Brevet FR2431316A1 — publié le 19800215

La presente invention a trait# au domaine des installations de clarification des suspensions et notamment des eaux brutes, souterraines ou de surface. Elle concerne plus particulierement des ensembles, parties mobiles, destines à equiper des decanteurs à etages et permettant d'assurer une grande efficacite de la clarification tout en conservant la facilite et la souplesse d'exploitation et de maintenance. On sait que le paramètre-caracteristique de la sedimentation d particules en suspension dans une masse fluide epurer au sein d'un ouvrage d décantation est la vitesse.de Hazen, définie par le rapport du débit de fluide traversant le décanteur sur la surface horizontale du bassin de décantation. L particules qui décanteront dans l'ouvrage sont celles dont la vitesse de chute est supérieure à la vitesse de Hazen. Comme la profondeur de l'ouvrage n'intervient pas dans le processus de décantation, l'idee est alors venue d'augmenter ou multiplier la sur face effective de decantation, sans pour autant modifier l'emprise au sol de l'ouvrage, par introduction dans un décanteur existant de modules lamellaires. La presence de ces modules permet soit d'augmenter le debit de l'ouvrage sans modifier la vitesse de Hazen soit de conserver le même debit tout en diminuant la vitesse de Hazen, avec obtention dans les deux cas d'une meilleure clarification. Ces modules, generalement constitués par des plaques parallèle ont tout d'abord ete disposes à l'horizontale dans les decanteurs ou inclinés d'un angle faible par rapport à l'horizontale, de façon à obtenir une aire maximum de sédimentation. Toutefois, des problèmes s'étant posés au niveau de lii vacuation des boues, on est arrivé a incliner notablement les plaques, par exemple de 50 a 60 degrés, par rapport au plan horizontal afin de permettre cette évacuation.Dans l'état actuel de la technique, trois types de dispositions de modules et de circulation #correspondante du fluide à épurer sont mis en oeuvre, a savoir - le système dit à "contre-courant" selon lequel le fluide à clarifier a une circulation ascendante dans les modules lamellaires, le fluide épuré étant recueilli à la partie supérieure de ces modules alors que les boues s 'eva- cuent à la partie inférieure - le système dit à "co-courant" où le fluide à épurer circule de façon descen dante dans les modules, le fluide clarifié étant recueilli à leur partie in férieure ;; - le systeme dit " courant latéral" dans lequel le fluide à épurer circule horizontalement au travers de modules inclines par rapport aux plans horizon tal d'une part et vertical d'autre part. Sur la base de ces principes, un certain nombre d'installations de traitement des eaux ont été équipées d'ensemble de plaques lamellaires, paral làles et inclinées (par exemple de 60 degrés environ) ou encore de réseaux d'é léments plans assemblés en des structures diverses (polygonale, nid d'abeilles, zig-zag,etc...) et l'on est parvenu généralement à de bons résultats, tant en ce qui concerne l'efficacité de la clarification des eaux brutes que la régularité de marche de l'installation. La présente invention fait également appel à l'utilisation connue d'empilements de plaques inclinéeswdisposees à intervalles réguliers dans un bassin de décantation afin de multiplier l'aire de sédimentation du fluide à épurer. Elle fait appel au systeme de circulation du fluide de type courant la téral et a, en fait, pour objet une technologie particulière de mise en oeuvre de tels empilements avec adaptation spéciale au cas de l'équipement de bassins de décantation conventionnels déjà existants. Elle concerne tout spécialement l'installation de modules lamellaires dans des décanteurs à plusieurs compartiments étages destinés à la clarification des eaux brutes. Les decanteurs à compartiments équipés de modules ou plaques lamellaires selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent, agencés au sein desdits compartiments classiques, généralement de forme parallelipedique : a) des moyens permettant le roulage et le guidage, sur les parois supérieure et inférieure de chaque compartiment, de chariots mobiles par translation b) des chariots mobiles comprenant un chassis métallique muni de roulettes, qui supporte des séries de plaques planes espacées les unes des autres et auquel se trouvent fixés, en amont et aval du chassis, des volets amovibles d'obtu ration et/ou de guide pour le flux c) un couloir gi circulation latéral et une aire de dégagement des chariots dans la partie d'un compartiment opposée à celle de l'arrivée du flux d) sous chaque chariot, une aire de dépôt et dégagement des boues. Selon une caractéristique, les moyens de roulage et de guidage