Brevet FR2374068A1 — publié le 19780713

L'invention se rapporte à une installation de filtration rapide se rinçant à contre-courant, destinée au traitement de liquides et comprenant un dispositif de décantation balayé par le liquide brut de bas en haut pehdant la filtration, ainsi qu'une cuve de filtrage dont le fond, qui est garni de tuyères, supporte une couche filtrante et à la base de laquelle se trouve une chambre collectrice et d'évacuation du filtrat.Les installations de traitement connues de ce type sont utilisées essentiellement dans les circuits de distribution d'eau, par exemple pour l'obtention d'eau potable ou d'eau devant avoir un degré de pureté prédéterminé pour des applications industrielles, mais sont aussi utilisées pour ltépura- tion d'eaux usées de tout genre Il est toutefois bien entendu que la technique décrite de traitement ne se limite pas au domaine du traitement de l'eau, mais est toujours utilisable lorsqu'il s'agit de délivrer à l'échelle industrielle de grandes quantités de liquides épurés par des processus chimiques, physiques, biologiques ou mécaniques, dans un dessein déterminé et avec un taux de pureté prescrit. Il est souvent indispensåble, selon l'état du liquide brut disponible, de protéger les filtres rapides utilisés par des installations de décantation montées en amont afin d'éviter de les surcharger par des dépits de substances, c'est-à-dire de les en soulager. Ces installations de décantation consistent en général en bassins allongés ou circulaires qui peuvent être de simples bassins de sédimentation ou des réacteurs à floculation. La dimension des sites et le volume des constructions que nécessitent ces installations sont en général considérables. Il est possible d'obtenir de maniere connue une certaine réduction de l'encombrement, c'est-à-dire une augmentation de la charge en fonction de la surface par des séparateurs à lamelles ou des garnissages formés de tubes ou canaux inclinés sur la verticale et juxtaposés en nids d'abeilles.Un aperçu de l'art antérieur se trouve par exemple dans un article de Ir. C. Adam paru dans la revue "La technique de l'eau", 1971, pages 25 et suivantes (filtres rapides à une ou plusieurs couches, se rinçant à contre-courant) ainsi que dans un autre. article de Y. Richard dans la revue "T.S.M.-L'eau", 69ème année, n0 3, mars 1974, pages 113 et suivantes (séparateurs à lamelles et tubulaires en nids d'abeilles). Par ailleurs, les filtres rapides à réglage par submersion ou ceux qui sont destinés au filtrage à floculation exigent des profondeurs, c'est-à-dire des volumes construits suffisants pour garantir la pression nécessaire pour la submersion dans ce type de filtre ou pour garantir une durée suffisante de réaction. L'invention a pour objet une disposition nouvelle, particulièrement avantageuse d'éléments de base connus en soi, éliminant pratiquement les inconvénients énumérés et consistant essentiellement en une combinaison d'un dispositif de décantation et d'un filtre rapide qui, à même capacité, a un encombrement considérablement moindre que les installations connues et qui permet de simplifier aussi notablement les circuits descanalisationsreliant les différentes parties de l'installation. Selon une particularité essentielle de l'invention, le dispositif de décantation est disposé dans la chambre de submersion se trouvant au-dessus de la couche filtrante. Le montage du dispositif de décantation dans la chambre de submersion modifie de manière insignifiante lten- combrement du filtre rapide, car la présence du dispositif de décantation dans la chambre de submersion n'influe: aucunement sur les pressions qui sont déterminantes pour la filtration. