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EP3003984A1 - Ensemble de traitement d'eau avec évaporateur solaire - Google Patents

Ensemble de traitement d'eau avec évaporateur solaire

Info

Publication number
EP3003984A1
EP3003984A1 EP14727744.6A EP14727744A EP3003984A1 EP 3003984 A1 EP3003984 A1 EP 3003984A1 EP 14727744 A EP14727744 A EP 14727744A EP 3003984 A1 EP3003984 A1 EP 3003984A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
purified
stream
water
assembly according
duct
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.)
Withdrawn
Application number
EP14727744.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Muller
Alejandro MOURGUES
Mehdi Moussavi
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.)
Areva SA
Original Assignee
Areva 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 Areva SA filed Critical Areva SA
Publication of EP3003984A1 publication Critical patent/EP3003984A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0011—Heating features
    • B01D1/0029—Use of radiation
    • B01D1/0035—Solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/10—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from quarries or from mining activities
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
    • Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the invention generally relates to the treatment and purification of water.
  • the invention relates to a water treatment assembly, of the type comprising:
  • a source generating a stream to be purified, said stream to be purified comprising predominantly water, said stream to be purified also comprising at least one compound to be separated from the water;
  • a solar evaporation plant of said stream to be purified adapted to evaporate the water of said stream to be purified and to condense the evaporated water into a stream of purified water, the installation comprising at least one receiving basin of the stream to be purified; purify having an upward opening and a translucent roof covering the opening;
  • WO 98/33744 describes an assembly of this simple type, but allowing for the purification or desalinization of water at low cost. This set is powered by solar energy.
  • the invention aims to provide a water treatment assembly of greater capacity.
  • the invention relates to a water treatment assembly of the aforementioned type, characterized in that the assembly comprises a heating device of the transfer duct, and a mechanical ventilation device provided to ensure a circulation of air inside the solar evaporation plant.
  • the mechanical ventilation device is a device intended to ensure forced air circulation in the atmosphere of the solar evaporation plant. It is of any suitable type: fan placed outside the installation preferably, or fan placed in the evaporation plant, blower, etc.
  • the heating device of the transfer conduit makes it possible to supply the evaporation plant with a stream to be purified at a temperature above room temperature, which contributes to increasing the efficiency of the solar evaporation. Indeed, the higher the flow to be purified arriving in the evaporation plant is at high temperature, the higher the flow of steam resulting from the solar heating of this flow is high. The average temperature of the stream to be purified in the pond at equilibrium is higher, so that the vapor pressure in the atmosphere above the basin is also higher.
  • the ventilation device makes it possible to limit stratification in temperature and to improve the transport coefficients (matter and heat) for evaporation and condensation of water. Indeed, in the absence of mixing, the air above the basin tends to stratify, a relatively lower temperature air layer created in contact with the flow to evaporate, and layers of air to higher temperatures are created near the translucent roof. Since the temperature difference between air and liquid is lower at the liquid-gas interface, evaporation is reduced.
  • the stirring allows a faster renewal of the gas in contact with the liquid and improves convection and thus evaporation.
  • the joint use of the heating device and the ventilation device makes it possible to achieve a large treatment capacity with a greenhouse evaporation plant.
  • the installation does not operate as an evaporator in which the flow to be purified is brought to boiling temperature.
  • the flow to be purified in the pool is far from its boiling point, so that the amount of energy needed to heat the water in the pool is reduced.
  • Evaporation results from the liquid vapor equilibrium at the surface of the pond.
  • the atmosphere above the basin is maintained with a partial pressure of water vapor depending in particular on the temperature in the solar evaporation plant. Part of the water vapor is condensed continuously, which causes the evaporation of a portion of the stream to be purified in the receiving basin.
  • the whole of the invention is therefore technically much simpler than an evaporator in which the stream to be evaporated is boiled because such an evaporator operates under pressure and requires a large amount of energy, in concentrated form.
  • the invention thus makes it possible to dispense with costly devices intended to bring to boiling the stream to be purified, or aimed at increasing heat transfer to the stream to be purified, optically and / or by conduction of solar energy to the atmosphere. stream to be purified.
  • the use of the ventilation device alone also has a moderate effect on the evaporation capacity.
  • the heating device and the ventilation device makes it possible to achieve a much better yield, with a purified water flow increased up to 100 times.
  • the source generating the stream to be purified is, for example, a seawater pumping station.
  • the stream to be purified is in this case seawater, and the compound to be separated from the water is sodium chloride.
  • the facility also allows for the separation of other elements of the seawater that make this water unsuitable, for example, mineral impurities such as sediments or sand and organic impurities such as algae.
  • the source is a uranium mine.
  • the flow to be purified corresponds to the water pumped into the bottom of the mine, in order to mine the galleries of the mine.
  • This water contains various compounds, for example traces of uranium, and other metals such as vanadium, molybdenum, or traces of sulfur.
  • the alternative source is a uranium ore processing facility. Such installations generate large flows to purify, containing traces of uranium and other metals.
  • the flow rate of the stream to be purified is very important, for example greater than 75 m 3 per hour, that is to say several hundred thousand m 3 per year. For example, about 650,000 m3 of effluent is discharged annually into the COMINAK mine spread basins in Niger.
  • the solar evaporation plant is designed to be very simple, with a basin where flows the flow to be purified, directly covered by a translucent roof.
  • the roof does not have optical devices for concentrating solar radiation.
  • the roof is made of a plastic material or a glass for example. Sunlight passes through the roof and hits the surface of the pool directly.
  • the basin is typically large in area and shallow in terms of area. This facilitates the heating of the stream to be purified.
  • the heating is carried out inter alia by greenhouse effect, solar radiation after penetration into the solar system through the translucent roof remaining trapped, according to a well-known principle.
  • the bottom of the pool is covered with a black membrane to absorb solar radiation. The energy of the absorbed solar radiation is then restored to the stream to be purified, radiatively or by conduction or by convection.
  • the stream of purified water is recovered after condensation by different devices.
  • Gutters are placed under the cold surfaces of the installation, on which the evaporated water is likely to condense.
  • the roof has a V-shaped, with two sides connecting to each other along a ridge constituting the roof ridge. Gutters are placed along the lower edges of both sides of the roof.
  • the sections of the translucent roof are cold surfaces on which the evaporated water condenses preferentially and flows to the gutters.
  • the ventilation device extracts a part of the atmosphere located above the basin, so as to maintain a flow of air in the installation, and more particularly to the surface of the liquid.
  • the extracted atmosphere passes through a condenser, where the water vapor of the extracted atmosphere condenses.
  • the condenser is typically of the passive type, and has a plurality of cold surfaces provided for the condensation of water vapor. Such condensers are known and will not be described here in detail.
  • the ventilation device may comprise active condensers, for example a refrigerated unit.
  • the bottom of the receiving basin is typically sloping, so as to cause flow of the stream to be purified from one end of the basin to the other end of the basin (241 m long, 206 m wide and 3.7 m wide). m depth typically).
  • the stream to be purified is received in the pool at a high point.
  • the bottom of the basin has a gentle slope, so that the flow to be purified gradually heats as it flows to the low point of the basin.
  • the basins In order to allow a large processing capacity, the basins have a large surface area.
  • the area of the basins is between 10,000 and 100,000 m 2 , preferably between 20,000 and 80,000 m 2 and still preferably between 30,000 and 60,000 m 2 .
