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"Procédé et dispositif d'épuration d'une solution ou émulsion aaueuse d'une substance déterminée"
La présente invention concerne un procédé d'épuration d'une solution ou émulsion aqueuse d'une substance déterminée, qui contient des particules magnétisables en suspension, de l'huile dispersée ainsi que de l'air dissous.
Le procédé a pour but un recyclage de l'émulsion ou solution pour qu'elle puisse être à nouveau utilisée comme une émulsion ou solution fraîche, sans particules et avec un minimum d'huile dispersée non désirable, afin d'éviter soit son rejet dans le circuit des eaux usagées soit son filtrage coûteux par exemple sur papier. Ce filtrage sur papier présente en fait les désavantages considérables suivants. Le papier après utilisation est irrécupérable et augmente les poids et volume des produits à éliminer. De plus le papier après utilisation est imprégné d'une quantité d'émulsion ou solution qui est ainsi éliminée au lieu d'être recyclée.
Il en résulte une perte de quantités importantes de la substance susdite. En outre, la présence de l'eau de l'émulsion ou solution dans le papier peut nuire à une utilisation ultérieure des produits à éliminer, utilisables sinon par exemple comme combustibles. Aussi l'entretien des dispositifs de filtrage sur papier augmente le coût considérable de l'épuration susdite, résultant de l'achat d'un papier de qualité et résistance déterminées.
Le rejet de l'émulsion ou solution dans le circuit des eaux usées est contraire à la politique de
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la CEE pour l'environnement et peut être coûteux en taxes et frais de traitement.
Pour résoudre ces problèmes, suivant l'invention le procédé comprend : une magnétisation des particules magnétisables dans l'émulsion ou solution souillée, - un enrobage des particules magnétisées par l'huile présente dans l'émulsion en solution, - une flottation, au moyen de l'air dissous, des particules enrobées, et - une collecte, d'une part, à la surface de l'émulsion ou solution des particules et d'au moins une partie de l'huile et, d'autre part, de l'émulsion ou solu- tion épurée.
Par particules magnétisables, il faut comprendre aussi des particules dont la susceptibilité magnétique () va de 1 à plusieurs milliers. Le diamètre des particules est généralement de l'ordre de 0,5 microns et peut atteindre plusieurs dizaines de microns.
Il est à noter que la magnétisation consiste essentiellement en une préparation des particules et non en une capture de celles-ci.
Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'huile dispersée dans l'émulsion étant d'une part une huile soluble en proportion déterminée et d'autre part de l'huile dite contaminante, l'enrobage a lieu en majeure partie avec l'huile contaminante.
Parmi les huiles contaminantes de l'émulsion, on trouve toutes les huiles indésirables qui s'ajoutent à l'émulsion au cours de l'utilisation de cette dernière. Ces huiles indésirables peuvent être aussi mises en flottation par la magnétisation et donc être extraites des huiles formant l'émulsion de départ.
D'autres modes de réalisation particulièrement avantageux du procédé suivant l'invention découlent des autres revendications secondaires de procédé.
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L'invention concerne aussi un dispositif d'épuration d'une émulsion ou solution aqueuse d'une substance déterminée, qui contient des particules magnétisables en suspension, de l'huile dispersée ainsi que de l'air dissous.
Suivant l'invention, le dispositif d'épuration comporte : - au moins un bac de flottation, - au moins un circuit d'amenée de la solution ou émulsion à une entrée du bac, un dispositif de magnétisation des particules magné- tisables dans l'émulsion ou solution à épurer, - des moyens de collecte desdites particules et éven- tuellement d'au moins une partie de l'huile, à la surface de l'émulsion ou solution dans le bac, et une sortie du bac, pour l'émulsion ou solution épurée, disposée à l'écart de l'entrée du bac.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif d'épuration comporte dans le bac des tôles inclinées par rapport à la surface de l'émulsion ou solution dans ce dernier et écartées l'une de l'autre, les tôles s'étendant, de préférence parallèlement, d'une part entre l'entrée du bac et la sortie de celui-ci et d'autre part entre le fond du bac et la surface de l'émulsion ou solution, à distance du fond et de cette surface.
