Brevet FR2485385A1 — publié le 19811231

Filtre à lit de matériaux granulaires. La présente invention se rapporte aux filtres à lits de matériaux granulaires, utilisés en traitement des eaux de toute na- ture, et comportant une ou plusieurs couches de matériaux granulai- res filtrants, disposées dans une enceinte, une arrivée d'eau à traiter au-dessus du lit de matériaux filtrants, ainsi qu'une re- prise d'eau traitée et un dispositif de lavage disposés à la base de la masse filtrante. Ces filtres à lits de matériaux granulaires se présentent sous forme soit d'une enceinte ouverte en béton par exemple, soit d'une enceinte fermée, métallique ou en matière plastique. Le bon fonctionnement de ces filtres dépend, entre autres, de la parfaite répartition à travers la masse filtrante de l'eau à filtrer et des fluides de lavage, eau ou air et eau, injectés successivement ou simultanément. Le lit de matériaux filtrants repose soit sur un plancher surmontant une chambre de reprise de l'eau filtrée et d'in- troduction des fluides de lavage, soit sur le fond du filtre, cons- titué par une couche de matériaux granulaires de forte granulomé- trie ou une couche de béton. Il a été depuis longtemps établi que le lavage le plus efficace d'un filtre à lit de matériaux granulaires est le lavage à l'air et à l'eau injectés dans la masse filtrante, de bas en haut. Dans le cas o le matériau filtrant repose sur un plan- cher, ce lavage est généralement effectué au moyen de buselures fixées dans des perforations pratiquées dans ce plancher; ces bu- selures comportent une tige creuse munie à sa partie inférieure d'une ou plusieurs fentes verticales et plongeant dans la chambre située en dessous du plancher et dans laquelle sont injectés l'air et l'eau de lavage, et une tête perforée émergeant au-dessus du plancher dans la masse filtrante. Il est bien connu que cette dis- position est mal adaptée dans le cas de la filtration d'un fluide très colmatant et/ou corrosif. En effet, la plaque perforée qui constitue ce plancher, est soumise en fin de cycle de filtration à une pression différentielle élevée correspondant à la perte de charge due à l'écoulement du fluide au travers de la masse filtran- te et, dans le cas d'un filtre fonctionnant sous pression et dont les buselures se trouveraient être accidentellement obstruées, à la pression de fonctionnement dudit filtre qui peut être de plusieurs bars. Ce plancher doit alors être renforcé par des fers verticaux - 2 - et on aboutit à une structure très lourde et très onéreuse. D'autre part, lorsque le fluide à filtrer présente un carac- tère corrosif, toutes les parties du filtre en contact avec lui doivent recevoir un revêtement inerte à la corrosion et dont l'ap- plication doit être particulièrement soignée. Il est bien connu que les opérations d'application de ce revêtement et de préparation préalable des surfaces dans la chambre limitée par le fond du fil- tre et le dessous du plancher sont très délicates et onéreuses. Du fait de la difficulté de ces opérations, des dispositions doivent être prises pour permettre l'inspection périodique de l'état du revêtement de cette chambre. Pour pallier les inconvénients de cette dlsposition, il est proposé généralement soit la réalisation d'un plancher étanche re- posant sur un certain nombre de supports transmettant au fond de l'appareil les efforts engendrés par la pression de service due à l'écoulement au travers du matériau granulaire, soit le remplissage du fond du filtre par un béton inerte qui, dans ce cas également, lui transmet les efforts dus à la pression de charge. Dans les deux cas, on dispose sur la surface plane ainsi constituée un pre- mier collecteur muni de ramifications perforées assurant la collec- te du fluide filtré et la distribution de l'eau de lavage et au- dessus un second collecteur muni également de ramifications perfo- rées et destiné à distribuer l'air de lavage. Dans le cas o le fluide à filtrer est corrosif, ces ensembles de distribution peu- vent être réalisés en matière plastique ou en métal protégé par un revêtement anti-corrosion, ce revêtement pouvant dans ce cas être exécuté sans difficulté en dehors du filtre. Cette dernière solution présente cependant quatre incon- vàients principaux: - Elle demeure onéreuse puisqu'elle nécessite la mise en oeuvre de deux systèmes de répartition; - Elle ne permet pas, au moment du lavage, la distribution d'une émulsion d'eau et d'air puisque les deux fluides sont injectés séparément. L'efficacité du lavage n'est donc pas aussi bonne que celle obtenue avec un plancher à buselures; - La distribution d'eau et d'air n'est généralement assurée que par les ramifications, ce qui conduit à un mauvais