  • the ventilation device is arranged to ensure a recirculation rate inside the solar evaporation plant to obtain a ratio between a mass of evaporated water and a dry air mass in upper circulation at 0.012.
  • the recirculation rate must adapt to the evaporation performance achieved in the evaporation plant.
  • the sizing factor is the ratio between the mass of water evaporated in the solar evaporation plant and the circulating air mass. This ratio also depends on the weather conditions: relative humidity, pressure, temperature. This ratio must be greater than 0.012 kg evaporated water / kg dry air circulating.
  • the ventilation device is intended to limit the stratification effects in temperature and to improve the transfer coefficients (material and heat) for the evaporation and condensation of water.
  • This circulation of air allows a mixing of the atmosphere and accelerates the evaporation of water.
  • the recirculation rate is chosen to obtain a mass ratio of water evaporated on dry air mass in circulation greater than 0.012 (kg evaporated water / kg dry air recirculation), preferably between 0.04 and 1.5 ( kg evaporated water / kg dry air recirculation), and still preferably between 0.07 and 0.7 (kg evaporated water / kg dry air recirculation).
  • the recirculation rate here corresponds to the ratio between the volume of air injected daily into the installation and the volume of air in the atmosphere of the installation, that is to say in the space between the surface of the liquid and the roof.
  • the same volume of air is withdrawn concomitantly.
  • the pressure inside the installation is kept constantly close to the atmospheric pressure, so as not to create stress on the translucent roof.
  • the ventilation device does not extract the air out of the installation but only provides a movement of air within the atmosphere of the installation.
  • the heating device comprises at least one mirror provided for concentrating solar radiation on the transfer duct.
  • a heating device is particularly suitable in this case.
  • This device typically comprises one or more parabolic mirrors.
  • the mirrors are arranged in such a way that the transfer duct occupies a focus of each of the mirrors.
  • the heating device typically comprises a motorized assembly designed to orient and / or move the mirrors according to the path of the sun in the sky, so that the solar radiation is concentrated by each of the mirrors on the transfer duct during the quasi -total of the day.
  • the conduit comprises a section on which the solar radiation is concentrated by the mirror, said section having a first diameter, the mirror having a second diameter between 5 and 100 times the first diameter. This diameter ratio of between 5 and 100 makes it possible to ensure sufficient heating of the stream to be purified, without risk of damaging the wall of the duct.
  • the diameter of the section is the external diameter of the duct.
  • the heating device is adapted to heat a section of the duct in which the flow to be purified flows in a straight path.
  • the stream to be purified is frequently loaded with impurities that may be deposited inside the conduit. It is therefore preferable not to circulate the flow to be purified along a sinuous path, for example in coils or in devices with hangers intended to lengthen the path of the flow to be purified, so as to increase heat exchange. .
  • Such paths are not suitable when the flow to be purified comprises elements likely to sediment.
  • the duct is arranged so that the flow to be purified has a straight path along most of the duct, preferably over more than 90% of the duct length, more preferably over 99% of the duct. the length of the duct.
  • the heating device is designed to heat the stream to be purified at a temperature between 40 ° C. and 80 ° C. This temperature corresponds to the temperature of the stream to be purified at the end through which the pipe opens into the installation. evaporation.
  • the heater is preferably sized to heat the flow between 60 ° C and 70 ° C.
  • Heating the stream to be purified above 70 ° C requires, for the flow rates considered, an excessively high thermal power. Below 40%, the advantage of preheating the flow to be purified in the conduit is low in terms of evaporation capacity, and does not offset the investment needed to set up the heater.
  • the stream to be purified in the pond is at a temperature of between 50 ° C and
  • the ventilation device comprises a blowing member, typically a fan, which blows the atmosphere above the receiving basin, and delivers this atmosphere to the V-roof of the evaporation plant.
  • a device for condensing water vapor in the aspirated atmosphere is interposed between the pond and the fan, preferably upstream of the fan, and alternatively downstream of the fan.
  • the assembly preferably comprises a member ensuring a brewed circulation or pulsed flow to be purified in the conduit. This helps to limit the sedimentation of pollutants along the conduit.
  • the member for ensuring the circulation brewed or pulsed is a pump adapted to the types of pollutants contained in the stream to be purified (in solid state and / or in solution).
  • the flow velocities are chosen so as to limit the sedimentation problems inside the ducts.
  • a photovoltaic and / or photovoltaic solar photovoltaic hybrid photovoltaic device can be used as an electrical source for supplying the pumping / circulation system and the ventilation device.
  • the heating device is preferably a hybrid device comprising at least one photovoltaic cell generating an electric current that electrically supplies the ventilation device.
  • the water treatment unit does not have to be connected to an external power supply.
  • the photovoltaic cell or cells also electrically power the organs ensuring the circulation of the flow to be purified along the conduit.
  • the hybrid device is for example of the type described in the patent application FR 2 948 819.
  • the heating device itself is typically of the type described in US patent application 6,953,038. These mirrors have the particularity to be closed, so that the mirrors are protected in case of storms, including sandstorms when the set of water treatment is installed in the desert.
  • the evaporation plant comprises a network of black beams, extending on the surface of the basin.
  • This black cross-shaped device can be arranged on the surface of the pool, by means of floats or cable for example, to improve the absorption of radiation, including the visible spectrum. Indeed, this device allows, by means of cavities, to approach the behavior of a black body, improving the total absorbance of incident radiation (especially for the visible spectrum) to water.
  • the form and the geometry of this device is to be optimized according to the type of sediment and the geometry of the basin.
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of the treatment plant according to the invention.
  • FIG. 2 is a simplified schematic representation of the solar evaporation plant of Figure 1;
  • FIG. 3 is a simplified schematic representation of the heating device of the transfer conduit
  • FIG. 4 is a simplified schematic representation of the network of beams disposed on the surface of the basin
  • FIG. 5 and 7 are top views of two embodiments of the network of beams.
  • the water treatment assembly shown in Figure 1 is intended to be implanted in a region where the sun is very high, for example in a desert.
  • This set includes:
  • a ventilation device 13 provided to improve the transport coefficients.
  • Source 3 is, for example, a seawater pumping station, a uranium ore processing plant, an underground water pumping installation intended to mine galleries of a uranium mine, etc. ..
  • the alternative source is a buffer tank fed by one of the sources mentioned above.
  • the stream to be purified mainly comprises water, and also at least one compound to be separated from the water.
  • the compound is dissolved in water, or on the contrary is in the form of a solid suspended in water.
  • the compound to be separated mainly corresponds to salt.
  • the effluents contain both dissolved species and sludge suspended in the water.
  • the water treatment assembly is sized to treat several hundred thousand m 3 per year, for example of the order of 600,000 m 3 per year.
  • the solar evaporation plant 7 is represented in FIG. 2.
  • This installation comprises one or more basins 15 for receiving the flow to be purified, each covered with a translucent roof 17.
  • Each of the basins is of large size.
  • Each basin has for example an area of 50,000 m 2 , and contains a layer of water thickness of the order of 370 cm.
  • the basins are for example made of concrete. They each comprise a base 19 and a side wall 21. Each basin is open upwards, the opening being delimited by the side wall 21.
  • a black membrane 23 covers the bottom of the basin, that is to say covers the raft 19 and the walls 21.
  • the membrane 23 is made of any suitable material, for example a tarred material
  • the roof 17 covers the opening of the basin 15.
  • the roof 17 is made of a translucent material, for example a plastic or glass. It is arranged in V, and has two sections joining at the ridge 29 of the roof 17.
