Brevet FR2580515A1 — publié le 19861024

La présente invention concerne un dispositif pour la reprise de l'eau dans un filtre à lit de matériau granulaire du type des filtres utilisés de façon courante en traitement des eaux pour éliminer les ma- tières en suspension et plus particulièrement pour l'épuration biologique par cultures fixées. Ces filtres, comportant au moins une couche de matériau granu- laire, sont conçus, suivant leur utilisation, pour opérer à flux descendant ou à flux ascendant, l'eau à filtrer étant distribuée par un moyen quel- conque respectivement au-dessus de la masse filtrante ou sous le plancher sur lequel repose la masse filtrante. Un lavage périodique du lit de ma- tériau granulaire est toujours nécessaire, la technique de lavage la plus efficace consistant à procéder, de façon connue, à une injection, de bas en haut de la masse filtrante, d'air et d'eau de lavage - ce lavage étant dit "à contre-courant" dans le cas des filtres opérant à flux descendant. L'eau de lavage est reprise par une goulotte et évacuée à l'égout. Cependant, cette technique de lavage appliquée à un filtre dont l'un au moins des matériaux filtrants est un matériau poreux, de fai- ble densité, tel que: anthracite traité, pierre ponce, argile expansée, etc..., présente des difficultés car, pendant la période de lavage à l'eau et à l'air, une partie de la masse filtrante se trouve entraînée jusqu'à la goulotte d'évacuation de l'eau de lavage. Il est connu de remédier à cet inconvénient en accumulant l'eau de lavage, pendant la période de lavage à l'eau et à l'air, dans une capacité disposée au-dessus de la goulotte d'évacuation, cette gou- lotte étant munie d'un dispositif tel que clapet, grillage, tamis... permettant l'obturation totale ou partielle de la goulotte pendant la pé- riode de lavage. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient d'une hauteur d'ouvrage importante et inutile en dehors de la période de lavage; de plus, ils nécessitent un certain temps de décantation du matériau filtrant et aussi des impuretés extraites et donc un débit d'eau d'autant plus im- portant que la distance à parcourir par l'eau de lavage jusqu'à la goulot- te d'évacuation est grande. D'autres dispositifs ont été proposés qui consistent en des cloisons verticales ou inclinées disposées aux alentours de la goulotte d'évacuation de l'eau de lavage, ces cloisons étant destinées à dévier le -2- flux d'air entraînant les grains de matériau, créant ainsi une zone favo- rable à la décantation de ces grains. Ces dispositifs comportent générale- ment, en outre, une grille horizontale disposée au-dessus du matériau fil- trant et donc susceptible d'être obstruée pendant la période de lavage par les impuretés extraites ou par le matériau filtrant lui-même, ce qui en- traîne une diminution de l'efficacité du système. Par ailleurs, ces dispositifs connus ne s'appliquent qu'à la reprise de l'eau de lavage et ne sont pas utilisables pour la reprise de l'eau traitée dans les filtres à lit de matériau granulaire utilisés pour l'épuration biologique sur cultures fixées et dans lesquels l'eau et l'air sont injectés de bas en haut aussi bien pendant la phase de traitement que pendant la phase de lavage du matériau: dans ces filtres en effet, les dispositifs connus conçus pour une utilisation périodique ne sont pas suf- fisants pour éviter des phénomènes de turbulence dus à l'insufflation per- manente d'air dans le filtre. En outre, utilisés en continu, ils s'obstruent très rapidement. Le dispositif objet de la présente invention pallie ces in- convénients et permet d'éviter totalement la perte de matériau en séparant ce matériau de l'eau traitée ou de l'eau de lavage et en le ramenant auto- matiquement dans le filtre. L'invention consiste en un dispositif pour la reprise de l'eau dans un filtre à lit de matériau granulaire comportant des moyens pour l'in- jection d'eau et d'air à travers le lit filtrant ainsi qu'une goulotte ex- terne munie d'un déversoir pour l'évacuation de l'eau, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il est constitué par une capacité, disposée entre le filtre et la goulotte d'évacuation et délimitée par une cloison perforée verticale située à l'aplomb de la paroi du filtre et un plan, incliné vers l'intérieur du filtre, ce plan incliné reliant le déversoir pour l'évacua- tion de l'eau dans la goulotte à la paroi du filtre située au-dessous de la cloison perforée. Suivant une disposition préférée de l'invention, la cloison perforée est constituée par une grille. Suivant l'invention, la grille verticale disposée à l'aplomb de la paroi du filtre est constituée d'au moins une rangée d'éléments tels que profilés, barres, plaques, barreaux, de forme et matériau quelconques, espacés d'une distance supérieure à la taille des grains de matériau fil- trant. -3- Suivant une disposition préférée de l'invention, la grille verticale est constituée de deux rangées d'éléments ayant entre eux un écartement supérieur à la taille des grains de matériau filtrant et dis- posés en quinconce. L'écartement entre les éléments de la grille est, suivant l'invention, avantageusement compris de préférence entre 1 et 20 cm. Suivant l'invention, le plan incliné reliant le déversoir au filtre forme, de préférence, un angle de 40 à 60 avec l'horizontale. Les divers caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre d'une de ses formes possibles de réalisation donnée uniquement à titre d'exemple. Au cours de cette description on se réfère au dessin ci-joint sur lequel: la Fig. 1 est une vue en coupe transversale du dispositif suivant l'invention, la Fig 2 représente un détail du dispositif suivant