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la cloison séparant le dispositif de décantation et la chambre de submersion est en forme de trémie ou cunéiforme de manière que la section de passage du liquide traité s'élargisse de bas en haut dans le dispositif de décantation et de haut en bas dans la chambre de submersion. La forme en trémie ou cunéiforme de la cloison séparant le dispositif de décantation et la chambre de submersion a pour effet que la section de passage augmente de manière plus ou moins continue pendant la filtration dans le sens de la circulation du liquide traité en amont des séparateurs et en amont du filtre. Cette disposition favorise l'uniformité de la répartition du liquide d'une part sur la section totale du dispositif de décantation et d'autre part sur la surface totale de filtrage. En conséquence, la vitesse de circulation diminue jusqu'à l'entrée dans la couche filtrante. Ce profil d'écoulement est recherché et extrêmement avantageux aussi bien pour le processus de décantation dans les séparateurs à lamelles que pour la filtration dans le filtre rapide. A l'inverse, cette disposition influe aussi dans le bon sens sur le débourbage lors du rinçage à contre-courant du filtre et du dispositif de décantation, car la réduction progressive de la section de passage dans le sens du rinçage a pour conséquence que le fluide de rinçage, dont la vitesse croit, entraîne la boue détachée de la couche filtrante et des séparateurs jusqu'à l'emplacement le plus profond et le plus étroit du dispositif de décantation dans lequel se rassemblent les souillures séparées pendant la décantation et par lequel la boue et le liquide bourbeux peuvent être évacués lors du rinçage à contre-courant. Le dispositif de décantation de l'installation selon l'invention étant disposé directement à l'intérieur de la chambre de submersion,toutes les canalisations de liaison disparaissent de même que les pompes éventuellement nécessaires dans les installations connues et montées entre ces deux parties de l'installation. L'avantage de cette disposition est particulièrement évident dans une installation dans laquelle la ou les cuves du dispositif de décantation sont ouvertes vers le haut et leur bord supérieur forme un trop-plein selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, conforme à l'invention. D'autres particularités connues des divers éléments de l'installation permettent par ailleurs d'améliorer considérablement l'efficacité et la capacité de la disposition selon l'invention. Ainsi, des séparateurs à lamelles (par exemple formés de plaques inclinées approximativement à 600 ou des tuyaux disposés en nids d'abeilles et entre lesquels ou par lesquels circule le liquide brut de manière que les substances en suspension se déposent) réduisent considérablement l'encombrement du dispositif de décantation, comme le mentionne en particulier l'article cité plus haut de Richard. Une subdivision du dispositif de décantation en plusieurs éléments plus ou moins indépendants peut permettre, selon la disposition générale de la construction, de mieux utiliser l'espace disponible dans la chambre de submersion. La structure interne précise du dispositif de décantation et du filtre rapide proprement dit (à une ou plusieurs couches) n'a en réalité aucune importance dans la présente invention. Il peut être souhaitable pour simplifier l'exploi- tation d'une installation de décantation et de filtrage rapide selon l'invention, selon la demande et le taux de souillure du filtre et du séparateur à lamelles, de rincer à contrecourant ces deux éléments de l'installation soit chacun pour soi, soit tous deux ensemble. Cette possibilité utile pour une exploitation rationnelle, en particulier dans le cas de fortes variations de la qualité de l'eau brute, peut être concrétisée par un dispositif de débourbage pouvant être fermé et monté sur la cloison de la chambre de filtration, dans la chambre de submersion, au-dessus de la couche filtrante. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe verticale fortement simplifiée, selon la ligne I-I de la figure 4, d'une installation selon l'invention de décantation et de filtrage rapide, du type en béton et à ciel ouvert, comprenant un dispositif de décantation en deux éléments disposés en parallèle et une fenêtre de débourbage disposée au-dessus de la couche filtrante, dans la chambre de submersion; - la figure 2 est une coupe semblable d'une variante de réalisation analogue à celle de la figure limais de type fermé et ne comprenant qu'une cuve de décantation et une fenêtre de débourbage disposée dans la chambre de submersion et dont le mode de réalisation est différent de celui de la figure 1; ; - la figure 3 est une coupe analogue d'une autre variante de réalisation constituée en filtre sous pression à cuve d'acier, mais par ailleurs similaire à celles des figures 1 et 2; et - la figure 4 est une coupe longitudinale, aussi