  • the panels are referenced 25 and 27.
  • the lower edges 31 of the two panels 25 and 27 rest on the side walls 21 of the basin.
  • the inner surface 33 of the roof 17 serves as a condensing surface for the water that evaporates inside the basin.
  • the evaporation plant therefore comprises gutters 35 for collecting the condensed water on the surface 33.
  • the gutters 35 are placed inside the installation, along the lower edges 31 of the roof.
  • the conduit 9 connects the source 3 to the evaporation plant 7, and ensures the transfer of the stream to be purified from the source 3 to the installation 7.
  • the conduit 9 is a metal conduit, for example cast iron. It has a diameter as high as possible. It is substantially rectilinear, and has a limited length, typically less than 200 meters, for example of the order of 100 meters. It has a downstream end 37 through which the flow to be purified flows inside the basin 15.
  • the assembly also comprises a circulation pump 39 (FIG. 1), the discharge of which is connected to an upstream end 41 of the duct 9.
  • the suction of the pump 39 is connected to the source 3.
  • the pump 39 is of the type adapted to ensure a brewed or pulsed flow of the stream to be purified in the conduit 9.
  • the choice of appropriate flow rates can limit sedimentation problems inside the ducts.
  • a photovoltaic and / or photovoltaic solar photovoltaic hybrid photovoltaic device can be used as an electrical source for supplying the pumping / circulation system and the ventilation device.
  • the heating device 11 comprises one or more mirrors 43 for concentrating an incident solar beam 45 into a concentrated solar beam 47 directed towards the duct 9.
  • the duct 9 is preferably situated at the focus of the mirror 43.
  • the mirror 43 is of the type parabolic.
  • the heating device 11 typically comprises a kinematic chain 49 adapted to modify the orientation of the mirror 43 so as to follow the path of the sun, and to be constantly in a position suitable for concentrating the incident radiation on the duct 9.
  • the heating device 1 1 comprises several mirrors 43 distributed along the duct 9. Each mirror is adapted to heat a separate section of the duct 9.
  • the mirrors 43 are of the type described in US 6,953,038.
  • the mirror is subdivided into several moving sectors with respect to each other.
  • the sectors can move between a deployed deployed position, in which the mirror is adapted to focus incident solar radiation on the conduit, and a closed position, in which the concave side of the mirror is fully covered.
  • the grains of sand can not damage the reflecting surface of the mirror.
  • the heating device 11 is a hybrid device, two of the mirrors 43 being each associated with a photovoltaic cell 51 generating an electric current.
  • the photocells 51 are shown in FIG. 3.
  • the mirror 43 and the associated photovoltaic cell 51 are of the type described in the patent application FR 2 948 819, and constitute a hybrid solar energy collector.
  • the photovoltaic cell 51 is arranged in such a way that the concentrated beam 47 passes through the photovoltaic cell 51 before illuminating the conduit 9. In other words, the duct 9 receives the solar energy through the photovoltaic cell 51 .
  • the duct 9, at the level of the photovoltaic cell 51, is a duct with double walls and intermediate vacuum, comprising an inner tube 53 for circulating the flow to be purified, and an outer tube 55 surrounding the inner tube 53, an annular space 57 of insulation being delimited between the inner and outer tubes. At least a partial vacuum is maintained in the annular space 57 so as to limit heat losses to the outside.
  • the electrical energy produced by the photovoltaic cells 51 supplies the circulation pump 39 and the ventilation device 13.
  • the heater 1 1 typically comprises unrepresented batteries for storing electrical energy.
  • Each of the mirrors 43 has a diameter D1.
  • the duct 9 has an external diameter D2.
  • the ratio D1 on D2 is between 5 and 100. This allows to adjust the thermal power concentration at the level of the duct to a suitable value, a function of the flow rate of the stream to be purified in the duct 9.
  • the ventilation device 13 is provided to ensure air circulation inside the installation, with a recirculation rate making it possible to obtain a ratio between a mass of evaporated water and a mass of dry air in circulation. greater than 0,012 (kg evaporated water / kg dry air recirculation) This air circulation is created in the atmosphere of the installation, ie in the volume delimited downwards by the free surface of the flow to be purified contained in the basin 15, and upwards by the roof 17.
  • the ventilation device 13 comprises a fan 59 whose suction inlet is connected via a duct 61 to the evaporation plant, and whose outlet is also connected via a duct 62 to the evaporation plant.
  • the ducts 61 and 62 each communicate with the internal atmosphere of the evaporation plant.
  • a condenser 63 is interposed on the duct 61, between the fan 59 and the evaporation plant 7.
  • the condenser 63 is of the known type, and comprises a plurality of cold surfaces on which the water vapor of the sucked gas is condensed. by the fan 59 and from the atmosphere of the installation 7.
  • the purified condensed water is collected in a tank 65, connected to the condenser 63 by a connecting pipe 67.
  • the gutters 35 are also connected to the tank 65 by collection ducts 60.
  • the ventilation device 13 is controlled by a computer 71 so as to ensure the desired recirculation rate.
  • the ventilation device is for example equipped with a flowmeter (not shown), informing the computer, the latter automatically changing the flow rate of the fan according to the value read by the flowmeter.
  • the computer 71 is programmed to maintain the atmosphere above the receiving basin 15 at a pressure close to atmospheric pressure.
  • the ventilation device comprises, for example, a pressure sensor 73 measuring the differential pressure between the atmosphere outside the evaporation plant and the atmosphere inside the evaporation plant. solar, and the computer 71 controlling the fan 59 according to this pressure difference.
  • the water treatment unit can have several basins 15. Each basin is surmounted by a roof 17 of its own. Alternatively, a roof 17 may be common to several basins.
  • each basin 15 can be fed by a duct 9 of its own.
  • the same duct 9 can serve several basins 15.
  • each duct 9 is preferably equipped with a heating device of its own.
  • Each basin 15 may be equipped with a ventilation device of its own.
  • the same ventilation device 13 can serve several basins.
  • the flow to be treated is sucked by the pump 39 and discharged into the conduit 9.
  • the flow is pulsed to reduce the sedimentation of suspended matter along the conduit 9.
  • the flow to be purified is heated by the heating device 1 1 while it circulates along the duct 9.
  • the mirrors 43 concentrate the solar radiation on the duct 9. They thus heat the wall of the duct 9, the heat thus being transmitted. 9.
  • the mirrors 43 are constantly directed towards the sun by the kinematic chain 49, so as to allow to heat the flow throughout the day.
  • the photovoltaic cells 51 produce electric current, and electrically supply the fan 59 and the pump 39.
  • the flow to be treated 5 is poured into the basin 15.
  • the flow 5 leaving the duct 9 is at a temperature of about 70 ° C.
  • the solar evaporation plant is heated by effect Greenhouse.
  • the solar radiation passes through the translucent roof 17, and is trapped inside the installation. It heats the stream to be purified in the basin 15.
  • the water of the stream to be purified evaporates, and a portion of the water vapor is condensed on the inner surface 33 of the roof. This condensed water flows along the two sections 27 and 25 of the roof, and is captured in the gutters 35. It flows from the gutters 35 into the collection tank 65.
  • the fan 59 constantly maintains a circulation of air inside the evaporation plant, with a flow rate within a predetermined range. For this, it sucks a part of the atmosphere via the suction duct 61. The water vapor sucked with the atmosphere is condensed in the condenser 63, and is collected in the tank 65. It delivers the gas into the atmosphere of the evaporation plant.
