Brevet FR2609645A1 — publié le 19880722

Installation de filtration modulaire automatique La présente invention a trait à une installation modulaire automatique de filtration de fluide. L'installation selon l'invention fait appel à la microfîtration tangentielle au moyen de membranes. On a déjà réalisé des installations de filtration utilisant la microfiltration tangentielle et comprenant une boucle de circulation de fluide dans laquelle est inséré un élément de filtration tangentielle. Il est également connu de changer le sens de circulation dans le filtre pour nettoyer l'élément de filtration, avec ou sans adjonction de produits de nettoyage. Un but de 11 invention est de réaliser une installation de filtration pouvant être pilotée automatiquement. Un autre but -de l'invention est de réaliser une installation de filtration dont la capacité de production peut être augmentée par adjonctions de modules, sans nécessiter de changements dans la structure de l'installation primitive, chaque module apportant à la fois sa capacité de débit et son propre circuit de contrôle-commande. L'invention a pour objet une installation de filtration modulaire automatique caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un module de filtration, ayant chacun plusieurs unités de filtration comprenant chacune une pluralité d'unités de sous-ensembles de filtration disposés en parallèle sur une boucle de recirculation dans laquelle est placée une pompe de recirculation, les modules étant alimentés par au moins une pompe commune, les modules étant reliés à un circuit commun de décolmatage, chaque module ayant son propre circuit électronique de controle-commande sous le contrôle d'un calculateur. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation en référence au dessin annexé dans lequel - La figure 1 est un schéma d'une installation de filtration comprenant une unité de filtration et une unité de décolmatage, - la figure 2 est un schéma d'une installation comprenant, d'une part quatre modules de filtration comprenant chacun quatre unités de filtration à quatre sous-ensembles de filtration et, d'autre part, une seule unité de décolmatage, - la figure 3 est un schéma montrant l'organisation de la commande et du contrôle de l'installation, - la figure 4 est un schéma illustrant l'organisation de l'armoire d'automatisme dont est doté chaque unité de filtration, - la figure 5 est un schéma illustrant l'organisation de l'armoire de coordination-supervision dont est munie l'installation de filtration de l'invention. La figure 1 représente une installation comprenant une unité de filtration 1 associée à une ensemble de nettoyage des filtres 2. Conformément à l'invention, et ainsi qu'on le verra ultérieurement, un ensemble de nettoyage des filtres peut être commun à plusieurs unités de filtration. L'unité de filtration 1 est alimentée par une pompe 10, dite pompe de gavage, qui pompe le fluide brut ayant éventuellement subi soit une première filtration, au moyen d'un filtre non représenté, destinée à éliminer les impuretés macroscopiques/soit un prétraitement d'un autre type. Le fluide brut pompé traverse un turbidimètre 11 et est repris, après passage dans une vanne d'isolement 12 et une vanne pneumatique commandée 13, dans une pompe 14, dite#pompe de circulation. La pompe de circulation débite dans une canalisation 16 qui alimente, par des piquages tel que 16A, quatre sous-ensembles de filtration 21, 22, 23 et 24 (circuit en traits pleins). Chaque sous-ensemble de filtration de l'unité peut être constitué d'un élément de filtration ou de plusieurs éléments de filtration mis bout à bout, par exemple du type tubulaire à écoulement tangentiel. Des canalisations 25 et 26 recueillent le fluide filtré issu de dérivations telles que 25A et 26A et se réunissent en une canalisation de sortie 27 équipée d'une vanne pneumatique commandée 28 et d'un débitmètre 29 (circuit en traits tiretés). L'unité de filtration comprend également un circuit de nettoyage de filtre coopérant avec l'ensemble de nettoyage 1. Le circuit de nettoyage comprend deux canalisations 31 et 32 et des piquages tels que 31A et 32A (circuit en traits mixtes). Les canalisations 31 et 32 se réunissent pour former une canalisation 33 munie d'une vanne pneumatique commandée 49. La canalisation 33 est reliée à un tube 48 plongeant dans l'eau d'un ballon 40 alimentée en fluide filtré par une canalisation 41 munie d'une vanne d'isolement 42, d'un organe anti-retour 43 et d'une vanne pneumatique commandée 44. Le filtrat du ballon est mis sous pression par un compresseur d'air 47 relié au sommet du ballon par l'intermédiaire d'une vanne pneumatique commandée 45. Le circuit de nettoyage de filtres comprend en outre - une arrivée d'eau de rinçage 51, associée à une pompe 52 et à une vanne pneumatique commandée reliée à une canalisation 54 débouchant, après une vanne d'isolement 55, dans la canalisation 16, - un bac 56 contenant un produit acide associé à une pompe 57, une soupape de sureté 58 et une vanne pneumatique commandée 59 reliée à la canalisation 54 un bac 60, contenant un produit basique associé à une pompe 61, à une soupape de sureté 62 et à une vanne pneumatique commandée 63 reliée