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EP0241349A1 - Procédé et dispositif de traitement de fluides contenant en suspension des particules - Google Patents

Procédé et dispositif de traitement de fluides contenant en suspension des particules Download PDF

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Publication number
EP0241349A1
EP0241349A1 EP87400680A EP87400680A EP0241349A1 EP 0241349 A1 EP0241349 A1 EP 0241349A1 EP 87400680 A EP87400680 A EP 87400680A EP 87400680 A EP87400680 A EP 87400680A EP 0241349 A1 EP0241349 A1 EP 0241349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
particles
compartment
treated
filtration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP87400680A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0241349B1 (fr
Inventor
Roger Pfertzel
Maurice Quenault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TechnicAtome SA
Original Assignee
TechnicAtome SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TechnicAtome SA filed Critical TechnicAtome SA
Publication of EP0241349A1 publication Critical patent/EP0241349A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0241349B1 publication Critical patent/EP0241349B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/02—Treating gases
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids

Definitions

  • the invention relates to a process for treating fluids containing suspended particles.
  • these particles can consist of aerosols, fine powders, ash, etc.
  • gases containing suspended particles of this type are found in the interior atmospheres of nuclear or non-nuclear installations, for example in reactors, factories and laboratories, in incineration plants for radioactive or non-radioactive waste , in liquid drying installations and in any installation containing dust.
  • the particles can be constituted by insoluble materials such as fine powders, for example metal oxide powders, colloidal particles, etc.
  • liquids containing particles of this type in suspension include liquid effluents and discharges produced in nuclear power plants, nuclear plants and many industrial installations.
  • the present invention specifically relates to a process for treating fluids containing particles in suspension, which overcomes the drawbacks of the processes mentioned above.
  • the fluid to be treated is subjected to a treatment cycle which comprises a filtration step to extract a part of the fluid in the purified state and a separation step to extract a part of the particles present in suspension in the fluid , starting the treatment cycle, either with the filtration step or with the separation step, and the fluid depleted in particles from the separation step or the fluid enriched in particles from the step is subjected filtration to a new treatment cycle after adding the fluid to be treated.
  • the choice of the first step depends in particular on the particle concentration of the fluid to be treated.
  • the porous and permeable walls of the filtration device are generally constituted by tubes inside which the fluid to be enriched in particles is circulated.
  • these tubes internally delimit the first compartment of the filtration device.
  • the method of the invention has many advantages for the treatment of liquids and gases laden with particles in suspension.
  • the volume of radioactive or toxic waste to be treated is limited since these are recovered in the form of a particle concentrate during the separation step.
  • the invention also relates to a device for implementing this method.
  • This device includes: a treatment loop successively comprising a filtration device separated into a first and a second compartments by at least one porous and permeable wall having pores of dimensions smaller than those of the particles, a particle separation device connected to the two ends of the first compartment of the filtration device, and means for circulating the fluid to be treated in the treatment loop, means for introducing the fluid to be treated into the treatment loop, means for extracting a fluid which has diffused in the second compartment of the filtration device, and - Means for collecting the particles separated in the separation device.
  • the means for circulating the fluid to be treated in the treatment loop are arranged relative to the means for introducing the fluid to be treated in such a way that the fluid circulates successively in the filtration device and in the filtration device. separation of particles, or vice versa.
  • the porous and permeable walls of the filtration device consist of tubes which internally delimit the first compartment.
  • other types of walls can be used, for example porous plates.
  • the filtration device used in the invention may consist of an ultrafiltration module comprising a plurality of porous tubes arranged parallel to one another, as in the modules used for the concentration and separation of the constituents present in a liquid.
  • the particle separation device can be constituted by a conventional device, for example by an electrostatic filter, an impact or baffle dust collector, a decanter, etc.
  • a cyclone separator or a hydrocyclone is used, that is to say a purely static device which uses centrifugal force to extract from a gas stream or from a liquid stream, a fraction enriched in particles.
  • the treatment loop 1 comprises a filtration device 3 separated into a first compartment 3a and a second compartment 3b by porous and permeable tubes 3c, and a separation device 5 connected, d on the one hand, at one end of the first compartment 3a by a pipe 7 provided with a valve 9 and, on the other hand, at the other end of the first compartment 3a by a pipe 11 provided with a valve 13 and a circulation pump 15.
  • the fluid to be treated can be introduced into the treatment loop 1 through line 17 provided with the valve 19.
  • the purified fluid in the filtration device 3 can be extracted through line 21 provided with the valve 23 and the particles separated in the separation device 5 can be extracted via line 25.
  • the fluid to be treated for example gas
  • the fluid to be treated is introduced into the treatment loop 1 through the line 17; this is driven by the circulator 15 in the filtration device 3 in which a pressure difference has been established between the compartments 3a and 3b in order to be able to extract from this device gas purified by line 21 and gas enriched in particles by line 7; this enriched gas is then introduced into the separation device 5 which can be constituted by a cyclone separator in which a part of the particles is separated from the gas stream so as to deplete it and to be recycled via line 11 in the separation device 3 gas whose particle concentration is not too high in order to avoid clogging of the porous tubes 3c.
