Brevet FR2255935A1 — publié le 19750725

Clarificateur à matériaux filtrants flottants pour filtration des liquides pollués. La présente invention a pour objet la filtration rapide combinée ou non à une prédécantation des liquides pollués et plus spécia lement des eaux industrielles ou résiduaires, des saumures, jus sucrés etc. Etat de la technique dans le secteur considéré Les méthodes les plus courantes de clarification des liquides sont - la décantation en décanteur statique ou dynamique, - la filtration sur silex ou-charbon (matériaux granuleux denses) en couche épaisse, de haut en bas ou de bas en haut, - la filtration sur matériau tenon tissés", - la filtration sur diatomées, terre adsorbante etc. Ces procédés peuvent du reste etre combinés. Le procédé le plus courant, notamment pour la clarification des eaux, consiste à séparer par décantation les boues les plus lourdes, cette clarification primaire étant le cas échéant accé lerée par "floculation chimique" à l'aide de réactifs-coagulants qui agglomèrent et alourdissent les particules à séparer, puis à filtrer le liquide décanté sur des cellules garnies de silex ou de charbon concassé. Les masses filtrantes sont périodiquement détassées et lavées par contrecourant d'air surpressé et d'eau claire, les boues ainsi remises en suspension étant évacuées en surverse. Ce procédé présente l'inconvénient d'exiger la construction d'ouvrages volumineux ; en outre les cellules filtrantes à silex sont lourdes et encombrantes ; leurs lavages (décolmatages) sont assez longs et exigent la consommation d'importants volumes d'air et d'eau claire. Rappelons que le ralle de 11 air surpressé est de favoriser l'ex- pansion du matériau filtrant et de permettre ainsi l'élimination des impuretés retenues. Un mode de filtration ideal consiste donc à filtrer de bas en haut sur matériaux filtrants flottants. Ceci permet de combiner la filtration avec une prédécantation, le lit filtrant coiffant alors tout simplement le décanteur. On sépare ainsi très naturellement les particules lourdes ce qui soulage le filtre proprement dit. Lorsque celui-ci est colmaté, une simple inversion de courant permet de détendre instantanément la masse filtrante et d'évacuer de haut en bas les impuretésretenues. Ceci est extrêmement rapide et ne nécessite qu'une très faible consommation d'eau. A noter que de très anciens épurateurs utilisés entre autres à la décarbonatation des eaux par la chaux ôtaient constitués de décanteurs cylindro-coniques verticaux comportant à leur partie supérieure un lit filtrant de sable sur support, de marbre ou de laine de bois. Ces matériaux ne pouvaient être décolmatés et étaient rôgulière- ment éliminés et remplacés. La présente invention porte donc essentiellement sur le choix, la mise en oeuvre des matériaux filtrants flottants ou de faible densité, et les équipements permettant leur utilisation. - Choix des matériaux filtrants Ceux-ci doivent répondre aux impératifs suivants . être imputrescibles et insolubles dans les liquides à traiter . posséder une densité réelle égale à 0,7 fois la densité du liquide à traiter au maximum, sauf si l'on recourt à un dis positif de compression complémentaire, . être dotés d'une rugosité meme très légère évitant le glis sement des impuretés-sur les surfaces filtrantes. . être pratiquement incompressibles ou tout au moins, d'une compressibilité suffisamment faible pour éviter que le lit filtrant ne se compacte jusqu'à s'opposer totalement au passage du liquide. Ont été sélectionnés après essai pour cette application, et sans que celte liste soit exhaustive . le polyéthylène faiblement expansé, . le polystyrène " tr le polyuréthane et le PVC expansés à 50 - 70 %, les granulés de liège bakélisés, les résines formol-urées, formo -phénoliques expansées à 60 % minimum et concassées, . les granulés de polyéthylène chargés de fibres de verre et légèrement expansés. Les matériaux