Brevet FR2523468A1 — publié le 19830923

FILTRE ET METHODE POUR RETIRER-LES SOLIDES HORS DES LIQUIDES. La présente invention concerne un filtre à milieu de particules ainsi qu'une méthode destinés à retirer les solides hors des liquides. Les filtres à milieu granuleux comprenant inter alia un lit de sable, de gravier, d'anthracite qualibrés ont longtemps été utilisés pour l'enlèvement hors de l'eau dessolides qui y sont en suspenssn.Ilest nécessaire que les solides soient dans un état destabilisé, et des coagulants tels que le sulfate d'aluminium et les sels de fer ou un polymère synthétique sont traditionnellement utilisés. Les solides sont retirés principalement par interception sur la face d'attaque de chaque particule quand le flux liquide se divise puis se rejoint dans la structure capillaire du lit. Un milieu granuleux typique a un vide interne dans la gamme de 0,35 - 0,5 du volume total du lit. Cette quantité constitue l'espace maximal théorique-pour la rétention des solides. De plus quand le milieu se trouve bloqué la vitesse intersticielle s'accroît et en même temps la taille effective des canaux capillaires est réduite avec un résultat global que le gradient hydraulique s'élève brusquement. C'est devenu une pratique courante d'utiliser une couche d'un milieu grossier en amont d'une couche de polissage fine, soit dans la même chambre ou dans un préfiltre séparé. Cette combinaison permet à des quantités plus grandes de solides d'être retenues et ainsi l'efficacité est améliorée, des taux plus élevés sont employés et des suspensions plus concentrées peuvent être filtrées sans traitement préliminaire tel qu'une décantation ou une flottation. Des réservoirs de décantation par ailleurs sont conçus sur la base d'un taux de surface tel que l'aire du réservoir est le dividende du taux du flux volumétrique et du taux de surface spécifique. Il est possible de réduire la surface totale du réservoir et son volume par des planches ou des fonds intermédiaires horizontaux ou inclinés. Dans le cas de fonds inclinés la surface effective est le total de l'aire des plaques de fond ou des planches projetées horizontalement. Des anneaux manufacturés ou des composants en formedesele oude tuile faitière sont utilisés d'une façon extensive pour garnir des tours pour des opérations de transfert gaz/liquides et également dans le procédé associé de purification biologique ou une telle garniture supporte un film biologique en contact avec l'air, de telles garnitures ont également été proposées pour la floculation des solides suspendus dans l'eau parce que la résistance hydraulique au flux fait que un taux de cisaillement convenable est créé A dans le fluide ce qui cause la collision et l'agglomération des particules suspendues. Dans un de ses aspects l'invention fournit une méthode pour extraire les solides des liquides dans laquelle le liquide à traiter passe à travers une masse formée aléatoirement de pièces de garniture ayant un vide total excédant 50 %, chaque pièce de garniture ayant une dimension minimale excédant 5mm et dans laquelle la séparation des solides se produit dans une région où la phase continue est liquide. De préférence le vide total est supérieur à 80 % et a une valeur idéale dans la région de 90 %. Selon le second de ses aspects, l'invention fournit un filtre pour retirer les solides des liquides comprenant une masse aléatoire de pièces de garniture manufacturées ayant un vide total excédant 50 % et chaque pièce ayant une dimension minimale de 5 mm et des moyens pour nettoyer la garniture in situ. De préférence, les pièces de garniture sont des anneaux de Rashig, des anneaux de Pall, des pièces en forme de tuile ou similaires. On a trouvé que de telles pièces de garniture constituent un milieu de filtration utile quand on s'en sert en combinaison avec des filtres à milieu granuleux conventionnels à un ou deux milieux de filtration. Le mécanisme de filtration dans ce cas apparaît comme une combinaison de décantation sur la surface du milieu dirigée vers le haut et d'interception dans une certaine mesure. De telles pièces de garniture présentent un vide intrinsèque élevé (environ 90 %) ce qui réduit le prix global de la garniture et fournit une capacité d'emmagazinage pour les solides. Bien que l'efficacité ne soit pas aussi élevée que celle d'un filtre à milieu granuleux, la garniture réduit néanmoins la charge passant vers l'avant d'une façon très considérable et constitue un préfiltre très économique ayant une perte de charge négligeable contrairement au préfiltre à milieu granuleux. On a trouvé de plus que les solides retenus dans le volume de la garniture pouvaient être facilement déplacés par un nettoyage à l'air d'une manière identique à celle employée dans les filtres à milieu granuleux. La suspension résultante peut être drainée vers le bas ou chassée vers le haut par un