  • the evaporation installation comprises a network 81 of black beams, extending on the surface of the basin 15.
  • this network forms a device in the form of a spider. It comprises a plurality of longitudinal beams 83 rectilinear and parallel to each other, and a plurality of transverse beams 85 rectilinear and parallel to each other.
  • the longitudinal beams 83 are perpendicular to the transverse beams 85 and integral therewith.
  • the beams 83, 85 together form a network whose cells 87 are square.
  • the beams 83, 85 have each a vertically elongated section and are immersed in the stream to be purified about half their height.
  • the device is disposed on the surface of the basin by means of floats or cables.
  • the beams 83, 85 absorb directly part of the incident solar radiation, especially in the visible spectrum. Moreover, as illustrated in FIG. 6, another part of the incident solar radiation is reflected towards other beams and is trapped in the cells of the network.
  • This device thus makes it possible, by means of cavities, to approach the behavior of a black body, by improving the total absorbance of the incident radiation (especially for the visible spectrum) towards the water.
  • the shape and geometry of this device is to be optimized according to the type of sediment and the geometry of the basin.
  • the device 81 has only longitudinal beams 83, rectilinear and parallel to each other.
  • the cells of the network are therefore longitudinally elongated.
  • the operation is the same as for the embodiment of Figure 5.

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Abstract

L'ensemble comprend : - une source (3) générant un flux à purifier (5); - une installation d'évaporation solaire (7); - un conduit de transfert (9); - un dispositif (11) de chauffage du conduit de transfert (9); et - un dispositif de ventilation (13) mécanique prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire (7).

Description

Ensemble de traitement d'eau avec évaporateur solaire
L'invention concerne en général le traitement et la purification d'eau.
Plus précisément, l'invention concerne un ensemble de traitement d'eau, du type comprenant :
- une source générant un flux à purifier, ledit flux à purifier comprenant majoritairement de l'eau, ledit flux à purifier comprenant également au moins un composé à séparer de l'eau ;
- une installation d'évaporation solaire dudit flux à purifier, adaptée pour évaporer l'eau dudit flux à purifier et pour condenser l'eau évaporée en un flux d'eau purifiée, l'installation comprenant au moins un bassin de réception du flux à purifier présentant une ouverture vers le haut et un toit translucide recouvrant l'ouverture ;
- un conduit de transfert reliant la source à une installation d'évaporation, et prévu pour transférer le flux à purifier depuis la source jusqu'à l'installation d'évaporation.
WO 98/33744 décrit un ensemble de ce type simple, mais permettant de réaliser la purification ou la désalinisation d'eau à bas coût. Cet ensemble est alimenté par énergie solaire.
Toutefois, cet ensemble a une capacité de traitement limitée.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un ensemble de traitement d'eau de plus grande capacité.
A cette fin, l'invention porte sur un ensemble de traitement d'eau du type précité, caractérisé en ce que l'ensemble comprend un dispositif de chauffage du conduit de transfert, et un dispositif de ventilation mécanique prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire.
Le dispositif de ventilation mécanique est un dispositif prévu pour assurer une circulation d'air forcée dans l'atmosphère de l'installation d'évaporation solaire. Il est de tout type adapté : ventilateur placé à l'extérieur de l'installation de préférence, ou ventilateur placé dans l'installation d'évaporation, soufflante, etc
Le dispositif de chauffage du conduit de transfert permet d'alimenter l'installation d'évaporation avec un flux à purifier à une température supérieure à la température ambiante, ce qui contribue à augmenter l'efficacité de l'évaporation solaire. En effet, plus le flux à purifier arrivant dans l'installation d'évaporation est à température élevée, plus le débit de vapeur résultant du chauffage solaire de ce flux est élevé. La température moyenne du flux à purifier dans le bassin, à l'équilibre, est plus élevée, de telle sorte que la pression de vapeur dans l'atmosphère au-dessus du bassin est également plus élevée.
Le dispositif de ventilation permet de limiter la stratification en température et d'améliorer les coefficients de transport (matière et chaleur) pour l'évaporation et la condensation de l'eau . En effet, en l'absence de brassage, l'air au-dessus du bassin a tendance à se stratifier, une couche d'air à relativement plus basse température se créant au contact du flux à évaporer, et des couches d'air à plus hautes températures se créant à proximité du toit translucide. Du fait que la différence de température entre l'air et le liquide est plus basse au niveau de l'interface liquide-gaz, l'évaporation est réduite.
Par ailleurs, le brassage permet un renouvellement plus rapide du gaz au contact du liquide et améliore la convection et donc l'évaporation.
Ces deux moyens, à savoir le dispositif de chauffage du conduit de transfert et le dispositif de ventilation, sont compatibles avec l'utilisation dans l'ensemble de traitement d'eau de bassins de réception de très grandes tailles, qui permettent d'obtenir une capacité de traitement très élevée.
De plus, l'utilisation conjointe du dispositif du chauffage et du dispositif de ventilation fait qu'il est possible d'atteindre une grande capacité de traitement avec une installation d'évaporation fonctionnant par effet de serre. L'installation ne fonctionne pas comme un évaporateur dans lequel le flux à purifier est porté à température d'ébullition. Le flux à purifier dans le bassin est loin de sa température d'ébullition, de telle sorte que la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer l'eau dans le bassin est réduite. L'évaporation résulte de l'équilibre liquide vapeur à la surface du bassin. L'atmosphère au-dessus du bassin est maintenue avec une pression partielle de vapeur d'eau fonction notamment de la température dans l'installation d'évaporation solaire. Une partie de la vapeur d'eau est condensée de manière continue, ce qui provoque l'évaporation d'une partie du flux à purifier se trouvant dans le bassin de réception. L'ensemble de l'invention donc techniquement beaucoup plus simple qu'un évaporateur dans lequel on fait bouillir le flux à évaporer car un tel évaporateur fonctionne sous pression et nécessite un apport d'énergie important, sous forme concentrée.
Porter le flux à purifier à ébullition demande en effet des moyens complexes pour concentrer le rayonnement solaire, de manière à pouvoir délivrer une grande quantité d'énergie localement au flux à purifier, ce qui n'est pas compatible avec une installation du type utilisant des bassins de très grandes tailles en vue d'obtenir un haut débit.
L'invention permet donc de s'affranchir de dispositifs coûteux visant à porter à ébullition le flux à purifier, ou visant à augmenter les transferts thermiques vers le flux à purifier, de manière optique et/ou par conduction de l'énergie solaire vers le flux à purifier.
L'utilisation du dispositif de distillation solaire seul a peu d'effet sur la capacité d'évaporation. Les calculs montrent que dans les conditions d'ensoleillement du désert du Niger par exemple, le rendement d'un distillateur solaire simple (sans préchauffage ni ventilation) est entre 1 et 5 l/m2/jour. Pour les flux à traiter, par exemple 75 m3 par heure, il est difficile de chauffer le flux à une température supérieure à 70° C avec des moyens solaires de coût raisonnable. Par rapport à un flux non chauffé, déversé dans le bassin à une température de 30° C, le chauffage augmente le débit d'eau purifiée de l'ordre de 7 à 22 fois .
L'utilisation du dispositif de ventilation seul a également un effet modéré sur la capacité d'évaporation.
L'utilisation combinée du dispositif de chauffage et du dispositif de ventilation permet en revanche d'arriver à un rendement nettement meilleur, avec un débit d'eau purifiée augmenté jusqu'à 100 fois.