D'autres formes de réalisation particulièrement avantageuses du dispositif suivant l'invention ressortent des autres revendications secondaires de dispositif.
De plus, d'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemple non limitatif, le procédé d'épuration et une forme de réalisation particulière du dispositif d'épuration suivant l'invention.
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La figure 1 est une représentation schématique d'un bac de flottation, vu en plan, pour la mise en oeuvre du procédé d'épuration suivant l'invention et faisant partie du dispositif d'épuration suivant l'invention.
La figure 2 est, à une autre échelle, une coupe transversale schématique, suivant la ligne II-II, du bac de la figure 1, les tôles traversées par le plan de coupe étant supprimées pour la clarté du dessin.
La figure 3 est, à une autre échelle une section longitudinale schématique partielle, suivant la ligne III-III, du bac de la figure 1, afin de montrer la disposition des tôles.
La figure 4 est un détail agrandi de la coupe longitudinale au travers des tôles, pour montrer leur fixation réciproque.
La figure 5 est, à une autre échelle et en coupe longitudinale suivant la ligne V-V, une vue schématique d'un agencement particulier de collecte aux extrémités longitudinales du bac de flottation.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
La figure 6 montre schématiquement une implantation avantageuse de différents composants formant un dispositif particulier suivant l'invention.
Le dispositif d'épuration de la présente invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple dans le cadre d'une épuration d'émulsion aqueuse d'huile soluble, utilisée par exemple lors de la fabrication de tubes en acier pour un refroidissement et une lubrifiation ou une protection anti-rouille de ceux-ci.
Une émulsion de ce genre est chimiquement complexe et l'huile soluble peut être une huile dite normale ou une huile dite d'extrême pression. L'huile dite normale comporte des additifs qui favorisent
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l'émulsion (sulfonates, savons), des anti-oxydants (amines complexes, composés phénolés), éventuellement des colorants (en faibles traces), des bactéricides du genre fongicides, etc. L'huile dite d'extrême pression comporte en outre du soufre, du chlore, etc.
La stabilité de l'émulsion peut être altérée par plusieurs facteurs qui seront examinés ultérieurement.
Dans le cas de cette description exemplaire, l'émulsion à épurer comporte en outre des particules étrangères à l'émulsion, qui sont magnétisables parce qu'elles sont par exemple métalliques, et des huiles et/ou graisses dispersées qui se mélangent à l'émulsion au cours de ladite fabrication des tubes (ces graisses étant reprises dans ce mémoire sous le vocable général d'huile ou particulier d'huile contaminante, cette dernière désignant les huiles et graisses qui ne font pas partie de l'émulsion propre du départ). L'émulsion comporte aussi de l'air dissous.
Suivant la figure 6, le dispositif suivant l'invention comporte par exemple deux bacs de flottation 1 (figures 1 et 2), un circuit 2 d'amenée de l'émulsion à une entrée 3 de chaque bac de flottation 1, un dispositif de magnétisation, pour chaque bac, représenté schématiquement en 4.
Ce dispositif de magnétisation 4 peut être formé par plusieurs inducteurs cylindriques 5 (figure 2) agencés chacun autour d'une conduite 6 d'amenée de l'émulsion dans le bac de flottation 1. Ce genre d'inducteur 5 est connu en soi. Dans le cas du bac 1 de la figure 1, on a prévu 9 conduites d'amenée 6 et donc 9 inducteurs 5.
Ces inducteurs 5, par exemple alimentés en courant, magnétisent les particules par exemple métalliques à susceptibilité magnétique négative, de type ferromagnétique, (comme le fer, le nickel, le cobalt,
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l'acier, des oxydes genre Fe304). Le courant d'alimentation est de préférence continu redressé non filtré. Avantageusement, les éléments magnétisables des inducteurs 5 sont en matière à hystérésis pratiquement nul, comme de la ferrite, afin de pouvoir stopper la magnétisation en cas de besoin, par exemple si une accumulation de particules magnétisées attirées par le champ magnétique ainsi obtenu tend à colmater la conduite 6. La magnétisation desdites particules magnétisables provoque leur expulsion de l'huile dispersée qui les retient.