expansés ont été obtenus par introduction dans les résines d'agents porophores provoquant à la chaleur un dégagement gazeux. Le produit extrudé, et ayant alors acquis la porosité désirée est dilacéré ou broyé jusqu'à obtention de granulés de 1 à 3 mm dans leur plus grande dimension. Les matériaux peuvent être imprégnés ou additionnés, à la fusion, de composés fongistatiques évitant l'accrochage de dépôts biolo giques. Une catégorie particulière de matériaux mérite d'hêtre mentionnée: celle de particules constituées de petits morceaux de fil de ma tière plastique (polyéthylène, polypropylène etc) plus ou moins expansée, dont les dimensions seraient : diamètre 0,2 à 1,S mm longueur 1 à 6 mm ou plus ; le lit filtrant constitué par ltenchevetrement de ces éléments est d'aspect fibreux et parti culièrement apte à retenir les particules. La compression néces saire du lit filtrant peut être obtenue, si la densité du maté riau est trop forte, par le jeu-d'une grille de rétention inférieure soulevée par un flotteur. MISE EN OEUVRE DES #IATERIAUX FILTRANTS FLOTTANTS 10) - Utilisation de matériaux à très faible densité et ne néces sitant pas de compression complémentaire (planche I) ; le matériau-est disposé dans la capacité de décantation-fil tration 1 et stappuie lorsque cette capacité est remplie de liquide, contre une grille d'arrêt supérieure 2. Celle-ci est constituée de plaques de tale recouverte de toile métallique fine ou de tale finement perforée ou encore d'éléments filtrants de matière plastique. Une capacité supérieure 3 permet de stocker une quantité d'eau filtrée suffisante pour les lavages par inversion de courant. Pour laver le matériau lorsque celui-ci est colmaté, il suffit de faire une vidange partielle par la vanne 4 jusqu'à détente complète du matériau filtrant et élimination des boues. Une sécurité évite l'entrainement du matériau si une vi dange totale est effectuée. Ce dispositif de sécurité est constitué par une sorte de bonde 5 solidaire d'un flotteur 6 et comportant une grille2 Lorsque le niveau de liquide est élevé dans la chambre de clarification, si l'on ouvre la purge 4, les boues sont évacuées à grand débit. Dès que le niveau 'abaisse à un point tel que les gra nulés de matériau flottant peuvent être entraînés, le flotteur 6 s'abaisse lui-même et la bonde 5 repose sur son siège ; la fin de vidange s'effectue du travers de la grille 7 qui retient les granulés. L'appareil est complété d'une admission de liquide à trai ter 8 et d'un tampon de visite et chargement 9. L'admission de liquide à traiter peut être réalisée de telle manière qu'il se produise une floculation par mélange avec les boues déià décantées, ou encore une sédimentation par effet centrifuge, etc. Dans les appareils fonctionnant à grande vitesse, il est utile de lettre en place un dispositif de tranquillisa tien 10 évitant que les couches filtrantes basses ne soient perturbes par des remous. Liappareil décrit sur la planche I restitue le liquide à la pression atmosphérique. Il est possible de faire fonctionner l'appareil sous pres sion (planche II). Le volume de liquide de détassage peut être stocké au-dessus du matériau filtrant (II'a). On peut aussi laver le matériau en admettant le liquide à traiter en contre-courant (II b). Le filtre. est alors muni d'une vanne de lavage L. UTILISATION DE #ATERIAUX DE DENSITE REQUERANT UNE COMPRESSION COMPLEMENTAIRE -planche III Les équipements décrits en I sont complétés d'une grille inférieure de compression G analogue à la-grille de réten tion supérieure, mais solidaie d'un flotteur F situé dans la capacité de stockage de liquide filtré grâce à un tube rigide traversant la dite capacité par l'intermédiaire d'un manc#hon b. évitant le mélange des liquides bruts et filtrés. Lorsque le filtre est en fonctionnement, le flotteur F se trouve en position haute et soulevant la grille G, compri me le matériau filtrant qui acquiert