques et anioniques sont disposées en alternance entre les électrodes, ces membranes formant des chambres de dessalement et des chambres de concentration équipées de chicanes, et sont lesdites chicanes sont pourvues de membranes sélectives hétéropolaires mises bout à bout et en ce que chacune d'elles est disposée du côté d'une membrane de signe inverse.
- selon une deuxième variante de réalisation, les membranes sélectives cationiques et anioniques sont disposées en alternance entre les électrodes, ces membranes formant des chambres de dessalement et des chambres de concentration équipées de chicanes, et lesdites chicanes sont sous forme d'un film électrique avec des revêtements conducteurs sur chaque face reliés électriquement entre eux ; dans ce cas, ledit film électrique peut être avantageusement en tissu synthétique graphité.
L'invention est notamment relative à: . un procédé d'épuration et de dessalement de l'eau de mer qui consiste à mélanger cette eau avec un gaz (par exemple, avec l'air) dans une chambre cylindrique. La particularité de ce procédé est la suivante : le mélange est soumis à l'action du générateur de cavitation et à la rotation autour de l'axe de la chambre : elle est séparée, dans le sens contraire à l'axe de la chambre, en mélange valeur-gaz et en un volume annulaire d'eau ; la couche superficielle d'eau est envoyée en dialyse électrique, la couche intérieure est déversée dans la saumure, et le mélange vapeur-gaz est séparé par la condensation.
. une installation d'épuration et de dessalement de l'eau de mer. La particularité de cette installation est la suivante : elle est équipée d'un dialyseur électrique : la chambre de vapeur contient un générateur de cavitation et une dérivation d'eau couplée avec le dialyseur électrique ; la tubulure d'arrivée d'eau dans la chambre de vapeur est équipée d'un diffuseur de gaz (par exemple, de l'air).
Variante 1 : Dans le dialyseur électrique contenant les membranes sélectives cationiques et anioniques disposées en alternance entre les électrodes et formant les chambres de dessalement et les chambres de concentration équipées de chicanes, ces chicanes représentent deux membranes hétéropolaires de sélection des ions mises bout à bout ; chacune de ces membranes est disposée du côté de la membrane de signe inverse. Variante 2 : Dans le dialyseur électrique contenant les membranes sélectives cationiques et anioniques disposées en alternance entre les électrodes et formant les chambres de dessalement et les chambres de concentration équipées de chicanes, ces chicanes représentent un film diélectrique avec un revêtement conducteur de chaque côté : ces revêtements sont électriquement connectés. On peut utiliser un film textile synthétique graphité.
Ce procédé et cette installation d'épuration et de dessalement de l'eau de mer permettent :
De réduire sensiblement le volume d'eau déversée dans la saumure grâce au dialyseur électrique complémentaire. De réduire la consommation d'énergie grâce au remplacement d'un réchauffeur traditionnel par une combinaison composée d'un générateur de cavitation et d'un diffuseur de gaz (air, oxygène, ozone...) à dispersion; ceci a été le facteur décisif pour l'utilisation en dessalement d'un dialyseur électrique plus économique. De supprimer l'épuration primaire de l'eau liée à la consommation périodique des filtres, sorbants, agents de réaction... grâce à l'utilisation de l'épuration par flottation dans le champ centrifuge du côté d'une multitude de bulles de vapeur et de gaz obtenus par cavitation ; ces bulles créent en outre l'effet puissant de décontamination et de désinfection et réduisent la teneur dans l'eau.
D'empêcher la formation des précipitations insolubles sur les membranes du dialyseur électrique grâce à la chicane dans la chambre de concentration du dialyseur. Dans la première variante, cette chicane représente deux membranes hétéropolaires mises bout à bout ; dans la seconde variante, on utilise en tant que chicane un film diélectrique à revêtement conducteur.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 représente schématiquement un schéma de l'installation d'épuration et de dessalement de l'eau selon l'invention utilisant le procédé proposé selon l'invention;
- La figure 2 représente schématiquement une vue latérale des chambres de vapeur et de condensation avec indication des liens fonctionnels avec les autres unités ; La figure 3 représente schématiquement une vue en coupe A-A de la figure 2 de l'installation d'épuration et de dessalement de l'eau selon l'invention;
La figure 4 représente schématiquement une vue en élévation latérale d'un dialyseur électrique selon l'invention; (première variante) ;
- La figure 5 représente schématiquement une vue en élévation latérale d'un autre dialyseur électrique selon l'invention; (deuxième variante) ;
L'installation d'épuration et de dessalement de l'eau de mer (fig. 1 et 2) comprend une pompe d'alimentation en eau de mer (1), une chambre de condensation (2), un diffuseur de gaz par dispersion (3), une chambre de vapeur (4) et un dialyseur électrique (5). La chambre de condensation (2) est équipée d'une tubulure d'alimentation et d'évacuation de l'eau de mer (6 et 7), d'une tubulure (8) d'évacuation du distillât -eau dessalée) et d'une valve d'évacuation du gaz (9).