  • This gas is subjected to a new treatment cycle after it has been added via line 17 of the fluid to be treated.
  • the pipe 17 provided with the valve 19 is replaced by the pipe 17 ′ provided with the valve 19 ′ shown in dotted lines, which makes it possible to introduce the fluid upstream of the separation device 5 to start the treatment cycle with the separation step instead of the filtration step 3.
  • the flow rates and pressures are adjusted by means of the valves 9, 13, 19 and 23 according to the nature of the fluid to be treated in order to obtain in particular in the filtration device 3 a flow of the fluid at high speed with strong turbulence in the tubes 3c in order to avoid the deposition of particles on the walls of the tubes.
  • the flow introduced by the valve 19 and the pipe 17 corresponds substantially to the flow withdrawn by the pipe 21 provided with the valve 23.
  • porous tubes 3c used in the filtration device are chosen according to the nature of the fluid to be treated.
  • These porous tubes can be produced in metallic material, ceramic, for example alumina, or plastic. It is also possible to use tubes comprising a macroporous support coated internally with a miroporous layer, for example carbon tubes coated with a layer of ZrO2. Tubes of this type are described, for example, in American patent 4,341,631 and in European patent 0,040,282. The characteristics of the tubes are moreover chosen as a function of the fluid to be treated. Generally, tubes with average pore radii of 0.01 to 5 ⁇ m and high permeability are used.
  • the treatment loop described above can be used for the treatment of gases or liquids laden with particles.
  • the operating conditions of a gas treatment loop and a liquid treatment loop are given below.
  • Porous metallic tubes with an internal diameter of 15 mm, a thickness of 0.25 mm and an average pore radius of 10 ⁇ m are used, and a pressure difference of 10 kPa (100 mbar) is established between the two compartments of the device. filtration.
  • the diffused flow withdrawn by the pipe 21 can be from 10 to 300 m3 per hour and per m2 of porous wall and the recirculation flow in the pipe 7 represents approximately 4 times the diffused flow.
  • the additional flow of fluid to be treated introduced by line 17 corresponds to the diffused flow.
  • an installation of this type may be suitable for treating 10 to 300 m3 / h.m2 of porous wall.
  • porous carbon tubes coated with a layer of microporous zirconia are used, the tubes have an internal diameter of 6 mm and a thickness of 2 mm, and the mean pore radius of the microporous layer is 0, 01 ⁇ m.
  • the particle separation device 5 can be a cyclone, but the deconcentration into particles effected by the cyclone varies according to the size of these particles. Therefore, under steady state, a certain enrichment of the recycled gas is obtained. Indeed, for particles of 5 ⁇ m, the efficiency of a conventional cyclone is generally 50% and the enrichment of the gas in particles is at most double the rate of particles at the entrance of the loop. When the particles in suspension have dimensions of the order of 1 ⁇ m, the yield of the cyclone is generally 25% and the enrichment corresponds in this case to 4 times the initial rate of particles at the entry of the treatment loop.
  • the device 5 can be constituted by a hydroseparator or a hydrocyclone which makes it possible to evacuate sludge through the pipe 25.
  • FIG 2 there is shown a flash drying installation of radioactive effluents implementing the method of the invention.
  • the effluents to be treated are stored in the tank 30 which is equipped with a pipe 31 and a circulation pump 32, an in-line pH regulation system 34 and an injection device of insolubilization products 36.
  • a pipe 38 provided with a positive displacement pump 40 makes it possible to inject into a flash drying reactor 42 the effluents coming from the tank 30.
  • air 43 is introduced via the pipe hot which is sucked through a filter 44 by a booster 46 and is heated in a heater 48.
  • the liquid effluents are evaporated by hot air and they are cooled at the outlet of the reactor in the dilution box 50 by quenching air which is introduced through line 52 after being cooled in an exchanger 54.
  • the mixture leaving the dilution box 50 is therefore constituted by air loaded with powders or grains and this mixture is then treated by the process of the invention in the loop 56 provided with a cyclone separator 58, a circulation fan 60 and a filtration device 62, the direction of circulation in the treatment loop being indicated in the diagram.
  • the air charged with powders and dust is thus first introduced into the cyclone 58 where a part of the powders is separated and collected in the lock 64 while the gas depleted in particles is taken up by the fan 60, then introduced in the filtration device 62 from which purified air is evacuated via line 66, the air enriched with particles being recycled into cyclone 58 with an additional air charged with dust coming from the flash reactor 42.
  • the purified air leaving the filtration device through the pipe 66 is sucked by the pump 68 and it can be discharged into the atmosphere after passing through the safety filters 70.
  • this installation makes it possible to transform the liquid effluents into powders which are introduced directly, by the method of the invention, into a waste conditioning installation.
  • the volume of the waste is limited and its packaging is carried out continuously under good conditions.
  • FIG 3 there is shown an alternative embodiment of the installation of Figure 2 and we used the same references to designate the components common to the two installations.
  • the air stream charged with dust and radioactive powders coming from the dilution box 50 is first introduced into a cyclone 57 inside which a part of the solids is separated at 59.