fortement simplifiée, selon la ligne IV-IV de la figure 1. Les composants analogues, c'est-à-dire ceux qui assument la même fonction, portent les mêmes références dans toutes les quatre figures, car la structure interne et le mode de fonctionnement sont pratiquement les mêmes dans tous les trois exemples représentés. Le dispositif de décantation en deux parties 5 de l'installation de la figure 1 est monté dans la chambre de submersion 4 d'une cuve ouverte I logeant un filtre rapide à réglage par submersion et comportant à proximité du fond un plateau 2 à tuyères sur lequel repose la couche-filtrante 3. Il s'agit dans l'exemple particulier d'un filtre à deux couches, ctest-à-dire dans lequel la couche 3 est formée de deux genres de granulés d-e poids spécifique et de granulométrie différents. Il est cependant bien évident que tout autre type de matière filtrante pouvant avoir toute autre structure et être à une ou plusieurs couches, mais rinicable à contre-courant, peut être utilisé. Un séparateur à lamelles de type connu est monté danx chacun des deux dispositifs de décantation en parallèle 5 pouvant aussi être exploités indépendamment. L'eau brute - ou un autre liquide à traiter - parvient par la canalisation d'admission et de distribution 7 à la partie inférieure du dispositif de décantation 5 soit sans avoir été traitée, soit après avoir été additionnée de produits chimiques, en provenance d'une source d'eau brute ou d'un bassin de réaction (non représenté), elle se répartit sur la section totale du dispositif 5 et, après avoir passé dans le séparateur à lamelles 6, elle se déverse par le bord de trop-plein Sa dans la chambre de submersion 4 dans laquelle elle se répartit sur la surface totale de la couche filtrante 3.Finalement, elle s'infiltre lentement à travers la couche filtrante 3 et le plateau à tuyères 2 pour pén#étrer dans la chambre sous-jacente 8 située au fond de la cuve et sur laquelle le filtrat peut être prélevé par une canalisation d'évacuation 9. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 4, de l'eau sous pression et de l'air comprimé sont envoyés par les canalisations 10 et 11 dans la chambre de fond 8, de manièreconnue, selon un programme prédéterminé pour effectuer le rinçage à contre-courant. Ces fluides de rinçage font irruption par les tuyères dans la chambre de filtration dans laquelle la matière filtrante 3 subit un tourbillonnement et se nettoie. La boue et l'eau boueuse montent dans la chambre de submersion 4 et passent par dessus l'arête de trop-plein Sa pour pénétrer dans le dispositif de décantation 5 ouvert vers le haut et subissant ainsi de son côté un rinçage, ces boues et cette eau boueuse étant finalement évacuées par une canalisation 13 raccordée au point le plus bas du dispositif 5. L'air ascendant de rinçage s'échappe à l'atmosphère.Une fenêtre de débourbage 14 pouvant être fermée par un volet 15 et dont la fonction sera expliquée par la suite est disposée dans la chambre de submersion 4, au-dessus de la couche filtrante 3. La forme en trémie inversée ou cunéiforme de la cloison de séparation de la chambre de submersion 4 et du dispositif de décantation 5 provoque une réduction de la vitesse de circulation du liquide traité lors de la filtration, mais les dépôts de boue sont entraînés avec une vitesse croissante par la circulation de l'eau de rinçage en sens inverse (rinçage à contre-courant), de sorte qutaucun dépôt gênant ne peut subsister. La figure 2 illustre une variante de réalisation d'une installation selon l'invention, -mais qui toutefois est du type fermé à filtration sous pression. La cuve de filtrage 1 de cet exemple consiste en une enceinte de béton précontraint dans la chambre de submersion E de laquelle est disposé un unique dispositif de décantation 5 en une partie. La canalisation 13 d'évacuation des boues du dispositif de décantation 5 débouche aussi dans la fenêtre de débourbage 14 pouvant être obturée par le volet 15. Alors que dans le mode de réalisation de la figure 2, la couche filtrante 3 et le dispositif de décantation 5 ne peuvent être rincés à contre-courant que simultanément l'air de balayage pouvant s'échapper si nécessaire par la canalisation de ventilation -, une manoeuvre convenable de vannes de réglage permet de rincer sélectivement, soit uniquement