à la canalisation 54. L'installation est complétée par une canalisation 64 pour l'évacuation des rejets, reliée par une vanne pneumatique commandée 19 à la canalisation 17 (avec sur une dérivation, une vanne d'isolement 20). La canalisation 64 est également reliée à la pompe 14 par une vanne 65 et à la partie inférieure du ballon 40 par une vanne 46. Le fonctionnement de l'installation est le suivant En phase de filtration, les vannes 19, 49, 55, et 65 sont fermées. La pompe 10 et la pompe 14 injectent le fluide brut dans les filtres. Le fluide filtré s'écoule par la canalisation 27. La pompe 14 sert à maintenir une vitesse constante de circulation dans la boucle. La phase de nettoyage est imposée par exemple par une observation de la décroissance du débit mesuré par l'appareil 29. Le nettoyage est effectué par envoi dans les canalisations 31 et 32 de perméat sous pression en provenance du ballon 40. A cet effet, on ferme les vannes 13 et 28, on ouvre les vannes 49 et 19. Les déchets sont évacués par les canalisations 16, 17 et 64. On peut compléter le nettoyage par injection d'acide (ouverture des vannes 59 et 55 et mise en route de la pompe 57), ou de base (ouverture des vannes 63 et 55 et mise en route de la pompe 61) ; après ces opérations, on effectue un rinçage (ouverture de la vanne 53 et mise en route de la pompe 52). Les produits de nettoyage et l'eau de rinçage sont évacués par la canalisation 64. On note que l'ensemble 2 de nettoyage des filtres peut être commun à plusieurs unités de filtration. On a désigné par A et A' les points où une seconde unité de filtration, 1A, doivent être raccordés à l'ensemble de nettoyage. La figure 2 est un schéma montrant une installation de filtration comprenant un ensemble de nettoyage unique pour quatre modules 111, 112, 113, 114 de filtration comprenant chacun quatre unités de filtration fllA, 1113, 111C, 111D à quatre sous-ensembles de filtration. L'installation comprend quatre pompes de gavage 101 à 104 pompant le fluide brut, un turbidimètre 105 et quatre modules de filtration à recirculation 111 à 114, animées respectivement par les pompes 121 à 124. On a utilisé les mêmes conventions graphiques que dans la figure - en traits pleins, les circuits de fluide brut, - en traits tiretés, les circuits de fluide filtré, - en traits mixtes, les circuits de nettoyage. On a référencé 130, le ballon de décolmatage ; 131 désigne un bac de solution de nettoyage avec sa pompe 132. Chaque module de filtration (par exemple 114) comprend quatre unités de filtration (114A, 114B, 114C, 114D) à quatre sous-ensembles de filtration disposées en parallèle sur la boucle de recirculation. La référence 135 désigne un débitmètre placé sur la sortie d'eau filtrée. La figure 3 est un schéma montrant l'organisation du contrôle et de la commande l'installation. L'installation comporte une armoire de coordination-supervision 200 comportant un calculateur; celui-ci dialogue avec les armoires d'automatisme 201A, 201B,...201N propres à chacun des modules de filtra tion 202A, 202B, 202N et comportant des microprocesseurs. L'armoire 200 dialogue également avec une armoire 203 de contrôle des services auxiliaires nécessaires au fonctionnement de l'installation énergie électrique pneumatique hydraulique. Chaque armoire d'automatisme de module commande l'armoire de contrôle des services auxiliaires 203. Chaque armoire d'automatisme de module gére le fonctionnement du module de filtration (contrôle du débit, commande des séquences de décolmatage ou de nettoyage etc...) mais elle ne le fait que sur autorisation de l'armoire de coordination-supervision. L'armoire 200 est relié à un ou plusieurs écrans de visual satton tel que 205 ainsi qu'à un ou plusieurs terminaux d'impression et d'écr-- ture 206. La figure 4 est un schéma montrant comment est organisé une armoire d'automatisme d'un module de filtration 201A. Sur ses entrées, l'armoire reçoit a) en provenance de l'armoire de coordination-supervision 200 - l'autorisation du cycle de filtration 301 - l'autorisation du cycle de lavage 302 - l'autorisation du cycle de décolmatage 303 - l'ordre d'arrêt du cycle en cours 304. Ces ordres sont traités dans le bloc portion 211A chargé des automatismes séquentiels et envoie vers l'armoire des services auxiliaires 203. - l'ordre de filtration 311 - l'ordre de lavage 312 - l'ordre de décolmatage 313 b) en provenance de l'armoire de contrôle des services auxiliaires 203 - des informations 305 sur 11 état des actionneurs (vannes, pompes, etc...). Ces informations sont traitées dans une partie 212A de l'unité et adressées au bloc 211A qui en tient compte dans son traitement. Si le bloc 212A détecte une anomalie dans les informations reçues, il émet un signal d'alarme 315 en direction de l'armoire coordination-supervision 200. c) en provenance des capteurs analogiques 230 mesurant débits, pressions, niveaux, turbidité, - des informations 306 qui sont adressées à un bloc 213A d'acqui sition des données, lui-même en liaison avec le bloc 212A. Les informations, transformées en signaux numériques 316, sont trans férées à l'armoire 200 de coordination-supervision. La figure 5 illustre l'organisation de l'armoire 200 de