La source générant le flux à purifier est par exemple une station de pompage d'eau de mer. Le flux à purifier est donc dans ce cas de l'eau de mer, et le composé à séparer de l'eau est le chlorure de sodium. Toutefois, l'installation permet également de séparer d'autres éléments de l'eau de mer qui rendent cette eau non potable, par exemple, des impuretés minérales comme des sédiments ou le sable et les impuretés organiques comme les algues .
En variante, la source est une mine d'uranium. Le flux à purifier correspond à l'eau pompée dans le fond de la mine, en vue de dénoyer les galeries de la mine. Cette eau contient différents composés, par exemple des traces d'uranium, et d'autres métaux tels que du vanadium, du molybdène, ou encore des traces de souffre.
La source en variante est une installation de traitement de minerais d'uranium. De telles installations génèrent des flux à purifier importants, contenant des traces d'uranium et d'autres métaux.
Dans tous les cas, le débit du flux à purifier est très important, par exemple supérieur à 75 m3 par heure, soit au total plusieurs centaines de milliers de m3 par an. A titre d'exemple, environ 650 000 m3 d'effluents sont déversés chaque année dans les bassins d'épandage des mines de COMINAK au Niger.
L'installation d'évaporation solaire est prévue pour être très simple, avec un bassin où s'écoule le flux à purifier, directement recouvert par un toit translucide. Le toit ne comporte pas de dispositifs optiques pour concentrer le rayonnement solaire. Le toit est en un matériau plastique ou en un verre par exemple. La lumière solaire traverse le toit et venir frapper la surface du bassin directement. Le bassin est typiquement de grande superficie et de faible profondeur au regard de sa superficie. Ceci facilite le chauffage du flux à purifier. Le chauffage est réalisé entre autres par effet de serre, le rayonnement solaire après pénétration dans l'installation solaire à travers le toit translucide restant piégé, selon un principe bien connu. De préférence, le fond du bassin est recouvert d'une membrane de couleur noire permettant d'absorber le rayonnement solaire. L'énergie du rayonnement solaire absorbée est ensuite restituée au flux à purifier, de manière radiative ou par conduction ou encore par convection.
Le flux d'eau purifiée est récupéré après condensation, par différents dispositifs.
Des gouttières sont placées sous les surfaces froides de l'installation, sur lesquelles l'eau évaporée est susceptible de condenser. Typiquement, le toit présente une forme en V, avec deux pans se raccordant l'un à l'autre le long d'une arrête constituant le faîte du toit. Des gouttières sont placées le long des bords inférieurs des deux pans du toit. Les pans du toit translucide constituent des surfaces froides sur lesquelles l'eau évaporée se condense de manière préférentielle et ruisselle jusqu'aux gouttières.
Par exemple, le dispositif de ventilation extrait une partie de l'atmosphère située au-dessus du bassin, de manière à maintenir une circulation d'air dans l'installation, et plus particulièrement à la surface du liquide.
L'atmosphère extraite passe à travers un condenseur, où la vapeur d'eau de l'atmosphère extraite se condense. Le condenseur est typiquement de type passif, et comporte une pluralité de surface froide prévue pour la condensation de la vapeur d'eau. De tels condenseurs sont connus et ne seront pas décrits ici en détail.
En variante, le dispositif de ventilation peut comporter des condenseurs actifs, par exemple une unité réfrigérée.
Le fond du bassin de réception est typiquement en pente, de manière à provoquer un écoulement du flux à purifier à partir d'une extrémité du bassin vers l'autre extrémité du bassin (241 m de longueur, 206 m de largeur et 3,7 m de profondeur typiquement) .
Le flux à purifier est reçu dans le bassin en un point haut. Le fond du bassin présente une pente douce, de telle sorte que le flux à purifier s'échauffe progressivement au fur et à mesure de son écoulement vers le point bas du bassin.
Le fait que le toit soit en V favorise la pénétration des rayons solaires à l'intérieur de l'installation d'évaporation.
De manière à permettre une capacité de traitement importante, les bassins ont une superficie élevée. Par exemple, la superficie des bassins est comprise entre 10.000 et 100.000 m2, de préférence entre 20.000 et 80.000 m2 et encore de préférence entre 30.000 et 60.000 m2 .
De préférence, le dispositif de ventilation est agencé pour assurer un taux de recirculation à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire permettant d'obtenir un ratio entre une masse d'eau évaporée et une masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012. Le taux de recirculation doit s'adapter aux performances d'évaporation atteintes dans l'installation d'évaporation. Le facteur de dimensionnant est le ratio entre la masse d'eau évaporée dans l'installation d'évaporation solaire et la masse d'air en circulation. Ce ratio dépend aussi des conditions météorologiques : humidité relative, pression, température. Ce ratio doit être supérieur à 0,012 kg eau évaporée / kg air sec en circulation.
Comme indiqué ci-dessus, le dispositif de ventilation est prévu pour limiter les effets de stratification en température et d'améliorer les coefficients de transfert (matière et chaleur) pour l'évaporation et la condensation de l'eau. Cette circulation d'air permet un brassage de l'atmosphère et permet d'accélérer l'évaporation de l'eau. Le taux de recirculation est choisi pour obtenir un ratio masse d'eau évaporée sur masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation), de préférence compris entre 0,04 et 1 ,5 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation), et encore de préférence compris entre 0,07 et 0,7 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation). Le taux de recirculation correspond ici au ratio entre le volume d'air insufflé chaque jour dans l'installation et le volume d'air situé dans l'atmosphère de l'installation, c'est-à-dire dans l'espace situé entre la surface du liquide et le toit. On soutire le même volume d'air, de manière concomitante. La pression à l'intérieur de l'installation est maintenue constamment proche de la pression atmosphérique, de manière à ne pas créer de contrainte sur le toit translucide.
En variante, le dispositif de ventilation n'extrait pas l'air hors de l'installation mais assure seulement un mouvement d'air à l'intérieur de l'atmosphère de l'installation.
De préférence, le dispositif de chauffage comprend au moins un miroir prévu pour concentrer un rayonnement solaire sur le conduit de transfert.
En effet, de manière à permettre le préchauffage d'un débit important de flux à purifier, il est nécessaire d'utiliser un dispositif de chauffage permettant de délivrer une puissance thermique importante au conduit. Un dispositif à miroir est particulièrement adapté dans ce cas. Ce dispositif comprend typiquement un ou plusieurs miroirs paraboliques. Les miroirs sont agencés de manière à ce que le conduit de transfert occupe un foyer de chacun des miroirs. Le dispositif de chauffage comprend typiquement un ensemble motorisé prévu pour orienter et/ou déplacer les miroirs en fonction de la course du soleil dans le ciel, de telle sorte que le rayonnement solaire est concentré par chacun des miroirs sur le conduit de transfert pendant la quasi-totalité de la journée.
Les dispositifs de chauffage à miroir sont considérés comme étant mieux adaptés que les dispositifs du type à lentilles de Fresnels, qui permettent d'obtenir une puissance moins élevée. Toutefois, la puissance ne doit pas être concentrée au point d'endommager le conduit de transfert. Ainsi, le conduit comprend un tronçon sur lequel le rayonnement solaire est concentré par le miroir, ledit tronçon présentant un premier diamètre, le miroir présentant un second diamètre compris entre 5 et 100 fois le premier diamètre. Ce rapport de diamètre compris entre 5 et 100 permet d'assurer un chauffage suffisant du flux à purifier, sans risque d'endommager la paroi du conduit. On entend par diamètre du tronçon le diamètre externe du conduit.
