Brevet FR2336964A1 — publié le 19770729

La présente invention concerne une installation de fil tration comprenant une couche filtrante ai matière granulée, dispo sée dans un bac de filtration sur un fond à tuyères en dessous d'u ne chambre de lavage en retour et d'accumulation du filtrat, une amenée d'eau à filtrer débouchant au bas du filtre et une sortie du filtrat à hauteur de la face libre du liquide dans la chambre d'accumulation du filtrat, ainsi qu'un dispositif de lavage en retour permettant un lavage en retour automatique par gravité, dont le conduit de lavage en retour menant à un bassin d'eau résiduaire communique avec un conduit d'interruption débouchant dans le bas de la chambre d'accumulation du filtrat Dans les filtres par gravité connus (brevet allemand 1 183 050) le lavage en retour s'effectue automatiquement quand la perte de charge dans la couche filtrante dépasse une certaine va leur préétablie Cette perte de charge a pour résultat,en raison de l'encrassement croissant de la couche,une élévation du. niveau de l'eau dans le conduit d'amenée de l'eau non épurée et dans le tronçon ascendant du conduit de lavage en retour d'une manière correspondante.La valeur de la pression pour laquelle commence un lavage en retour peut être déterminée par un conduit d'eau de re foulement disposé entre le tronçon ascendant du conduit de lavage en retour et une chute verticale qui communique par son extrémité supérieure avec le coude de retour du conduit de lavage en retour, tandis que son extrémité inférieure est immergée dans le liquide de sorte que, grâce à un injecteur ménagé dans la chute, on obtient une dépression au dessus de la face libre de l'eau dans le tronçon ascendant du conduit de lavage en retour, ce qui fait fonctionner le tronçon de lavage en retour comme siphon.Le lavage en retour se termine aussitôt que le niveau du liquide dans la chambre d'accumulation du filtrat vient en dessous de l'embouchure du conduit d'interruption dans la chambre d'accumulation du filtrat Bien qutun filtre par gravité de ce type convienne bien dans la pratique, il présente certaines limitations pour ce qui concerne la fiabilité de l'obtention de la perte de charge .Si ces limitations sont dépassées, il se forme lors du lavage en retour des bulles de vapeur qui interrompent immédiatement le processus de lavage, L'invention vise un filtre fonctionnant par gravité de ce type qui, tout en évitant les inconvénients précités, permet d'obtenir une plus grande vitesse d'écoulement pendant la filtration et donc une plus grande capacité par unité de surface grâce à un agencement épargnant les matériaux et malgré une diminution de la hauteur du conduit de lavage en retour. Suivant l'invention, le conduit de lavage en retour débouche dans le bac de filtration dans une chambre pour l'eau à filtrer en dessous du fond à tuyères et est muni d'un obturateur, qui, pour une pression déterminée à l'avance dans la chambre, située en dessous du fond et communiquant avec l'amenée d'eau à filtrer, s'ouvre pour faire débuter un lavage en retour De préférence, le conduit de lavage en retour comprenant l'obturateur mène vers le haut à un coude se trouvant en dessous de la face libre de l'eau dans la chambre d'accumulation du filtrat, le conduit d'interruption débouchant dans ce coude. Avantageusement, la couche filtrante est constituée d'au moins deux couches de matière granulée à granulométrie décroissante du bas vers le haut La matière granuleuse peut avoir le même poids spécifique dans toutes les couches; ce peut être du gravier. Il est avantageux d'incorporer au conduit de lavage en retour un clapet d'étranglement pour régler la vitesse du lavage en retour ou la quantité d'eau de lavage en retour L'obturateur peut comporter un dispositif commandé par un ressort ou par le poids On peut disposer sur la couche filtrante une seconde couche filtrante et faire déboucher en dessous de chaque couche filtrante un conduit de lavage en retour et une amenée d'eau à filtrer. On peut effectuer avantageusement l'amenée de l'eau à filtrer dans la chambre destinée à celle-ci par une