nettoyage à grande eau vers l'arrière. Les pièces de garniture manufacturées peuvent être faites dans des matériaux qui sont plus denses ou moins denses que l'eau. Les derniers ont l'avantage que la couche du préfiltre flotte librement sur le milieu granuleux et ne le pénètre pas. Il n'y a pas de difficultés à maintenir les couches complètement séparées. Une grille de rétention peut être utilisée pour maintenir la garniture submergée bien que la garniture puisse alternativement être laissée partiellement flottante et exposée aux cuves ou auges de nettoyage insérées dans la surface d'exposition. Une telle garniture est capable d'extraire des particules qui flottent aussi bien que des particules qui coulent, ces deux sortes de particules étant retenues; ainsi le préfiltre décrit peut être utilisé aussi bien avec une alimentation aérée qu'avec une alimentation formée de solides lourds. Des économies particulières peuvent être réalisées si la garniture à vide élevé est incorporée dans un filtre conventionnel par gravité et à milieu granuleux car la garniture peut occuper le volume du fluide au-dessus du milieu granuleux qui aurait été autrement laissé libre et qui est normalement prévu pour empêcher les pertes de charge négatives, c'est-à-dire pour empêcher qu'une pression inférieure à la pression atmosphérique se produise dans le milieu granuleux juste au-dessous de la surface, ce qui a lieu si la perte de charge dde à l'encrassement est concentré sur la couche de surface. Dans cette situation l'air sort de la solution et bloque le filtre. La perte de charge dans la garniture du préfiltre est négligeable et ainsi cette épaisseur d'eau exerce encore son effet d'origine sur la pression hydrostatique dans le milieu granuleux. Aussi les moyens de nettoyage des filtres conventionnels par gravité à milieu granuleux peuvent-ils servir complètement ou partiellement pour nettoyer les pièces de garniture bien que par exemple un système de distribution séparé de nettoyage par l'air puisse être incorporé entre le milieu granuleux du filtre et la garniture pour nettoyer cette dernière. De plus il n'existe pas de raison pour que la garniture à vide élevé ne puisse pas être utilisée dans une chambre ou un réservoir séparé si on le désire. Le brevet britannique NO 1 302 080 a décrit un filtre à milieu granuleux dans lequel l'eau entrante est injectée dans le lit du milieu plutôt que dans l'espace situé au-dessus. Pendant la chasse d'eau arrière, les solides retenus par le lit sont chassés vers le haut au-delà du point d'injection et le filtre revient en service. Les solides déplacés sont partiellement retenus au-dessus du lit et lavés vers l'extérieur au cours de lavages successifs. Le même procédé peut être appliqué à un filtre conforme à la présente invention et à vrai dire la perte de charge très faible associée avec la garniture à vide élevé l'emporte sur la perte de charge élevée associée à l'invention décrite dans le brevet britannique susvisé. Le liquide d'alimentation peut être aéré soit avec de l'air dispersé ou grace à la fourniture d'un liquide contenant des gaz dissouts, jusqu'à un niveau au-dessus du niveau d'équilibre avec la pression atmosphérique. Ainsi, un filtre conforme à la présente invention peut être utilisé comme un préfiltre soit en filtration directe soit à la suite d'un réservoir de sédimentation ou à la suite d'un réservoir de flottation ou encore là où des bulles d'air sont libérées pour produire la flottation mais où la flottation elle-même a lieu à l'intérieur de la garniture. L'invention va être maintenant décrite d'une façon plus particulière en relation avec le dessin annexé qui montre une réalisation d'un filtre conforme à la présente invention. En se référant au dessin, un réservoir de filtration par gravité 1 est représenté et présente un système de. drainage inférieur conventionnel 2 qui est relié à un système de nettoyage par chasse d'eau arrière ou par air 11 et 12 et à un système 13 de réglage de sortie qui tous sont conformes à la pratique conventionnelle. Une couche 3 de garniture de gravier grossier en même temps qu'un milieu de filtrage actif 4 et s'il le faut une couche 5 d'anthra cite grossier sont placés sur le fond du filtre, également d'une façon classique. Une zone 6 d'eau surnageante est habituellement aussi profonde que la perte de charge maximale due à l'encrassement à travers le filtre pour empêcher des conditions de perte de charge négative. Une garniture 7 à vide élevé constituée par une masse aléatoire de pièces de garniture creuses manufacturées est disposée dans cette zone d'eau surnageante.Un arrangement consiste à utiliser une cuve 9 à haut niveau d'entrée pour le liquide de lavage avec une grille grossière 8, pour garder la garniture submergée et assurer la distribution de l'eau à travers la garniture. Sous d'autres aspects le procédé continue