  • the stream of gas leaving the hydrocyclone is then introduced into circulation by the fan 60 in the filtration device 62 then in the cyclone separator 58; the gas stream leaving the cyclone separator is recycled by the fan 60 into the filtration device 62.
  • a stream of purified gas is extracted from the filtration device 62.
  • the solid particles separated in the cyclone separator 58 can be recycled via line 80 into the dilution box 50 by means of an air current which constitutes the quenching air and which is sucked by the fan 81 through the filter 83.
  • a first cyclone 57 is used to separate the major part of the particles coming from the drying reactor 42 and the process of the invention is then used, namely the loop 56 comprising the cyclone 58 and the filtration device 62, for purifying the gas and rejecting via the pipe 66 purified gas.
  • FIG 4 there is shown an installation for processing liquids containing radioactive particles.
  • This installation comprises a tank 91 for storing the liquid to be treated connected by a pipe 93 provided with a pump 94 to a treatment loop 95 comprising a circulation pump 96, a filtration device 98 and a hydrocyclone 100.
  • a pipe 102 allows extracting the purified liquid leaving the filtration device 98 and it is connected via a two-way valve 104, either to a compressed air accumulator 106, or to a pipe 108 for discharging the purified liquid.
  • the sludge separated in the hydrocyclone 100 can be stored in the storage pot 110 and then evacuated by the line 112 provided with a valve 114 in a storage tank 116 which can be connected by a line 118 provided with a valve 120 to a drying or coating plant for waste.
  • the liquid to be treated is first of all subjected to filtration in the filtration device 98, then the separation of the solid particles contained in the concentrated liquid in the hydrocyclone 100.
  • the Deconcentrated liquid leaving hydrocyclone 100 is recycled with liquid to be treated by pump 96 in filtration device 98.
  • valve 104 is tilted to put line 102 into communication with compressed air accumulator 106 and the valve 114 is opened simultaneously. This makes it possible to ensure a brief counter-current through the porous tubes of the device 98 and to detach the polarization layer which would tend to progressively slow down the flow inside the tubes of the device.
  • the valve 104 is returned to its initial position, but after having closed the valve 114 to re-inflate the accumulator 106.
  • FIG 5 there is shown an alternative embodiment of the installation of Figure 4.
  • the tank 91 is part of the treatment loop 95.
  • the liquid to be treated which is in the tank 91 is introduced and put into circulation by the pump 96 in the filtration device 98 then in the hydrocyclone 100.
  • the deconcentrated liquid leaving hydrocyclone 100 is recycled via the storage tank 91 in the filtration device 98.
  • a compressed air accumulator 106 is also provided, connected by means of a two-way valve 104 to the extraction pipe 102 of the purified liquid, and a timer is also used to switch the valve at regular intervals. 104 and open the valve 114, the latter being closed slightly before the valve 104 is rocked, to ensure, as before, the re-inflation of the accumulator.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de traitement de fluides contenant en suspension des particules, utilisables notamment pour le traitement de gaz et de liquides contaminés par des particules radioactives.
On soumet le fluide à traiter à un cycle de traitement dans la boucle (1). Ce cycle comprend une étape de filtration effectuée en (3) pour extraire (en 21) une partie du fluide à l'état purifié et une étape de séparation (en 5) pour extraire une partie des particules présentes en suspension dans le fluide. On peut commencer le cycle de traitement, soit par l'étape de filtration, soit par l'étape de séparation, et on soumet le fluide appauvri en particules provenant de l'étape de séparation (5) ou le fluide enrichi en particules provenant de l'étape de filtration (3) à un nouveau cycle de traitement après lui avoir ajouté par la conduite (17 ou 17′) du fluide à traiter.
La filtration est réalisée dans un dispositif (3) séparé en deux compartiments (3a et 3b) par des parois poreuses et perméables (3c) en mettant en circulation le fluide dans le premier compartiment (3a). Cette façon d'opérer permet d'éviter le colmatage du dispositif de filtration.

Description

  • L'invention a pour objet un procédé de traitement de fluides contenant en suspensìon des particules.
  • De façon plus précise, elle concerne l'élimination des particules en suspension dans des gaz ou des liquides, et elle s'applique en particulier à l'élimination de particules très fines dont les dimensions peuvent être aussi faibles que 0,01µm.
  • Lorsque le fluide est un gaz, ces particules peuvent être constituées par des aérosols, des poudres fines, des cendres, etc. On trouve, en particulier, des gaz contenant en suspension des particules de ce type dans les atmosphères intérieures des installations nucléaires ou non nucléaires, par exemple dans les réacteurs, les usines et les laboratoires, dans les installations d'incinération de déchets radioactifs ou non, dans les installations de séchage de liquides et dans toute installation contenant des poussières.
  • Lorsque le fluide est un liquide, les particules peuvent être constituées par des matières insolubles telles que des poudres fines, par exemple des poudres d'oxydes métalliques, des particules colloïdales, etc.
