Brevet FR2500320A1 — publié le 19820827

t500320 -1- La présente invention concerne un élément de rem- plissage pour filtres, notamment pour filtres biologiques, ainsi que pour les colonnes de contact pour réactions chimiques dans lesquelles un fluide à purifier est amené à circuler le long des faces de ruissellement dudit élé- ment, en contact avec un autre milieu tel que, par exemple, de l'air oxydant, lesdites faces d'écoulement présentant des surfaces mouillables relativement impor- tantes, disposées inclinées à un angle d'environ 3 à 400 et, de préférence, 5 à 15 , par rapport à l'axe de symétrie vertical de l'élément. Un tel type d'élément de remplissage peut également être utilisé dans des tours de lavage de fumée ainsi que dans des colonnes de dis- tillation. On sait que le fonctionnement d'un filtre biologique repose sur l'activité de micro-organismes fixés sur les faces des éléments de remplissage constituant le filtre. L'effluent à purifier est distribué régulièrement à la partie supérieure du filtre biologique; il descend - alors en ruisselant le long des surfaces des éléments de remplissage et, ce faisant, se trouve en contact étroit avec un flux d'air traversant vers le haut l'unité de filtrage. Un tel filtre biologique peut être utilisé soit à titre d'unité de pré-traitement, soit comme unité de traitement principal, en fonction des conditions de charge et de débit imposées à l'opération. Pour compléter t5OO32Ou.- -2- le filtrage biologique il peut être prévu également un traitement chimique. Pendant de nombreuses années on a utilisé, à titre d'éléments de remplissage dans les filtres, des blocs de pierre ou d'autres matières inertes; mais ce type d'élément de remplissage a été progressivement écarté en raison de leur faible efficacité, de leur grand poids et des risques de colmatation ou, au moins, d'écoulement irrégulier à l'intérieur de l'unité de filtrage. J-o Avant l'apparition des matériaux synthétiques, l'em- ploi des filtres biologiques était largement freiné par le coût élevé du matériel de filtration. Avec l'appari- tion de ces nouvelles matières et la possibilité de réaliser avec elles des éléments de remplissage il est devenu maintenant possible et économiquement acceptable de recourir de façon plus large à l'emploi de filtres biologiques. L'état de la technique dans ce domaine peut être illustré par la publication de brevet anglais 1 498 360 décrivant un élément de remplissage en matière synthé- tique se composant d'un corps cylindrique équipé d'une pluralité d'anneaux inclinés, montés à l'intérieur les uns des autres. Comme de tels éléments de remplissage sont destinés à être versés en vrac dans une colonne de filtration, lesdits anneaux sont équipés d'ouvertures et d'évidements relativement importants afin que le liquide puisse ruisseler aussi facilement que possible 2-500320 -3- à travers la couche constituée par l'empilement de ces éléments de remplissage. Ceci signifie cependant qu'il n'y aura pas de surfaces d'étendue appréciable sur aucun des éléments de remplissage le long desquelles le liquide ne puisse ruisseler en contact avec l'air oxydant. L'état de la technique peut être également illustré par la publication de brevet anglais 1 439 745 qui décrit un élément de remplissage pour filtres se composant d'un corps cylindrique ou tubulaire équipé de plusieurs entre- toises, garni de moyens de remplissage et dont les parois peuvent être perforées. Le cylindre présentant une longueur relativement grande et l'organisation des différents éléments de remplissage cylindriques à l'in- térieur du filtre étant aléatoire il peut y avoir assez facilement des irrégularités d'écoulement ou des zones de colmatage. L'objet de la présente invention est de fournir un élément de remplissage pour filtres ou colonnes de contact dont les surfaces mouillables présentent une surface relativement importante pour faciliter au maxi- mum le contact entre le fluide à purifier et un autre milieu. Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention la hauteur des éléments de remplissage est comprise entre 20 et 60 % de la largeur maximale dudit élément, la portion la plus haute de cet élément se trouvant au voisinage de son axe. En utilisant un tel -4- type de réalisation on peut constater que si l'on verse de tels éléments de remplissage dans une colonne, la plus grande partie d'entre eux finiront par se placer dans une position relativement proche de l'horizontale. Ceci signifie que le fluide pourra s'écouler aussi bien par la face supérieure que par la face inférieure de cet élément et que les deux cetés des surfaces de ruis- sellement seront mouilles. Ceci est la façon la plus efficace d'utiliser la surface de ruissellement. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de remplissage comporte des surfaces de ruissellement constituées par une pluralité de nappes concentriques à directrice circulaire, elliptique, triangulaire, quadrangulaire ou polygonale et à géné- ratrice, soit parallèle à l'axe de la directrice, soit concourant avec cet axe, les différentes nappes d'un même élément étant rendues solidaires par des entretoi- ses orientées d'une façon sensiblement radiale; les entretoises pourraient aussi être orientées différem- ment du moment que la fonction de fixation soit correc- tement assurée. Un tel type de construction permet une aussi grande surface de ruissellement que possible et par conséquent une importante surface mouillable sur chacun de ces éléments. Dans l'un des modes de réali- sation de l'invention il y a jusqu'à cinq nappes dans cha- cun des éléments de remplissage. -5- L'efficacité de cet élément peut être augmentée en prévoyant, sur le bord supérieur de l'une ou l'autre des nappes, un canal suivant la direction de la directrice de la nappe: ce canal permet d'améliorer la distribution interne du fluide sur les surfaces de nappe tout en ame- nant une résistance mécanique supérieure de l'ensemble. On peut, en outre, augmenter encore l'efficacité de contact de l'élément de remplissage par des traitements divers des surfaces de ruissellement: elles peuvent être rendues rugueuses, comporter des rayures ou des motifs obtenus par emboutissage ou équipées d'arêtes, d'ailettes ou d'entretoises; elles peuvent être également perforées ou entaillées ou équipées d'ouvertures de natures diver- ses; bien entendu il reste toujours possible de combiner deux ou plusieurs des modifications de surfaces indiquées ci-dessus. Pour rendre plus probable une mise en place en posi- tion sensiblement horizontale des éléments de remplissage, la hauteur de cet élément décroit à partir de la portion proche de l'axe vers les bords extérieurs, de telle sorte que l'angle au sommet de l'élément soit compris entre 140 et 1800. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce à la description qui suit, donnée en regard des dessins des deux planches annexées. -6 - Sur ces dessins: - la figure 1 représente, en coupe axiale, un élément de remplissage selon la présente invention; - la figure 2 est une vue de dessus de l'élément reprêsen- té sur la figure 1 - la figure 3 montre, en coupe axiale, un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue de dessus d'une variante de l'invention et - la figure 5 est une vue, en coupe axiale, d'un élément selon l'invention dans lequel l'une des nappes est é- quipée d'un canal circulaire. Si on se reporte simultanément aux figures 1 et 2 on peut voir un élément de remplissage selon la présente invention qui présente la forme d'un disque et se compose d'une nappe conique externe, 1, et d'une nappe conique interne, 2, coaxiales, mais présentant des orientations opposées; ces deux nappes sont réunies par des entre- tQJ ses 4 d'orientation radiale; de plus, la nappe exter- ne 1 est munie d'ailettes de renforcement, 3, de direc- tions orthogonales à la surface de la nappe. Les parties des ailettes situées du côté extérieur de la nappe 1 sont arrondies dans leurs extrémités 5 ainsi que cela apparaît clairement sur la figure 1. Les ailettes 3 et les entre- toises 4 déterminent donc le contour de l'élément de remplissage; on peut voir que la hauteur de cet élément est maximale au voisinage de son axe et qu'elle décroit au fur et à mesure qu'on s'éloigne de cet axe. -7- Les valeurs des angles d'inclinaison des nappes externe 1 et interne 2 ont été déterminées de telle sorte que le liquide à purifier puisse s'écouler sur les faces supérieure et inférieure de ces nappes, cela afin de tirer le meilleur parti des surfaces disponibles de celles-ci. Expérimentalement on a pu montrer que des an- gles compris entre 0 et 250 conviennent pour permettre un écoulement sur les deux faces; si l'inclinaison est supérieure à 25 le liquide décroche de la face infé- rieure des nappes surtout lorsque les débits sont impor- tants et, dans ce cas, la surface mouillée utilisable diminue. Dans le cas de la réalisation des figures 1 et 2 l'inclinaison des nappes par rapport à l'axe est de 120. Si on se reporte maintenant à la figure 3, on peut voir une section axiale similaire à celle représentée sur la figure 1, d'un élément qui, par rapport à ce qui a été décrit précédemment, comporte deux nappes supplé- mentaires, 6 et 7, sensiblement parallèles respectivement au\ nappes 1 et 2. Ces nappes auxiliaires sont maintenues en place par les entretoises 4; pour le reste, la structure de cet élément est identique à celle de celui précédemment décrit. Si l'on se reporte maintenant à la figure 4, on y voit, représenté en vue de dessus, un autre mode de réa- lisation de l'élément de remplissage selon l'invention dans lequel les directrices des nappes coaxiales sont, -8- non pas des cercles comme précédemment, mais des carrés; sur cette figure les mêmes références se rapportent aux éléments qui ont été décrits en relation avec les figures 1 et 2; les extrémités des ailettes 5 sont également ar- rondies comme cela est apparent sur les figures 1 et 3 précédentes. Si l'on se reporte, enfin, a la figure 5 on peut y voir un élément de remplissage identique a celui repré- senté par les figures 1 et 2 si ce n'est qu'il a été prévu, solidaire du bord supérieur de la nappe externe 1, un canal annulaire 8. Ce canal, suivant la périphérie externe de la nappe 1, permet une distribution plus ré- gulière du flux de liquide sur l'ensemble de l'élément, amenant, d'une part, une amélioration du ruissellement sur les faces de ces nappes et, d'autre part, une augmen- tation de la rigidité de l'élément de remplissage. Bien entendu, le canal 8 peut également être prévu à la périphérie externe opposée de la nappe 1, orienté vers l'extérieur; il pourrait également y en avoir, dis- posés de la même façon, sur les bords de la nappe 2. REVENDICATIONS 1) Elément de remplissage pour l'emploi dans des filtres biologiques ou dans des colonnes de contact dans lesquelles le fluide à purifier est amené à circuler le long des faces d'écoulement dudit élément de remplissage au contact avec un autre milieu tel que, par exemple, de l'air oxydant, les dites faces d'écoulement présentant des surfaces mouillables rela- tivement importantes, distosées inclinées à un angle d'environ 3 à 40 et, de préférence, 5 à 15 , par rapport à l'axe vertical de symétrie de l'élément, caractérisé en ce que la hauteur de l'élément de rem- plissage est comprise entre 20 et 60 % de la dimension la plus large de l'élément, la portion la plus haute de cet élément se trouvant au voisinage de son axe. 2) Elément de remplissage selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'angle d'ouverture au sommet et à la base de chaque élément est compris entre et 1800. 3) Elément de remplissage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la périphérie externe de l'élément comporte des ailettes à bords arrondis. 4) Elément de remplissage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le bord supérieur d'au moins l'une des faces de ruissellement est munie d'un canal circulaire.