Brevet FR2166378A1 — publié le 19730817

Les liquides contenant des quantités relativement faibles de matières en suspension, en particulier l'eau, sont actuellement filtrés principalement au moyen d'une couche de sable supportée par du gravier ce qui entrain que dès que la perméabilité de la couche de sable vis-à-vis des matières en suspension retenues dans la couche de sable est devenue trop faible, les matières en suspension doivent titre retirées de la couche filtrante par un procédé de rinçage à contre-courant, au cours duquel le liquide doit titre amené à circuler de bas en haut à travers la couche filtrante avec un débit tel que le gravier et le sable se trouvent soulevés en tourbillon et que les matières en suspension plus légères soient lavées.A la fin du rinçage à contre-courant le gravier et le sable se redéposent avec leur vitesse de déport naturel et on obtient à nouveau un lit filtrant avec une bonne perméabilité aux liquides, et dans lequel la grosseur des grains du matériau granuleux du lit filtrant diminue de bas en haut. Lors de l'utilisation de tels filtres il est gênant non seulement de devoir rincer périodiquement le filtre à contrecourant pour le nettoyage, mais également de constater que lors d'une augmentation du temps de fonctionnement et donc d'un colmatage accru des pores dans la couche de sable la quantité de liquide clarifié dans le filtre par unité de temps décroît, de sorte que l'on doit dans la pratique utiliser au moins deux filtres du type décrit, disposés en parallèle, afin d'une part de pouvoir, lorsque cela est nécessaire, rincer un filtre 3 contrecourant et d'autre part de pouvoir satisfaire aizbesoinsen liquide clarifié.Un autre inconvénient principal des filtres du type connu réside dans le fait qu'ilsne sont utilisables que dans les cas où le liquide à purifier ne contient pas plus de 50mg par litre de matières en suspension, sinon le temps utilisé entre deux rinçages à contre-courant pour clarifier le liquide serait d'une durée trop courte pour rendre le procédé intéressant. Afin d'éviter les rinçages à contre-courant gênants des filtres à lit filtrant stationnaire et afin de permettre de débarrasser, en continu, de leurs matières en suspension les liquides contenant de telles matières, on a déjà proposé des procédés de purification de liquides contenant des matières en suspension, par exemple de l'eau trouble, utilisant un matériau granuleux par exemple du sable, insoluble dans le liquide à purifier et d'un poids spécifique plus élevé que le liquide à purifier constituant un lit filtrant s'affaissant sous l'effet de la pesanteur, procédés dans lesquels du matériau granuleux chargé de matières en suspension est extrait du fond du lit filtrant et les matières en suspension retenues dans le matériau granuleux extrait du fond du lit filtrant et chargé de matières en suspension sont séparées et le matériau granuleux obtenu est, au moins dans sa majeure partie, renvoyé sur le lit filtrant. Un tel procédé est déjà décrit dans le brevet autrichien n064 920. Le liquide à clarifier ne peut pas autre clarifié d'une façon satisfaisante avec le dispositif utilisé car dans le brevet cité l'eau résiduaire à clarifier est alimentée sous forme de courant transversal sous le lit filtrant s'affaissant sous l'effet de la pesanteur, par conséquent les canaux de passage dans les couches supérieures du lit filtrant du ctté d'entrée de l'eau résiduaire à clarifier ne sont pas suffisamment rétrécis par les matières en suspension séparées dans le lit filtrant et ainsi les matières en suspension les plus fines passent à travers le lit filtrant.Dans les couches plus profondes d'un lit filtrant selon le brevet autrichien n0 64 920 les canaux de passage dans le lit filtrant seront plus obstrués par les matières en suspension séparées que ceux des couches supérieures du lit filtrant, mais dans ce cas la résistance à l'écoulement du lit filtrant dans les couches plus profondes est plus importante, de sorte que la majeure partie des eaux résiduaires à clarifier traverse les couchEs supérieures du lit filtrant qui n'offrent alors qu'une efficacité de filtrage plus faible.L'efficacité de filtrage d'un dispositif selon le brevet autrichien n0 64 920 n'est ainsi pas meilleure que l'efficacité de filtrage d'un filtre à lit