vanne qui maintient constante la quantité d'eau se trouvant dans cette chambre, -Les avantages particuliers de l'invention sont, outre des économies de matière notable par le raccourcissement du conduit de lavage en retour et par la suppression du couvercle intermé diaire de la chambre de filtration qui était nécessaire auparavant, qu'il suffit de maintenir simplement l'amenée d'eau à épurer sous pression élevée, par exemple en élevant la chute pour cette eau à épurer afin d'obtenir une perte de charge plus fiable dans la couche filtrante.Bien que le conduit de lavage en retour puisse ê- tre disposé essentiellement horizontalement, il est avantageusement amené vers le haut jusqu a un coude se trouvant en dessous de la face libre de l'eau dans la chambre d'accumulation du filtrat, afin d'assurer un fonctionnement fiable de l'obturateur. Avantageusement, en particulier quand on utilise du gravier relativement bon marché, le volume de réception des boues peut être augmenté en constituant la couche filtrante de plusieurs couches de matière granulée à granulométrie décroissante du bas vers le haut. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple La figure 1 est un schéma d'une installation suivant l'invention. La figure 2 est un schéma d'une installation de filtration à deux étages suivant l'invention, et Les figures 3 et 4 sont des variantes respectivement des installations des figures 1 et 2. A la variante représentée à la figure 1, un réservoir 1 est disposé à 6 à 15 mètres au-dessus du niveau du sol f O, De ce réservoir,de l'eau à filtrer parvient par un tuyau de descente 2 ou chute dans un réservoir 3 à chicanes où l'air entraîné est évacué à l'atmosphère par un conduit 4 de purge, L'eau à filtrer arrive d'abord dans une chambre 5 se trouvant en dessous d'un fond 6 à tuyères disposé en partie basse du bac de filtration et sur lequel se trouve une couche 7 filtrante.Au lieu de matière filtrante relativement bon marché, comme l'anthracite, la couche filtrante peut etre constituée d'un tas de gravier o Avantageusement, la couche 7 filtrante est constituée de deux ou de plusieurs couches d'une matière en grains ayant une granulométrie décroissante du bas vers le haut et comprise entre 0,5 et 6 mm Il est bon que le poids spécifique de la matière en grains soit le meme pour toutes les couches, de manière qu'il ne puisse pas se produire de mélange Si la granulométrie de la couche la plus élevée est plus faible, il peut etre en outre nécessaire de prévoir un second fond 8 à tuyères sur celle-ci en vue de fixer la couche 7 filtrante,de sorte que pendant la filtration, l'eau utilisée s'écoulant dans une chambre 9 d'accumulation du filtrat, puis par un raccord 10 au niveau de la face libre du liquide dans cette chambre 9, ne contienne aucune matière filtrante. Dans la chambre 5 débouche un conduit 11 de lavage en retour sur lequel est monté un obturateur 12 et qui s5élève avantageusement vers un coude se trouvant en dessous de la face libre de l'eau dans la chambre 9. Dans le coude débouche un conduit 14 d'interruption. Dans l'exemple représenté, le point le plus élevé du conduit de lavage en retour ne se trouve qu'à environ 2 à 2,5 mètres au dessus du niveau du fond, de sorte qu'il n'y a pas de danger de formation de bulles de vapeur d'eau pendant le lavage en retour. Sur le conduit de lavage en retour, on peut en outre monter un clapet par étranglement en vue de régler la quantité d'eau de lavage en retour ou la vitesse de celle-ci. Ce clapet peut être par exemple constitué par un cône 17 à l'extrémité de sortie du conduit 11 de lavage en retour débouchant dans un bassin 13 pour l'eau résiduaire. Mais le conduit de lavage en retour ne doit pas être im vergé dans le bassin de manière qu'aucun déversoir ne soit nécessaire. L'installation fonctionne de la manière suivante. Lorsque l'encrassement de la couche 7 filtrante augmente, il faut augmenter l'eau qui passe dans la chute 2 pour maintenir constante la quantité de filtrat La pression dans le conduit 11 de lavage en retour augmente d'autant. Comme obturateur 12, on peut faire appel aussi