la couche filtrante 3 de l'exemple de réalisation de la figure 1 (ouverture des vannes 10 et/ou 11 et du volet 15 de la fenêtre 14) et d'évacuer les dépôts de boue par la fenêtre 14, soit de rincer et de nettoyer uniquement (par exemple par la suite) le dispositif de décantation (le volet 15 de la fenêtre de débourbage étant fermé) par ouverture des vannes des canalisations 13 et en utilisant l'eau se trouvant dans le dispositif de décantation 5. Le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3 est analogue à celui de la figure 2 et par ailleurs son mode d'exploitation est aussi le même. L'enceinte de béton 1 est remplacé par une citerne d'acier fermée, de section circulaire et la canalisation 13 d'évacuation des boues est aussi utilisée pendant le rinçage en évacuation de l'eau boueuse provenant de la couche filtrante 3 et de celle du dispositif de décantation 5.Ce dernier comprend un séparateur 6a formé de lamelles hélicoidales et tel que décrit par exemple dans le brevet suisse n0 585.062 au nom de la# Demanderesse La coupe longitudinale de l'installation selon la ligne IV-IV de la figure 1 et représentée sur la figure 4 illustre un mode de réalisation avantageux des canalisations 7 d'arrivée de l'eau brute, de l'eau de rinçage 10 et de l'air de balayage 11, ainsi que de la canalisation 9 d'évacuation du filtrat à la sortie de la chambre de fond 8, de la canalisation 13 d'évacuation des boues du dispositif de décantation 5 ainsi que de la fenêtre 14 d'évacuation des boues et de son volet 15. Plusieurs cuves de filtrage 1 de ce type, de forme rectangulaire en vue en plan, peuvent ainsi être érigées les unes à côté des autres dans un espace limité. Le séparateur représenté sur cette figure à titre d'exemple se compose de multiples tôles minces verticales et parallèles entre lesquelles sont disposées d'autres tôles constituant des entretoises, inclinées d'environ 600 sur la verticale et orientées alternativement vers le haut de gauche à droite et de droite à gauche dans les rangées voisines. L'ensemble forme un genre de garnissage en nids d'abeilles dans lequel l'eau brute monte lors de la filtration. REVENDICATIONS 1. Installation de filtration rapide se rinçant à contre-courant, destinée au traitement de liquides et comprenant un dispositif de décantation dans lequel le liquide brut monte-pendant la filtration, ainsi qu'une cuve de filtrage comprenant à proximité du fond un plateau à tuyères sur lequel repose une couche filtrante et sous lequel se trouve une chambre située dans le fond et destinée à recueillir et évacuer le filtrat, installation caractérisée en ce que le dispositif de décantation (5) est disposé dans la chambre de submersion (4) se trouvant au-dessus de la couche filtrante (3). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cloison séparant le dispositif de décantation (5) et la chambre de submersion (4) est en forme de trémie ou cunéiforme de manière que la se#ction de passage du liquide à traiter s'élargisse de bas en haut dans le dispositif de décantation (5) et de haut en bas dans la chambre de submersion (4). 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de décantation (5) est formé d'au moins une enceinte ouverte vers le haut et dans laquelle sont disposés des séparateurs de boue, le bord supérieur de cette enceinte formant un trop-plein (5a) par dessus lequel le liquide passe du dispositif de décantation (5) dans la chambre de submersion (o) et inversement. 4. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif de décantation (5) est équipé à la partie supérieure de séparateurs (6) à lamelles ou à tuyaux obliques et comporte au point le plus bas une évacuation obturable (13) de la boue et du liquide boueux et une canalisation d'arrivée ou de répartition (7) du liquide brut admis est disposée dans l'espace en trémie compris entre l'é- vacuation (13) et les séparateurs à lamelles (6). 5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de décantation (5) est en plusieurs parties pouvant être exploitées en parallèle ou indépendamment. 6. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un dispositif de débourbage (14) pouvant être obturé par un volet (15) est disposé dans la chambre de submersion (E), dans la cloison de la chambre de filtration (1), au-dessus de la couche filtrante.