Le dispositif suivant l'invention comporte en outre des moyens de collecte 7 (figure 5) desdites particules et d'au moins une partie de l'huile soluble, mais surtout de l'huile dite contaminante, les particules et l'huile étant montées par flottation à la surface de l'émulsion dans le bac 1. Ce dernier présente une sortie 8 pour l'émulsion épurée.
De préférence, suivant l'invention, il y a dans chaque bac de flottation 1, pour augmenter le parcours des éléments en flottation (huile et particules) des tôles 9, par exemple fixes, inclinées (figures 2 à 5) par rapport à la surface 10 de l'émulsion dans le bac 1. Les tôles s'étendent, avantageusement parallèlement et à distance l'une de l'autre, entre l'entrée 3 et la sortie 8 du bac de flottation 1 et entre le fond 11 de ce bac 1 et la surface 10, en étant maintenues à distance de cette dernière et du fond 11 ainsi qu'à distance des entrée 3 et sortie 8. L'inclinaison des tôles 9 par rapport à la surface 10 est d'environ 58 à 600. Le bac 1 étant d'allure générale parallélépipédique, ces tôles 9 peuvent être perpendiculaires aux deux longs côtés parallèles verticaux 12 du bac 1.
Alors pour éviter des zones à flottation non contrôlée par les tôles 9, il y a entre chacun des deux autres côtés verticaux 13 (figure 3) du bac 1 et la tôle inclinée 9
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la plus proche de ce côté 13 un compartiment 113 étanche à l'émulsion à épurer.
Comme le montre un agencement exemplaire de la figure 4, les tôles 9 peuvent avantageusement présenter des saillies 14 qui sont réparties en plusieurs endroits de l'une de leurs grandes faces et qui ont une hauteur sensiblement égale pour maintenir entre deux tôles 9 voisines un écartement déterminé, par exemple 5 mm (les tôles 9 ayant par exemple 1 mm d'épaisseur).
Chaque saillie 14 peut être le résultat d'un emboutissage en forme de portion de sphère. Alors une tôle 9 peut être soudée par au moins deux de ses saillies 14 à la tôle 9 qui repose sur ces dernières.
Pour améliorer la flottation, on peut prévoir par exemple à l'entrée 3 du bac 1 des moyens provoquant un apport d'air dissous dans l'émulsion. Ces moyens peuvent comporter (figure 2) un déversoir 15 où l'émulsion emporte de l'air par suite de l'agitation qu'elle y subit naturellement et une chicane 16 qui augmente la dispersion dans l'émulsion de l'air ainsi emporté (l'écoulement est indiqué par des flèches).
Avantageusement, un échangeur de chaleur 17 (figure 6) peut être prévu dans le circuit d'amenée 2 de l'émulsion, de préférence avant le dispositif de magnétisation 4 en considérant le sens d'écoulement de la solution à épurer. Par exemple pour une émulsion d'huile soluble, l'échangeur 17 est prévu pour qu'à sa sortie la température de l'émulsion soit comprise entre 15 et 20 C, ceci permet d'optimiser la teneur en air dissous dans l'émulsion. L'échangeur 17 comporte en 18 une entrée et une sortie de fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, agencées de façon connue.
Les moyens 7 de collecte suivant l'invention comportent par exemple comme cela est illustré à la figure 5 :
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un cylindre 19 dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface 10 de l'émulsion et est situé au-dessus de cette surface 10 pour que le cylindre 19 trempe partiellement dans l'émulsion le cylindre 19 étant mis en rotation dans le sens de la flèche par un moteur non représenté, un racleur 20 dont un côté 21 est disposé parallèle- ment audit axe et est agencé pour racler la périphé- rie du cylindre 19 au-dessus de ladite surface, de préférence au-dessus de l'axe du cylindre 19, et dont le côté 22 opposé au côté 21 précité est situé plus bas que ce dernier, et un réservoir 23 de stockage séparé du bac 1 et dont un orifice d'entrée est situé sous le côté opposé 22 susdit.
