Brevet FR2576805A1 — publié le 19860808

La présente invention concerne un appareil de filtration tangentielle destiné à la filtration de fines particules en suspension dans des liquides et susceptible d'etre utilisé, en particulier, dans des installations de traitement des eaux naturelles pour un usage domestique, agricole ou industriel, d'épuration des eaux usées, de séparation de produits minéraux dans l'industrie chimique, de séparation- de micro-algues et plus généralement dans toute installation de traitement sur membrane microporeuse de microfiltration. Le principe de la filtration tangentielle est bien connu : il consiste à créer un déplacement relatif à grande vitesse de la suspension à filtrer et du matériau filtrant poreux de façon à ralentir ou éviter la formation de dépôts sur ce matériau filtrant. Cette technique permet la filtration de fines particules en suspension de dimensions comprises entre quelques microns et quelques dizaines de microns. Par son principe meme la technique de filtration tangentielle conduit à des flux de filtrat importants du fait de la perméabilité du milieu filtrant utilisé. En conséquence, le débit principal du liquide à filtrer diminue de façon sensible d'une extrémité à 1' autre de l'élément filtrant. Plusieurs types d'éléments filtrants ont déjà été décrits, qui permettent de réaliser une telle filtration tangentielle. Cependant, la principale difficulté rencontrée est la maitrise de l'écoulement du liquide à filtrer. En effet, il est indispensable de conserver dans l'écoulement principal du liquide à filtrer, la vitesse nécessaire au maintien en suspension des particules. Certains appareils connus permettent de plier cette diffi culté en soumettant le liquide à filtrer à un écoulement suivant un trajet hélicoidal, autour d'un cylindre constitué d'une membrane microporeuse# ou successivement entre des disques ou des plateaux munis de membranes microporeuses, ou le long d'un conduit constitué de matériau filtrant et formant une rampe hélicoidale. D'autres appareils connus impriment au liquide à filtrer une vitesse de rotation importante en le centrifugeant contre la paroi filtrante. La présente invention a pour objet un appareil de filtration tangentielle conçu de façon à maintenir une vitesse tangentielle élevée du liquide à filtrer malgré un débit de filtrat représentant une :fracfi-on importante du débit de liquide à filtrer. L'appareil suivant l'invention, comprenant al ns un mo- dule de filtration tangentielle, au moins un orifice pour #l'entr# -du liquide à traiter, au moins un orifice pour la sortie du concentrat-etnau moins un orifice pour la sortie du filtrat est caractérisé en ce que chaque module est constitué par un élément filtrant comportant un conduit parcouru #par le liquide à filtrer et dont la section décroft, dans le sens de l'-écoulemellt du liquide à traiter, de l'orifice d'entrée du liquide vers l1orifice-de sortie du concentrat. Suivant une caractéristique de l'invention la base du Conduit parcouru par le liquide à filtrer est constituée par la surface externe d'un réceptacle destiné à recueillir le filtrat et ses parois sont formées par une plaque, agencée de façon à séparer les flux de liquide à traiter, de filtrat et de concentrat et à les évacuer#séparément. Suivant l'invention, la section du conduit décroft, par paliers ou de façon continue, de l'amont vers l'aval. Suivant une disposition préférée de l'invention, le conduit est en forme de prisme à base trapézoidale, à base triangulaire ou de toute autre forme. Egalement suivant une caractéristique de l'invention, le réceptacle destiné à récupérer le filtrat est constitué par deux plaques creuses en forme de coquilles identiques accolées par leurs faces internes, la face externe de ces plaques supportant le milieu filtrant et constituant la paroi inférieure du conduit dans lequel s'écoule le liquide à traiter, les autres parois du conduit étant formées par la plaque séparant les flux de liquide à traiter de filtrat et de concentrat, plaque dont l'épaisseur définit la hauteur du conduit et dont la forme délimite la surface de filtration. Cette surface de filtration va en décroissant dans le sens de l'écoulement du liquide à traiter depuis son entrée dans 11 élément filtrant vers sa sortie sous forme de concentrat. Suivant une caractéristique de l'invention, les faces internes du réceptacle destiné à récupérer le filtrat sont munies de rainures guidant ce filtrat vers des créneaux débouchant dans un orifice d'évacuation Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où l'appareil comporte plusieurs modules superposés, les plaques séparant les flux ont une épaisseur constante définie en fonction du liquide à traiter. Un simple changement de ces plaques permet de modifier les caractéristiques de l'appareil. Les divers caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une de