  • A titre d'exemples de liquides contenant en suspension des particules de ce type, on peut citer les effluents liquides et les rejets produits dans les centrales nucléaires, les usines nucléaires et de nombreuses installations industrielles.
  • Le procédé le plus utilisé actuellement pour traiter des fluides de ce type consiste à les filtrer par passage au travers d'éléments filtrants ayant des mailles suffisamment fines pour retenir les particules. Cependant, avec cette technique, on obtient un colmatage progressif du filtre, ce qui conduit à une variation des caractéristiques de fonctionnement du circuit de filtration et nécessite le remplacement périodique des éléments filtrants colmatés ou la mise en oeuvre d'une étape de décolmatage contre-courant par injection de fluide sous B 8984 MDT pression.
  • Le remplacement des filtres constitue un inconvénient sérieux, notamment lorsque les particules filtrées sont radioactives. En effet, en raison de la radioactivité déposée sur ces filtres, leur manipulation pose certains problèmes de sécurité pour éviter les risques de contamination et d'irradiation ; par ailleurs, il est nécessaire de les conditionner ensuite dans des matrices étanches telles que du béton, du bitume ou des résines thermodurcissables en vue de leur stockage à long terme, ce qui a pour effet de diluer les poussières radioactives dans une matière inerte de volume très important et d'accroître ainsi le volume des déchets. La variante qui consiste à décolmater les filtres par injection de fluide sous pression permet d'éviter cet inconvénient mais elle est complexe et difficile à mettre en oeuvre.
  • Pour remédier à cette situation, on a envisagé de traiter les fluides en utilisant des séparateurs cyclones ou des filtres électrostatiques afin d'éliminer les particules qu'ils contiennent, mais de tels dispositifs ont un pouvoir d'arrêt insuffisant vis-à-vis de telles particules.
  • La présente invention a précisément pour objet un procédé de traitement de fluides contenant en suspension des particules, qui pallie les inconvénients des procédés rappelés ci-dessus.
  • Selon l'invention, on soumet le fluide à traiter à un cycle de traitement qui comprend une étape de filtration pour extraire une partie du fluide à l'état purifié et une étape de séparation pour extraire une partie des particules présentes en suspension dans le fluide, en commençant le cycle de traitement, soit par l'étape de filtration, soit par l'étape de séparation, et on soumet le fluide appauvri en particules provenant de l'étape de séparation ou le fluide enrichi en particules provenant de l'étape de filtration à un nouveau cycle de traitement après lui avoir ajouté du fluide à traiter.
  • Pour la réalisation de ce cycle de traitement, le choix de la première étape dépend en particulier de la concentration en particules du fluide à traiter.
  • Ainsi, si le fluide à traiter à une concentration élevée en particules, on préfère commencer par l'étape de séparation. Dans ce cas, le procédé consiste à soumettre le fluide à traiter à un cycle de traitement comprenant les étapes suivantes :
    • a) - séparer une partie des particules présentes dans le fluide à traiter pour l'appauvrir en particules,
    • b) - mettre en circulation le fluide ainsi appauvri dans le pre­mier compartiment d'un dispositif de filtration séparé en un premier et un second compartiments par au moins une paroi poreuse et perméable ayant des pores de dimensions inférieures à celles des particules pour obtenir à la sortie de ce premier compartiment du fluide enrichi en particules et diffuser dans le second compartiment du fluide purifié,
    • c) - récupérer le fluide purifié qui a diffusé dans le second compartiment, et
    • d) - recycler le fluide enrichi en particules sortant du premier compartiment pour le soumettre à un nouveau cycle de traitement avec du fluide à traiter.
  • En revanche, lorsque le fluide à traiter a une concentration peu importante en particules, on préfère commencer le cycle de traitement par l'étape de filtration. Dans ce cas, le procédé consiste à soumettre le fluide à un cycle de traitement comprenant les étapes suivantes :
    • a′)- mettre en circulation le fluide à traiter dans le premier compartiment d'un dispositif de filtration séparé en un premier et un second compartiments par au moins une paroi poreuse et perméable ayant des pores de dimensions inférieures à celles des particules pour obtenir à la sortie de ce premier compartiment du fluide enrichi en particules et diffuser dans le second compartiment du fluide purifié,
    • b′)- récupérer le fluide purifié qui a diffusé dans le second compartiment, B 8984 MDT
    • c′)- séparer une partie des particules présentes dans le fluide sortant du premier compartiment pour l'appauvrir en particules, et
    • d′)- recycler le fluide ainsi appauvri pour le soumettre à un nouveau cycle de traitement avec du fluide à traiter.
  • Dans ces deux modes de mise en oeuvre du procédé de l'invention, les parois poreuses et perméables du dispositif de filtration sont généralement constituées par des tubes à l'intérieur desquels on met en circulation le fluide à enrichir en particules. Ainsi, ces tubes délimitent intérieurement le premier compartiment du dispositif de filtration.
  • Grâce à la mise en oeuvre du cycle de traitement décrit ci-dessus, le procédé de l'invention présente de nombreux avantages pour le traitement des liquides et des gaz chargés de particules en suspension.