On peut prévoir, dans le dispositif d'épuration suivant l'invention, des moyens 24 (figure 6) pour injecter, dans l'émulsion à épurer, de l'huile ou une substance aidant à la mise en flottation des particules à éliminer. Dans le cas présent ces moyens comportent un réservoir 25, une pompe 26 (à noter le symbole utilisé pour une pompe et le sens d'écoulement à la sortie de celle-ci) dont l'entrée est alimentée par le réservoir 25 et dont la sortie est raccordée par exemple au circuit d'amenée 2, vers les bacs 1, par des vannes 27 respectives. (On notera le symbole utilisé pour une vanne).
Le raccordement des vannes 27 au circuit d'amenée 2 a lieu de préférence chaque fois entre l'échangeur de chaleur 17 et le dispositif de magnétisation 4 correspondant.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif d'épuration (figure 6) peut comporter un réservoir principal de collecte 28, par exemple pour collecter une émulsion à épurer qui provient de plusieurs points d'utilisation A, B et C et
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pour recevoir l'émulsion épurée à renvoyer à ces points d'utilisation A, B, C.
A ce réservoir principal de collecte 28 peuvent dont être raccordés : - le départ du circuit d'amenée 2 pour chaque bac de flottation 1, via l'échangeur de chaleur 17, - la sortie 8 de chaque bac de flottation 1, - le départ des circuits 29 vers les points d'utilisa- tion A, B, C, et - les sorties 30 de réservoirs secondaires 31, de collecte d'émulsion à épurer, situés aux points d'utilisation (par exemple, le réservoir secondaire
31A sert pour le point A seul et le réservoir secon-
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daire 31B, C sert aux deux points d'utilisation B et C).
De plus, il peut être avantageux de prévoir dans chaque circuit 29 vers un point d'utilisation A, B, C une dérivation 32 vers le réservoir secondaire de collecte 31 correspondant.
On peut avantageusement prévoir dans le dispositif d'épuration d'une émulsion suivant l'invention, d'une part, des moyens de détection connus en soi (non représentés), par exemple optiques, pour déterminer la proportion d'huile soluble dans l'émulsion épurée ainsi que d'autre part, une conduite 33 d'amenée d'eau et une conduite 34 d'amenée d'huile soluble stockée par exemple dans un réservoir 35 équipé d'une pompe 36. Les moyens de détection peuvent de préférence être raccordés à un dispositif automatique (non représenté) de comparaison, d'une valeur de proportion détectée et d'une valeur de consigne de dosage, qui peut être raccordé à la vanne de la conduite d'eau 33 et/ou à la pompe 36.
Pour la détection susdite ainsi que pour, par exemple, une détection du pH de l'émulsion, on peut préférer agencer à la sortie 8 de chaque bac 1 un autre bac (non représenté), du genre du bac 1 avec des tôles
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du genre des tôles 9, qui permet d'éliminer quelques des dernières traces de contamination de l'émulsion épurée. Une partie du flux qui sort de cet autre bac, est conduite dans un canal où elle ne stagne pas et où une mesure automatique en continu peut être faite de façon fiable pour déterminer par contrôle optique la concentration ou proportion de l'émulsion épurée et, le cas échéant, pour contrôler automatiquement le pH, pour par exemple en déduire un niveau de pollution bactérienne.
Dans le dispositif d'épuration exemplaire suivant la figure 6, les pompes et vannes sont représentées à titre d'exemple non limitatif.
On remarque à la figure 2, qu'à la sortie 8 on a prévu un système de chicanes 136 pour permettre une décantation additionnelle de particules arrivées jusque là. Le sens d'écoulement est indiqué par des flèches.