La chambre de vapeur (4) est équipée d'un générateur de cavitation (10), d'un séparateur (11), d'un compresseur (12), d'une tubulure d'évacuation du mélange vapeur-gaz (13), d'une tubulure (14) d'évacuation de l'eau de mer épurée et partiellement dessalée dans le dialyseur électrique (5), d'une tubulure d'évacuation de la saumure contenant des impuretés (15) et d'une tubulure d'admission du mélange de l'eau de mer avec du gaz (16). La chambre de condensation (2) (vue en coupe sur fig. 2) contient les corps de la chambre et des viroles de liaison formés par les surfaces des tubes échangeurs de la chaleur (17), un collecteur (18) d'admission du mélange vapeur-gaz en provenance de la chambre de vapeur (4), un collecteur (19) pour la mise de l'eau de mer en contact avec les tubes échangeurs de la chaleur (17) et un collecteur (20) d'accumulation du distillât. La chambre de vapeur (4) (vue en coupe fig. 2) contient le corps cylindrique (21) avec des orifices (22) et, pareil à la chambre de condensation (2), les tubes échangeurs de la chaleur (23) et les collecteurs d'admission du mélange vapeur-gaz (24) et de l'eau de mer mélangée avec du gaz (25) après le diffuseur du gaz par dispersion (3).
Dans la cavité de la chambre de vapeur (4), le corps cylindrique 21 et les viroles 26, 27 et 28) forment le collecteur (29) destiné à l'évacuation de la saumure contenant des impuretés dans la tubulure (15), et le collecteur (30) pour l'évacuation de l'eau épurée et partiellement dessalée à travers la tubulure (14). Dans la même cavité de la chambre de vapeur (4) le mélange vapeur-gaz se forme dans la cavité du cylindre limitée par la surface I sous l'action des forces centrifuges ; l'eau se forme dans l'espace circulaire limité par la surface I et le corps cylindrique (21). Les bulles de vapeur et de gaz issues de la cavitation et contenant les impuretés et les précipitations des sels sont dirigées vers la sortie à travers la tubulure (15) entre les surface I et II sous l'action des forces centrifuges ; le mélange vapeur-gaz est séparé et évacué à travers le séparateur (11).
L'eau est ainsi épurée et partiellement dessalée se concentre dans la cavité entre le corps cylindrique (21) et la surface II pour être évacuée à travers la tubulure (14) vers le dialyseur électrique (5).
La figure 3 montre un fragment de l'orifice tangentiel (22) avec le conduit de guidage (31) dans le corps cylindrique (21) de la chambre de vapeur (4).
La figure 4 représente la première variante de dialyseur électrique (5) proposé pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention La première variante contient des électrodes (32 et 33) entre lesquels sont disposées les membranes sélectives cationiques (34) et anioniques (35) qui forment les chambres de dessalement (36) et de concentration (37). Les chambres de concentration contiennent les chicanes (38) formées par les membranes sélectives cationiques (34) et anionique (35) mises bout à bout. La figure 5 représente la deuxième variante, de dialyseur électrique (5) proposé pour la la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention
Dans la deuxième variante du dialyseur électrique, les chicanes (38) sont en film diélectrique (39) avec un revêtement conducteur (40) de chaque côté ; ces revêtements sont connectés entre eux électriquement. Il est facile de réaliser cette connexion électrique par l'application du revêtement identique sur un des bords du film.