  • En effet, le fait de réaliser successivement une étape d'enrichissement en particules, suivie d'une étape d'appauvrissement, permet d'éviter le colmatage des parois poreuses en maintenant à une valeur appropriée la concentration en particules du fluide circulant dans le dispositif de filtration.
  • Par ailleurs, ce procédé permet d'obtenir une filtration très poussée puisqu'il suffit de choisir les caractéristiques des parois poreuses et perméables pour obtenir la filtration souhaitée.
  • Ainsi, on évite les inconvénients des procédés de l'art antérieur, c'est-à-dire le remplacement des éléments filtrants et la nécessité de les conditionner dans des matrices inertes lorsqu'ils ont été utilisés pour le traitement de fluides contenant en suspension des particules radioactives ou toxiques.
  • De même, on limite le volume des déchets radioactifs ou toxiques à traiter puisque ceux-ci sont récupérés sous la forme d'un concentré de particules lors de l'étape de séparation.
  • De plus, le fait d'empêcher le colmatage du dispositif de filtration, permet de réaliser de nombreux cycles de traitement avec des caractéristiques de fonctionnement stables pendant de longues périodes.
  • L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif comprend :
    - une boucle de traitement comprenant successivement un disposi­tif de filtration séparé en un premier et un second compartiments par au moins une paroi poreuse et perméable ayant des pores de dimensions inférieures à celles des particules, un dispositif de séparation de particules raccordé aux deux extrémités du premier compartiment du dispositif de filtration, et des moyens pour mettre en circulation le fluide à traiter dans la boucle de traitement,
    - des moyens pour introduire le fluide à traiter dans la boucle de traitement,
    - des moyens pour extraire un fluide ayant diffusé dans le second compartiment du dispositif de filtration, et
    - des moyens pour recueillir les particules séparées dans le dis­positif de séparation.
  • Dans ce dispositif, les moyens pour mettre en circulation le fluide à traiter dans la boucle de traitement sont agencés par rapport aux moyens d'introduction du fluide à traiter de façon telle que le fluide circule successivement dans le dispositif de filtration et dans le dispositif de séparation de particules, ou inversement.
  • Avantageusement, les parois poreuses et perméables du dispositif de filtration sont constituées par des tubes qui délimitent intérieurement le premier compartiment. Toutefois, on peut utiliser d'autres types de parois, par exemple des plaques poreuses.
  • Le dispositif de filtration utilisé dans l'invention peut être constitué par un module d'ultrafiltration comportant une pluralité de tubes poreux disposés parallèlement les uns aux autres, comme dans les modules utilisés pour la concentration et la séparation des constituants présents dans un liquide.
  • Le dispositif de séparation de particules peut être constitué par un dispositif classique, par exemple par un filtre électrostatique, un dépoussiéreur à chocs ou à chicanes, un décanteur, etc. De préférence, dans le procédé de l'invention, on utilise un séparateur cyclone ou un hydrocyclone, c'est-à-dire un appareil purement statique qui utilise la force centrifuge pour extraire d'un courant gazeux ou d'un courant liquide, une fraction enrichie en particules.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, en référence au dessin annexé sur lequel :
    • - la figure 1 est une représentation schématique d'une boucle de traitement conforme à l'invention,
    • - la figure 2 illustre une installation de séchage d'effluents liquides radioactifs utilisant le procédé de l'invention pour traiter le fluide sortant de l'installation de séchage,
    • - la figure 3 est une variante de réalisation de l'installation de la figure 2,
    • - la figure 4 est une représentation schématique d'une installation de traitement d'effluents liquides radioactifs mettant en ouvre le procédé de l'invention, et
    • - la figure 5 est une variante de réalisation de l'installation représentée sur la figure 4.
  • En se reportant à la figure 1, on voit que la boucle de traitement 1 comprend un dispositif de filtration 3 séparé en un premier compartiment 3a et un second compartiment 3b par des tubes 3c poreux et perméables, et un dispositif de séparation 5 relié, d'une part, à l'une des extrémités du premier compartiment 3a par une conduite 7 munie d'une vanne 9 et, d'autre part, à l'autre extrémité du premier compartiment 3a par une conduite 11 munie d'une vanne 13 et d'une pompe de circulation 15.
  • Le fluide à traiter peut être introduit dans la boucle de traitement 1 par la conduite 17 munie de la vanne 19. Le fluide purifié dans le dispositif de filtration 3 peut être extrait par la conduite 21 munie de la vanne 23 et les particules séparées dans le dispositif de séparation 5 peuvent être extraites par la conduite 25.
  • En fonctionnement, on introduit dans la boucle de traitement 1 le fluide à traiter, par exemple du gaz, par la conduite 17 ; celui-ci est entraîné par le circulateur 15 dans le dispositif de filtration 3 dans lequel on a établi une différence de pression entre les compartiments 3a et 3b pour pouvoir extraire de ce dispositif du gaz purifié par la conduite 21 et du gaz enrichi en particules par la conduite 7 ; ce gaz enrichi est alors introduit dans le dispositif de séparation 5 qui peut être constitué par un séparateur cyclone dans lequel on sépare une partie des particules du courant gazeux de façon à l'appauvrir et à recycler par la conduite 11 dans le dispositif de séparation 3 du gaz dont la concentration en particules n'est pas trop élevée afin d'éviter le colmatage des tubes poreux 3c. Ce gaz est soumis à un nouveau cycle de traitement après qu'on lui ait ajouté par la conduite 17 du fluide à traiter.