Un dispositif d'asservissement automatique de la commande du dispositif d'épuration peut être conçu par l'homme de métier qui, à cette fin, peut déterminer quels détecteurs de niveau, de débit, etc. sont nécessaires dans les différents bacs 1 et réservoirs 25,28, 31,35 pour cet asservissement. L'homme de métier peut aussi déterminer les vannes à commande manuelle ou électrique pour cet asservissement automatique.
Dans la représentation de la figure 6, on montre une situation où les vannes sont choisies et réglées pour un fonctionnement d'épuration, en circuit fermé, de l'émulsion contenue dans le système. Une telle épuration peut être réalisée par exemple à un moment où les points d'utilisation A, B, C ne consomment ni ne rejettent une émulsion. A cet effet les vannes portant la lettre 0 sont ouvertes et les vannes marquées par la lettre F sont fermées. Seules les vannes 27 et la vanne dans la conduite 33 peuvent passer de la position fermée (F) à une position ouverte, s'il y a lieu de rétablir certains équilibres.
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Le procédé d'épuration suivant l'invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple dans le cadre de l'épuration d'une émulsion d'huile soluble dans l'eau, cette émulsion à épurer comportant comme ci-dessus des particules magnétisables en suspension et de l'huile et/ou graisse contaminante provenant de traitements ou usinages de pièces métalliques.
Suivant l'invention, le procédé consiste alors en : une magnétisation par le dispositif 4 des particules magnétisables dans l'émulsion ou solution souillée, un enrobage dans le bac 1 des particules magnétisées par l'huile présente dans l'émulsion en solution, - une flottation dans le bac 1, au moyen de l'air dissous, des particules enrobées, et une collecte, d'une part, à la surface 10 de l'émul- sion dans le bac 1 des particules et d'au moins une partie de l'huile dite contaminante et éventuellement de l'huile soluble et, d'autre part, de l'émulsion épurée, à la sortie 8 du bac 1.
La flottation envisagée ici est une flottation par air dissous naturellement dans l'émulsion.
D'autres flottations existent et peuvent être prévues selon les cas, par exemple la flottation en insufflant de l'air dans l'émulsion.
De préférence, la magnétisation a lieu en dehors du bac 1 et l'on exécute alors un transfert de l'émulsion magnétisée dans ledit bac 1.
L'enrobage des particules magnétisées par de l'huile a lieu de préférence avec de l'huile dite contaminante et partiellement avec de l'huile soluble et abîmée qui se libère de l'émulsion. Il a été constaté de façon surprenante qu'une dispersion additionnelle d'huile surtout dite contaminante dans l'émulsion, par exemple par les moyens 24, favorise la flottation des particules ferromagnétiques.
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Suivant l'invention, afin d'avantageusement augmenter le temps d'enrobage des particules magnétisées et donc la quantité d'huile et/ou d'air fixée à cellesci pour qu'elles puissent flotter et emporter un maximum d'huile contaminante, on prévoit dans le bac 1 un passage de l'émulsion à épurer entre des tôles 9 inclinées par rapport à la surface de l'émulsion, et un glissement et/ou roulement desdites particules en flottation sur une tôle 9 correspondante qui en ralentit soit la montée vers la surface soit la descente vers le fond.
L'émulsion perdant, par la flottation, de l'air dissous, il est avantageux d'y apporter un complément d'air, par exemple à l'entrée 3 du bac 1 comme expliqué ci-dessus, par des chicanes 16 et/ou déversoirs 15.
Un échange de chaleur est prévu de préférence avant la magnétisation afin de modifier la température de l'émulsion et de la maintenir entre 150 et 200C pour les raisons indiquées précédemment. Il s'agit par exemple d'abaisser cette température d'émulsion chauffée par des opérations d'usinage, etc.
