Brevet FR2011356A1 — publié le 19700227

Cette invention concerne un procédé pour le traitement de l'eau avec des gaz et pour son filtrage consécutif sur des masses de filtrage granuleuses. Le procédé selon 11 invention convient notamment au traitement de l'eau par ltozone et à son filtrage consécutif. invantion concerne également un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour la préparation de l'eau, on connaît des procédés de traitement préalable par l'ozone et de filtrage consécutif, par exemple sur une couche de charbon actif (voir la publication nGas-#asserfach" N0 103,page 793 et "Gas-Wasserfach" N0 1C4, pages 1261 à 1271). Dans ce procédé, liteau à préparer est d'abord mélangée au moyen d'un injecteur avec de l'air ozonisé, ensuite introduite dans un réservoir intermédiaire, dans lequel on sépare l'air résiduel pour empêcher la formation de turbidités laiteuses dans 11 eau finalement introduite dans le réseau de distribution. L'eau débarrassée des bulles d'air est prélevée dans le réservoir intermédiaire et filtrée consécutivement. Où contact également des appareils permettant de procéder au traitement par l'ozone et au filtrage dans un seul réservoir. Dans ce cas, l'ozone est éliminé par lavage à équi-courant ou à contre-courant sur des éléments de contact et (ou) de remplissage, et l'eau traitée par l'ozone est consécutivement soumise au filtrage dans la partie inférieure du réservoir. Les appareils ainsi conçus risquent de faire pénétrer des bulles de gaz dans le lit de filtrage, rendent ainsi l'opération du filtrage de plus en plus lente et difficile. Ce risque présente également lorsqu'on traite de l'eau par lloxy- gène ou l'air pour l'aérer ou pour chasser l'anhydride carbonique, en la soumettant consécutivement au filtrage. L'invention permet de remédier à ces inconvénients, et assure ltélimination totale des bulles gazeuses de l'eau traitée par des fluides gazeux. LBinvention concerne un procédé pour le traitement de leau par des gaz, notamment par lXozone, et pour le filtrage consécutif de cette eau sur des masses granuleuses. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que le mélange d'eau et de gaz est introduit avec une composante de mouvement dirigée de bas en haut dans une couche d;aau à laquelle est superposé un matelas gazeux et qui repose sur la couche de filtrage formée par une masse granuleuse à travers laquelle lBeau est filtrée par circulation de haut en bas. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le mélange d'eau et de gaz peut être introduit à une vitesse de circulation allant jusqu'à 1,5 m/s dans la couche d'eau reposant sur la couche de filtrage.Il est avantageux que le mélange d'eau et de gaz soit guidé le long d'un parcours d'au moins 2 m avant son introduction dans la couche d'eau, afin qutil en résulte avec certitude une durée de contact suffisante entre le gaz et l'eau. Pendant le traitement de l'eau par l'ozone, le procédé selon l'invention assure déjà une conversion totale des composés contenus dans lleau et se prêtant à la conversion par l'ozone après une durée de contact extrêmement courte, de l'ordre de quelques secondes. Le procédé selon lwinvantion convient également au traitement de l'eau par d'autres gaz, par exemple au traitement par lsair, pour l'enrichissement en oxygène ou pour ltélimi- nation de l'anhydride carbonique. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on mélange l'eau à traiter avec le gaz d'une manière connue en soi, de préférence au moyen d'un injecteur. Snssuita, on fait d'abord circuler le mélange d'eau et de gaz le long dgun parcours d'au moins 2 m pour établir un contact suffisant entre le gaz et l'eau. Ce parcours de circulation est avantageusement formé par un tube orienté verticalement. On introduit conszcutivement le mélange d'eau et de gaz avec une composante de mouvement dirigée de bas en haut dans une couche d'eau reposant sur la couche de filtrage formée par une masse granuleuse, ce qui signifie que la cuve de filtrage est remplie d'eau de façon que le niveau de celle-ci soit au-dessus de la surface de la couche de filtrage. La couche d'eau au-dessus de la couche de filtrage présente généralement une hauteur d'environ 40 à 100 cm ou plus.Dans cette couche d'eau reposant directement sur la couche de filtrage formée par la masse granuleuse, le mélange deau et de gaz est injecté avec une compo- sante de mouvement dirigée de bas en haut. Les bulles gazeuses continuent ensuite de monter et s'ajoutent au matelas gazeux superposé à la couche d'eau. D'ùne façon générale, on établit une pression manométrique de 0,5 à 1 bar dans le matelas gazeux superposé à la couche d'eau.On obtient les effets de séparation les plus favorables du mélange d'eau et de gaz en introduisant celuici verticalement de bas en haut dans la couche d'eau superposée la couche de filtrage. L'eau de cette couche d'eau passe de haut en bas à travers la couche de filtrage, qui peut être elle-meme formée par plusieurs couches élémentaires formées à leur tour par des matériaux de filtrage différents. La mise en oeuvre du procédé selon 1'invention sera décrite ci-après en détail et à titre d'exemple en regard des figures du dessin annnexé, qui sont respectivement des vues schématiques en coupe verticale de deux formes dwexécution d'un appareil conçu selon l'invention. L'appareil que montre la figure 1, comprend essentiellement un ballon cylindrique 1 formé en bas par un fond bombé 2 et en haut par un couvercle bombé 3. A l'intérieur est prévu un support perméable à leau, par exemple un fond auxiliaire 4 formé par un tamis ou muni d'orifices. Sur ce fond 4 perméable à l'eau repose une couche porteuse 5, qui sert de support à la couche de filtrage 6 formée par des matériaux en grains. La couche porteuse 5 est généralement une couche de gravier. Le ballon 1 est rempli d'eau jusqutà une hauteur telle qu'une couche d'eau 7 soit superposée à la couche de filtrage 6 en matériaux granuleux. Un matelas gazeux 8 est à son tour superposé à la couche d'eau 7.Un tube 9, débouchant dans la couche d'eau 7, passe verticalement à travers le centre du fond 2, du fond auxiliaire 4 perméable à l'eau, de la couche porteuse 5 et de la couche de filtrage 6. Au fond 2 est complémentairement raccordée une tubulure 10. Le tube 9 et la tubulure lOsont prolongés par des raccords à dérivations 11 et 12 qui sont eux-mêmes raccordés à des vannes 13, 14, 15 et 16. L'eau brute à traiter arrive par le conduit 17 et entre, par la vanne 13 ouverte (les vannes 14 et 15 étant alors fermées, tandis que la vanne 16 est également ouverte), dans le raccord à dérivations ll, ensuite dans le tube 9. Le conduit d'arrivée 17 communique par une dérivation 18 avec une pompe 19 prélevant un courant partiel d'eau brute et dirigeant ce courant dans l'injecteur 20 où a lieu l'incorporation du gaz qui est introduit dans cet injecteur par le conduit 21. Le mélange dteau et de gaz sortant de 1!injecteur passe par le conduit 22 dans le raccord à dérivations 11. Ce mélange s'élève dans le tube 9 à une vitesse pouvant atteindre 1,5 rn/s. Ce tube présente avantageusement une longueur d'au moins 2 m pour établir sur ce parcours une durée de contact suffisante entre le gaz et l'eau du mélange. Le gaz réagit avec l'eau pendant le passage le long du tube 9.Pour des raisons hydrostatiques,une réduc tion de la pression a lieu pendant l'élévation du mélange d'eau et de gaz à l'intérieur du tube 9, de sorte que les bulles gazeuses, dabori très petites, deviennent de plus en plus grosses et s1é- lèvent de plus en plus rapidement par rapport à 11 eau. Le mélange d'eau et de gaz passe, au sommet du tube 9, dans la couche d'eau 7. Les bulles gazeuses continuent de s'élever