  • Dans une variante de réalisation de cette boucle de traitement, la conduite 17 munie de la vanne 19 est remplacée par la conduite 17′ munie de la vanne 19′ représentée en pointillés, qui permet d'introduire le fluide en amont du dispositif de séparation 5 pour commencer le cycle de traitement par l'étape de séparation au lieu de l'étape de filtration 3.
  • Dans cette boucle de traitement, les débits et les pressions sont réglés au moyen des vannes 9, 13, 19 et 23 en fonction de la nature du fluide à traiter pour obtenir notamment dans le dispositif de filtration 3 un écoulement du fluide à grande vitesse avec une forte turbulence dans les tubes 3c afin d'éviter le dépôt de particules sur les parois des tubes. Le débit introduit par la vanne 19 et la conduite 17 correspond sensiblement au débit soutiré par la conduite 21 munie de la vanne 23.
  • De même, les tubes poreux 3c utilisés dans le dispositif de filtration sont choisis en fonction de la nature du fluide à traiter. Ces tubes poreux peuvent être réalisés en matériau métallique, en céramique, par exemple en alumine, ou en matière plastique. On peut également utiliser des tubes comportant un support macroporeux revêtu intérieuroment d'une couche miroporeuse par exemple des tubes en carbone revêtus d'une couche de ZrO₂. Des tubes de ce type sont décrits par exemple dans le brevet américain 4 341 631 et dans le brevet européen 0 040 282. Les caractéristiques des tubes sont par ailleurs choisies en fonction du fluide à traiter. Généralement, on utilise des tubes ayant des rayons de pores moyens de 0,01 à 5µm et une perméabilité élevée.
  • La boucle de traitement décrite ci-dessus peut être utilisée pour le traitement de gaz ou de liquides chargés de particules. A titre d'exemple, on donne, ci-après, les conditions de fonctionnement d'une boucle de traitement de gaz et d'une boucle de traitement de liquides.
    • Boucle de traitement de gaz chargés de particules
  • On utilise des tubes métalliques poreux ayant un diamètre interne de 15 mm, une épaisseur de 0,25 mm et un rayon moyen de pores de 10µm, et on établit une différence de pression de 10kPa (100 mbars) entre les deux compartiments du dispositif de filtration. Dans ces conditions, le débit diffusé soutiré par la conduie 21 peut être de 10 à 300 m³ par heure et par m² de paroi poreuse et le débit de recirculation dans la conduite 7 représente environ 4 fois le débit diffusé. Le débit d'appoint en fluide à traiter introduit par la conduite 17 correspond au débit diffusé. Ainsi, une installation de ce type peut convenir pour traiter 10 à 300 m³/h.m² de paroi poreuse.
    • Boucle de traitement de liquides chargés de particules
  • On utilise dans ce cas des tubes en carbone poreux revêtus d'une couche de zircone microporeuse, les tubes ont un diamétre interne de 6 mm et une épaiseur de 2 mm, et le rayon moyen de pores d~ la couche microporeuse est de 0,01µm.
  • Lorsqu'on établit une différence de pression de 0,4 MPa (4 bars) entre les deux compartiments du dispositif d'ultrafil­tration, on peut soutirer par la conduite 21, 250 l/h.m² de paroi poreuse. Dans ce cas, le débit de recirculation est de 10 à 50 fois le débit soutiré par la conduite 21.
  • Dans le cas où la boucle de traitement est destinée à des gaz, le dispositif de séparation de particules 5 peut être un cyclone, mais la déconcentration en particules opérée par le cyclone varie en fonction de la taille de ces particules. De ce fait, en régime établi, on obtient un certain enrichissement du gaz recyclé. En effet, pour des particules de 5µm, le rendement d'un cyclone classique est généralement de 50% et l'enrichissement du gaz en particules est au plus le double du taux de particules à l'entrée de la boucle. Lorsque les particules en suspension ont des dimensions de l'ordre de 1µm, le rendement du cyclone est généralement de 25% et l'enrichissement correspond dans ce cas à 4 fois le taux initial de particules à l'entrée de la boucle de traitement.
  • Dans le cas où la boucle de traitement est destinée à des liquides, le dispositif 5 peut être constitué par un hydroséparateur ou un hydrocyclone qui permet d'évacuer par la conduite 25 des boues.
  • Dans l'installation représentée sur la figure 1, il est possible d'utiliser plusieurs étages de filtration en série. De même, on peut utiliser pour la séparation, plusieurs appareils en série.