sont constitués par la combinaison d'au moins deux chemins de roulement en béton équipés de butées d'arrêt des chariots et revêtus de bandes en matériau plastique, et des rails en métal ou plastique fixés sur la paroi supérieure du compartiment et munis de galets de guidage des chariots. Conformément à une autre caractéristique, chaque compartiment du décanteur comprend un ou plusieurs chariots dont les chassis constitutifs, assemblés en caissons, sont obtenus par fixation de longerons, bâtis élémen- taires et haubans transversaux et sont munis sur leurs quatre montants péripheriques de crémailleres destinées à insérer et à maintenir écartées les pla ques planes. En pratique, les volets amovibles ou clapets sont constitués par des parois en matière plastique, montées sur charnières et munies de joints d'étanchéité et qui ceinturent le ou les chariots. De nombreuses autres caractéristiques et des modes de mise en oeuvre selon l'invention apparaltront au cours de la description détaillée qui suit, relative à l'équipement de décanteurs à étages de type conventionnel c'està-dire où le flux à épurer se répartit également entre plusieurs compartiments disposés les uns au-dessous des autres et fonctionnant en parallele. L'exemple de réalisation choisi, cité à titre non limitatif, est -illustré par les dessins des planches annexés où llon peut voir . Fig.I : un décanteur à étages susceptibles d'être équipés, en tout ou partie, par la technologie selon l'invention . Fig. 2 : une représentation en coupe d'un demi-étage de décanteur, tel que l'une des cellules de la figure 1, avec insertion de modules lamel laires (en vue partielle) . Fig. 3 : une vue générale, en coupe, de l'installation des modules ou plaques dans le compartiment de-la figure 2 . Fig. 4 : la représentation de deux caissons de chariots au sein d'un compartiment, avec leurs moyens de guidage et de roulage ; . Fig. 5 : les détails d'assemblage de chassis élémentaires, assemblés en caissons, pour constituer un chariot . Fig. 6 : une vue générale, en plan, des ensembles de volets ou clapets d'obturation servant de guides pour le flux, installés sur la périphérie d'un caisson . Fig. 7 : le détail d'une crémaillère, insérée entre deux chassis élémen- taires et destinée à soutenir les plaques ou modules visibles sur les figures 2 et 3 ; et . Fig . 8 :le détail d'un moyen de liaison et d'alignement entre deux plaques, pour assurer leur parallélisme, dans le cas où le compartiment de décantation est équipé de plusieurs chariots. Le type d'équipement, tel qu'illustré sur les fig.2 à 6, peut être prévu dans l'un quelconque ou la totalité des compartiments 1 à 8 de l'installation de dêcantation 9 visible schématiquement sur la figure 1, D'une façon générale, l'un ou chacun des compartiments (par exemple NO 1) comprend : un ensemble de moyens de guidage et de roulage, dénommés par le chiffre global 10, pour un équipement translatable dans le compartiment ; un ou des chariots mobiles 12 montés sur des chassis 13 formant caissons et munis de moyens de roulement 14, ces chassis supportant des séries de plaques 15 ; un couloir de #circulation et de dégagement 16 du ou des chariots; et une zone longitudinale inférieure 17 destinée à la récupération des boues et autres résidus de l'eau à traiter. Les moyens de roulage et guidage 10 des chariots 12 peuvent, par exemple, etre constitués par les éléments suivants : des chemins ou supports de roulement 18 en béton (par exemple au nombre de trois, voir figure 2), munis de butées d'arrêt 19 pour les chariots, ces supports étant revetus de bandes de protection par exemple des plaques de chlorure de polyvinyle ; des rails de guidage 20 des chariots, par exemple deux en forme de cornieres, fixés à la partie supérieure du compartiment et munis de roulettes 21 servant à guider le ou les chariots 12. Ces roulettes peuvent, par exemple, être constituées chacune par un ensemble mécanique boulonné sur le chassis comprenant un excentrique pour permettre un certain débattement ainsi que par une roue en matière plastique, possedant une grande résistance à l'usure et aux chocs.En pratique le radier 22 (ou paroi inférieure du compartiment de decantation) est prévu avec une tràs légère pente, par exemple de 1,2 %, pour permettre l'écoulement des boues. On respecte bien entendu cette pente lors de la réalisation des chemins de roulement 18. Les chariots 12 (tels que par exemple les deux associés repré- sentés sur la figure 4) se translatent sur les chemins de roulement 18 grâce à des roulettes 14 fixées au chassis et permettant de tres fortes charges. Par exemple, chaque roulette peut être constituée par une chape en tôle d'acier de forte épaisseur, une roue à jante