filtrant stationnaire en matériau granuleux immédiatement après le rinçage et ainsi la régénération d'un lit filtrant engorgé par les matières en suspension est également mauvaise. Par rapport au dispositif selon le brevet autrichien n0 64 920 un filtre à lit filtrant stationnaire possède en outre l'avantage qu'il permet, pendant un certain temps avant l'engorgement total des canaux de passage, le passage de liquide parfaitement clarifié.Ce principe s'applique aux dispositifs de filtrage selon la demande de brevet allemand publiée avant examen n0 1 932 221, le brevet de la République démocratique allemande n0 62 809 et le brevet français n0 1 438 301. La présente invention a pour objet un procédé pour purifier des liquides contenant des matières en suspension, par exemple des eaux résiduaires, utilisant un matériau granuleux, tel que du sable, insoluble dans le liquide à purifier et d'un poids spécifique plus élevé que le liquide à purifier, constituant un lit filtrant s'affaissant sous l'effet de la pesanteur, procédé dans lequel du matériau granuleux chargé de matières en suspension est retiré du fond du lit filtrant et les matières en suspension retenues sont séparées du matériau granuleux retiré du lit filtrant et chargé en matières en suspension, et le matériau granuleux obtenu est, au moins dans sa majeure partie, renvoyé sur le lit filtrant, de telle manière que le liquide à purifier peut entre filtré en continu et qu'ainsi les inconvénients rencontrés dans les filtres précédemment décrits peuvent entre supprimés. Cela est obtenu dans un procédé du type indiqué, lorsque conformément à l'invention le liquide à purifier est alimenté dans une région située entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du lit filtrant, de bas en haut à travers le lit filtrant s'affaissant de haut en bas, et le liquide clarifié sortant du lit filtrant est extrait au-dessus du lit filtrant, les matières en suspension étant de préférence séparées du matériau granuleux par utilisation d'un appareil laveur par exenple un hydrocyclone, à la partie supérieure duquel les matières en suspension sont retirées sous forme de boues et à la partie inférieure duquel le matériau granuleux est retiré.Du fait que dans le cadre du procédé selon l'invention le liquide à purifier et le matériau granuleux servant de matériau de filtre sont déplacés à contre-courant et que du matériau granuleux frais est envoyé sur le lit filtrant par paquets ou de préférence en continu, on peut obtenir qu'un liquide presque entièrement clarifié traverse les couches du matériau granuleux exemptes de matières en suspension, ce qui offre l'avantage que dans le cadre du procédé selon l'invention on obtient un liquide parfaitement clarifié ce qui ne peut autre obtenu dans la mise en oeuvre de procédés connus, en particulier ceux utilisant un rinçage à contre-courant du lit filtrant. Du fait que dans le cadre du procédé selon l'invention le matériau granuleux chargé de matières en suspension est extrait du fond de lit filtrant, ce qui par exemple peut autre réalisé par paquets grace à l'utilisation d'écluses ou de préférence peut titre réalisé en continu, on évite une concentration ultérieure dans le lit filtrant des matériaux en suspension contenus dans le liquide à purifier et on assure une bonne perméabilité du lit filtrant pour le liquide à purifier lorsque la teneur en matières en suspension du liquide à clarifier dépasse 1000 mg par litre, et mtme atteint 60g par litre comme lors du traitement des eaux résiduaires de l'industrie du papier. Dans la mise en oeuvre du-procédé selon l'invention on peut clarifier des liquides dont la teneur en matières: solides est si élevée qu'ils ne pouvaient autre traités dans les filtres à rinçage à contre-courant de la technique décrite précédemment. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on peut n'utiliser qu'un filtre unique dimensionné en fonction du besoin en eau, et la purification des liquides contenant des matières en suspension peut entre obtenue d'une manière plus efficace et dans un espace plus réduit que jusqu'à présent. Dans le cadre du procédé selon 11 invention le matériau granuleux chargé de matières en suspension peut entre extrait du fond du lit filtrant par l'une quelconque des méthodes utilisées pour l'extraction de boues ou de liquides épais, bien qu'il soit préférable de pomper le matériau granuleux du fond du lit filtrant, par exemple à l'aide d'une pompe mammouth ou par exemple de le laver au moyen d'un jet de vapeur liquide. Il est ici préférable, après la séparation des matières en suspension du matériau granuleux extrait du fond du lit filtrant, de renvoyer le matériau granuleux obtenu, au moins dans sa majeure partie, sur le lit filtrant.La séparation des matières en suspension du matériau granuleux peut ici, comme cela est mentionné, entre réalisée dans un appareil de lavage de type connu, dans lequel on profite des vitesses de dépots très différentes du matériau granuleux d'une part et celle de la matière en suspension d'autre part. Un tel mode opératoire est en particulier utilisable avec une grande efficacité, lorsque le matériau granuleux chargé de matières en suspension est extrait du fond du lit filtrant au moyen d'un jet de vapeur de liquide ou est gorgé de liquide après extraction du fond du lit filtrant. Comme appareil de lavage à efficacité particulièrement élevée on peut utiliser un hydrocyclone.Quel que soit le type d'appareil de lavage utilisé ici, on peut réunir une partie de la boue retirée de l'appareil de lavage, une partie du liquide clarifié et/ou une quantité correspondante du liquide à purifier avec le matériau granuleux extrait du fond du lit filtrant. De préférence, dans le cadre du procédé selon l'invention, une partie de la boue retirée de l'appareil de lavage est réunie avec le matériau granuleux extrait du fond du lit filtrant, afin de maintenir aussi faible que possible la quantité totale de liquides en déplacement et ainsi obtenir une boue à haute teneur en matières solides utilisable facilement par la suite, et qui, par exemple dans le cas de boues obtenues dans la clarification d'eaux résiduaires, peut autre introduite dans des récipients de digestion de boues. Comme cela a déjà été indiqué précédemment, le matériau granuleux obtenu après la séparation des matières en suspension est, dans la cadre de la présente invention renvoyé au moins dans sa majeure partie, sur le lit filtrant. La raison de ceci est que fréquemment une partie des matières en suspension dans le liquide à purifier présente une dimension de grains qui correspond à la dimension des grains du matériau granuleux utilisé pour la réalisation du lit filtrant, de telle sorte que du fait que cette partie des matières en suspension n'est pas séparée du matériau granuleux dans l'appareil de lavage, la quantité de matériau granuleux est exagéremment augmentée.Pour la réalisation du lit filtrant un matériau granuleux utilisable possède une granulométrie convenable, par exemple une dimension de grains de 0,5 à 2mm, telle que de préférence les dimensions de tous les grains du matériau granuleux se trouvent à l'intérieur de la plage déterminée. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose d'un récipient destiné à recevoir le lit filtrant et muni dans la zone d'extrémité inférieure d'un orifice de sortie pour le matériau granuleux chargé de matières en suspension, relié à un dispositif d'extraction, par exemple un jecteur, et dans lequel de préférence le dispositif d'extraction est relié du caté de la sortie à un dispositif de séparation pour séparer le matériau granuleux des matières en suspension et le cdté de sortie destiné au matériau granuleux de ce dispositif de séparation est relié à l'extrémité supérieure du récipient, ledit dispositif étant selon l'invention caractérisé par le fait que le récipient (1) pour recevoir le lit filtrant (6) est muni d'un trop plein (29) et possède des tubes d'alimentation (11) présentant des orifices de sortie (12) disposés sensiblement horizontalement et de préférence dirigés vers le bas, pour le liquide à purifier, dans la moitié inférieure du récipient (l) de préférence à hauteur du premier tiers de la hauteur du récipient. Dans la disposition décrite des tubes d'alimentation et des orifices de sortie de ces tubes d'alimentation pour le liquide à purifier, le liquide à purifier peut autre uniformément réparti sur toute la section du lit filtrant en cours d'affaissement et on peut obtenir que, méme avec des vitesses de sortie relativement grandes du liquide à purifier hors des ouvertures d'évacuation des tubes d'alimentation, le lit filtrant n'est pas agité et ainsi on assure un fonctionnement parfait. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va maintenant en décrire un exemple de réalisation à l'aide de la figure unique du dessin représentant schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Exemple de réalisation Dans un dispositif selon l'invention représenté dans le dessin on traite une eau résiduaire du type décrit ci-dessous dans les conditions décrites ci-dessous Type de l'eau résiduaire : Eau résiduaire d'une fabrique de carton. Nature des matières en suspension : Matières fibreuses, fibres fines, matières de rembour rage, fragments de matières synthétiques, hemicellulose, ~colloïdes résidus de colle. Teneur en matières en suspension : (mesurée avec un filtre à membrane) Minimum : 349mg par litre Maximum : 1091mu par litre Moyenne : 572mg par litre Milieu filtrant : Sable quartzeux lavé, avec une granulométrie de 0,5 à 2 mm. Débit possible : Q =225-n3/h. Débit spécifique : Qs = 10m3/h.m2 Vitesse d'affaissement du lit filtrant vb/= 10 à 150 cm/h. Epaisseur de boues possible : l à 3% (rapportés à la substance sèche). Teneur en matière solide dans l'eau claire : inférieure à lOmg/l. Efficacité du dispositif de purification : supérieure à 98% Le dispositif utilisé comprend un récipient de filtre 1 dont la partie supérieure cylindrique 2 est prolongée vers le bas par un conduit conique 3 à l'extrémité inférieure duquel est prévue une sortie 4 pour le matériau granuleux sortant du récipient de filtre 1 et chargé de matières en suspension. Immédiatement audessus de la sortie 4 se trouve à l'intérieur du conduit conique 3 un élément profilé 5 qui accroft en grande partie la pression du sable 6 se trouvant dans le récipient de filtre 1 sur la sortie 4 du récipient de filtre l et ainsi empoche l'engorgement de la sortie 4 par le matériau granuleux.Le sable 6 possède une plage granulométrique de 0,5 à 2 mm et présente des grains dont les dimensions se trouvent toutes & 'intérieur de la plage donnée. Le récipient de filtre 1 est alimenté en eau résiduaire à purifier par un conduit d'alimentation 7, dans lequel la quantité de l'eau résiduaire introduite peut titre réglée par une soupape de régulation 8 disposée dans le conduit d'alimentation et l'eau résiduaire est introduite à l'intérieur du récipient de filtre 1 dans une région d'entrée 9.Cette région d'entrée 9 se compose de préférence d'un conduit de distribution 10 s'étendant sur tout le diamètre interne de la partie cylindrique 2 du récipient de filtre 1, et duquel s'étendent en direction verticale des tuyaux de répartition ll disposés horizontalement, qui sont munis à leurs parties inférieures de fentes de sortie 12. Afin d'empocher la pénétration du sable dans les tuyaux de répartition ll on introduit au-dessus des tuyaux de répartition des tubes en caoutchouc qui sont munis dans la zone des fentes de sortie 12 de lèvres en caoutchouc 13. Le matériau granuleux sortant par la sortie 4 du récipient de filtre 1 et chargé de matières en suspension, pénètre, au travers d'une soupape de régulation 14 permettant d'ajuster à la valeur souhaitée la vitesse d'affaissement du lit filtrant se trouvant dans le récipient de filtre 1, dans un éjecteur 15 à partir duquel il est introduit dans le conduit de circulation 18 d'un hydrocyclone 19 par l'intermédiaire de la boue amenée dans l'éjecteur 15 par la pompe à boue 16 au travers d'un conduit 17, la suspension arrivant dans l'hydrocyclone d'une manière connue en soi étant séparée en, d'une part une boue formée des matières en suspension et d'autre part le matériau granuleux formant le lit filtrant.De l'eau, dite de blocage, est amenée à l'extrémité inférieure de l'hydrocyclone 19 par une canalisation 20 et une soupape de régulation 21 afin d'empêcher une descente trop brutale du matériau granuleux séparé dans l'hydrocyclone. La boue produite à l'extrémité supérieure de l'hydrocyclone 19 (suspension dans l'eau des matières en suspension contenues dans l'eau résiduaire à purifier) est extraite au moyen d'un trop plein 22 et ensuite introduite dans un récipient d'égalisation 23, à partir duquel la boue s'écoule dans un récipient collecteur 25 au travers d'un conduit d'évacuation 24.Une partie de la boue est