Brevet FR2080950A1 — publié le 19711126

i 2080950 La présente invention est relative à un procédé et un appareil pour la filtration continue de liquides à travers un lit de matière discrète* servant d'agent de filtrage., et assurant en même temps un remplacement continu de la matière discrète* évacuée 5 au cours du fonctionnement du filtre.. Par conséquent* la présente invention offre un appareil pour la filtration continue d'un liquide, qui comprend une enceinte capable de contenir un lit poreux de matière discrète* c'est-à-dire un lit composé d'une multiplicité de particules discrètes* 10 qui se déplace en contre-courant par rapport au liquide à filtrer* la hauteur du lit poreux se trouvant dans un rapport vis-à-vis du diamètre de l'enceinte qui n'est pas supérieur à 5/1* un tuyau d'admission connecté à l'enceinte et par l'intermédiaire duquel le liquide à filtrer peut s'écouler dans l'enceinte située en dessous* 15 un ou plusieurs tuyaux de sortie connectés à l'enceinte et par l'intermédiaire desquels le liquide filtré peut s'écouler à partir de cette enceinte* des moyens d'admission destinés à recevoir la matière discrète* au sommet de l'enceinte* et un ou plusieurs moyens de sortie destinés à évacuer la matière discrète et situés à 20 la base de l'enceinte. La présente invention comprend en outre .'un procédé pour la filtration continue d'un liquide qui consiste à faire passer le liquide continuellement à travers un lit poreux de matière discrète contenue dans une enceinte* procédé suivant lequel la matière dis-25 crête formant le lit est déplacée dans le sens opposé à celui du liquide* le lit étant évacué continuellement ou par intermittence à partir de la base de l'enceinte et rétabli continuellement ou par intermittence au sommet de cette enceinte. •La matière discrète* par exemple du sable ou du menu coke 30 ou d'autres matières minérales appropriées* est de préférence fournie à l'enceinte à son sommet et évacuée à partir de la base* par l'intermédiaire par exemple d'une porte ou vanne d'évacuation. La période de séjour de l'agent de filtrage peut être modifiée en fonction de la quantité de matières étrangères à retirer du liqui-35 de. Cette période est modifiée en changeant la vitesse d'évacuation de l'agent de filtrage à partir de la base du lit de filtre. Le ou 'les tuyaux d'admission pour le liquide non filtré sont situés au-dessus de la porte d'évacuation pour la matière discrète et un 71 03476 2 2080950 jeu de tuyaux de sortie pour le liquide filtré peut se trouver au-- dessus du lit de matière discrète. Le liquide sort de l'enceinte avec une quantité minimum de particules discrètes en suspension dans ce liquide. 5 Une autre méthode pour séparer le liquide des particules discrètes au sommet du lit consiste à réaliser les moyens d'admission pour l'agent de filtre en tant qu'entonnoir dont l'extrémité plus étroite et inférieure amène les particules discrètes à pénétrer en dessous du niveau du tuyau de sortie pour le liquide. 10 Le type le plus préférable de moyens de sortie pour l'en lèvement de la matière discrète à partir du lit est celui qui abaisse le lit de manière uniforme sur toute la surperficie en section transversale de l'enceinte. Une" forme de réalisation préférée des moyens de sortie comporte des ouverture dans une plaque, chaque 15 ouverture étant connectée à des vannes de passage et les ouvertures étant réparties uniformément sur toute la s-up erficie en section transversale de la base de l'enceinte afin de permettre une évacuation uniforme de l'agent de filtrage sur toute cette superficie. D'une autre façon* les moyens de sortie, peuvent comprendre une por-20 te" d'évacuation avec des fentes réparties uniformément sur toute la superficie en section transversale. Le procédé suivant l'invention permet une'filtration continue de liquide à travers le lit de matière discrète qui est constamment rétabli. Le rétablissement du lit permet d'obtenir une 25 qualité uniforme de la filtration du liquide pendant une longue période de temps. Lorsque de l'agent de filtrage est prélevé à partir du lit de l'appareil de filtration, il peut être purifié pour éliminer les résidus qui subsistent après,le filtrage du liquide. Il peut ensuite être renvoyé au sommet du lit, suivant un processus 30 de recyclage. Toutefois, le procédé et certains appareils utilisés suivant la présente invention conviennent non seulement pour la filtration d'eau contaminée ou d'eaux d'égout, mais également d'autres liquides contenant des matières en suspension que l'on désire récupérer. Dans ce dernier type de processus"de filtration, le lit 35 de matière discrète peut être formé de