en fonte avec bande de roulement en caoutchouc antiabrasif et un moyeu muni de roulements à billes étanches. Comme on peut le voir clairement sur les figures 4 et 5 un chariot est constitué par un chassis longitudinal 13 formant caisson et comprenant: des longerons inférieurs 23, des longerons supérieurs 24, des longerons latéraux 25, des bâtis élémentaires 26 et des traverses de renfort ou haubans la téraux 27. En pratique, chaque bâti élémentaire peut être réalisé à partir de deux cadres de fer en U (dénommes 28) comportant éventuellement un raidisseur; les longerons et des haubans latéraux peuvent etre des fers plats boulonnés sur chaque bâti élémentaire ; les longerons inférieurs et supérieurs sont avantageusement réalisés à partir de fers, respectivement en cornieres et en U. Le chassis 13 est muni sur toute sa périphérie de crémaillères 29 dont une vue de détail est représentée sur la figure 7 chaque crémaillère 29 est pincée entre les fers 28 en U des bâtis élémentaires et, lors du montage, les plaques lamellaires 15 sont enfilées à l'intérieur de ces crémaillères des deux côtés en même temps par éléments de mimes dimensions. Ces crémaillares permettent ainsi de maintenir pratiquement constant l'écartement entre les plaques (généralement de 30 à 50 mm comme on le verra plus loin) et d'ob tenir l'inclinaison adéquate pour celles-ci (avantageusement entre 52 et 58 de' grés par rapport au plan vertical. médian du décanteur).Avantageusement, on prU voit lors du montage en parallèle de ces plaques 15 sur toute la surface du chassis, l'interposition d'un élément raidisseur 20 et de la mise en place d'at moins un gousset de renfort 31. En outre, les plaques sont avantageusement mai tenues à intervalles réguliers par des séries d'entretoises 32 telles que par exemple des tubes (voir figure 3). Lorsque l'on est amené à effectuer la jonction en ligne de deui plaques (par exemple dans le cas de l'installation de plusieurs chariots dans un même compartiment de décantation) il importe, pour obtenir un régime d'écou lement laminaire stable sur toute la-longueur de l'installation, d'une part de réaliser un alignement parfait des plaques et, d'autre part, de ne pas laisser d'interstice entre deux plaques.Cette jonction entre plaques peut être obtenu en utilisant des pinces telles que celle représentée sur la figure 8, comportant d'un côté deux ailes 33 réalisant le serrage de l'une des plaques 35 et, de l'autre, deux branches 34 évasées, les rayons d'ouverture entre chacune des ailes ou branches étant calculés pour que les plaques lamellaires 35 et 36 pui sent etre contrôlées en écartement et alignement en fonction de leur degré d'e foncement dans les mâchoires de la pince. Comme on peut le voir sur la figure 6, chaque caisson 13 est muni d'un ensemble de clapets ou volets d'obturation destinés à former des parois-guides d'eau et obligent cette dernière à passer obligatoirement dans l'e semble de décantation. Ces volets épousent la forme et les dimensions des espa ces laissés libres entre le ou les chariots à plaques lamellaires et les paroi du décanteur ainsi équipé. En pratique, le nombre , la structure et la disposi tien des volets sont fonction de la face considérée du décanteur-(avant ou arrire) et de l'étage où se trouve ce décanteur dans l'installation (étage supe rieur ou étage inférieur). Par exemple, dans le cas de la partie avant d'un décanteur d'étage supérieur, illustré sur la fig.6, on peut avantageusement prévoir une série de neuf volets dont trois volets fixes ; 37, 38 et 39 à la partie supérieure et sur le petit côte du décanteur ; et six volets mobiles 40 à 45 sur la partie basse et le grand coté du décanteur, ces volets étant munis de charnières permettant l'accès et le déplacement des chariots. Le choix des matériaux, utilisés pour la fabrication des diver éléments mis en oeuvre dans les dispositifs selon l'invention, est effectuée en tenant compte des conditions d'immersion permanente dans des eaux brutes ai califes ou acides,.souvent agressives et additionnées des réactifs classiques de traitement. En pratique, les chassis métalliques sont réalisés en acier galvanisé à chaud ou ayant subi des traitements de surface (sablage ou analogue) avant application de peinture type résine époxy ou similaire ; le boulonnage, les goupilles, axes de charnières, etc... peuvent être avantageusement en acier inoxydable ; les gainages de boulons, et rondelles sont réalisés en matière plastique telle que par exemple Rilsan et/ou Teflon ; les ensembles de plaques lamellaires, crémaillàres, volets d'obturation, charnières de repli, roulettes supérieure s de guidage des chariots sont de préférence prévus en matériau plastique type alimentaire, par