alors un degré de compacité lui conférant un haut pouvoir de rétention. Dès que l'on ouvre la purge inférieure, le niveau dans la capacité de liquide filtré s'abaisse ainsi que le flotteur et la grille G ce qui permet la décompression du matériau et son lavage rapide. La présence de la grille G évite l'entraînement a ltégout des granulés et permet par consé quent de supprimer le dispositif de sécurité à la purge. NOTA - Afin d'augmenter le pouvoir de rétention du lit filtrant, il est possible de constituer celui-ci de plusieurs étages de granulés de dimension décroissante du bas vers le haut et de densité croissante du haut vers le bas. Le classement des granulométries est ainsi immuable et la filtration est graduée, ce qui permet une bonne utilisation de toute la masse. Le système de compression complémentaire permet également l'utilisation, comme matériaux filtrants, de plaques de mousse de polyéther ou polyuréthanes ou même FVC qui, expansées ne possèdent qu'un faible pouvoir de rétention, mais qui sous forme comprimée, permettent une filtration fine, les pores du matériauétant alors rétrecis. FILTRE DE FORME TRONCONIQUE -Planche IV Il est possible d'éviter le# recours à la grille de compres sion en donnant à la chambre de filtration une forme tron conique, la section supérieure étant la plus petite. Le matériau remplit en partie cette capacité et tend à se comprimer. et ce, d'autant plus que la vitesse ascension -nelle est grande. On conçoit par conséquent que la partie basse du lit fil trant sera relativement peu compacte alors que l'état de compactage augmentera dans les couches supérieures où la vitesse croit également puisque la section diminue. Ceci est intéressant car les couches basses doivent assurer un dégrossissage des particules les plus lourdes et les pks colmatantes et ce à vitesse relativement lente. Celle-ci staccélèrera au fur et à mesure de la progression de la clarification, la finition pouvant s'effectuer a' vitesse élevée ou zone fortement compactée. Les applications industrielles de ce procédé de filtration sont : la clarification des eaux polluées, de surfaces, résiduaires urbaines ou industrielles - la filtration des liquides : huiles, solvants, lubrifiants - le traitement des solutions : saumures, jus sucrés, bains de galvanoplas tie, bains de décapage, solutions ou émulsions lubrifiantes (huiles de rectification et de coupe) - eau ou liquides de refroidissement. REVENDICATIONS 1 - Procédé permettant la filtration ascendante sur matériaux filtrants flottant. Ce procédé est caractérisé par le choix et la préparation de matériaux filtrants dont la densité, la forme et la consistance déterminent la qualité du filtrat. 2 - Dispositif selon revendication 1 caractérisé par un système de sécurité évitant l'entratnement des granulés filtrantspar la purge de lavage et consistant en une bonde à tamis, soli daire d'un flotteur, laissant la pleine ouverture de la purge lorsque la garde de liquide s'oppose à ltentratnement des granulés mais obturant cèlle-ci à niveau bas et obligeant la vidange par l'intermédiaire du tamis de rétention dès que le niveau 's'abaisse trop. 3 - Dispositif selon revendication -l permettant la compression complémentaire du lit filtrant durant le cycle de filtration, caractérisé par la présence d'une grille inférieure de compres sion solidaire d'un flotteur situé dans le volume supérieur de liquide filtré et qui, s'abaissant avec le niveau de ce liquide lorsque des purges basses sont effectuées, permet la détente et le lavage du matériau filtrant. 4 - Dispositif selon revendication 1 caractérisé par la forme tronconique de la chambre de filtration qui, par suite de l'élévation progressive de la vitesse du liquide en filtra y tien, découlant elle-meme de la diminution de la section filtrante, provoque l'augmentation de la compacité du maté riau filtrant et par conséquent de la finesse de la filtration.