  • Sur la figure 2, on a représenté une installation de séchage flash d'effluents radioactifs mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Dans cette installation, les effluents à traiter sont stockés dans le réservoir 30 qui est équipé d'une conduite 31 et d'une pompe de circulation 32, d'un système de régulation de pH en ligne 34 et d'un dispositif d'injection de produits d'insolubilisation 36. Une conduite 38 munie d'une pompe volumétrique 40 permet d'injecter dans un réacteur de séchage flash 42 les effluents provenant du réservoir 30. Dans ce réacteur 42, on introduit par la conduite 43 de l'air chaud qui est aspiré à travers un filtre 44 par un surpresseur 46 et est chauffé dans un réchauffeur 48. Ainsi, dans le réacteur flash 42 les effluents liquides sont évaporés par l'air chaud et ils sont refroidis à la sortie du réacteur dans la boîte de dilution 50 par de l'air de trempe qui est introduit par la conduite 52 après avoir été refroidi dans un échangeur 54. Le mélange sortant de la boîte de dilution 50 est donc constitué par de l'air chargé de poudres ou de grains et l'on traite ensuite ce mélange par le procédé de l'invention dans la boucle 56 munie d'un séparateur cyclone 58, d'un ventilateur de circulation 60 et d'un dispositif de filtration 62, le sens de circulation dans la boucle de traitement étant indiqué sur le schéma. On introduit ainsi l'air chargé de poudres et de poussières tout d'abord dans le cyclone 58 où une partie des poudres est séparée et recueillie dans l'écluse 64 tandis que le gaz appauvri en particules est repris par le ventilateur 60, puis introduit dans le dispositif de filtration 62 duquel on évacue par la conduite 66 de l'air épuré, l'air enrichi en particules étant recyclé dans le cyclone 58 avec un appoint d'air chargé de poussières provenant du réacteur flash 42. L'air purifié sortant du dispositif de filtration par la conduite 66 est aspiré par la pompe 68 et il peut être évacué dans l'atmosphère après passage dans les filtres de sécurité 70.
  • Ainsi, cette installation permet de transformer les effluents liquides en poudres que l'on introduit directement, grâce au procédé de l'invention, dans une installation de conditionnement de déchets. Ainsi, on limite le volume des déchets et on réalise leur conditionnement en continu dans de bonnes conditions.
  • Sur la figure 3, on a représenté une variante de réalisation de l'installation de la figure 2 et l'on a utilisé les mêmes références pour désigner les constituants communs aux deux installations. Dans cette variante, le courant d'air chargé de poussières et de poudres radioactives provenant de la boîte de dilution 50 est introduit tout d'abord dans un cyclone 57 à l'intérieur duquel une partie des solides est séparée en 59. Le courant de gaz sortant de l'hydrocyclone est alors introduit dans circulation par le ventilateur 60 dans le dispositif de filtration 62 puis dans le séparateur cyclone 58 ; le courant gazeux sortant du séparateur cyclone est recyclé par le ventilateur 60 dans le dispositif de filtration 62. Un courant de gaz épuré est extrait du dispositif de filtration 62. Les particules solides séparées dans le séparateur cyclone 58 peuvent être recyclées par la conduite 80 dans la boîte de dilution 50 au moyen d'un courant d'air qui constitue l'air de trempe et qui est aspiré par le ventilateur 81 à travers le filtre 83.
  • Dans cette variante de l'installation, on utilise un premier cyclone 57 pour séparer la majeure partie des particules provenant du réacteur de séchage 42 et l'on utilise ensuite le procédé de l'invention, soit la boucle 56 comprenant le cyclone 58 et le dispositif de filtration 62, pour épurer le gaz et rejeter par la conduite 66 du gaz purifié.
  • Sur la figure 4, on a représenté une installation de traitement de liquides contenant des particules radioactives. Cette installation comprend un réservoir 91 de stockage du liquide à traiter relié par une conduite 93 munie d'une pompe 94 à une boucle de traitement 95 comprenant une pompe de circulation 96, un dispositif de filtration 98 et un hydrocyclone 100. Une conduite 102 permet d'extraire le liquide purifié sortant du dispositif de filtration 98 et elle est raccordée par l'intermédiaire d'une vanne à deux voies 104, soit à un accumulateur à air comprimé 106, soit à une conduite 108 d'évacuation du liquide épuré. La boue séparée dans l'hydrocyclone 100 peut être stockée dans le pot de stockage 110 puis évacuée par la conduite 112 munie d'une vanne 114 dans un réservoir de stockage 116 qui peut être relié par une conduite 118 munie d'une vanne 120 à une installation de séchage ou d'enrobage de déchets.
  • Dans cette installation, le liquide à traiter est tout d'abord soumis à une filtration dans le dispositif de filtration 98, puis la séparation des particules solides contenues dans le liquide concentré dans l'hydrocyclone 100. Le liquide déconcentré sortant de l'hydrocyclone 100 est recyclé avec du liquide à traiter par la pompe 96 dans le dispositif de filtration 98. A intervalles réguliers, la vanne 104 est basculée pour mettre en communication la conduite 102 avec l'accumulateur à air comprimé 106 et la vanne 114 est ouverte simultanément. Ceci permet d'assurer un bref contre-courant à travers les tubes poreux du dispositif 98 et de détacher la couche de polarisation qui tendrait à freiner progressivement le débit à l'intérieur des tubes du dispositif. Après cette opération qui dure très peu de temps, on ramène la vanne 104 à sa position initiale, mais après avoir fermé la vanne 114 pour regonfler l'accumulateur 106. Ces opérations sont répétées intervalles réguliers grâce à une minuterie.