Le principe de fonctionnement du procédé et de l'installation d'épuration et de dessalement de l'eau de mer proposées ici est le suivant :
La pompe (1) amène l'eau dans la chambre de condensation via la tubulure (6). L'eau contourne les tubes échangeurs de la chaleur (17) et entre, via la tubulure (7), dans le diffuseur par dispersion (3), par exemple poreux, où elle est mélangée avec de l'oxygène (ou du gaz contenant de l'ozone). Ce gaz, diffusé dans la masse d'eau sous forme de minuscules bulles se dissout dans l'eau ce qui stimule la coagulation et la floculation des impuretés et contribue, par exemple, à la précipitation des composés insolubles du fer. Ensuite, ce mélange vapeur-gaz arrive dans le collecteur (25) de la chambre de vapeur (16). Là, il contourne les tubes échangeurs de la chaleur (23) dans lesquels circule le mélange comprimé vapeur-gaz produit par le compresseur (12) à température élevée. Ce mélange eau-gaz se réchauffe ainsi et, grâce à la présence du gaz comprimé, entre via l'orifice (22) et les conduits de guidage dans la cavité du corps cylindrique (21) de la chambre de vapeur (4) et tourbillonne autour de l'axe du corps (21). Le générateur de cavitation (10) de type hydraulique ou ultrasonique excite encore une multitude de bulles de vapeur produites par cavitation dans lesquelles l'eau et le gaz se trouvent sous la pression et à la température élevées. Sous l'action des forces centrifuges, les bulles de gaz et de vapeur font flotter les impuretés d'origine mécanique ou organiques lesquelles se précipitent, avec l'évaporation du sel insoluble, du côté de l'entonnoir limité par la surface I, dans l'espace entre les surfaces I et II qui se rétrécit en direction du flux du liquide. En même temps, grâce à l'action de l'ultrason, les micro-organismes sont détruits. Ainsi, l'eau épurée des impuretés, du fer et partiellement des sels s'accumule dans l'espace entre le corps (21) et la surface I L'eau contenant des impuretés s'accumule dans l'espace entre les surfaces I et IL Le mélange vapeur-gaz s'accumule dans l'entonnoir (1) le long de l'axe du corps (21). Ensuite, grâce à la pompe à vide (12), le mélange vapeur-gaz est évacué par pompage ce qui crée les conditions pour l'ébuUition de l'eau à basse température et sous basse pression.
A travers le séparateur (11), par exemple de type centrifuge, qui rejette les particules des impuretés à l'arrière, le mélange est refoulé dans la tubulure (13) sous pression élevée, et donc à la température élevée. Ensuite, via les tubes échangeurs de la chaleur (23) et (17), il transmet la chaleur la chaleur à l'eau de mer. Dans le collecteur (20) la vapeur est condensée dans le distillât qui est évacué par la tubulure (8). Le gaz est évacué à l'extérieur à travers la valve (9). Les impuretés et les sels sont évacués dans la saumure à travers le collecteur
(29). L'eau épurée des impuretés et partiellement des sels arrive dans le dialyseur électrique (5), via le collecteur (30) et la tubulure (14) pour la poursuite du dessalement. Autrement dit, l'eau est préparée dans la chambre de vapeur pour atteindre des conditions (épuration et dessalement partiel) permettant le fonctionnement fiable du dialyseur électrique. Le principe de fonctionnement du dialyseur électrique (5) proposé, plus fiable, est le suivant :
Dans la première variante, lors du passage successif de l'eau traitée à travers les chambres de dessalement sous l'action du champ électrique créé par les électrodes (32) et (33), les ions dissociés remontent à la surface des membranes sélectives, traversent ces dernières et pénètrent dans les chambres de concentration. Du côté des membranes anioniques arrivent les ions négatifs Cl", SO4 "2...Du côté des membranes cationiques arrivent les ions positifs Ca+2, Mg+2, Na+...Ces ions peuvent créer des composés insolubles. Cependant, grâce à la présence dans la chambre de concentration d'une chicane composée de deux membranes hétéropolaires mises bout à bout, ceci ne se produit pas, puisque la membrane cationique, située du côté de la membrane anionique, retient au passage les ions positifs. Ainsi se produit la séparation fiable des ions qui ne s'accumulent que dans les compartiments adéquats de la chambre de concentration. Ensuite, les ions sont évacués à l'égout ou recyclés.
Dans la deuxième variante, la séparation des ions est assurée par le film diélectrique. Ce film retient les ions. Les revêtements conducteurs des deux côtés du film, reliés électriquement entre eux, sont nécessaires pour assurer la possibilité de passage du courant à travers tout l'appareil. Des dialyseurs électriques utilisant ce principe ont déjà été construits. Les encombrements : 165 x 82 x 265 mm. Ont été utilisées les membranes anioniques MA-40 et les membranes cationiques MC-40, séparées par les cadres en polystyrène et polypropylène. Les pièces auxiliaires sont en verre organique et en inox. Tous les matériaux sont homologués pour un usage médical. Dans les appareils selon la deuxième variante, il est aisé d'utiliser le film textile synthétique de série (spécification 6-06 310-71) graphité d'un côté. La chicane est réalisée par le pliage du tronçon du film de longueur double sur le côté non conducteur. La connexion électrique est assurée par la totalité du revêtement graphité.
L'appareil se branche sur le réseau 220 V, 50 Hz. Il peut être utilisé pour l'épuration de l'eau salée jusqu'à 6 mg equiv./l de dureté. La capacité énergétique constatée de l'appareil est de 2 W/l max.
Les essais en charge ont montré que pour le rendement de 201/h, les sels de dureté sont éliminés entièrement : pour le rendement de 301/h la teneur des sels de dureté dans l'eau épurée est de 0,2 mg equiv./l ; pour le rendement de 401/h la teneur des sels de dureté dans l'eau épurée est de 0,7 mg equiv./l.