De préférence, on dispose plusieurs miroirs le long du conduit.
De préférence, le dispositif de chauffage est adapté pour chauffer un tronçon du conduit dans lequel le flux à purifier s'écoule selon un parcours rectiligne. En effet, le flux à purifier est fréquemment chargé en impuretés susceptibles de se déposer à l'intérieur du conduit. Il est donc préférable de ne pas faire circuler le flux à purifier le long d'un parcours sinueux, par exemple dans des serpentins ou dans des dispositifs avec des cintres destinés à allonger le parcours du flux à purifier, de manière à augmenter les échanges thermiques. De tels parcours ne sont pas adaptés quand le flux à purifier comporte des éléments susceptibles de sédimenter. Dans ce contexte, il est plus intéressant d'utiliser un dispositif de chauffage délivrant localement une forte puissance thermique, plutôt qu'un dispositif de chauffage délivrant une puissance plus faible par unité de surface, qui nécessite une distance de parcours plus longue pour le flux à purifier.
Pour ces raisons, le conduit est agencé pour que le flux à purifier ait un parcours rectiligne le long de la plus grande partie du conduit, de préférence sur plus de 90% de la longueur du conduit, encore de préférence sur plus de 99% de la longueur du conduit.
De préférence, le dispositif de chauffage est prévu pour chauffer le flux à purifier à une température entre 40 ° C et 80° C. Cette température correspond à la température du flux à purifier à l'extrémité par laquelle le conduit débouche dans l'installation d'évaporation. Le dispositif de chauffage est de préférence dimensionné pour chauffer le flux entre 60° C et 70 ° C.
Chauffer le flux à purifier au-delà de 70 ° C demande, pour les débits considérés, une puissance thermique excessivement importante. En dessous de 40 ^, l'avantage découlant du préchauffage du flux à purifier dans le conduit est faible en termes de capacité d'évaporation, et ne contrebalance pas l'investissement nécessaire pour mettre en place le dispositif de chauffage.
Le flux à purifier dans le bassin est à une température comprise entre 50° C et
90 °C, de préférence comprise entre 60° C et 80° C. La température est plus basse au point haut du bassin, et plus élevée au point bas du bassin. Le dispositif de ventilation comprend un organe soufflant, typiquement un ventilateur, qui souffle l'atmosphère au-dessus du bassin de réception, et refoule cette atmosphère vers le toit en V de l'installation d'évaporation. Comme indiqué ci-dessus, un dispositif de condensation de la vapeur d'eau se trouvant dans l'atmosphère aspirée est intercalé entre le bassin et le ventilateur, de préférence en amont du ventilateur, et en variante en aval du ventilateur.
L'ensemble comprend de préférence un organe assurant une circulation brassée ou puisée du flux à purifier dans le conduit. Ceci contribue à limiter la sédimentation de polluants le long du conduit. L'organe permettant d'assurer la circulation brassée ou puisée est une pompe adaptée aux types de polluants contenus dans le flux à purifier (en état solides et/ou en solution). Les vitesses d'écoulement sont choisies de manière à limiter les problèmes de sédimentation à l'intérieur des conduits. Eventuellement un dispositif photovoltaïque et/ou solaire à concentration hybride thermique photovoltaïque peut être utilisé comme source électrique pour alimenter le système de pompage/circulation et le dispositif de ventilation.
De manière à rendre l'ensemble de traitement d'eau le plus autonome possible, le dispositif de chauffage est de préférence un dispositif hybride comprenant au moins une cellule photovoltaïque générant un courant électrique alimentant électriquement le dispositif de ventilation. Ainsi, l'ensemble de traitement d'eau n'a pas à être raccordé à une alimentation électrique extérieure. De préférence, la ou les cellules photovoltaïques alimentent électriquement également les organes assurant la circulation du flux à purifier le long du conduit.
Le dispositif hybride est par exemple du type décrit dans la demande de brevet FR 2 948 819.
Le dispositif de chauffage quant à lui est typiquement du type décrit dans la demande de brevet US 6,953,038. Ces miroirs ont la particularité de pouvoir se refermer, de telle sorte que les miroirs sont protégés en cas de tempêtes, notamment de tempêtes de sable quand l'ensemble de traitement d'eau est installé dans le désert.
Avantageusement, l'installation d'évaporation comporte un réseau de poutrelles de couleur noire, s'étendant à la surface du bassin.
Ce dispositif en forme de croisillon noir peut être disposé à la surface du bassin, au moyen de flotteurs ou câble par exemple, afin d'améliorer l'absorption du rayonnement, notamment le spectre visible. En effet, ce dispositif permet, par le moyen de cavités, de s'approcher du comportement d'un corps noir, en améliorant l'absorbance total du rayonnement incident (notamment pour le spectre visible) vers l'eau. La forme et la géométrie de ce dispositif est à optimiser en fonction du type de sédiment et de la géométrie du bassin.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la Figure 1 est une représentation schématique simplifiée de l'installation de traitement selon l'invention ;
- la Figure 2 est une représentation schématique simplifiée de l'installation d'évaporation solaire de la Figure 1 ;
- la Figure 3 est une représentation schématique simplifiée du dispositif de chauffage du conduit de transfert ;
- la Figure 4 est une représentation schématique simplifiée du réseau de poutrelles disposée à la surface du bassin ;
- les Figures 5 et 7 sont des vues de dessus de deux exemples de réalisation du réseau de poutrelles ; et
- la Figure 6 montre le fonctionnement des réseaux de poutrelles des Figures 5 et
7.
L'ensemble de traitement d'eau représenté sur la Figure 1 est destiné à être implanté dans une région où l'ensoleillement est très élevé, par exemple dans un désert. Cet ensemble comprend :
- une source 3 générant un flux à purifier 5 ;
- une installation 7 d'évaporation solaire dudit flux à purifier ;
- un conduit de transfert 9 reliant la source 3 à l'installation d'évaporation 7 ;
- un dispositif 1 1 de chauffage du conduit de transfert 9 ; et
- un dispositif 13 de ventilation prévu pour améliorer les coefficients de transport.
La source 3 est par exemple une station de pompage d'eau de mer, une installation de traitement de minerais d'uranium, une installation de pompage d'eau souterraine visant à dénoyer des galeries d'une mine d'uranium, etc .... La source en variante est un réservoir tampon alimenté par l'une des sources mentionnées ci-dessus.
Dans tous les cas, le flux à purifier comprend majoritairement de l'eau, et également au moins un composé à séparer de l'eau. Le composé est dissout dans l'eau, ou au contraire se présente sous la forme d'un solide en suspension dans l'eau. Dans le cas de l'eau de mer, le composé à séparer principalement correspond au sel. Dans le cas des effluents provenant d'une mine ou d'une installation de traitement de minerais d'uranium, les effluents contiennent à la fois des espèces dissoutes et de la boue en suspension dans l'eau. L'ensemble de traitement d'eau est dimensionné pour traiter plusieurs centaines milliers de m3 par an, par exemple de l'ordre de 600.000 m3 par an.
L'installation d'évaporation solaire 7 est représentée sur la Figure 2. Cette installation comprend un ou plusieurs bassins 15 de réception du flux à purifier, chacun recouvert d'un toit translucide 17. Chacun des bassins est de grande taille. Chaque bassin présente par exemple une surface de 50 000 m2, et contient une couche d'eau d'épaisseur de l'ordre de 370 cm.