particules du type de la natiè-re à séparer du liquide. En plus de la filtration, ce processus peut aussi être utilisé pour d'autres traitements de liquides. La matière discrète peut être traitée ou mélangée avec des produits 71 03476 3 2080950 chimiques afin de faciliter la précipitation et/ou la coagulation des impuretés dans le liquide. En un ou plusieurs niveaux, grâce à des tuyaux traversant les parois de l'enceinte, des solutions chimiques ou des gaz peuvent être introduits de manière à entrer en-5 suite en réaction avec le liquide. Des moyens sont prévus pour permettre une répartition uniforme des produits chimiques sur toute la section transversale de l'enceinte. Ces produits chimiques comprennent par exemple de l'oxygène, de l'air et d'autres gaz, ainsi que les agents de coagulation mentionnés précédemment. 10 Pour des usages de filtration normaux, le type de matière discrète à utiliser en tant que lit de filtre peut par exemple être du sable ou de l'anthracite pour la filtration de l'eau, telle que celle provenant d'égouts et pour de nombreuses autres applications. Le procédé suivant 1'' invention peut avantageusement être 15 modifié tout en conservant le principe de base décrit précédemment. Des tuyaux ou boîtes de drainage peuvent être situées dans l'enceinte, dans le lit de matière discrète, pour retirer le liquide filtré. Elles sont connectées à des collecteurs qui traversent la paroi de l'enceinte et à travers lesquels le liquide peut s'é-20 couler. , Ces tuyaux ou boîtes peuvent être perforées et devraient être situées à divers niveaux en dessous du niveau supérieur de la matière discrète. La majeure partie du liquide quitte alors l'enceinte à travers ces moyens et seul le l'iquide restant s'élève à 25 travers le reste du lit et sort par le tuyau de sortie. Le but de cette forme de réalisation est d'empêcher une fluidification du lit. Le poids du lit exerçant une_ pression sur les particules au niveau des moyens de drainage empêche la fluidification de ce lit et par conséquent permet un plus grand débit de liquide en dessous 30 des niveaux de drainage. Le débit du liquide à travers le lit suivant l'invention est limité par l'effet de fluidification de ce lit. Un procédé pour empêcher une fluidification du lit vient d'être mentionné, à savoir la réalisation des moyens de drainage qui peuvent être des tuyaux ou des boîtes perforées prélevant l'eau 35 à partir du lit après filtration mais en un point intermédiaire entre les tuyaux d'entrée et de sortie. Un autre procédé consiste à créer une contre-pression à la sortie. L'effet combiné de la con-tre-pression provenant du tuyau de sortie et du poids de l'agent de 71 03476 4 2080950 filtrage au-dessus d'un système de drainage quelconque empêche le lit de se fluidifier lorsque le débit à travers le 'tuyau d'admission est augmenté. D'autres détails et particularités de l'invention ressor-5 tiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels ï La figure 1 est un schéma de circulation de l'appareil de filtration. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de moyens 10 de drainage avec un collecteur extérieur. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de moyens de drainage à canal circulaire inversé. La figure 4 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne X-X à la figure 3. 15 La figure 5 est une vue en coupe verticale de moyens de sortie destinés à retirer l'agent dè filtrage de l'enceinte. La figure 6 est une vue en coupe verticale de moyens de sortie destinés à retirer l'agent de filtrage de l'enceinte. La figure 1 représente un schéma d'écoulement .ou de cir-20 culation du processus de filtration. Une colonne de filtre verticale 501 comporte, un réservoir d'eau brute 502 situé au-dessus de l'enceinte. Une trémie à agent de filtrage 503 comporte un tuyau 504 qui s'étend à partir de sa base à travers le réservoir à eau brute 502 pour pénétrer dans l'enceinte 501. L'eau à filtrer est 25 fournie à un étang ou une cuve 505. L'étang 505 comporte un panneau de barrage ou d'écran 506, de telle sorte qu'il soit divisé en deux sections 507, 508. L'eau est fournie à la section 507, passe pardessus1 le panneau de barrage 506 et est pompée par une pompe 509 vers le réservoir à eau brute 502. Toutes les grandes particules 30 contenues dans l'eau peuvent ainsi se déposer dans l'étang avant que l'eau ne parvienne à la colonne de filtre 501. L'eau brute est également fournie à un agitateur 510 et à une porte ou vanne d'évacuation 511. L'eau provenant du réservoir à eau brute 502 s'écoule vers le bas dans un tuyau d'alimentation en eau brute 512, jusqu'à 35 la partie inférieure de l'enceinte 501. L'agent