exemple du chlorure de polyvinyle type "gris ali dentaire". En pratique, l'installation selon l'invention fonctionne suivant le système à courant latéral c'est-à-dire que le ~ flux d'eau brute à épurer, indiqué par les fleches 46 sur les figures 4 et 5, circule horizontalement et parallelement à l'ensemble de modules lamellaires. Les divers parametres dimensionnels tels que : écartement entre plaques, longueur des plaques, nombre de plaques, etc... sont fonction de facteurs comme : nombre de Reynolds, vitesse d'écoulement Hazen pour un régime laminaire stable, etc. dont les conditions critiques sont déterminées à l'aide des formules mathématiques connues en dynamique des fluides.Par exemple, lors de l'équipement d'un décanteur à quatre compartiments étagés et destiné à traiter environ 45 000 m3/jour d'eau brute, il a été trouvé que l'on pouvait avantageusement régler les vitesses de Hazen entre 0 > 4 et 0 > 8 màtre/heure et le nombre de Reynolds aux environs de 1 500. Le principe d'équipement de décanteurs selon l'invention s'est montré très efficace dans les opérations de sédimentation et très commode à mettre en oeuvre grâce à la mobilité des chariots porte-plaques qui conviennent particulièrement bien à des adaptations dans des décanteurs conventionnels. Bien entendu, l'exemple de réalisation susdécrit ne constitue qu'un mode de mise en oeuvre possible et la portée de l'invention s'étend à toutes les variantes structurelles et fonctionnelles équivalentes. R E V E N D I C A T I O N S 1. Décanteurs à plusieurs compartiments étagés destinés à la clarification de suspensions, notamment d'eaux brutes souterraines ou de surface destinées à l'alimentation humaine ou industrielle, et dans lesquels on met en oeuvre des séries de plaques parallèles inclinées d'un angle voisin de 55 degrés par rapport au plan vertical médian du décanteur et distantes les unes des autres d'une longueur variant selon les conditions d'application, le flux à clarifier circulant selon le système à courant latéral, ces décanteurs étant CARACTERISES en ce qu'ils comprennent, agencés au sein desdits compartiments classiques de forme généralement parallèlipédique a) des moyens permettant le roulage et le guidage, sur les parois supérieure et inférieure de chaque compartiment, de chariots mobiles par translation;; b) des chariots mobiles comprenant un chassis métallique muni de roulettes, qui supporte des séries de plaques planes espacées les unes des autres et auquel se trouvent fixés, en amont ou en aval du chassis, des volets amo vibles d'obturation et/ou de guide pour le flux ; c) un couloir de circulation latéral et une aire de dégagement des chariots dans la partie d'un compartiment opposée à celle de l'arrivée du flux ; d) sous chaque chariot, une aire de dépôt et dégagement des boues. 2. Décanteurs selon la revendication 1, caractérisés en ce que les moyens de roulage et guidage sont constitués par la combinaison d'au moins deux che mins de roulement en béton équipés de butées d'arrêt des chariots et revêtus de bandes en matériau en plastique, et des rails en métal ou plastique fixés sur la paroi supérieure du compartiment et munis de galets de guidage des chariots. 3. Décanteurs selon la revendication 1, caractérisés en ce que chaque compar timent comprend un ou plusieurs chariots dont les chassis constitutifs, as semblés en caissons, sont obtenus par fixation de longerons, bâtis élémen- taires et haubans transversaux et sont munis sur leurs quatre montants péri phériques de crémaillères destinées à insérer et à maintenir écartées les plaques planes. 4. Décanteurs selon la revendication 1, caractérisés en ce que lesdits volets amovibles ou clapets, sont constitués par des parois en matière plastique, montées sur charnières avec joints d'etancheite, et qui ceinturent le ou les chariots. 5. Décanteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les plaques planes, insérées dans les crémaillères fixées sur les montants du chassis, sont montées en présence d'au moins un élément raidis seur et d'au moins un gousset de renfort pour rigidifier le réseau de lamelle; et en ce que ces plaques sont maintenues séparées entre elles, à intervalles sensiblement constants, par des entretoises. 6. Décanteurs selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisés en ce que l'éventuelle jonction en ligne de deux plaques, notamment dans le cas de l'installation de plusieurs chariots dans un même compartiment de décan tation, est effectuée à l'aide de pinces à quatre branches, selon deux paires latérales dont l'une comporte-des ailes réalisant le serrage et de section approximativement égale à l'épaisseur d'une plaque, alors que l'autre est mu nie de deux ailes évasées.