Les bassins sont par exemple réalisés en béton. Ils comportent chacun un radier 19 et une paroi latérale 21 . Chaque bassin est ouvert vers le haut, l'ouverture étant délimitée par la paroi latérale 21 . Une membrane noire 23 recouvre le fond du bassin, c'est-à-dire recouvre le radier 19 et les parois 21 . La membrane 23 est en tout matériau adapté, par exemple en un matériau goudronné
Le toit 17 recouvre l'ouverture du bassin 15. Le toit 17 est en un matériau translucide, par exemple en une matière plastique ou en verre. Il est agencé en V, et présente deux pans se rejoignant au faîte 29 du toit 17. Les pans sont référencés 25 et 27. Les bords inférieurs 31 des deux pans 25 et 27 reposent sur les parois latérales 21 du bassin. La surface interne 33 du toit 17 fait office de surface de condensation pour l'eau qui s'évapore à l'intérieur du bassin.
L'installation d'évaporation comprend donc des gouttières 35 en vue de collecter l'eau condensée sur la surface 33. Les gouttières 35 sont placées à l'intérieur de l'installation, le long des bords inférieurs 31 du toit.
Le conduit 9 raccorde la source 3 à l'installation d'évaporation 7, et assure le transfert du flux à purifier depuis la source 3 jusqu'à l'installation 7. Le conduit 9 est un conduit métallique, par exemple en fonte. Il présente un diamètre aussi élevé que possible. Il est sensiblement rectiligne, et présente une longueur limitée, typiquement inférieure à 200 mètres, par exemple de l'ordre de 100 mètres. Il présente une extrémité aval 37 par laquelle le flux à purifier s'écoule à l'intérieur du bassin 15.
L'ensemble comporte par ailleurs une pompe de circulation 39 (Figure 1 ) dont le refoulement est raccordé à une extrémité amont 41 du conduit 9. L'aspiration de la pompe 39 est raccordée à la source 3.
La pompe 39 est du type adaptée pour assurer une circulation brassée ou puisée du flux à purifier dans le conduit 9. Le choix de vitesses d'écoulement appropriées permet de limiter problèmes de sédimentation à l'intérieur des conduits. Eventuellement un dispositif photovoltaïque et/ou solaire à concentration hybride thermique photovoltaïque peut être utilisé comme source électrique pour alimenter le système de pompage/circulation et le dispositif de ventilation. Le dispositif de chauffage 1 1 comprend un ou plusieurs miroirs 43 pour concentrer un faisceau solaire incident 45 en un faisceau solaire concentré 47 dirigé vers le conduit 9. Le conduit 9 est de préférence situé au foyer du miroir 43. Le miroir 43 est du type cylindro-parabolique. Le dispositif de chauffage 1 1 comprend typiquement une chaîne cinématique 49 adaptée pour modifier l'orientation du miroir 43 de manière à suivre la course du soleil, et à être constamment en une position adéquate pour concentrer le rayonnement incident sur le conduit 9.
De préférence, le dispositif de chauffage 1 1 comporte plusieurs miroirs 43 répartis le long du conduit 9. Chaque miroir est adapté pour chauffer un tronçon distinct du conduit 9.
Les miroirs 43 sont du type décrits dans US 6,953,038. Le miroir est subdivisé en plusieurs secteurs mobiles les uns par rapport aux autres. Les secteurs peuvent se déplacer entre une position déployée d'usage, dans laquelle le miroir est adapté pour concentrer le rayonnement solaire incident sur le conduit, et une position fermée, dans laquelle le côté concave du miroir est entièrement couvert. Ainsi, en cas de tempêtes de sable, les grains de sable ne peuvent pas endommager la surface réflectrice du miroir.
Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la Figure 1 , le dispositif de chauffage 1 1 est un dispositif hybride, deux des miroirs 43 étant associés chacun à une cellule photovoltaïque 51 générant un courant électrique. Les cellules photoélectriques 51 sont représentées sur la Figure 3. Le miroir 43 et la cellule photovoltaïque 51 associée sont du type décrits dans la demande de brevet FR 2 948 819, et constituent un collecteur d'énergie solaire hybride. La cellule photovoltaïque 51 est agencée de manière à ce que le faisceau concentré 47 passe à travers la cellule photovoltaïque 51 avant d'éclairer le conduit 9. En d'autres termes, le conduit 9 reçoit l'énergie solaire à travers la cellule photovoltaïque 51 .
Le conduit 9, au niveau de la cellule photovoltaïque 51 , est un conduit à double parois et vide intermédiaire, comprenant un tube interne 53 de circulation du flux à purifier, et un tube externe 55 entourant le tube interne 53, un espace annulaire 57 d'isolation étant délimité entre les tubes internes et externes. Un vide au moins partiel est maintenu dans l'espace annulaire 57 de façon à limiter les pertes thermiques vers l'extérieur.
L'énergie électrique produite par les cellules photovoltaïques 51 alimente la pompe de circulation 39 et le dispositif de ventilation 13. Le dispositif de chauffage 1 1 comprend typiquement des batteries non représentées, pour stocker l'énergie électrique.
Chacun des miroirs 43 présente un diamètre D1 . Le conduit 9 présente quant à lui un diamètre externe D2. Le rapport D1 sur D2 est compris entre 5 et 100. Ceci permet d'ajuster la concentration de puissance thermique au niveau du conduit à une valeur adéquate, fonction du débit de flux à purifier dans le conduit 9.
Le dispositif de ventilation 13 est prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation, avec un taux de recirculation permettant d'obtenir un ratio entre une masse d'eau évaporée et une masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation) Cette circulation d'air est créée dans l'atmosphère de l'installation, c'est-à-dire dans le volume délimité vers le bas par la surface libre du flux à purifier contenu dans le bassin 15, et vers le haut par le toit 17.
Comme visible sur la Figure 1 , le dispositif de ventilation 13 comporte un ventilateur 59 dont l'entrée d'aspiration est raccordée par un conduit 61 à l'installation d'évaporation, et dont le refoulement est raccordé lui aussi par un conduit 62 à l'installation d'évaporation. Les conduits 61 et 62 communiquent chacun avec l'atmosphère interne de l'installation d'évaporation. Un condenseur 63 est intercalé sur le conduit 61 , entre le ventilateur 59 et l'installation d'évaporation 7. Le condenseur 63 est du type connu, et comporte une pluralité de surfaces froides sur lesquelles se condense la vapeur d'eau du gaz aspiré par le ventilateur 59 et provenant de l'atmosphère de l'installation 7. L'eau purifiée condensée est collectée dans une cuve 65, raccordée au condenseur 63 par une tuyauterie de liaison 67. Les gouttières 35 sont elles aussi raccordées à la cuve 65 par des conduits de collecte 60. Le dispositif de ventilation 13 est piloté par un calculateur 71 de manière à assurer le taux de recirculation recherché. A cette fin, le dispositif de ventilation est par exemple équipé d'un débitmètre (non représenté), renseignant le calculateur, celui-ci faisant automatiquement varier le débit du ventilateur en fonction de la valeur relevée par le débitmètre. Par ailleurs, le calculateur 71 est programmé pour maintenir l'atmosphère au-dessus du bassin de réception 15 à une pression proche de la pression atmosphérique. Pour ce faire, le dispositif de ventilation comprend par exemple une sonde de pression 73 mesurant la pression différentielle entre l'atmosphère à l'extérieur de l'installation d'évaporation et l'atmosphère à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire, et le calculateur 71 pilotant le ventilateur 59 en fonction de cette différence de pression.