de filtre pénètre dans l'enceinte par l'intermédiaire de la trémie 503 et descend dans le tuyau 504 de manière à former un lit d'agent de filtrage 513 dans l'enceinte, entre les 71 03476 5 2080950 moyens de distribution et de drainage les plus bas 514 et les moyens de distribution et de drainage les plus hauts 515. Entre ces moyens de drainage 514, 515 peuvent se situer un ou plusieurs autres moyens de drainage 516, 517 (deux moyens de drainage sont 5 représentés à la figure 1). L'agent de filtrage passe du lit 513, par l'intermédiaire de l'agitateur 510, vers l'extérieur à travers la vanne d'évacuation 511. L'eau à filtrer pénètre dans l'enceinte par l'intermédiaire des moyens de distribution et de drainage 514, s'élève à travers 10 le lit et peut être rètirée de ce lit après une .filtration suffisante par l'intermédiaire des moyens de drainage- 515, 516, 517 pour parvenir à un réservoir à eau purifiée 518, par l'intermédiaire de tuyaux à eau purifiée 519. Les moyens de distribution et de drainage peuvent se présenter sous' la forme de ceux déjà décrits précé-15 demment. L'eau purifiée est prélevée à partir du réservoir à eau purifiée 518, chaque fois que c'est nécessaire, par l'intermédiaire d'une tuyauterie 520. D'une façon analogue à l'écoulement continu de l'eau à partir de l'enceinte 501 par l'intermédiaire des moyens de drainage 20 515, 516, 517, l'agent de filtrage à présent sali ou contaminé est prélevé continuellement à partir de la base de l'enceinte, par l'intermédiaire de la vanne d'évacuation .511. L'agent de filtrage traverse l'agitateur 510, avec l'aide d'une certaine quantité d'eau brute provenant de la pompe 509. Le débit d'évacuation de l'agent 25 de filtrage à partir de l'agitateur est commandé en fonction du débit d'alimentation d'eau brute à partir du réservoir 502 dans la-'-' tuyauterie 512, au moyen d'un dispositif détecteur d'écoulement 521. Plus élevé est le débit d'eau brute et plus élevée est la vitesse d'évacuation de l'agent de filtrage à partir du lit de filtre. 30 L'agent de filtrage se recueille à la partie inférieure de l'enceinte 501 et parvient à la vanne d'évacuation 511. Une petite quantité supplémentaire d'eau brute provenant de la pompe facilite d'évacuation de l'agent de filtrage contaminé à travers la tuyauterie 522 vers un laveur d'agent de filtrage 523. L'agent de filtrage et 35 la petite quantité d'eau brute sont mis en turbulence avec de l'eau purifiée, au moyen d'air comprimé provenant d'un compresseur 524. L'eau purifiée est pompée à partir du réservoir à eau purifiée 518, à l'aide d'une pompe 525 et par l'intermédiaire d'une tuyauterie 71 03476 6 2080950 526. Les impuretés provenant du lavage parviennent dans une conduite d'évacuation 52 7 et le sable nettoyé est envoyé à un cyclone de déshydratation 528. L'eau retirée par ce cyclone est; envoyée au réservoir à eau brute 502, tandis que le sable retombe à partir de 5 la base du cyclone dans la trémie 503s pour renouveler le lit de filtre 513. La figure 2 représente un agencement pour le prélèvement du liquide à partir du lit en un point intermédiaire entre les tuyaux d'entrée et de sortie. Le but de ces agencements de moyens 10 de drainage est de prélever de l'eau uniformément sur toute la superficie en section transversale de l'enceinte. Les boîtes de drainage perforées 130 sont représentées en coupe verticale comme connectées par des tuyaux de collecteur vers l'extérieur. Le rapport entre le diamètre de l'ouverture ou de la perforation 131 et 15 le diamètre de la matière discrète ne doit pas être supérieur à 100/1. Les tuyaux ou boîtes perforées peuvent être connectées à un collecteur extérieur 132, comme représenté dans cette figure. En outré, les collecteurs de drainage de ces divers agencements peuvent être connectés ensemble de manière à former un collecteur de 20 drainage commun aux boîtes de drainage à chaque niveau de l'enceinte, étant donné que les moyens de drainage dans l'enceinte peuvent 'se trouver à divers niveaux de celle-ci. Les figures 3 et 4 représentent un autre type préféré de "moyens de drainage constitué par deux canaux circulaires inversés 2 5 133. Les canaux 133 peuvent être faits de gaze ou d'un tissu de fil métallique à fine maille . L'ouverture 134 est plus étroite que'.la partie supérieure du canal-» En des points situés autour du canal, les collecteurs 135 sont connectés au collecteur de drainage principal' 136 qui prélève l'eau à partir de l'enceinte. 