lavage du ma- tériau disposé au-dessus des collecteurs. Lorsque les collecteurs eux-mêmes sont perforés, il est difficile d'obtenir une bonne répar- tition des fluides du fait de la différence de niveau entre le col- - 3 2485385 lecteur et ses ramifications; - Elle conduit à disposer entre les deux système de dis- tribution une couche de matériau granulaire de granulométrie suf- fisante pour ne pas être mise en expansion sous l'effet du débit d'eau de lavage mais pas trop importante pour qu'il n'y ait pas pénétration de la couche filtrante dans ses pores. La présente invention a pour objet un filtre à lit de matériaux granulaires qui remédie à tous les inconvénients des deux dispositions décrites ci-dessus et adoptées jusqu'à présent. Le filtre selon l'invention comporte des moyens placés en dessous du lit de matériaux granulaires pour la reprise de l'eau filtrée et pour l'introduction simultanée d'air et d'eau de lavage afin d'assurer un lavage à contre-courant du lit de matériaux gra- nulaires, ces moyens comprenant un collecteur muni de ramifications et reposant sur une surface de support étanche, et est caractérisé en ce que ce collecteur est unique et comporte une canalisation pour l'arrivée d'air de lavage et une canalisation pour la sortie de l'eau traitée et l'arrivée de l'eau de lavage, et en ce que le col- lecteur et ses ramifications portent à leur partie supérieure des buselures, de type connu, disposées de façon que-les fentes prévues à leur partie inférieure soient toutes au même niveau à l'intérieur du collecteur et de ses ramifications. Cette disposition assure une bonne répartition de l'eau à traiter pendant la filtration, en permettant déviter des passages préférentiels et des zones mortes dans la masse filtrante. Elle permet également d'obtenir la distribution d'une émulsion d'eau et d'air bien répartie lors du lavage avec un débit d'air et d'eau strictement identique pour chaque buselure, qu'elle soit fixée sur le collecteur ou sur ses ramifications. La canalisation pour l'arrivée d'air de lavage peut dé- boucher à la partie supérieure du collecteur ou être latérale. La canalisation pour l'arrivée de l'eau de lavage peut déboucher à la partie inférieure du collecteur ou à sa partie supérieure. La surface de support étanche peut être constituée par un plancher ou par un remplissage de béton disposé au-fond du filtre. Les buselures portées par les ramifications sont de pré- férence identiques à celles portées par le collecteur. Les têtes des buselures sont ainsi également au même niveau. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, chaque buselure est montée dans un orifice pratiqué dans la partie -4- supérieure du collecteur ou de l'une de ses ramifications au moyen d'une bague expansible emboîtée dans une embase perforée en son centre, l'embase et la bague ayant une hauteur plus faible lors- qu'elles sont montées sur le collecteur que lorsqu'elles sont mon- tées sur une ramification de celui-ci. On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un filtre suivant l'invention, avec référence au dessin annexé dans lequel: La Figure 1 représente une vue en coupe du filtre suivant l'invention, La Figure 2 est une vue en coupe transversale du collec- teur, au droit de sa liaison avec une paire de ramifications. Tel qu'il est représenté sur la Figure 1, le filtre sui- vant l'invention comporte une enceinte métallique 1, fermée, conte- nant un lit de matériaux granulaires 2 reposant sur un plancher 3 dont la planéité est assurée par des viroles concentriques de support 4 reportant l'effort de pression sur le fond bombé la du filtre. Cette enceinte est munie d'une canalisation 5 pour l'arri- vée de l'eau à traiter et la sortie des eaux de lavage, d'une cana- lisation 6 pour la sortie de l'eau traitée et l'arrivée de l'eau de lavage, et d'une canalisation 7 pour l'arrivée de l'air de lavage. Un collecteur 8 qui est ici diamétral, repose sur le plan- cher 3; il comporte une pluralité de ramifications 9. Le collecteur et les ramifications sont munis de buselures respectivement 10 et 11 dont les têtes émergent toutes au même niveau dans le lit de ma- tériaux granulaires 2. Les canalisations 6 et 7 débouchent dans le collecteur 8, respectivement à sa partie inférieure et à sa partie supérieure, alors que la canalisation 5 débouche à la partie supé- rieure de l'enceinte 1. Les buselures 10 et 11 sont identiques. Chacune d'elles comprend une tête 12 qui est munie d'une série de fentes 13 et com- munique avec un tube 14. Celui-ci comporte à sa partie supérieure un trou 15 et à sa partie inférieure une fente 16. Chacune des buselures est entourée par une embase 17 ou 17', en matière plastique, qui est posée directement