Brevet FR2278378A1 — publié le 19760213

La présente invention est relative à un procédé de filtration d'un liquide, ainsi qulà des filtres permettant la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que les filtres utilisés pour le traitement des liqui des, et notamment des eaux, se présentent généralement sous la forme d'une enceinte verticale renfermant un matériau filtrant classé, dont la granulométrie décroît du bas de l'enceinte vers le haut; le liquide à filtrer est introduit dans l'enceinte par le haut de celle-ci, étant récupéré à sa partie inférieure. Quant à la régénération de tels filtres, indispensable après un certain temps de fonctionnement, elle s'effectue en créant à travers les matériaux filtrants une circulation dlun liquide de lavage en sens inverse du sens de parcours en phase de filtration, le liquide de lavage étant introduit par le bas de l'enceinte et récupéré à sa partie supérieure. Malheureusement, un tel mode de filtration a pour effet de limiter la capacité de rétention en matières en suspension, puisque le liquide passe en premier sur le matériau de faible granulométrie. Les couches à grosse granulométrie ne sont en fait que des couches-supports sans rôle filtrant. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de retourner ces filtres et d'introduire le liquide à filtrer par le bas du filtre ainsi retourné. Mais il est alors nécessaire de prévoir à l'intérieur de 1 ' enceinte, par exemple, une grille pour empêcher la fluidisation des matériaux filtrants, grille qui complique la fabrication de ces filtres. On réalise parfois également ce blocage, en introduisant une partie du liquide à filtrer à la partie supérieure de l'enceinte, la sortie du liquide filtré se faisant par un drain noyé au voisinage du niveau supérieur du lit filtrant. Le liquide est ainsi pré filt ré sur les grosses granulométries à la base du filtre, puis filtré sur les faibles granulométries supérieures. Le nettoyage se fait par circulation de liquide de bas en haut, avec débilcage du lit filtrant. Il est relativement long car le colmatage s'est effectué sur toute la hauteur du filtre, les plus grosses particules étant retenues en bas et devant traverser les faibles granulométries pour être évacuées. Les très grosses particules sont difficilement évacuables; les lavages sont donc très lents. C'est pourquoi on préfère actuellement opérer de façon classique, ctest-à-dire opérer la régénération du filtre par circula tion du liquide en sens inverse du sens de circulation en phase de filtration, sans retournement, le brassage et le mélange des différentes granulométries étant évités par le fait que l'on utilise, pour réaliser la couche filtrante, des matériaux distincts, de densité différente, classés en lits horizontaux dans l'enceinte de direction générale verticale. Par exemple, le liquide à filtrer, introduit par le haut de l'enceinte, traverse successivement un lit d'anthracite de densité 1,1 et d'une granulométrie de l'ordre de 5 mm, un lit de silex de densité 2 et d'une granulométrie de l'ordre de 3 mm, et un lit d'oxyde de fer de densité 4,5 et d'une granulométrie de l'ordre de 1 mm, avant de sortir à la partie inférieure de l'enceinte. Le liquide de lavage, quant à lui, est introduit à cette partie infé- rieure et traverse ces différents lits en sens inverse, avant d'être repris à la partie supérieure de l'enceinte. Une telle façon de procéder donne toute satisfaction, mais sa mise en oeuvre présente deux inconvénients : d'une part, il est nécessaire de retravailler l'oxyde de fer du commerce pour l'amener à la faible granulométrie désirée, celle-ci n'étant pas disponible telle qu'elle, et, d'autre part, la forte densité de ce matériau rend son transport difficile et coûteux. Un premier but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de filtration qui permette de renoncer au lit inférieur de matériau dense tout en continuant à utiliser les matériaux classiques tels quel'anthracite et le silex, la couche filtrante étant alors complétée par un lit supérieur d'un matériau de densité inférieure à la densité de l'anthracite. Or, la densité de l'anthracite est de 1,1, et les seuls matériaux susceptibles de constituer le lit supérieur sont par conséquent les matériaux de dens#j.