bien à un clapet de retenue fonctionnant par gravité qu'à une soupape de retenue à bille sollicitée par un ressort qui, pour une pression établie à l'avance, ouvre le conduit de lavage en retour et initie ainsi le lavage en retour. L'eau s'écoule alors de la chambre 9 en traversant la couche 7 filtrante et le fond 6 à tuyères dans la chambre 5 et parvient alors,par le conduit 11 et en traversant l'obturateur 12 ouvert, dans le bassin 13 d'eau résiduaire.On interrompt le cycle de lavage en retour lorsque l'on a obtenu un certain niveau dans la chambre 9 en envoyant de l'air dans le conduit 11 par le conduit 14 d'interruption. Comme le montre la figure 1, on peut disposer également un contacteur 15 manométrique sur le bac de filtration pour interrompre le lavage en retour. Ce contacteurl5 ouvre une électro-vanne 16 et ainsi met le conduit 14 d'interruption en communication avec l'atmosphère.Grâce au contacteur 15 destiné à mesurer la pression en amont de la chambre 9 d'accumulation du filtrat, on peut fournir par exemple pour une pression préétablie, une impulsion à un compteur d'impulsions qui ouvre l'électrovanne 16 à un instant donné, de manière à interrompre le lavage en retour La variante illustrée à la figure 2 concerne l'utilisation de l'invention pour un filtre par gravité à deux étages connu décrit au brevet allemand 1 903 226.Dans ce mode de réalisation, une seconde couche 7b filtrante est disposée au dessus de la première 7a et la chambre 9 d'accumulation du filtrat située au dessus de la couche 7b filtrante supérieure communique avec la chambre de filtration située au dessus de la première couche 7a filtrante par un conduit 20 de mise en communication Comme à l'exemple de la figure 1, il est prévu des conduits lIa ou llb de lavage en retour débouchant dans le bac de filtration en dessous des fonds à tuyères dans une chambre Sa ou 5b pour l'eau à filtrer. Sur ces conduits lIa et llb sont montés des obturateurs 12 et 12b respectivement qui, pour une pression préétablie dans ~la chambre Sa ou 5b, communiquant avec l'amenée d'eau à filtrer par les récipients 3a ou 3b à chicane , s'ouvrent en vue d'initier un lavage en retour.La filtration et les lavages en retour sub séquentsde la couche filtrante supérieure ou inférieure s'effectuent donc comme à l'exemple 1. A l'opposé de la variante illustrée à la figure 1, celle de la figure 3 met en oeuvre une vanne 19 qui maintient constante la quantité d'eau L'eau à filtrer s'écoule directement de la vanne 19 dans la chambre 50 Sur le fond 6 à tuyères se trouve la quantité 7 filtrante qui, dans cette variante, est constituée de plusieurs couches de matière en grains ayant le même poids spéci figue La granulométrie de chaque couche est différente La granulométrie diminue du bas vers le haut et est comprise entre 0,5 et 6 mm. L'eau à filtrer traverse le fond à tuyères pour arriver dans le lit de gravier en s'écoulant vers le haut, Les matières solides qui ont pu être entraînées sont retenues dans la couche filtrante, Le filtrat remplit la chambre 9 d'accumulation et est envoyé comme à l'exemple 1, à l'utilisation par le raccord 10-o La vanne 9 pour maintenir constant le débit d'eau à filtrer est constituée à la manière classique d'un boîtier à cartouches incorporées dont le nombre dépend du débit maximum, Les cartouches sont constituées elles-mêmes de pistons, de ressorts et de glissières, Le débit dans une cartouche dépend de la perte de charge et de la dimension des orifices par lequel s'écoule le fluide, qui peuvent être plus ou moins dégagés par coulissement du piston.Pour maintenir un débit constant, il faut diminuer les ouvertures au piston dans le cas où la différence de pression entre l'avant et l'arrière du piston augmente et les augmenter dans le cas où la différence de pression entre l'avant et l'arrière du piston diminue, De telles vannes permettent d'obtenir un réglage par des ouvertures spécialement conformées qui sont disposées à la périphérie du piston creux et sollicitées par un ressort, La vanne n'a aucune pièce à actionner manuellement et n'a pas besoin d'énergie auxiliaire.Une