extraite du récipient de récupération 25 au moyen de la pompe à boue 16 grace à laquelle la boue aspirée par la pompe 16 est introduite en une quantité régulée par la soupape de régulation 26 dans l'éjecteur 15 pour laver dans le conduit de circulation 18 le matériau granuleux sortant du lit filtrant. Le reste de la boue du récipient de récupération 25 non utilisé pour entraîner le matériau en grain sortant du lit filtrant s'écoule à travers un trop plein 27 et un conduit 28 et peut autre utilisé par exemple dans un procédé de digestion de boues. Le matériau en grain sortant de l'hydrocyclone 19 et libéré des matières en suspension est renvoyé dans le récipient de filtre 1 de sorte qu' une quantité sensiblement constante de matériau granuleux est maintenue dans le récipient de filtre 1. La vitesse d'alimentation de l'eau résiduaire à purifier est ajustée de telle manière que le matériau granuleux formant le lit filtrant ne soit pas injecté au voisinage de la région d'introduction 9 et au-dessus, et ainsi ne forme en aucun cas un lit fluidisé ce qui donne l'assurance que seule de l'eau parfaitement purifiée s'écoule de la partie supérieure du lit filtrant où se trouve seulement un matériau granuleux frais exempt de matières en suspension. Cette eau purifiée s'écoule du récipient de filtration 1 par un trop plein 29 et par ce trop plein 29 est envoyée par un conduit 30 en vue de son utilisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de purification de liquides contenant des matières en suspension, par exemple de l'eau trouble, utilisant un matériau granuleux, tel que du sable, insoluble dans le liquide à purifier et d'un poids spécifique plus élevé que le liquide à purifier, constituant un lit filtrant s'affaissant sous l'effet de la pesanteur, procédé dans lequel du matériau granuleux chargé de matières en suspension est extrait du fond du lit filtrant et les matières en suspension retenues dans le matériau granuleux extrait du lit filtrant et chargé de matières à suspension sont séparées et le matériau granuleux obtenu est, au moins dans sa majeure partie, renvoyé sur le lit filtrant, ledit procédéXtcaaitactérisé par le fait que le liquide à purifier est alimenté dans une région située entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du lit filtrait, de bas en haut à travers le lit filtrant s'affaissant de haut en bas, et le liquide clarifié sortant du lit filtrant est extrait au-dessus du lit filtrant, les matières en suspension étant séparées du matériau granuleux par utilisation d'un appareil laveur, en particulier un hydrocyclone, à la partie supérieure duquel les matières en suspension sont retirées sous forme de boues et à la partie inférieure duquel le matériau granuleux est retiré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une partie de la boue retirée de l'appareil de lavage, une partie du liquide clarifié et/ou une partie du liquide à purifier sont réunies avec le matériau granuleux extrait du fond du lit filtrant. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le liquide à purifier est alimenté sur le lit filtrant en des endroits répartis sur une section sensiblement horizontale du lit filtrant, notamment au moyen de plusieurs tuyaux de répartition présentant plusieurs orifices de sortie. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un récipient destiné à recevoir le lit filtrant et muni dans la zone d'extrémité inférieure d'un orifice de sortie pour le matériau granuleux chargé de matières en suspension, relié à un dispositif d'extraction, tel qu'un éjecteur, et dans lequel de préférence le dispositif d'extraction est relié du cOté de la sortie à un dis positif de séparation pour séparer le matériau granuleux des matières en suspension et le cOté de sortie destiné au matériau granuleux de ce dispositif de séparation est relié à l'extrémité supérieure du récipient, ledit dispositif étant caractérisé par le fait que le récipient (1) pour recevoir le lit filtrant (6) est muni d'un trop plein (29) et possède des tubes d'alimentation (11) présentant des orifices de sortie (12) disposés sensiblement horizontalement et de préférence dirigés vers le bas, pour le liquide à purifier, dans la moitié inférieure du récipient (1) de préférence à hauteur du premier tiers de la hauteur du récipient.