Brevet FR2415483A1 — publié le 19790824

L'invention se rapporte à un procédé destiné à améliorer le lavage à contre-courant et/ou le conditionnement de lits fixes,~#formés de matières granulaires, susceptibles d'être balayés au reflux et s'utilisant dans le traitement de l'eau, ce lit fixe étant maintenu rempli de liquide pendant un certain temps au cours d'une phase préalable et/ou à la dernière phase du lavage à contre-courant, un composant gazeux se dégageant de ce liquide sous forme de bulles. Un procédé connu -demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DT-OS n0 26 08 899- destiné à la destruction des agglomérats de crasse et des enrobages nuisibles des corps individuels d'un lit fixe consiste à remplir ce lit, au cours d'une étape du lavage à contre-courant, d'un liquide dans lequel une composante gazeuse est produite par une réaction chimique de décomposition, dans certains cas déclenchée par ca talyse. Le dégagement spontané de relativement grandes énergies au cours de la réaction de décomposition désagrège et fait éclater mécaniquement les agglomérats de crasse. La même publication décrit de plus une dernière phase du processus de lavage à contre-courant qui consiste en un conditionnement du lit fixe au cours duquel ce dernier subit le meme traitement.Ce conditionnement est destiné à allonger les périodes d'activité du filtre et à éliminer au moins partiellement l'anaérobie qui accompagne en général la filtration, car le lit redevient meuble et des bulles de gaz se fixent sur la matière filtrante granulaire à la suite de leur formation, de leur croissance et de leur migration. La substance destinée à se décomposer et qui est en général utilisée est l'eau oxygénée en solution dans le liquide ou l'eau de lavage à contre-courant. L'utilisation de substance à décomposition chimique spontanée pour désintégrer mécaniquement les agglomérats de crasse et pour ameublir le lit exige un appareillage relativement important et de plus est relativement coûteuse. Elle peut, dans certains cas, avoir aussi des effets nuisibles -en particulier pour le conditionnement du lit fixe- sur les populations microbiennes qu'il faut conserver. L'invention a donc pour objet un procédé qui permet d'obtenir l'action mécanique mentionnée sans utilisation de substanceszdontil faut additionner l'eau de lavage à contre-courant et qui se décomposent spontanément en une réaction chimique. Selon une particularité essentielle du procédé tel que spécifié et conforme à l'invention, il consiste essentiellement à mettre le liquide sous pression élevée avant et/ou après remplissage du lit fixe au cours de ces étapes du processus et à dissoudre au moins un gaz dans ce liquide, puis à abaisser la pression de manière à libérer ce gaz. L'abaissement relativement brusque de pression -qui a lieu en environ 1 à 2 minutes- du liquide au moins enrichi préalablement en gaz dissous provoque la libération spontanée de bulles de gaz de la même manière qu'au cours des processus connus de lavage à contre-courant et/ou de conditionnement et, en conséquence, la désintégration mécanique mentionnée des agglomérations de crasses et/ou la fixation de bulles de gaz sur la matière granulaire du lit fixe seproduisentde manière analogue à celle du procédé connu. Le gaz pouvant avantageusement être utilisé pour le procédé de l'invention est l'air ou d'autres gaz contenant au moins de l'oxygène et mis en solution dans le liquide sous une pression relative d'environ 1 à 10 bars (102-103 kPa). Il est ainsi possible de déclencher des processus d'oxydation -de la même manière que dans le procédé connu- qui ont en particulier une action sur les substances organiques et les microorganismes que contiennent les agglomérations de crasse et qui attaquent les enrobages essentiellement anaérobies des grains de sable et ainsi une réserve d'oxygène peut s'accumuler dans le lit avec pour conséquence que la demande en oxygène du filtre pour une période d'activité déterminée de ce dernier est couverte par cette réserve d'oxygène gazeux qui demeure dans le volume des pores du lit en favorisant l'activité voulue et recherchée des micro-organismes aérobies. La détente du liquide chargé de gaz peut, d'une part, avoir lieu en amont du lit filtrant, le liquide pouvant être chargé de gaz dans un réservoir alternativement mis sous pression et dans l'ensemble duquel la pression est éliminée ; le lit fixe peut aussi d'autre part être d'abord rempli de liquide et etre comprimé par alimentation en gaz sous pression, la pression étant ensuite éliminée. Il est bien entendu possible aussi de combiner ces processus, c'est-àdire de produire des élévations partielles de pression en amont et à l'intérieur du lit fixe. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique représente schématiquement un lit filtrant de sable dans laquelle la circulation a lieu de haut en bas, ainsi que des installations accessoires nécessaires à la mise en oeuvre des phases du procédé conformes à l'invention. Le filtre se compose d'un lit de sable 1 placé dans une cuve ou un bassin 3, par exemple sur un fond 2 à tuyères-~ de type connu. La cuve 3 peut être équipée d'un couvercle 4 permettant éventuellement de la fermer au moins à peu près hermétiquement en l'isolant de l'environnement. La cuve 3 comporte à proximité du bord supérieur un circuit collecteur de l'eau de lavage a contre-courant, des bords de déversement 5 aboutissant à des collecteurs 6 de cette eau ; une canalisation 7 de décharge permet d'évacuer des collecteurs 6 le liquide de lavage qui peut être dirigé par exemple lui-même sur un poste de traitement ou vers un autre lieu d'utilisation. La canalisation 7 peut être équipée d'un organe 35 d'arrêt. Le filtre est alimenté en eau brute à filtrer par une pompe 8 et une canalisation d'admission 9 pouvant être obturée par un organe 40 et qui déverse l'eau dans une chambre 10 qui surmonte le lit filtrant 1. La chambre 11 collectrice de l'eau épurée qui a traversé le lit 1 en descendant se trouve sous le fond à tuyèree 2. Une canalisation 13 pouvant être fermée par un organe d'arrêt 12 évacue l'eau propre filtrée de la chambre 11. Une décharge 14 par le fond, qui peut être obturée par un organe 15, est destinée à l'évacuation de l'eau souillée qui ne répond pas aux critères imposés au filtrat, par exemple à la fin d'une période de filtration. L'installation comprend une canalisation 17 sur laquelle est montée un organe étrangleur réglable et obturable 16 et par laquelle une soufflante 18 peut aspirer de l'air et le refouler sous une pression relativement basse dans la chambre 11 pour l'exécution du lavage classique à contre-courant qui, on le sait, s'effectue à l'air, à un mélange d'air et d'eau et à l'eau. Une canalisation 31 qui débouche dans la chambre collectrice 11-assure l'admission d'eau ou d'un autre liquide de lavage à contre-courant. Une pompe réglable 19 et un organe obturateur 20 sont montés sur cette canalisation 31. Un compresseur à piston 21,qui est destiné à la mise en oeuvre des phases du procédé de l'invention, communique avec l'atmosphère par une tubulure d'aspiration 22 et avec un réservoir 25 et/ou la cuve 3 par des canalisations 36 et 37 obturables par des organes étrangleurs 23 et 24 qui peuvent être fermes. Les canalisations de refoulement 36 et 37 du compresseur 21 débouchent dans un circuit distributeur du gaz comprimé qui se compose d'une part d'un fond à -tuydres 38 du réservoir 25 et d'autre part du fond à ctùyères 2 de la cuve 3, comme indiqué schématiquement dans l'exemple de réalisation représenté. Par ailleurs, le réservoir 25 communique avec la canalisation 31 d'alimentation en eau de lavage à contre-courant par l'intermédiaire d'une canalisation 39 qui est équipée d'un autre organe d'obturation 30. Cet organe 30 est, par exemple, une électrovanne à ouverture rapide qui, lorsqu'elle est ouverte, ne provoque si possible aucun ralentissement de la circulation. Des vannes réglables 26 et 28 de maintien en pres sion,montées dans le couvercle du réservoir 25 et dans celui de la cuve 3,permettent d'assurer dans ces enceintes une pression relative de valeur déterminée. Finalement, les espaces qui se remplissent de gaz au-dessus du liquide dans le réservoir 25 et dans la cuve 3 au cours de la mise en oeuvre du procédé de l'invention communiquent avec l'ambiance par des organes de détente 27 et 29 de préférence à ouverture rapide. L'installation décrite permet d'effectuer de deux manières différentes les diverses phases conformes à l'invention d'un lavage à contre-courant ou d'un conditionnement du lit filtrant. L'un des modes opératoires convient particulièrement aux lits fixes de grand volume qui ne peuvent pas être isolés de l'atmosphère ambiante ou qui ne peuvent l'être qu'au moyen d'un appareillage très important, tandis que l'autre mode opératoire est avantageux en particulier pour les petites installations. Le lavage à contre-courant peut être effectué par exemple de la manière suivante conformément au procédé de l'invention, le liquide utilisé et devant être