Par les moyens de détection connus, on contrôle avantageusement la proportion ou concentration de l'huile soluble dans l'émulsion, de préférence épurée, et l'on peut agir pour maintenir cette proportiÏn par exemple entre des valeurs limites supérieure et inférieure admissibles. Pour agir, suivant le cas on peut injecter par la conduite 34 de l'huile soluble et/ou par la conduite 33 de l'eau. On peut aussi compenser ainsi des pertes d'émulsion par évaporation, par flottation...
Un contrôle du pH de l'émulsion permet de résoudre des problèmes de contamination par des sels de calcium et de magnésium et/ou de chlorures de fer et par des impuretés qui sont contenues dans l'eau et qui
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s'opposent à une émulsion stable. Une contamination bactérienne provenant de déchets jetés dans l'émulsion est aussi améliorée, au moins en partie, par le contrôle du pH, afin de ne pas exagérer une éventuelle addition de produits biocides et/ou bactéricides à l'émulsion.
Dans le cas d'émulsions chargées de chlorures de fer, ceux-ci se trouvent aussi mis en flottation par la magnétisation et donc extraits avantageusement de l'émulsion épurée. Cette situation permet d'épargner de coûteuses installations d'épuration de l'eau utilisée pour réaliser l'émulsion (coûteuses à l'installation et à l'utilisation).
Les particules enrobées remontent à la surface 10 en une couche 110 qui atteint la périphérie du cylindre 19 (figure 5). Celui-ci, mis en rotation par ledit moteur, dans le sens des flèches, emporte progressivement par adhérence naturelle cette couche 110, à l'écart de la surface 10, jusqu'au contact avec le côté 21 du racleur 20 susdit. Ladite couche 110 passe alors sur la face supérieure du racleur et le quitte à son côté 22 pour tomber dans le réservoir de stockage 23.
Le résidu de la flottation, accumulé dans le réservoir 23 s'y décante en par exemple 3 couches de produits séparés : de l'eau dans le fond, des huiles au milieu et des particules enrobées d'huile et d'air dissous et encore magnétisées. Il est ainsi possible de récupérer l'eau à remettre dans le circuit, les huiles qui, parce que pauvres en eau, peuvent être facilement incinérées et/ou recyclées par exemple dans le procédé comme huile favorisant la flottation des particules, et les particules enrobées d'huiles, contenant 1 % maximum d'eau et qui peuvent de ce fait être éliminées à meilleur marché ou vendues comme combustible. Tout ceci démontre la valeur du procédé et du dispositif d'épuration suivant l'invention, comparé à la filtration sur papier ou autre système discutée au début.
Cette valeur
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est encore augmentée par une faible consommation d'énergie en regard de ladite filtration et par un coût d'entretien des plus réduits en raison de l'automatisation complète possible du dispositif.
De plus, les émulsions de ce genre, puisque recyclables à coûts réduits, peuvent servir, outre à la lubrification et au refroidissement, par exemple aussi à du nettoyage de matériel, à du traitement d'air à épurer par passage dans un rideau ou un plan d'émulsion, etc.
A titre d'exemple, on peut citer un cas de traitement d'une émulsion d'huile soluble contaminée provenant d'une fabrication de tubes d'acier. Pour un débit de 50 m3/h d'émulsion à traiter, on prévoit 9 inducteurs de magnétisation 5 traitant chacun un débit d'environ 5,5 m3/h. Chaque inducteur de magnétisation 5 développe un champ magnétique d'environ 70 Oe, soit 5565 A/m pour une puissance électrique consommée de 400 w. Dans la cuve elle-même, l'émulsion a une vitesse de circulation telle que le temps de passage y est de 5 à 6 mn. La teneur en particules magnétisables (fines de fer) restant dans l'émulsion épurée est inférieure à 100 ppm/litre d'émulsion.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces
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dernières sans sortir du cadre de la présente invention. ern d
Ainsi, le procédé et le dispositif d'épuration peuvent être aisément transposés par l'homme de métier à l'épuration de solution aqueuses à base d'ami- nes complexes, d'éléments détergents, etc.