l'invention dans la forme de réalisation préférée de cette invention, o la grille verticale est constituée de deux rangées d'éléments disposés en quinconce. Le filtre 1 à lit de matériau granulaire 2, comportant des moyens connus d'alimentation en eau 3 et en air 3a pour réaliser le trai- tement de l'eau ou le lavage du matériau filtrant, ainsi qu'une goulotte 4 d'évacuation de l'eau traitée ou de l'eau de lavage, présentant un déver- soir réglable 5 est muni du dispositif 6 suivant l'invention. Ce dispositif est constitué par la capacité 7 délimitée par la grille 8 et le plan incliné 9 reliant le déversoir 5 à la paroi la du filtre située au-dessous de la grille 8 et descendant vers le filtre avec une pente, par rapport à l'horizontale, de " = 40 à 600. Ce plan incliné est relié au filtre par un plan horizontal 10, de 5 à 15 cm. Un écran 11 masquant la base de la grille et déplaçable verticalement sur cette der- nière, laisse une ouverture réglable 12 pour le passage du fluide de re- tour entraînant les grains de matériau dans le filtre. L'évacuation de l'eau par le déversoir 5 crée un courant d'eau allant de la zone 13 au-dessus du matériau filtrant vers la capacité 7. Cette zone 13 est fortement agitée par la remontée de l'air injecté dans le filtre. La grille 8 disposée sur le trajet de l'émulsion eau-air provenant de la zone 13 provoque le choc des bulles d'air et des grains 4- de matériau filtrant entraînés par l'eau et favorise leur séparation qui s'effectue dans la capacité 7 avec décantation des grains sur le plan in- cliné 9. Cette décantation est encore favorisée par l'absence, dans la zone créée par la capacité, d'une composante verticale de vitesse. Il s'ensuit que les impuretés plus légères détachées du matériau filtrant sont entraînées vers le déversoir pour être évacuées par la goulotte, tandis que les grains de matériau décantent sur le plan incliné. On a constaté en outre que, le passage à travers la grille de l'émulsion d'eau et d'air se trouvant au-dessus du filtre provoque une rupture de cette émulsion et que la différence qui en résulte entre la densité de l'émulsion se trouvant au-dessus du matériau filtrant et celle du f luide se trouvant dans la capacité 7 crée une circulation de haut en bas d'une partie du fluide qui transite dans la capacité, ramenant auto- matiquement vers l'intérieur du filtre les grains de matériau décantant sur le plan incliné, l'autre partie du fluide se dirigeant vers le déver- soir et la goulotte, comme le montrent les flèches sur la Fig. 1. Le plan incliné 9 est avantageusement relié au filtre par un plan horizontal 10 permettant d'éviter un affouillement de la couche filtrante par le courant de fluide retournant dans le filtre et y ramenant les grains de matériau décantés. La différence de densité des fluides présents dans la zone 13: émulsion eau-air et dans la capacité 7: eau seule, crée un courant de retour vers le fond de la capacité et donc vers le filtre. Comme le montre la Fig. 2, la grille 8 est avantageusement constituée de deux rangées 14, 15 d'éléments tels que, par exemple, pla- ques 16 et profilés 17, disposés verticalement, de préférence en quinconce, de façon à améliorer encore la rupture de l'émulsion eau-air. La distance 18 entre deux éléments, tels que plaques ou profilés successifs d'une même rangée, est généralement comprise entre 1 et 10 cm; la distance 19 entre deux rangées de ces éléments est égale- ment comprise entre 2 et 10 cm, chaque élément ayant une longueur comprise entre 5 et 20 cm. La grille peut être constituée d'éléments, tels que profilés, différents suivant les types de matériau filtrant utilisés. -5. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la reprise de l'eau dans un filtre à lit de matériau granulaire comportant des moyens pour l'injection d'eau et d'air à travers le lit filtrant ainsi qu'une goulotte externe, munie d'un déversoir pour l'évacuation de l'eau, caractérisé en ce qu'il est constitué par une capacité (7) disposée entre le filtre et la goulotte (4) d'évacuation et délimitée par une cloison perforée verticale située à l'aplomb de la paroi (1 a) du filtre et un plan (9), incliné vers l'intérieur du filtre, ce plan incliné reliant le déversoir (5) pour- l'évacuation de l'eau par la goulotte (4), à la paroi (1 a) du filtre située au-dessous de la cloison perforée. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison perforée verticale consiste en une grille (8). 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grille (8) verticale disposée à l'aplomb de la paroi (1 a) du filtre est constituée d'au moins une rangée d'éléments (16, 17) tels que profilés, barres, plaques, barreaux, de for- me et matériau quelconques, espacés d'une quantité supérieure à la taille des grains de matériau filtrant. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la grille (8) est constituée d'une pluralité de rangées (14, 15) d'éléments (16, 17) disposés en quinconce. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'écartement entre les éléments superposés constituant la grille est avantageusement compris entre 1 et 10 cm, la distance séparant deux rangées d'éléments étant de préférence comprise entre 2 et 10 cm. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plan incliné (9) reliant le déver- soir (5) au filtre, forme un angle de 40 à 60 avec l'horizontale. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plan incliné (9) est relié au filtre par un plan horizontal (10), le bas de la grille (8) étant masqué par un écran (11) de position réglable sur la grille et délimitant à la base de cette dernière une ouverture (12) suffisante pour le passage des grains de matériau granulaire.