chargé de gaz étant l'eau de lavage dans laquelle de l'air est mis en solution à 2 3 une pression relative de 102 à 10 kPa et qui en est de préfé- rence autant que possible saturée. Lorsque, par exemple, une commande à déclenchement périodique fait débuter un lavage à contre-courant du lit filtrant 1, la pompe d'alimentation 8 est tout d'abord arrêtée et l'organe d'arrêt 12 de la canalisation 13 d'eau propre est fermé. Ensuite, le filtre est vidé aussi rapidement que possible par la décharge de fond 14 après ouverture de la vanne 15, cette opération prenant en général quelques minutes. Après ouverture du lit filtrant, le réservoir 25 peut avoir été rempli préalablement ou peut être rempli pendant ce temps d'eau de lavage par la canalisation 39 et le compresseur 21 l'alimente en gaz. Le gaz, c'est-à-dire l'air, devant être comprimé est ainsi aspiré par la canalisation 22 et dirigé par la canalisation 36 et par l'intermédiaire de l'organe étrangleur obturable 23 dans le circuit de distribution 38 ainsi que dans le liquide se trouvant dans le réservoir 25 qui est conçu pour tenir à la pression. Les organes d'arrêt 24, 27 et 30 sont alors fermés.La vanne 26 limite la pression régnant dans le réservoir 25 à un maximum constant qui est, par exemple compris entre 1 et 10 bars (102 et 103 kPa). Lorsque le liquide que contient le réservoir 25 est suffisamment chargé de gaz, c'est-à-dire d'air, la vanne 23 est fermée. Il faut faire baisser rapidement la pression régnant dans le réservoir 25 par ouverture de l'organe d'arrêt 27 -par exemple en quelques secondes- pour permettre la formation voulue des bulles de gaz. Cette opération est immédiatement suivie d'une ouverture rapide de l'organe d'obturation 30. Le plus grand diamètre possible de la canalisation 31 et une pose des canalisations 39 et 31 calculée de manière que la circulation n'y soit pratiquement pas perturbée permettent au liquide qui est alors sursaturé de gaz à la pression momentanée de parvenir dans la matière filtrante 1 avec dégagement préalable en quantité négligeable de gaz dissous. Le remplissage du lit filtrant 1 à l'eau de lavage à contre-courant sursaturée d'air s'effectue par la canalisation 31 par exemple en 2 minutes au maximum et,à cette fin, le compresseur 21 et l'organe étrangleur réglable 23 établissent une faible pression relative à l'intérieur du réservoir 25. Le liquide se trouvant dans la cuve 3 demeure alors dans le lit filtrant 1 pendant environ 10 à 15 minutes ; pendant ce temps, la sursaturation du liquide par l'air en solution disparatt, cet air se dégageant sous forme de petites bulles et s'échappant vers l'extérieur du liquide au moins en partie. La formation et l'ascension des bulles de gaz provoque ainsi la désintégration voulue et la dissolution des agglomérats de crasse. Lorsqu'il est possible d'isoler intégralement la cuve 3 de l'atmosphère ambiante à l'aide d'un couvercle 4 de manière au moins approximativement hermétique et de la mettre sous pression, il est possible aussi de procéder au chargement en gaz du liquide, puis ensuite à l'abaissement de la pression à l'intérieur de cette cuve 3. Après avoir vidé le lit filtrant 1 et fermé la vanne 15, il faut remplir ce dernier d'eau de lavage à contre-courant jusqu'au bord de déversement 5 -si possible même jusqu'à un niveau légèrement supérieur- au moyen de la pompe 19 et par la canalisation 31, alors que l'organe d'arrêt 20 a été ouvert et après que toutes les canalisations d'arrivée et de départ 37, 14, 17, 13, 7 et 9 et que les vannes 24, 29 et 30 ont été préalablement fermées. Après fermeture de la vanne 20 et ouverture de la vanne 24, le gaz refoulé par le compresseur 21 est dirigé sous pression dans le filtre par la canalisation 37 et la vanne 24 -au lieu de l'être par la vanne 23 qui, dans ce cas, est ferméeet il est injecté à travers la matière filtrante 1. La pression relative est également réglée dans ce cas par une vanne 28 de maintien en pression. L'admission d'air est coupée lorsque la pression voulue a été atteinte, c'est-à-dire lorsque le liquide a été suffisamment chargé de gaz. La vanne 29 à ouverture rapide est alors ouverte et il se produit une chute notable de pression en quel ques secondes à l'intérieur de la cuve 3. Le liquide qui est alors sursaturé d'air demeure pendant environ 10 à 12 minutes dans le lit filtrant. Pendant ce temps, l'air qui est en excès vis-à-vis de la pression qui règne à ce moment se dégage en général sous forme de très petites bulles. La formation, la croissance et la migration