30 On a représenté à la figure 5 des moyens de sortie pour l'évacuation de l'agent de filtrage. L'agent de filtrage 121 est contenu dans l'enceinte 122. A la base de cette•dernière se trouve une plaque circulaire 123 avec la même superficie en section transversale que l'enceinte 122 et présentant de nombreuses ouvertures 35 circulaires réparties sur sa superficie. Chacune de ces ouvertures est connectée à un entonnoir 124 à la base duquel se trouve une porte 125 qui peut être actionnée en combinaison avec chacune des autres portes à la base de chacun des autres entonnoirs. Le liqui 71 03476 7 2080950 de à filtrer pénètre dans l'enceinte 122 par l'intermédiaire du tuyau d'admission 125 et il est prélevé à partir d'un point situé plus haut dans l'enceinte (non représenté). L'agent de filtrage est retiré uniformément sur toute la superficie en section trans-5 versale de l'enceinte, par l'intermédiaire des portes d'évacuation 126. Dans une autre forme des moyens d'évacuation des agents de filtrage représentés à la figure 6, la plaque circulaire 12 3 est située à la base de l'enceinte 122. La porte ou vanne d'évacuation 10 126 permet un passage uniforme de l'agent de filtrage sur toute la section transversale de l'enceinte. Au-dessus de la plaque 123 se trouvent des configurations en forme de selle 127 dans des zonesen: relief entre les ouvertures de la plaque 123. Ces selles 127 forment des entrées semblables à des 'entonnoirs pour chacun des trous. Les 15 selles sont creuses et forment ainsi des trémies et sur le bord de chacun des trous de la plaque circulaire se trouvent des ouvertures de pulvérisation 128. De l'eau peut être pompée à travers les selles 127 de manière à établir une pulvérisation sur les bords des trous circulaires pour empêcher le sable de coller et d'être retenu 20 lorsqu'il traverse la plaque circulaire 123. * Cette description concerne évidemment un processus cyclique. Il peut y avoir des cas où différents degrés de traitement peuvent être donnés à l'eau ou à n'importe quel autre liquide à filtrer, en faisant passer l'eau dans la tuyauterie vers un ou plusieurs autres appareils de filtration continue à contre-courant. Une autre forme de réalisation de l'invention consiste à placer le sable lavé par charges dans une petite colonne distincte, ce qui permet de laver le sable continuellement à. 1'extérieur du lit pendant toute la période, sans qu'il soit nécessaire de disposer de la grande capacité de.lavage en contre-courant utilisée'avec les filtres actuels. Une telle colonne de lavage, qui ne dépasse_ raitpas une hauteur de 60 cm de lit de sable et avec le même débit que pour le lavage en contre-courant actuel, pourrait être utilisée soit avant, soit de préférence après le cyclone de séparation mentionné précédemment. L'économie principale proviendrait alors de la prolongation du temps de lavage à la période totale de filtration, tout en réduisant la quantité de sable à laver à une fraction, Probablement moins de 10 de la- quantité de sable lavés lorsque 7T 03476 8 2080950 l'on utilise des lits de nettoyage stationnaire. Pour résumer, par conséquent, la présente invention concerne un procédé et un appareil de filtration continue, par exemple pour de l'eau, qui se caractérise par l'utilisation d'un lit 5 poreux de matière discrète, telle que du sable, du coke, du menu coké ou un autre agent réactif, se déplaçant suivant une direction, tandis'gue de l'eau ou un- autre liquide se déplace dans le sens opposé. On arrive ainsi à ce que la partie la plus sale de l'agent de filtrage ou de réaction se trouve en contact continu gvec 10 la partie la plus, sale du liquide ou du gaz à filtrer et au point où le liquide ou le gaz émerge du lit de matière solide, celui-ci est dans son état le plus propre. Une proportion faible mais variable du lit de filtre est extraite continuellement ou par intermittence avec le débit nécessaire pour éliminer la saleté dépo-15 sée et/ou éviter un blocage du filtre par les impuretés éliminées. Cet agent de filtre prélevé est ensuite nettoyé, convenablement purifié et, si nécessaire, traité chimiquement avant d'être renvoyé âu lit de filtre avec la matière fraîche. Le lit de filtre lui-même est rempli automatiquement à la même cadence à laquelle 20 il est évacué, à l'extrémité inférieure, et il peut être constitué par un ou plusieurs mélanges d'agents de filtrage, si nécessaire avec des produits chimiques, des agents de floculation, etc. ajoutés en fonction du but de la filtration et de la nature des impuretés et du liquide dont elles doivent être retirées. Un tel ap-25 pareil supprime la nécessité d'un lavage en contre-courant de l'agent de filtrage à l'intérieur de l'appareil et élimine donc les commandes de cycle de lavage en contre-courant onéreuses. Il peut aussi travailler' avec des liquides beaucoup plus épais, contenant jusqu'à plusieurs pourcents de matières solides en suspension. 