Ainsi, l'intégralité fonctionnelle (cinématique et dynamique) des unités de l'installation d'épuration et de dessalement d'eau ici proposées, conditionnée de plus par l'utilisation d'un dialyseur électrique plus fiable, permet d'envisager la création d'une installation universelle d'épuration de fluides de n'importe quel degré de contamination.
Les avantages d'une telle installation sont :
- faible consommation d'énergie ; - absence de consommation des matériaux traditionnels (philtres, sorbants, agents de réaction...) ;
- encombrements réduits et possibilité de tout rendement ;
- simplification des systèmes de décontamination de l'eau.
L'installation proposée permettrait la solution nouvelle et plus simple du problème d'actualité pour l'humanité : le dessalement de l'eau de mer et le traitement des liquides chargés en déchets nucléaires.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de liquide chargé en sels ou impuretés, caractérisé en ce que le liquide chargé en sels ou impuretés est mélangé dans une chambre (2) avec un gaz tel que l'air, en ce que l'on applique à ce mélange l'action d'un générateur (10)de cavitation et l'action d'entraînement autour de l'axe de la chambre, le mélange étant ensuite séparé (11) en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de liquide, la couche extérieure du volume annulaire de liquide étant ensuite envoyé en électrodialyse (5) et la couche interne étant évacuée (15) dans la saumure, le mélange vapeur-gaz étant par la suite séparé par condensation.
2. Procédé selon la revendication 1 d'épuration et de dessalement de l'eau de mer, caractérisé en ce que l'eau est mélangée dans une chambre (2) avec un gaz tel que l'air, en ce que l'on applique à ce mélange l'action d'un générateur (10) de cavitation et l'action autour de l'axe de la chambre, le mélange étant ensuite séparé (11) en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de l'eau, la couche extérieure du volume annulaire de l'eau étant ensuite envoyée en électrodialyse (5) et la couche interne est évacuée (15) dans la saumure, le mélange vapeur-gaz étant par la suite séparé par condensation.
3. Installation de traitement de liquide chargé en sels ou impuretés, caractérisée en ce que l'installation comporte des moyens (13) pour mélanger le liquide chargé en sels ou impuretés dans une chambre (2) avec un gaz tel que l'air, des moyens pour appliquer à ce mélange l'action d'un générateur (10) de cavitation et l'action d'entraînement autour de l'axe de la chambre, des moyens (11) pour ensuite séparer le mélange en s'éloignant de l'axe de la chambre en un mélange vapeur-gaz et un volume annulaire de liquide, des moyens d' électrodialyse (5) de la couche extérieure du volume annulaire de liquide et des moyens (15) pour évacuer la couche interne dans la saumure, ainsi que des moyens (13) pour séparer ensuite par condensation le mélange vapeur-gaz.
4. Installation selon la revendication 3 d'épuration et de dessalement de l'eau de mer, caractérisée en ce qu'elle comporte des chambres de vapeur (4) et de condensation (2) reliées entre elles, des conduits d'arrivée (6 et 7) d'eau, d'évacuation (15) de la saumure et de prise (13) de la vapeur, ainsi que des pompes d'alimentation (1) en eau et d'évacuation (29) de la saumure et de l'eau dessalée (8), la chambre de vapeur (4) étant formée par un récipient étant pourvu de conduits (22) d'arrivée d'eau et d'évacuation (15) de la saumure disposés tangentiellement, en ce qu'elle est en outre pourvue d'un dialyseur (5) électrique, la chambre de vapeur (4) comportant un générateur (10) de cavitation et un conduit (14) d'évacuation d'eau relié au dialyseur (5) électrique, et en ce que le conduit d'amenée (16) d'eau dans la chambre de vapeur comporte un diffuseur (3) de gaz tel que l'air par dispersion.
5. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les membranes sélectives cationiques (34) et anioniques (35) disposées en alternance entre les électrodes (32, 33), ces membranes (34, 35) formant des chambres de dessalement (36) et des chambres de concentration (37) équipées de chicanes (38), en ce que lesdites chicanes (38) sont pourvues de membranes sélectives hétéropolaires (34, 35) mises bout à bout et en ce que chacune (38) d'elles est disposée du côté d'une membrane de signe inverse.
6. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les membranes sélectives cationiques (34) et anioniques (35) disposées en alternance entre les électrodes (32, 33), ces membranes (34, 35) formant des chambres de dessalement (36) et des chambres de concentration (37) équipées de chicanes (38), et en ce que lesdites chicanes (38)sont sous forme d'un film électrique (39) avec des revêtements conducteurs (40) sur chaque face reliés électriquement entre eux.
7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que ledit film électrique (39) est en tissu synthétique graphité.
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