des bulles de gaz provoquent dans ce cas, également, une désintégration et l'arrachèment aes agglomérations de crasse dont des morceaux entiers sont parfois enlevés. L'oxygène dissous a, de plus, une action secondaire, c'est-à-dire déclenche des processus d'oxydation qui, dans certains cas, peuvent, par exemple, détruire des organismes anaérobies. Lorsque la formation des bulles de gaz et leur dégagement ont été pratiquement achevés, l'ouverture de l'organe d'obturation 20 et la mise en marche de la pompe réglable 19 provoquent dans les deux cas le lavage du lit 1 à l'eau et alors au moins la majeure partie des impuretés désintégrées mécaniquement etjou par oxydation est évacuée par lavage et s'évacue par dessus le rebord 5 et par les goulottes 6 et la canalisation 7. La fixation de bulles de gaz sur les particules en suspension favorise et améliore le lavage du lit 1 par l'action de flottation décrite. La fermeture de la vanne 20 et l'arrêt de la pompe 19 ainsi que l'ouverture de l'organe 12 et la mise en marche de la pompe 8 remettent en marche la filtration dans le lit 1. Mais s'il faut encore conditionner le lit de la manière décrite avant de reprendre la filtration de manière à allonger la période d'activité du filtre par effet dit de filtration à sec qui rend le lit de matière granulaire plus "aéré" par fixation de bulles de gaz sur les grains et afin d'améliorer l'action aérobie à l'intérieur du lit filtrant pendant une partie de cette période -lorsque les gaz utilisés contiennent de l'air ou de l'oxygène- les phases du procédé décrit en détail sont à nouveau exécutées à la fin de l'élimination des impuretés par lavage sans toutefois rincer encore une fois le lit 1 à l'eau non chargée de gaz à la fin de ce processus. La La formation de bulles de gaz au cours du second remplissage ameublit le lit de sable 1 et les bulles de gaz dégagées se fixent sur les grains de sable en provoquant l'effet connu sous le nom de "filtration à sec". Cet effet ainsi que l'amélioration de l'action aérobie par ltoxygène lié aux grains dure environ 4 à 5 heures avant épuisement de l'oxygène par les divers processus microbiens qui ont lieu dans le lit filtrant et par l'action des autres substances en suspension qui sont retenues dans le lit filtrant et qui consomment de l'oxygène. Bien entendu, le conditionnement du lit filtrant n'est pas lié à un lavage préliminaire à contre-conrant du genre tel que décrit, mais peut aussi être exécuté de manière à former la dernière phase de tout processus de lavage à contre-courant. Le procédé de l'invention est applicable aux lits fixes dans lesquels la circulation a eu lieu vers le haut et vers le bas. Lorsque la circulation a lieu vers le bas, il peut être avantageux dans certains cas d'alimenter le filtre en liquide de haut en bas pour le lavage à contre-courant. Il est bien entendu possible aussi d'-envoyer le liquide provenant d'un circuit de canalisation dans le filtre à mi-hauteur de ce dernier. Il est finalement possible aussi de remplir le lit de liquide simultanément par le haut et par le bas. REVENDICATIONS 1. - Procédé d'accroissement de l'efficacité du lavage à contre-courant et/ou de conditionnement de lits fixes constitués de matières granulaires, susceptibles d'être rincés au reflux et destines à être utilisés dans le traitement de l'eau, le lit étant maintenu rempli de liquide pendant un temps déterminé au cours d'une phase préalable et/ou à la dernière phase du lavage à contre-courant, un composant gazeux se dégageant de ce liquide sous forme de bulles, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mettre le liquide sous pression élevée au cours de ces phases, avant et/ou après remplissage du lit fixe (1) et à dissoudre au moins un gaz dans ce liquide, puis à abaisser la pression de manière à libérer ce gaz. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz utilisé est l'air ou un autre gaz contenant au moins de l'oxygène, ce gaz étant mis en solution dans le liquide sous une pression relative de 1 à 10 bars. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détendre le liquide avant de le diriger sur le lit fixe (1). 4. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à charger le liquide de gaz dans un réservoir (25) qui tient la pression et qui est mis sous pression, puis dans l'ensemble duquel la pression est éliminée en alternance. 5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir le lit fixe (1) de liquide, à y élever la pression en y envoyant du gaz sous pression, puis à le détendre.