( inférieure à 1, tels que la pierre ponce, certaines matières expansées, plastiques ou autres, etc Or, du fait que la densité de ces matériaux est généralement inférieure à celle du liquide à filtrer comme à celle du liquide de lavage, qui sont d'ailleurs généralement les mêmes, le recours au procédé classique de filtration et de lavage, dans des filtres réalisés de façon connue, provoque la disparition rapide du lit supérieur, qui est entraîné par flottation par le liquide. Un deuxième but de l'invention est par conséquent de proposer un nouveau procédé de filtrage, et de nouveaux types de filtres, permettant de retenir le matériau moins dense à l'intérieurde l'enceinte, notamment lors de la phase de régénération. On parvïent à ce résultat, selon 1 invention, par exemple en emprisonnant le matériau le moins dense au moyen d'une paroi perméable au liquide, ou encore en provoquant sa montée par fldp tation à un niveau supérieur à celui de l'orifice par lequel est évacué le liquide de lavage. On peut alors considérablement alléger les filtres, du fait de la faible densité des matériaux qu'il est alors possible d'utiliser. De plus, le matériau de densité inférieure à 1 peut présenter une granulométrie indépendante i celle du matériau constituant le lit immédiatement voisin, puisqu'il n'y a pas risque de mélange: ainsi, les- granulométries couramment disponibles dans le commerce peuvent être utilisées, naturellement dans les limites des qualités filtrantes requises pour le filtre considéré; il est par exemple possible d'adopter une grosse granulométrie, ce qui permet de traiter directement, sans tamisage, décantation ou préfiltration, des liquides chargés de grosses particules, tels que les eaux de rivière.Le recours à un matériau de grosse granulométrie permet enfin d'augmenter sans risque de colmatage la vitesse de passage du liquide dans le filtre. Le procédé dé filtration d'un liquide selon l'invention, consistant à faire circuler le dit liquide à filtrer à travers une pluralité de lits de matériaux de densité différente, dans le sens des densités croissantes, et à régénérer les dits lits en les lavant par circulation du liquide dans le sens des densités décroissantes, est caractérisé en ce que le premier matériau traversé lors du filtrage est d'une densité inférieure à celle du liquide. Selon deux modes de mise en oeuvre préférés de ce procédé, on retient le dit premier matériau lors du lavage soit en l#empri# sonnant au moyen d'une paroi perméable au liquide, soit en provoquant sa montée par flottation à un niveau supérieur à celui de l'orifice de sortie du liquide de lavage. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description ci-dessous, relative à deux modes de mise en oeuvre non limitatifs du procédé selon l'invention, illustrés sur deux exemples de filtre, ainsi qu'aux dessins annexés, qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 montre une vue en coupe verticale axiale d'un filtre selon I invention, correspondant à un premier mode de mise en oeuvre du procédé. La figure 2 montre une vue analogue Adtun deuxième exemple de filtre selon l'invention, correspondant à un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé. Chacun de ces deux filtres illustrés est enveloppé extérieurement par une enceinte étanche, respectivement 1 et 2, cylindrique de révolution autour d'un axe vertical, respectivement 3 et 4, mais la mise en oeuvre du procédé selon l'invention n'est naturellement pas limitée à cette seule forme de filtre. Dans le cas de la figure 1 l'intérieur de l'enceinte est délimité en deux zones successives de filtration 5 et 6, par une cloison 7 dont la direction générale est la même que celle de lten- ceinte, c'est-à-dire ici verticale. Dans l'exemple illustré, la cloison 7 se présente sous la forme dtun cylindre de révolution autour du même axe 3 que enceinte 1, au fond 8 de laquelle elle se raccorde de façon étanche, étant elle-même imperméable au liquide à filtrer comme au liquide de lavage; à sa partie supérieure, la cloison cylindrique 7 est interrompue à une distance du couvercle 9 de l'enceinte 1 telle qu'elle autorise le passage du liquide entre la première zone 5, délimitée intérieurement par la cloison 7, et la deuxième zone 6, située entre la cloison 7 et la paroi cylindrique de l'enceinte 1. Une entrée pour le liquide à filtrer est aménagée dans le fond 8 de l'enceinte, en 10, au niveau de la première zone 5 délimitée par la cloison 7; cette entrée 10 du liquide à filtrer sert également, lors de la régénération du filtre, à la sortie du liquide de lavage. Quant à la sortie du liquide à filtrer, qui fait également office d'entrée du liquide de lavage, elle est également aménagée dans le fond 8 de l'enceintre 1, mais à l'intérieur de la deuxième zone 6 en 11. Eventuellement, un déversoir 12 est disposé entre le bord supérieur de la cloison 7 et le couvercle 9. Selon l'invention, le liquide à filtrer traverse une pluralité de lits de matériauxde densité différente, dans le sens des densités croissantes, et le premier matériau traversé lors du filtrage présente une densité inférieure à celle du liquide : par exem ple, dans le cas de l'eau, ce premier matériau peut être de la pierre ponce, ou encore des granulés d'un matériau expansé, plastique ou autre. Ici, ce premier matériau 13 est disposé à l'intérieur de la première zone 5, dans 1:quelle il est retenu par des grilles hori zontales 14 et 15 fixées à la cloison 7 respectivement à la partie inférieure et à la partie supérieure de celle-ci. Naturellement, les grilles 14 et 15 pourraient être remplacées par tout autre dis'- positif autorisant le passage du liquide mais retenant le premier matériau 13. Une telle disposition présente l'avantage d'une