  • Sur la figure 5, on a représenté une variante de réalisation de l'installation de la figure 4. Dans cette variante, le réservoir 91 fait partie de la boucle de traitement 95. Ainsi, le liquide à traiter qui est dans le réservoir 91 est introduit et mis en circulation par la pompe 96 dans le dispositif de filtration 98 puis dans l'hydrocyclone 100. Le liquide déconcentré sortant de l'hydrocyclone 100 est recyclé par l'intermédiaire du réservoir de stockage 91 dans le dispositif de filtration 98. Dans ce cas, on prévoit également un accumulateur à air comprimé 106 relié par l'intermédiaire d'une vanne à deux voies 104 à la conduite d'extraction 102 du liquide purifié et l'on utilise également une minuterie pour basculer à intervalles réguliers la vanne 104 et ouvrir la vanne 114, celle-ci étant refermée légèrement avant que l'on ne bascule la vanne 104, pour assurer comme précédemment le regonflement de l'accumulateur.
  • Les différentes installations décrites ci-dessus montrent clairement l'intérêt du procédé de l'invention pour le traitement de gaz et de liquides radioactifs ou toxiques. Ce procédé est également très avantageux pour le traitement de fluides non radioactifs, en particulier pour le traitement des gaz chargés de poussières.

Claims (11)

1. Procédé de traitement d'un fluide contenant en suspension des particules, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le fluide à traiter à un cycle de traitement comprenant les étapes suivantes :
a) - séparer (en 5) une partie des particules présente dans le fluide à traiter pour l'appauvrir en particules,
b) - mettre en circulation le fluide ainsi appauvri dans le pre­mier compartiment (3a) d'un dispositif de filtration (3) séparé en un premier et un second compartiments (3a, 3b) par au moins une paroi poreuse et perméable (3c) ayant des pores de dimensions inférieures celles des particules pour obtenir à la sortie de ce premier compartiment du fluide enrichi en particules et diffuser dans le second compartiment du fluide purifié,
c) - récupérer (en 21) le fluide purifié qui a diffusé dans le second compartiment, et
d) - recycler le fluide enrichi en particules sortant du premier compartiment pour le soumettre à un nouveau cycle de traitement avec du fluide à traiter.
2. Procédé de traitement d'un fluide contenant en suspension des particules, caractérisé en ce qu'il consiste soumettre le fluide à un cycle de traitement comprenant les étapes suivantes :
a′)- mettre en circulation le fluide à traiter dans le premier compartiment (3a) d'un dispositif de filtration (3) séparé en un premier et un second compartiments (3a, 3b) par au moins une paroi poreuse et perméable (3c) ayant des pores de dimensions inférieures à celles des particules pour obtenir à la sortie de ce premier compartiment du fluide enrichi en particules et diffuser dans le second compartiment du fluide purifié,
b′)- récupérer (en 21) le fluide purifié qui a diffusé dans le second compartiment,
c′)- séparer (en 5) une partie des particules présentes dans le fluide sortant du premier compartiment pour l'appauvrir en particules, et
d′)- recycler le fluide ainsi appauvri pour le soumettre à un nouveau cycle de traitement avec du fluide à traiter.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parois poreuses et perméables (3c) sont constituées par des tubes délimitant intérieurement le premier compartiment du dispositif de filtration.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide est un gaz.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le fluide est un gaz chargé de particules provenant d'une installation de séchage d'effluents radioactifs liquides.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide est un liquide.
7. Dispositif de traitement d'un fluide contenant en suspension des particules, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une boucle de traitement (1) comprenant successivement un dis­positif de filtration (3) séparé en un premier et un second compartiments (3a, 3b) par au moins une paroi poreuse et perméable (3c) ayant des pores de dimensions inférieures à celles des particules, un dispositif de séparation (5) des particules raccordé aux deux extrémités du premier compartiment (3a) du dispositif de filtration et des moyens (15) pour mettre en circulation le fluide à traiter dans la boucle de traitement,
- des moyens (17, 19) pour introduire le fluide à traiter dans la boucle de traitement;
- des moyens (21, 23) pour extraire un fluide ayant diffusé dans le second compartiment du dispositif de filtration,
- des moyens (25) pour recueillir les particules séparées dans le dispositif de séparation.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (15) pour mettre en circulation le fluide traiter dans la boucle de traitement sont tels que le fluide circule successivement dans le dispositif de filtration et dans le dispositif de séparation de particules.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (15) pour mettre en circulation le fluide à traiter dans la boucle de traitement sont tels que le fluide à traiter circule successivement dans le dispositif de séparation de particules et le dispositif de filtration.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les parois poreuses et perméables (3c) du dispositif de filtration sont constituées par des tubes délimitant intérieurement le premier compartiment.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de séparation de particules (5) est un séparateur cyclone.
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