autre possibilité classique pour maintenir le débit constant est de mettre en oeuvre l'association d'un régleur de pression et par exemple d'une vanne de réglage pneumatique, Bien que le fonctionnement de la variante illustrée à la figure 3 est essentiellement le même que celui de la variante de la figure 1, on a l'avantage dans le mode de réalisation de la figure 3 que le réservoir 1, la chute 2, le récipient 3 à chicane ainsi que le conduit 4 de purge d'air de la figure 1 peuvent être supprimés. Grâce à cette simplification de l'agencement, on peut obtenir des économies de coût pour des capacités de débit horaire déterminées, Un autre avantage de cette variante est que l'on peut avoir une hauteur totale de l'installation faible de sorte que l'on peut placer cette installation dans des bâtiments où jusqu'ici on n'avait pas pu introduire d'installation de filtration de capacité comparable en rai son de la hauteur limitée des bâtiments. L'installation de filtration par gravité à double étage représentée à la figure 4 fonctionne comme celle illustrée à la figure 3. Mais il est prévu deux vannes 19a et 19b destinées à maintenir constant le débit Tout le reste de l'agencement correspond à celui de l'installation à double étage de la figure 2. REVENDICATIONS 1 - Installation de filtration comprenant une couche filtrante en matière granulée, disposée dans un bac de filtration sur un fond à tuyères en dessous d'une chambre de lavage en retour et d'accumulation du filtrat, une amenée d'eau à filtrer débouchant au bas du filtre et une sortie du filtrat à hauteur de la face libre du liquide dans la chambre d'accumulation du filtrat, ainsi qu'un dispositif de lavage en retour permettant un lavage en retour automatique par gravité, dont le conduit de lavage en retour menant à un bassin d'eau résiduaire communique avec un conduit d'interruption débouchant dans le bas de la chambre d'accumulation du filtrat, caractérisée en ce que le conduit (11) de lavage en retour débouche dans le bac dans une chambre (5) pour l'eau à filtrer en dessous du fond (6) à tuyères et est muni d'un obturateur (12) qui, pour une pression déterminée à l'avance dans la chambre (5),située en dessous du fond (6) et communiquant avec l'amenée d'eau à filtrer, s'ouvre pour faire débuter un lavage en retour 2 - Installation de filtration suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit (11) de lavage en retour compre nanç l'obturateur (12) mène vers le haut à un coude (18) de retour se trouvant en dessous de la face libre de l'eau dans la chambre (9) d'accumulation du filtrat, le conduit (14) d'interruption débouchant dans ce coude. 3 - Installation de filtration suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche filtrante est constituée d'au moins deux couches de matière granulée à granulométrie décroissante du bas vers le haut. 4 - Installation de filtration suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la matière granulée a le même poids spécifique dans toutes les couches. 5 - Installation de filtration suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la matière granulée est du graphite 6 - Installation de filtration suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un clapet (17) d'étran glement est incorporé au conduit (11) de lavage en retour pour régler la vitesse du lavage en retour ou la quantité d'eau de lavage en retour. 7 - Installation de filtration suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'obturateur (12) comporte un dispositif commandé par un ressort ou par un poids. 8 - Installation de filtration suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au dessus de la couche filtrante (7a) est disposée une seconde couche filtrante (7b) et en dessous de chaque couche filtrante débouche un conduit (12a, 12b) de lavage en retour et une amenée d'eau à filtrer. 9 - Installation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'amenée de l'eau à filtrer dans la chambre (5, Sa, 5b) destinée à cette eau à filtrer s'effectue par une vanne (19, 19a, 19b) qui maintient constante la quantité d'eau se trouvant dans cette chambre.