sur le collec- teur ou sur l'une de ses ramifications, sa face inférieure en épou- sant parfaitement la forme alors que sa face supérieure est plane. Cette embase est percée en son centre d'un trou se trouvant en coin- cidence avec l'orifice prévu dans la paroi supérieure du collecteur ou de la ramification pour le passage du tube 14 de la buselure. Une -5 - bague expansible 18 ou 18' est disposée dans cet orifice et entoure avec jeu le tube 14 de la buselure. Cette bague comporte une colle- rette 18a ou 18'a qui est bloquée entre l'embase et la tête 12 de la buselure; sa partie inférieure est expansée et assure le bloca- ge mécanique de l'ensemble, ainsi que le maintien de l'étanchéité. L'embase 17 et la bague 18 ont une hauteur plus faible respectivement que l'embase 17' et la bague 18' de façon que, mal- gré la différence de niveau, de l'ordre de 40 à 50 mm, qui existe entre la paroi supérieure du collecteur 8 et celle d'une ramifica- tion 9, les têtes 12 des buselures soient au même niveau; étant donné l'identité de buselures, leurs fentes 16 sont également au même niveau. Lors du filtrage, le liquide à filtrer est introduit par la canalisation 6, est filtré par le lit 2, pénètre cns les ramifica- tions 9 et le collecteur 8 par les buselures 10 et 11, et est éva- cué par la canalisation 6. Au moment du lavage, on introduit l'air de lavage et l'eau de lavage dans le collecteur respectivement par la canalisation 7 et par la canalisation 6. Il s'établit un matelas d'air 19, à l'in- térieur du collecteur 8 et des ramifications 9, au-dessus de l'eau de lavage 20, le niveau de séparation étant sensiblement à mi-hau- teur des fentes 16. L'air et l'eau forment une émulsion qui traver- se les tubes 14 des buselures et à laquelle vient s'ajouter de l'air pénétrant dans ces tubes par les trous 15, pour pénétrer dans le lit 2 par les fentes 13. Les fentes 16 étant au même niveau, le rapport air/eau de l'émulsion est le même pour chaque buselure. Le collecteur 8 et ses ramifications 9, de même que les buselures 10 et 11 sont métalliques ou en matière plastique. Dans une disposition de l'invention, le collecteur et ses ramifications sont de section rectangulaire; dans ce cas, l'embase située sur le collecteur est éventuellement supprimée. Le filtre suivant l'invention est particulièrement fiable pour la filtration de l'eau de mer sur les plate-formes off-shore; il réunit en effet les avantages d'un encombrement et d'un poids réduit à l'efficacité d'un lavage air et eau simultanés. Il va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représen- té, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. - 6 - REVENDICATIONS 1. - Filtre à lit de matériaux granulaires comportant des moyens placés en dessous du lit de matériaux granulaires pour le reprise de l'eau filtrée et pour l'introduction simultanée d'air et d'eau de lavage afin d'assurer un lavage à contre-courant du lit de matériaux granulaires, ces moyens comprenant un collecteur muni de ramifications et reposant sur une surface de support étan- che, caractérisé en ce que ce collecteur(8)est unique et comporte une canalisation (7) pour l'arrivée d'air de lavage et une cana- lisation (6) pour la sortie de l'eau traitée et l'arrivée de l'eau de lavage, et en ce que le collecteur (8) et ses ramifications (9) portent à leur partie supérieure des buselures (10 et 11), de type connu, disposées de façon que les fentes prévues à leur partie in- férieure soient toutes au même niveau à l'intérieur du collecteur et de ses ramifications. 2. - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de support étanche est constituée par un plancher (3). 3. - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de support étanche est constituée par un remplissage de béton disposé au fond du filtre. 4. - Filtre selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les buselures 11 portées par les ramifications sont identiques à celle (10) portées par le collec- teur. 5. - Filtre selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que chaque buselure (10 ou 11) est montée dans un orifice pratiqué dans la partie supérieure du col- lecteur ou de l'une de ses ramifications au moyen d'une bague ex- pansible (18 ou 18') emboîtée dans une embase(17 ou 17') perforée en son centre, l'embase et la bague ayant une hauteur plus faible lorsqu'elles sont montées sur le collecteur (8) que lorsqu'elles sont montées sur une ramification (9) de celui-ci. 6. - Filtre suivant la revendimtion 5, caractérisé en ce que la bague expansible et l'embase sont en matière plastique. 7. - Utilisation du filtre suivant l'une quelconque des revendications précédentes pour la filtration d'eau de mer et de liquides corrosifs.