Comme indiqué plus haut, l'ensemble de traitement d'eau peu comporter plusieurs bassins 15. Chaque bassin est surmonté d'un toit 17 qui lui est propre. En variante, un toit 17 peut être commun à plusieurs bassins.
De même, chaque bassin 15 peut être alimenté par un conduit 9 qui lui est propre. En variante, un même conduit 9 peut desservir plusieurs bassins 15. En tout état de cause, chaque conduit 9 est de préférence équipé d'un dispositif de chauffage qui lui est propre. Chaque bassin 15 peut être équipé d'un dispositif de ventilation qui lui est propre. En variante, un même dispositif de ventilation 13 peut desservir plusieurs bassins.
Le fonctionnement de l'ensemble de traitement décrit ci-dessus va maintenant être détaillé.
Le flux à traiter est aspiré par la pompe 39 et refoulé dans le conduit 9.
L'écoulement est puisé de manière à réduire la sédimentation de matières en suspension le long du conduit 9.
Le flux à purifier est chauffé par le dispositif de chauffage 1 1 pendant qu'il circule le long du conduit 9. Les miroirs 43 concentrant le rayonnement solaire sur le conduit 9. Ils chauffent ainsi la paroi du conduit 9, la chaleur étant ainsi transmise au flux parcourant le conduit 9. Les miroirs 43 sont constamment orientés vers le soleil par la chaîne cinématique 49, de manière à permettre de réchauffer le flux tout au long de la journée. Les cellules photovoltaïques 51 produisent du courant électrique, et alimentent électriquement le ventilateur 59 et la pompe 39.
A l'extrémité aval du conduit 9, le flux à traiter 5 est déversé dans le bassin 15. Le flux 5 sortant du conduit 9 est à une température d'environ 70° C. L'installation d'évaporation solaire est chauffée par effet de serre. Le rayonnement solaire traverse le toit translucide 17, et est piégé à l'intérieur de l'installation. Il chauffe le flux à purifier se trouvant dans le bassin 15. L'eau du flux à purifier s'évapore, et une partie de la vapeur d'eau est condensée sur la surface interne 33 du toit. Cette eau condensée ruisselle le long des deux pans 27 et 25 du toit, et est captée dans les gouttières 35. Elle s'écoule à partir des gouttières 35 jusque dans la cuve de collecte 65.
Le ventilateur 59 maintient constamment une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation, avec un débit dans une fourchette prédéterminée. Pour cela, il aspire une partie de l'atmosphère via le conduit d'aspiration 61 . La vapeur d'eau aspirée avec l'atmosphère est condensée dans le condenseur 63, et est collectée dans la cuve 65. Il refoule le gaz dans l'atmosphère de l'installation d'évaporation.
Dans une variante de réalisation représentée sur les Figures 4 à 7, l'installation d'évaporation comporte un réseau 81 de poutrelles de couleur noire, s'étendant à la surface du bassin 15.
Dans l'exemple de réalisation de la Figure 5, ce réseau forme un dispositif en forme de croisillon. Il comporte une pluralité de poutrelles longitudinales 83 rectilignes et parallèles entre elles, et une pluralité de poutrelles transversales 85 rectilignes et parallèles entre elles. Les poutrelles longitudinales 83 sont perpendiculaires aux poutrelles transversales 85 et solidaires de celles-ci. Les poutrelles 83, 85 forment ensemble un réseau dont les cellules 87 sont de forme carrée. Les poutrelles 83, 85 ont chacune une section allongée verticalement et sont immergées dans le flux à purifier environ sur la moitié de leurs hauteurs.
Le dispositif est disposé à la surface du bassin, au moyen de flotteurs ou de câbles.
Les poutrelles 83, 85 absorbent directement une partie du rayonnement solaire incident, notamment dans le spectre visible. Par ailleurs, comme illustré sur la figure 6, une autre partie du rayonnement solaire incident est réfléchi vers d'autres poutrelles et est piégé dans les cellules du réseau. Ce dispositif permet ainsi, par le moyen de cavités, de s'approcher du comportement d'un corps noir, en améliorant l'absorbance total du rayonnement incident (notamment pour le spectre visible) vers l'eau. La forme et la géométrie de ce dispositif est à optimiser en fonction du type de sédiment et de la géométrie du bassin.
Dans la variante de réalisation de la Figure 7, le dispositif 81 ne comporte que des poutrelles longitudinales 83, rectilignes et parallèles entre elles. Les cellules du réseau sont donc de forme allongées longitudinalement. Le fonctionnement est le même que pour l'exemple de réalisation de la Figure 5.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Ensemble de traitement d'eau, comprenant :
- une source (3) générant un flux à purifier (5), ledit flux à purifier (5) comprenant majoritairement de l'eau, ledit flux à purifier (5) comprenant également au moins un composé à séparer de l'eau ;
- une installation d'évaporation solaire (7) dudit flux à purifier (5), adaptée pour évaporer l'eau dudit flux à purifier (5) et pour condenser l'eau évaporée en un flux d'eau purifiée, l'installation (7) comprenant au moins un bassin (15) de réception du flux à purifier présentant une ouverture vers le haut et un toit translucide (17) recouvrant l'ouverture ;
- un conduit de transfert (9) reliant la source (3) à l'installation d'évaporation (7) et prévu pour transférer le flux à purifier (5) depuis la source (3) jusqu'à l'installation d'évaporation (7) ;
caractérisé en ce que l'ensemble de traitement d'eau (1 ) comprend :
- un dispositif (1 1 ) de chauffage du conduit de transfert (9) ; et
- un dispositif de ventilation (13) mécanique prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire (7).
2. - Ensemble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif de ventilation (13) est agencé pour assurer un taux de recirculation à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire (7) permettant d'obtenir un ratio entre une masse d'eau évaporée et une masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012.
3. - Ensemble selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (1 1 ) comprend au moins un miroir (43) prévu pour concentrer un rayonnement solaire sur le conduit de transfert (9).
4.- Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit (9) comprend un tronçon sur lequel le rayonnement solaire est concentré par le miroir (43), ledit tronçon présentant un premier diamètre, le miroir (43) présentant un second diamètre compris entre 5 et 100 fois le premier diamètre .
5. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (1 1 ) est adapté pour chauffer un tronçon du conduit
(9) dans lequel le flux à purifier (5) s'écoule selon un parcours rectiligne.
6. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (9) est agencé pour que le flux à purifier (5) ait un parcours rectiligne le long de la plus grande partie du conduit (9).
7. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (1 1 ) est prévu pour chauffer le flux à purifier (5) à une température comprise entre 40° C et 80° C.
8. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (39) assurant une circulation brassée ou puisée du flux à purifier (5) dans le conduit (9).
9. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (1 1 ) est un dispositif hydride comprenant au moins une cellule photovoltaïque (51 ) générant un courant électrique alimentant électriquement le dispositif de ventilation (13).
10. - Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (39) assurant une circulation du flux à purifier (5) dans le conduit (9), ledit organe (39) étant alimenté électriquement par la cellule photovoltaïque (51 ).
1 1 . - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation d'évaporation (7) fonctionne par effet de serre, le flux à purifier (5) dans le bassin de réception (15) étant à une température comprise entre δΟ'Ό et 90 ° C.
12. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation d'évaporation (7) comporte un réseau de poutrelles (83, 85) de couleur noire, s'étendant à la surface du bassin (15).
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