coordination-supervision. Elle reçoit, sur un bloc 200A, en provenance de chacune des armoires d'automatisme de module, les informations 315 et 316 précités. Le bloc 200A reçoit également, en provenance de l'armoire de contrôle des services auxiliaires 203, des informations 317 relatives aux défauts éventuels du circuit de puissance. Après traitement, le bloc 200A peut émettre vers l'armoire 203 des ordres 401 pour la mise en sécurité des actionneurs, et vers chacune des armoires d'automatisme des modules 201A, 201B,...201N, des ordres 304 d'arrêt du cycle en cours. Sur un bloc 200B, l'armoire reçoit - en provenance de l'armoire 203, des informations 305 relative l'état des actionneurs, - en provenance du turbidimètre 105, une information 318 relative à l'état de pollution de l'eau brute, - en provenance de l'armoire 203, une information 306, - en provenance d'un bloc 200C de gestion temporelle de l'instal lation, des informations relatives au programme de fourniture. Ces informations peuvent être modifiées au moyen d'un clavier 250 actionné par un opérateur. Le bloc 200B fournit, après traitement des informations, aux armoires d'automatisme des modules 201A,...201N, des ordres relatifs à un cycle de filtration 311, de lavage des filtres 312 ou de décolmatage des filtres 313. Les capteurs analogiques fournissent à l'armoire 203 qui les communique à un bloc 200D d'acquisition de données, des informations qui sont traitées et transmises éventuellement à l'imprimante 206. L'installation de l'invention est parfaitement modulaire. Elle peut être agrandie par adjonction de modules équipés de leur armoire d'automatisme individuel. Chaque module est lui-même modulable en ce que le nombre d'unités de filtration peut être choisi entre 1 et 6 ou plus. Chaque unité peut elle-même comporter de 1 à 6 sous-ensembles de filtration ou plus. Chaque sous-ensembles de filtration peut lui-même comporter un ou plusieurs éléments en série. Le fonctionnement est très souple et peut être entièrement automatique. L'installation s'applique à la séparation liquide-solide, à la filtration de tous liquides et en particulier à la filtration et à la distribution de l'eau. REVENDICATIONS 1/ Installation de filtration modulaire automatique caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un module de filtration (111, 112, 113, 114), ayant chacun plusieurs unités de filtration (114A, 114B, 114C, 114D) comprenant chacune une pluralité de sous-ensembles de filtration disposés sur une boucle de recirculation dans laquelle est placée une pompe de recirculation (121, 122, 123, 124), les modules étant alimentés par au moins une pompe commune (101, 102, 103, 104), les modules étant reliés a un circuit commun de décolmatage (130, 131), chaque module ayant son propre circuit électronique de contrôle-commande sous le contrôle d'un calculateur. 2/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque unité de filtration comprend une pluralité de filtres (21, 22, 23, 24) disposés en parallèle sur une boucle (17). 3/ Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque filtre (21) comprend au moins un élément de filtration tubulaire à écoulement tangentiel. 4/ Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le circuit de contrôle-commande de chaque module de filtration (202A, 202B,...202N) comprend une armoire d'automatisme à microprocesseur (201A, 201B, 201C,...201N) placée sous le contrôle dudit calculateur faisant partie d'une armoire d'automatisme dite armoire de coordination-supervision (200) et comportant un calculateur, l'installation comprenant une armoire de contrôle des services auxiliaires (203) pour l'alimentation, la commande et le contrôle des actionneurs de l'installation tels que vannes et pompes. 5/ Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une armoire d'automatisme d'un module (20 lA) - reçoit de l'armoire de coordination-supervision (200) des autor#sations relatives aux cycles de filtration, de décolmatage, de nettoyage et/ou des ordres d'arrêts de ces cycles et transmet à l'armoire de contrôle des services auxiliaires (203) des ordres relatifs aux cycles à affectuer, - reçoit des actionneurs (220) des informations sur leur état, et émet des alarmes vers l'armoire de coordination-supervision. - reçoit en provenance de capteurs analogiques (230) mesurant débits, pressions,-niveaux, turbidité des informations, les traite et les adresse à l'armoire de coordination-supervision. 6/ Installation selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'armoire de coordination-supervision (200), - reçoit des informations sur l'état des actionneurs, sur les indications des capteurs et sur le programme de fourniture, - reçoit des informations de chacune des armoires d'automatisme de module, - reçoit des informations de l'armoire de contrôle des services auxiliaires (203), - fournit aux armoires d'automatisme de module des autorisations et/ou des interdictions d'effectuer des cycles de filtratlont de décolmatage ou de nettoyage, - fournit à l'armoire de contrôle des services auxiliaires des ordres pour la mise en sécurité des actionneurs, - fournit des informations sur la gestion de l'installation à des appareils de visualisation ou d'enregistrement.