ses formes possibles de réalisation données à titre d'exemple non limitatif. Au cours de cette description on se réfère aux dessins cijoints sur lesquels la Fig. 1 est une vue en perspective d'un module de filtration suivant l'invention, la Fig. 2 est une perspective éclatée, montrant chaque élément cons tituant le module de filtration, les Fig. 3 et 4 sont des vues en coupe d'un appareil comportant dix modules de filtration superposés, la Fig. 5 est une vue schématique d'une installation comportant un appareil suivant l'invention et les dispositifs nécessaires à son lavage. Dans la constitution du module entre une plaque 1, aménagée de façon à présenter un conduit 2 que suit le liquide à traiter pendant son passage dans le module et des orifices 3, 4, 4a et 5, respectivement pour l'entrée du liquide à traiter, la sortie du filtrat et celle du concentrat. Conformément à l'invention, le conduit 1 est d'une forme telle que sa section diminue dans le sens de l'écoulement du liquide à traiter, il est, dans l'exemple choisi, en forme de prisme à base trapé zoidale. La plaque 1 qui, grâce à son agencement assure la séparation des flux de liquide à traiter, de filtrat et de concentrat et que l'on appellera, par la suite, plaque séparatrice,#est superposée à un récepta cle de forme identique à celle de la plaque, servant d'une part de support à un milieu filtrant, d'autre part à récupérer le filtrat. Dans l'exemple choisi, ce réceptacle consiste en deux plaques creuses en forme de coquilles identiques 6, 6a, accolées par leurs faces internes. Chaque face externe de ces plaques supporte le milieu filtrant 7 et constitue la paroi inférieure du conduit 2 dans lequel s'écoule le liquide à traiter, les autres parois du conduit étant formées par la plaque 1 dont l'épaisseur définît la hauteur du conduit et dont la forme délimite la surface de filtration. Le milieu filtrant 7 est constitué avantageusement par une membrane poreuse obtenue à partir de matériaux naturels ou synthétiques ou un tissu métallique ou en fibre textile quelconque convenable, un feutre, etc. . . Les deux plaques creuses 6, 6a, formant le réceptacle destiné à récupérer le filtrat sont munies sur leurs faces internes accolées face à face de rainures 8 pour l'écoulement du filtrat par les créneaux 9 vers les orifices 4, 4a. L'ensemble ainsi décrit forme, comme on le voit à la Fig 1 une enceinte, parallélépipédique dans l'exemple décrit et représenté, mais pouvant avoir une forme quelconque, comportant un fond et un couvercle non représentés et des orifices, 3 pour l'entrée du liquide à traiter, 4, 4a pour la sortie du filtrat et 5 pour l'évacuation du concentrat. Cet ensemble est réalisé de la façon suivante : les différents éléments sont assemblés et serrés les uns sur les autres au moyen de tiges de fixation, ou l'équivalent. Les entrée et sorties de liquides sont assurées par des orifices ménagés dans le fond et le couvercle du module ainsi assemblé. Le liquide à filtrer est introduit à la partie inférieure du module, sous grande vitesse. Etant donné que le module constitue un en semble fermé à sa partie supérieure, le liquide à filtrer se répartit dans les conduits 2 tangentiellement aux milieux filtrants 7. Une très grande partie du débit d'entrée, après avoir été filtrée en traversant l'un des milieux filtrants, passe dans les rainures 8 reliées par les créneaux 9 aux orifices 4, 4a, est collectée sous forme de filtrat par ces orifices. Un débit très faible de liquide concentré est évacué par les orifices superposés 5 . Dans un appareil comportant#plusieurs modules superposés, les orifices 4, 4a et 5 forment des canaux d'évacuation respectivement du filtrat et du concentrat hors de l'appareil. Les Fig. 3 et 4 représentent, à titre d'exemple, un appareil constitué par la superposition de plusieurs (dix dans l'exemple choisi modules tels que décrits précédemment. L'appareil comporte un canal 10 pour l'entrée du liquide à traiter dans l'appareil, un canal 11 pour la sortie du concentrat et des canaux 12 pour la sortie du filtrat, constitués par la superposition des orifices respectivement 3, 4, 4a et 5. Cette configuration permet de constituer un filtre à l'aide d'un nombre quelconque de modules de filtration quelle que soit l'épais- seur de la plaque séparatrice 1 utilisée et de démonter le filtre sans désolidariser les entrées et les sorties de l'appareil, celles-ci étant toutes prévues sur le fond de ce dernier. Le changement du nombre de modules filtrants ou de l'é- paisseur des plaques séparatrices modifie uniquement la position du couvercle de l'appareil par rapport à son fond. Le colmatage progressif des éléments de filtration, soit en surface, soit en profondeur, provoque une diminution sensible du débit de filtrat qui, dans certains cas, peut se stabiliser à une valeur plus faible que la valeur initiale. Parallèlement, le débit du concentrat