grande épaisseur de la couche du premier matériau 13 traversé par le liquide à filtrer, et ceci avec une granulométrie qui peut être importante (par exemple de 5 à 30 mm), ce qui permet d'augmenter de 50 à 200 % la vitesse de passage du liquide à filtrer par rapport au procédé classique, et permet en outre d'introduire directement dans le filtre, sans pré-filtration, des liquides chargés en grosses particules, tels que les eaux de rivières. Après sa traversée de la première zone 5 et du premier matériau 13, le liquide à filtrer introduit en 10 se déverse par dessus le bord de la cloison 7, à travers de la grille 15, et traverse successivement un lit d'un deuxième matériau filtrant 16 et un lit d'un troisième matériau filtrant 17, ceci ne constituant naturellement qutun exemple. Ces deux lits 16 et 17 sont par exemple superposés horizontalement, reposant à proximité du fond 8 de lten- ceinte sur une grille 18 ou sur tout autre dispositif de soutien imposant un minimum de perte de charge au liquide. Le deuxième matériau 16, qui est disposé au dessus du troisième matériau 17, peut être par exemple de l'anthracite d'une granulomirie de l'ordre de 3 à 6 mm, le troisième matériau 17 étant par exemple du silex d'une granulométrie de l'ordre de 0,7 à 2 mm. Plus généralement, les granulométries des matériaux en contact, tels que 16 et 17, sont telles que le liquide à filtrer traverse successivement des lits de matériaux dont la granulomdrie décroit, comme il est connu, mais ceci nest pas indispensable pour le premier matériau traversé 13 qui ne court aucun risque de mélange. Naturellement, un tel filtre est sujet de nombreuses variantes sans que l'on sorte pour autant de lXesprit de l'invention. Par exemple, la cloison 7 peut, au lieu d'être cylindrique, présenter une forme tronconique s'évasant de bas en haut, afin que la vitesse de passage du liquide à filtrer décroisse au fur et à mesure de sa traversée des différents lits de matériaux; la cloison 7 peut également ne pas être disposée axialement, se greffant par exemple sur la paroi ici cylindrique de l'enceinte 1. De plus, ce filtre illustré à la figure 1 peut présenter un certain nombre de dispositions accessoires telles que, par exemple, des entrées 19 aménagées à la partie inférieure des deux zones 5 et 6 pour y introduire un air de barbotage lors du lavage, et des moyens schématisés en 20 pour permettre l'évacuation du premier matériau 13 par le haut de l'enceinte 1 au cas où ce matériau viendrait à traverser la grille supérieure 15. Les dimensions d'un tel filtre peuvent également varier dans une grande mesure, étant fonction des liquides à traiter, ainsi que de la forme et de la nature des impuretés à arrêter au filtrage. La figure 2 illustre un deuxième exemple de filtre selon 1 invention, permettant la mise en oeuvre du procédé sous une autre forme. Dans cet exemple, l'enceinte 2, qui peut être également délimitée par une paroi cylindrique de révolution autour d'un axe vertical 4 et fermée à sa partie inférieure par un fond 21 et à sa partie supérieure par un couvercle 22, présente de façon connue une entrée 23 pour le liquide à filtrer, aménagée au niveau du couverc le 22, et une sortie 24 pour le liquide filtré, aménagée dans le fond 21. Cette sortie 24 peut également faire office d'entrée pour le liquide de lavage, lequel est évacué dans cet exemple par l'intermédiaire d'un déversoir 25 prenant naissance à.la partie supérieure de l'enceinte 1. Dans cet exemple de réalisation, les différentes couches de matériau sont disposées de façon classique, en lits horizontaux superposés de telle façon que la densité des matériaux traversés successivement par le liquide à filtrer croisse, la granulométrie décroissant quant à elle. Par exemple, 1enceinte 1 renferme un lit supérieur de matériau 26 de densité inférieure à celle du liquide à filtrer et de grosse granulométrie, lequel repose sur un lit d'un deuxième matériau 27 de densité supérieure et de granulométrie moyenne, par exemple d'anthracite, lequel repose lui-même sur un lit d'un troisième matériau 28 de faible granulométrie mais de densité encore supérieure, par exemple de silex. Ce lit inférieur repose par exemple, comme dans le cas de la figure 1, sur une grille 29 ou sur tout autre dispositif de soutien opposant un minimum de résistance au passage du liquide. La régénération d'un tel filtre s'effectuant de façon connue par lavage au moyen d'un liquide circulant en sens inverse du sens dans lequel steffectue le filtrage, des moyens sont prévus, selon 1 invention, pour provoquer, par flottation, la montée du matériau 26 de plus faible densité à un niveau supérieur au niveau auquel le déversoir 25 débouche à l'intérieur de l'enceinte 1. Selon un mode de réalisation préféré de ltinvention, on provoque cette montée par flottation en augmentant le volume disponible pour le matériau 26. A cet effet, le filtre illustré à la figure 2 comporte, dis posée dans l t enceinte au niveau du matériau 26, au moins une vessie