30 II doit être entendu que la présente .invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. 35 71 03476 9 2080950 REVENDICATIONS 1. Appareil pour la filtration continue d'un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte capable de contenir un lit poreux de matière discrète se déplaçant en contre-courant par rapport au liquide à filtrer, le rapport entre, la hauteur 5 du lit poreux et le diamètre de l'enceinte n'étant pas supérieur à 5/1, un tuyau d'admission connecté à l'enceinte et par l'intermédiaire duquel le liquide à filtrer peut s'écouler dans cette enceinte à la partie inférieure, un ou plusieurs tuyaux de sortie connectés à l'enceinte et par l'intermédiaire desquels le 10 liquide filtré peut s'écouler à partir de l'enceinte, des moyens d'admission destinés à recevoir la matière discrète au sommet de l'enceinte et un ou plusieurs moyens de sortie pour évacuer la matière discrète et situés à la base de l'enceinte. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce qu'il comprend un lit poreux de matière discrète, par exemple du sable ou du menu coke, le diamètre de particules de la matière discrète n'étant pas supérieur à 3,9 mm. 35. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des récipients perforés pour prélever du liquide 20 à partir de l'enceinte et connectés à des tuyaux d'évacuation de liquide à l'extérieur de cette enceinte, ces récipients étant situés entre le tuyau d'admission et le tuyau de sortie. 4. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de drainage 25 connectés à un collecteur extérieur à travers la paroi de l'enceinte, de manière à permettre un drainage uniforme du lit en des points intermédiaires entre les tuyaux d'admission et de sortie, des moyens de drainage connectés à des tuyaux individuels à travers la paroi de l'enceinte, et/ou des moyens de drainage connectés 30 à un tuyau vertical interne, ce tuyau vertical étant en outre connecté au-sommet ou à la base de l'enceinte afin de permettre au liquide qui traverse les moyens de drainage d'être évacué, ces moyens de drainage comprenant une plaque avec des ouvertures circulaires, le rapport entre le diamètre de l'ouverture et le diamè-35 tre de la matière discrète n'étant pas supérieur à 200/1, l'agencement étant tel que la distance entre les tuyaux ou boîtes perforées n'est pas supérieure à 100 fois le diamètre des particules 71 03476 10 2080950 d'agent de filtrage. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'enceinte est cylindrique avec une forme en entonnoir à son extrémité inférieure, à laquelle les 5 moyens de sortie sont reliés et par-l'intermédiaire de laquelle l'agent de filtrage peut s'écouler, l'admission pour l'agent de filtrage comprenant un entonnoir ou une trémie qui permet à cet agent de filtrage de pénétrer dans l'enceinte, l'extrémité supérieure 6. Procédé de filtration continue d'un liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le liquide continuellement à travers un lit poreux de matière discrète contenue dans une enceinte, le lit étant déplacé dans un sens opposé à celui du li- 2 5 quide, la matière discrète formant le lit étant retirée continuellement ou par intermittence à partir de la base de l'enceinte et remplacée continuellement ou par intermittence au sommet de cette enceinte. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce 30 que lè liquide à filtrer pénètre dans le lit par l'intermédiaire d'une admission à la base de l'enceinte et est évacué à partir d'une sortie au sommet de cette enceinte. 8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les tuyaux ou boîtes perforées reti— 35 rent de l'enceinte une majeure partie du liquide traversant le lit poreux, les tuyaux ou boîtes perforées étant situées dans l'enceinte de telle sorte que la filtration du liquide soit pratiquement achevée avant que le liquide n'atteigne les tuyaux ou boîtes per 71 03476 ii 2080950 forées, le liquide restant traversant le lit poreux vers la sortie au sommet de l'enceinte et la pression à la sortie au sommet de l'enceinte étant commandée de manière à engendrer une pression dans le lit et à provoquer par conséquent un écoulement plus éle-5 vé de liquide filtré hors de l'enceinte par 1'intermédiaire des tuyaux ou des boîtes perforées. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la matière discrète est déplacée uniformément par des systèmes de drainage agencés en'différents n-i- 10 veaux dans l'enceinte. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9j caractérisé en ce que la matière discrète retirée du lit poreux est nettoyée et renvoyée à l'enceinte.