à suivre la pratique courante. Au cours du filtrage l'eau s'écoule à travers la garniture du préfiltre à vide élevé vers le bas dans le milieu granuleux. Pour le nettoyage arrière le lit est nettoyé au moyen d'air et dans la disposition représentée ce lavage arrière amène les solides à déborder dans la cuve de lavage. Dans d'autres dispositions il peut être préférable de drainer les solides vers le bas à partir de la garniture du préfiltre à travers un collecteur de drains perforés dans une zone intermédiaire d'eau libre 10 de la zone d'eau surnageante 6. La garniture du préfiltre aide au déplacement des solides chassés vers l'arrière en favorisant un flux vers le haut à partir du milieu granuleux vers le puits ou la cuve de nettoyage. Les taux de flux sont typiquement ceux utilisés dans les filtres à milieu granuleux (5-20m/heure) et pour la chasse d'eau arrière les taux sont commandés principalement par le milieu granuleux employé. Les pièces de garniture manufacturées peuvent prendre la forme d'anneaux de Rashig, d'anneaux de Pall ou de tuiles ou toutes autres formes réalisées dans cette intention et les dimensions minimales peuvent varier de 5 mm jusqu'à 50 mm ou plus, spécialement si les formes ont des surfaces internes telles que les anneaux de Pall. Le polyéthylène est un matériau qui convient pour les anneaux. Il peut se pigmenter s'il est exposé à la lumière du jour. Les polymères basés sur le styrène ou le polychlorure de vinyle peuvent également être utilisés. L'efficacité de la garniture du préfiltre varie avec la taille, le taux de flux et d'autres conditions mais une réduction des solides qui passent vers l'avant dans le milieu granuleux est typiquement de 25 %-~* 90 %. De plus le pourcentage de réduction tend à s'accrottre quand la concentration des solides s'accroît si bien que la charge passant vers l'avant dans le filtre à milieu granuleux est plus indépendante de la concentration des solides entrants que cela serait le cas autrement. - REVENDICATIONS 1 - Méthode d'extraction des solides hors des liquides caractérisée en ce que on fait passer le liquide à traiter à travers une masse aléatoire de pièces de garniture manufacturées (7) ayant un vide total en excédent de 50 %, chaque pièce ayant une dimension minima lé excédant 5 mm, et en ce que la séparation des solides a lieu dans une région où la phase continue est liquide. 2 - Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le vide total excède 80 %. 3 - Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le vide total est dans la région de 90 %. 4 - Méthode conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que le liquide passe consécutivement à travers un filtre à milieu granuleux (3, 4, 5). 5 - Méthode conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que le liquide d'alimentation est aéré avec-de l'air dispersé ou grâce à l'apport d'un liquide contenant des gaz jusqu'à un niveau au-dessus du niveau d'équilibre avec la pression atmosphérique de manière à faire flotter les solides suspendus. 6 - Filtre pour extraire les solides hors des liquides caractérisé en ce qu'il comprend une masse aléatoire de pièces de garniture manufacturées (7) ayant un vide total excédant 50 %, chaque pièce ayant une dimension minimale de 5 mm et des moyens pour nettoyer la garniture (11, 12). 7 - Filtre conforme à la revendication 6 caractérisé en ce que les pièces de garniture sont des anneaux de Rashig. 8 - Filtre conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les pièces de garniture sont des anneaux de Pall. 9 - Filtre conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les pièces de garniture ont la forme d'une selle ou d'une tuile faitière. 10 - Filtre conforme à l'une quelconque des revendications 6, 7, 8, 9 caractérisé en ce que les pièces de garniture sont en polyéthylène. 11 - Filtre conforme à l'une quelconque des revendications 6, 7, 8, 9, caractérisé en ce que les pièces de garniture sont en un polymère de styrène. 12 - Filtre conforme à l'une quelconque des revendications 6, 7, 8, 9, caractérisé en ce que les pièces de garniture sont en un polymère de chlorure de vinyle. 13 - Filtre conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le vide total excédé 80 %. 14 - Unité de filtration comprenant le filtre de l'une quelconque des revendications 6 à 13 en combinaison avec un filtre à milieu granuleux, dans une monture commune. 15 - Unité de filtration conforme à la revendication 14, caractérisée en ce que des moyens (11, 12) sont prévus pour nettoyer le filtre à milieu granuleux et que ces moyens servent aussi à nettoyer les pièces de garniture complètement ou partiellement. 16 - Unité de filtration conforme à la revendication 14, caractérisée en ce que des premiers moyens sont prévus pour nettoyer le filtre à milieu granuleux et des seconds moyens sont prévus pour nettoyer la garniture.