gonflable 30, que lton gonfle préalablement à la filtration pour réduire le volume disponible pour le matériau 26 et pour plaquer celui-ci contre le lit de matériau 27 et contre les parois de lten- ceinte, et que 1 on dégonfle préalablement au lavage pour permettre au matériau 26 de flotter à un niveau supérieur à celui du déversoir 25. Naturellement, la forme de la vessie 30 et le nombre des vessies ainsi disposés à la partie supérieure de l'enceinte 1 peuvent varier sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'inen- tion. Ici, on a représenté à titre exemple deux vessies 30 et 31, réalisées par exemple en caoutchouc. On peut en outre prévoir d'autres moyens pour provoquer la montée du matériau de faible densité au-dessus du niveau du déversoir. Plus généralement, des moyens autres que ceux qui ont été évoqués ci-dessus peuvent être prévus pour éviter que le matériau de faible densité soit entraîné par le liquide, nottament lors du lavage. Enfin, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre selon des modes différents, sans que l'on sorte pour autant de 1 t esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé de filtration d'un liquide consistant à faire circuler le dit liquide à filtrer à travers une pluralité de lits de matériaux de densité différente, dans le sens des densités croissantes, et à régénérer les dits lits en les lavant par circulation du liquide dans le sens des densités décroissantes, caractérisé en ce que le premier matériau traversé lors du filtrage est d'une densité inférieure à celle du liquide. 2) Procédé selon la revendication 1, pour la filtration de liteau caractérisé en ce que le dit premier matériau est de densité inférieure à 1. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on retient le dit premier matériau, 1' lors du lavage, en emprisonnant au moyen d'une paroi perméable au liquide. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on retient le dit premier matériau, lors du lavage, en provoquant sa montée par flottation à un niveau supérieur à celui de l'orifice de sortie de l'orifice de lavage. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on provoque la dite montée par flottaison en augmentant le volume disponible pour le dit premier matériau. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la granulométrie du dit premier matériau est indépendante de celle du ou des autres matériaux filtrants. 7) Filtre notamment destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une enceinte longitudinale accessible par une entrée du liquide à filtrer et une sortie du liquide filtré, caractérisé en ce que la dite enceinte est subdivisée en une première et une deuxième zonas successives de filtration, recevant respectivement un lit du premier matériau et au moins un lit d'un matériau de densité supérieure à celle du liquide, par une cloison longitudinale autorisant le passage du seul liquide entre les deux zones, et en ce que la dite entrée et la dite sortie sont aménagées à proximité dune même extrémité transversale de ltenceinte, respectivement dans la première et dans la deuxième zone. 8) Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que, en section transversale, les dites zones sont concentriques. 9) Filtre selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'une entrée et une sortie du liquide de lavage sont aménagées à proximité de la dite extrémité transversale de llenceinte, respectivement dans la deuxième et dans la première zone 10) Filtre selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'une entrée d'air est aménagée à proximité de la dite extrémité transversale de ltenceinte, dans la première zone et/ou dans la deuxième zone. l1) Filtre notamment destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une enceinte longitudinale accessible par une entrée et une sortie du liquide à filtrer, situées respectivement à proximité de la première et de la deuxième extremités transversales de ltenceinte, et par une entrée et une sortie du liquide de lavage, situées respectivement à proximité de la deuxième et de la première extrémités transversales ce llenceintess les différents matériaux étant disposés à l'intérieur de la dite enceinte en lits transversaux superposés dans le sens longitudinal, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour superposer le premier matériau aux autres lors du filtrage et pour provoquer sa montée au dessus du niveau de la sortie du liquide de lavage lors du lavage, afin d'éviter qu'il soit entraîné par le dit liquide. 12) Filtre selon la revendication 11, caractérisé en ce que les dits moyens comportent au moins une vessie gonflable, disposée dans dans 1 ' enceinte au niveau du dit premier matériau, la dite vessie étant gonflée préalablement à la filtration pour réduire le volume disponible pour le premier matériau, et dégonflée avant le lavage pour augmenter le dit volume et permettre au premier matériau de flotter sur le liquide de lavage à un niveau supérieur à celui de la sortie de ce dernier.