et s'ajoutent au matelas gazeux 8 au-dessus de la surface de la couche d'eau 7. L'eau de cette dernière traverse de haut en bas la couche de filtrage annulaire et granuleuse 6 entourant le tube 9, ensuite la couche porteuse 5 et le fond 4 perméable à l'eau, et quitte le ballon par la tubulure 10, le raccord à dérivations 12 et:le conduit 23 destiné à ltévacuation de l'eau épurée. Dans l'appareil selon l'invention, tel que le montre le dessin, la hauteur de la couche d'eau 7 est maintenue constante par un dispositif fonctionnant automatiquement. Un abaissement du niveau d'eau à l'intérieur du ballon 1 ouvre l'obturateur à flotteur 25 qui communique avec la couche eau 7 par une tubulure 24 et qui permet l'échappement d'une partie du gaz du matelas 8, par la tubulure 26 et le conduit 27, dans le conduit 28. Pour le traitement de l'eau par l'ozone, le conduit 28 aboutit complémentairel ment à un dispositif 29 destiné à la destruction de l'ozone. En ce qui concerne la masse de filtrage de la couche 6, on peut utiliser les matériaux de filtrage usuels dans la technique d'épuration de l'eau, tels que le gravier de quartz, ltanthra- cite, le coke ou des masses alcalines. Pour le traitement de l'eau par l'ozone, on a trouvé qu'il est particulièrement indiqué dtutiliser la nasse de filtrage sous la forme de charbon actif en grains. Les matériaux de filtrage peuvent être mis en oeuvre non seulement sous la forme d'une seule couche, mais également de plusieurs couches présentant des épaisseurs différentes. La couche de filtrage 6 peut être régénérée par rinçage à rebours. Pour ce rinçage à rebours, on ferme les vannes 13 et 16 et on ouvre la vanne 15 pour faire passer l'eau de rinçage, par le raccord à dérivations 12 et la tubulure de raccordement 10, dans le ballon 1. L'eau de rinçage traverse la couche de filtrage 6 de bas en haut, et quitte l'appareil par le tube 9, le raccord à dérivations 11 et la vanne 14 alors ouverte. Dans l'appareil que montre la fig. 2, la couche de filtrage est divisée en deux couches 6a et 6b qui peuvent être sépa rément rincées à rebours. La couche de filtrage inférieure 6a repose sur la fond auxiliaire 4 perméable à 11 eau. La couche de filtrage supérieure 6b repose sur un autre fond auxiliaire 30 également perméable à l'eau. Entre le fond auxiliaire 30 perméa- ble à l'eau et la limite suparieure de la couche de filtrage inférieure 6a est ménagé un espace 31, que l'eau descendante remplit pendant le filtrage. Le traitement et le filtrage consé- cutif de l'eau sont mis en oeuvre de la manière décrite pour l'appareil représenté sur la fig. 1.Pour le rinçage à rebours séparé des deux couches de filtrage 6a et 6b, un conduit 32 partant de ltespace 31 passe à l'extérieur pour se diviser en deux conduits 33 et 34 dans lesquels sont intercalés des vannes 35 et 36. Lorsque les deux couches de filtrage 6a et 6b doivent être simultanément rincées à rebours, on procède de la manière décrite en regard de la fig. 1. Lorsque la couche de filtrage inférieure 6a doit être seule rincée à rebours, on ferme les vannes 13, 14, 16 et 35 et on ouvre la vanne 15 pour introduire le liquide de rinçage dans le ballon 1 par le raccord à dérivations 12 et la tubulure de raccordement 10. Le liquide de rinçage traverse alors la couche de filtrage 6a de bas en haut, et il est ensuite évacué par le conduit 32, le conduit 34 et la vanne 36 alors ouverte. Pour rincer séparément à rebours la couche de filtrage supérieure 6b, on ferme les vannes 13, 15, 16 et 36 et on ouvre les vannes 14 et 35. Le liquide de rinçage est alors introduit dans ltespace 31 par les conduits 33 et-32, et traverse la couche de filtrage 6b de bas en haut. Le liquide de rinçage passe ensuite de haut en bas par le tube 9 et quitte l'appareil par la vanne 14 alors ouverte. Les deux couches de filtrage 6a et 6b peuvent être formées