augmente : la surpression engendrée par l'augmentation de ce débit est utilisée pour déclencher un lavage à contre-courant. Ce lavage peut également être programmé par une horloge. La figure 5, montre à titre d'exemple, une installation comportant un appareil 13 de filtration suivant l'invention, installation munie de dispositifs permettant le lavage de l'appareil: une capacité pressurisable 14 est disposée en aval de l'appareil sur l'évacuation 15 du filtrat. Selon une première disposition, une vanne à trois voies 16 située sur le circuit d'ålimentation 17 de l'appareil en liquide à filtrer permet d'interrompre l'alimentation principale assurée par la pompe 18 et de mettre l'entrée de l'appareil à l'atmosphère, ce qui provoque le lavage à contre-courant par vidange du bac sous pression 14. Une vanne 19 permet la mise en pression de l'appareil de filtration. Selon une deuxième disposition, la vanne à trois voies 16 est remplacée par une électrovanne ou une vanne motorisée à simple passage: une pulsation du débit entre un débit nul et le débit maximal, selon un cycle réglable, permet, lors de l'annulation brutale du débit d'alimen- tation en liquide à filtrer de provoquer uneaspiration du filtrat susceptible d'entrather un décolmatage du matériau filtrant. Un appareil suivant l'invention d'encombrement 250x250x 600 mm, comportant dix compartiments recouverts sur chaque face de 2 500 cm de toile métallique inoxydable filtrante, soit 1 m2 de surface filtrante totale, a produit au cours d'essais de filtration d'eau de rivière un débit de 40 m /h de liquide traité et de 2 m /h de liquide concentré pour un seuil de coupure d'environ 30 /urnc'est-à-dire avec élimination des particules d'une dimension supérieure à 30 m. L'appareil est avantageusement utilisable pour filtrer des eaux et tout liquide en vue de séparer des particules dedimensions comprises entre 5 et 50/u en utilisant comme éléments filtrants des tissus métallique s ou textile s. REVENDICATIONS 1. Appareil de filtration tangentielle, comprenant au moins un module de filtration tangentielle5 au moins un orifice pour l'entrée du liquide à traiter, au moins un orifice pour la sortie du concentrat et au moins un orifice pour la sortie du filtrat, caractérisé en ce que chaque module est constitué par un élément filtrBcomportant un conduit (2) parcouru par le liquide à filtrer et dont la section décroft, dans le sens de l'écoulement du liquide à filtrer, de l'orifice d'entrée de liquide vers l'orifice de sortie du concentrat. 2. Appareil de filtration tangentielle suiuaratia revendication 1, caractérisé en ce que la base du conduit (2) est constituée par la suriacesterne d'un réceptacle destiné à recueillir le filtrat et ses parois sont formées par une plaque (1) agencée de façon à séparer les flux de li quille à traiter, de filtrat et le concentrat et à les évacuer séparément, plaque dont l'épaisseur définît la hauteur du conduit et dont la forme délimite la surface de filtration. 3. Appareil de filtratibn tangentielle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section du conduit (2) décroît par paliers ou de façon continue, de llamont vers l'aval. 4. Appareil de filtration tangentielle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (2) est en forme de prisme à base trapézoldale. 5. Appareil de filtration tangentielle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réceptacle destiné à récupérer le filtrat est constitué par deux plaques creuses (6, 6a) en forme de coquilles identiques accolées par leurs faces internes, la face externe de chacune de ces plaques, constituant la base du conduit (2) et supportant le milieu filtrant -(7). 6. Appareil de filtration tangentielle suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les faces internes du réceptacle destiné à récupérer le filtrat sont munies de rainures (8 > guidant ce filtrat vers des créneaux (9) débouchant dans un orifice d'évacuation (4, 4a). 7. Appareil de filtration tangentielle suivant l'unequelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas où il comporte plusieurs modules de filtration, les plaques séparatrices (1) ont une épaisseur constante définie en fonction du liquide à traiter. 8. Appareil de filtration tangentielle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le décolmatage des milieux filtrants est opéré par lavage à contre-courant en utilisant la surpression engendrée par l'augmentation du débit du concentrat. 9. Appareil de filtration tangentielle suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'une capacité pressurisable (14) est disposée sur la canalisation d'évacuation du filtrat (15) et une vanne (16) sur la canalisation d'alimentation en liquide à filtrer, ladite vanne permettant en outre la mise à l'atmosphère de l'appareil, ce qui provoque son lavage à contre-courant par vidange, dans L'appareil, du bac sous pression (14).