par des matériaux de filtrage granuleux différents. Pour le traiter,lent de l'eau par l'ozone, l'une au moins des deux couches de filtrage est avantageusement formée par du charbon actif. Exemple 1 On traite une eau brute par lrozone dans un appareil selon l'invention en "Plexiglasn, mais similaire à celui que montre la fig. 1. Ltélimination des bulles gazeuses est telle qu'on ne peut déceler un enrichissement de la couche de filtrage en fluide gazeux, même après une très longue durée de filtrage. Il est donc possible de filtrer très longtemps sans qu'il en rssulte une augmentation de la résistance du filtre au passage, ou une réduction du débit. Exemple 2 Dans un appareil selon l'invention, similaire à celui que montre la fig. 1, on traite des eaux brutes différentes par l'ozone et par filtrage consécutif. On mélange 150 litres d'eau par heure avec 15 à 17 litres d'air ozonisé, au moyen d'un injecteur à jet d'eau, pour introduire le mélange dans ltappare l selon l'invention. Le tube 9 de cet appareil s'étend sur une longueur de 3,3 m et présente un diamètre de 8 mm. la vitesse de circulation atteint 3000 m par heure, ce qui correspond à une durée de contact de 3 secondes entre l'eau et l'ozone. Dans une eau présentant une teneur en phAnol de 1 mg par litre, on ne peut plus déceler aucune trace de phénol après le traitenent par lWozone. Dans une eau présentant ur#e teneur en manganèse de 0,5 mg par litre, la totalité du manganèse est oxydée en permanganate après le traitement par l'ozone. REVENDICATIONS 1.- Un procédé pour le traitement de l'eau par des fluides gazeux, notamment par l'ozone, et pour le filtrage consécutif de l'eau sur des masses granuleuses, caractérisé par le fait qu'onintroduit le mélange d'eau et de gaz avec une composante de mouvement dirigée de bas en haut dans une couche d'eau, à laquelle est superposé un matelas gazeux et qui repose sur la couche de filtrage formée par la masse granuleuse à travers laquelle l'eau prélevée dans la couche d'eau est filtrée de haut en bas. 2.- Un procédé selon la revendicotion 1, caractérisé en ce que le mélange d'eau et de gaz est injecté dans la couche d'eau avec une vitesse de circulation pouvant atteindre 1,5 m/s. 3.- Un procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange d'eau et de gaz est injecté dans la couche d'eau verticalement de bas en haut. 4.- Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une pression manométrique de 0,5 à 1 bar est maintenu dans le matelas gazeux superposé à la couche d'eau. 5.- Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le mélange d'eau et de gaz est guidé le long d'un parcours vertical d'au moins 2 m avant son introduction dans la couche d'eau. 6.- Un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelccnque des revendications 1 à 5, comprenant un ballon cylindrique clos dansAequel la masse de filtrage repose sur un fond auxiliaire perméable à l'eau et qui est équipé de conduits d'entrée et de sortie respectivement pour le mélange d'eau et de gaz et pour l'eau, caractérisé par une couche d'eau reposant sur la masse de filtrage, dans laquelle débouche un tube destiné à l'introduction du mélange d'eau et de gaz et au-dessus de laquelle se trouve un matelas gazeux. 7.- Un appareil selon la revendication 6, caractrisé par le fait que le tube est vertical et traverse le fond et la couche de filtrage. 8.- Un appareil selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche de filtrage est formée par du charbon actif. 9.- Un appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le ballon contient plusieurs couches de filtrage superposées. 10.- Un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les couches de filtrage sont agencées pour pouvoir être séparément rincées à rebours. 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le tube po sède une longueur d'au moins 2 m.