Brevet FR2651687A1 — publié le 19910315

L'invention qui se rapporte aux installations de traitement des eaux concerne plus particulièrement un nouveau régulateur de débit adapté aux bassins filtrants. Dans les unités de traitement des eaux existent un certain nombre de bassins filtrants renfermant comme on sait un lit composé de matériaux filtrants reposant sur des dalles poreuses de telle sorte que l'eau chargée d'impuretés se purifie par filtration dans le sable et soit recueillie dans un radier à la partie inférieure. Il est souhaitable que tous les bassins filtrants fonctionnent à la même vitesse de filtration, quel que soit leur degré d'encrassement, c'est pourquoi on utilise sur chaque bassin un régulateur de débit qui crée une perte de charge auxiliaire importante lorsque le bassin est propre et de plus en plus faible au fur et à mesure de l'encrassement du bassin en compensation de la perte de charge créée par l'encrassement. Cette perte de charge auxiliaire s'annule quand le bassin est totalement colmaté.Ce régulateur de débit consiste en un caisson étanche prévu à la sortie de chaque bassin, et qui renferme un tube vertical servant de déversoir, dont l'extrémité supérieure ouverte débouche, à l'intérieur du caisson, à une hauteur légèrement supérieure au niveau maximum d'eau dans le bassin. Le caisson constitue un volume de passage intermédiaire entre le radier et une galerie de collecte d'eau filtrée en aval du bassin. Un système hydraulique, permettant de faire le vide et de ltentretenir, sert à faire monter l'eau de sortie du bassin dans le caisson étanche, jusqu'au déversoir, afin d'obtenir une lame déversante qui s'évacue par le tube central. On agit sur cette lame déversante à l'aide d'un système de régulation hydropneumatique qui casse partiellement le vide par l'entrée progressive d'air à la partie supérieure du caisson.On peut ainsi régler la hauteur de la lame déversante en fonction du débit souhaité. Des inconvénients sont cependant apparus lors de l'exploitation d'installations de ce type. Tout d'abord au niveau de l'évacuation de la lame déversante par le tube central, se produisent des perturbations entrainant de l'air (phénomène de vortex) pouvant provoquer une augmentation de la dépression préjudiciable à une régulation correcte du niveau de la lame déversante. Et puis ltemploi, pour faire le vide, d'un système hydraulique tireur d'air - trompe à vide - éjecteur, qui nécessite un circuit d'eau motrice sous pression, comme dans certaines installations connues est de mise en oeuvre délicate. Enfin l'usage d d'un système de régulation hydropneumatique est difficile car il nécessite des circuits d'air à très faible pression sur plusieurs centaines de mètres. Ces inconvénients inhérents aux installations connues ont conduit la Demanderesse à rechercher une solution nouvelle qui réponde aux exigences d'exploitation et facilite son implantation sur le site. C'est pourquoi un objet de la présente invention consiste en un régulateur de débit pour bassins filtrants d'installations de traitement des eaux, comportant un caisson étanche associé à un bassin et renfermant un tube vertical, un vide étant appliqué et entretenu dans ledit caisson pour faire monter l'eau dans celui-ci avant son évacuation, régulateur selon lequel le vide est appliqué et entretenu dans la chambre du caisson à partir d'une chambre fermée et étanche servant de réserve de vide et localisée à la partie supérieure du caisson, le conduit d'alimentation en vide de ladite chambre étant indépendant du reste du système, et selon lequel une pluralité de capteurs fournissent d'une part des informations de niveau et de débit d'eau à des régulateurs qui modulent l'ouverture ou la fermeture d'une vanne de régulation et d'autre part des contacts de commande de fermeture ou d'ouverture des électrovannes de mise en communication de la chambre à vide et du caisson. Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'eau provenant du bassin peut s'élever dans le tube central et forme une lame déversante vers l'extérieur dans la chambre annulaire intérieure du caisson qui débouche sur une rigole de récupération. Avantageusement, le conduit de mise au vide de la chambre est relié à une pompe à vide et porte une électrovanne, un vacuostat de commande de la pompe, disposant d'un conduit de piquage sur ladite chambre faisant partie du circuit de commande de l'électrovanne et de la pompe. D'autre part la chambre du caisson et la chambre à vide communiquent par un conduit muni d'électrovannes de vide et d'une électrovanne de mise à l'atmosphère. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, un procédé pour la mise en oeuvre du régulateur de débit consiste - à ouvrir l'électrovanne de vide d'amorçage après avoir fermé l'électrovanne de mise à l'atmosphère pour faire communiquer par un conduit la chambre à vide avec la chambre du caisson, - à détecter à l'aide d'une sonde la hauteur de la lame déversante issue du tube central pour, à partir d'un seuil de hauteur du niveau de la lame, fermer l'électrovanne de vide d'amorçage et ouvrir l'électrovanne de vide d'entretien, - à moduler en fonction du signal de la sonde par rapport à une consigne, donnée analogiquement à un régulateur qui module l'ouverture ou la fermeture d'une vanne de régulation destinée à casser partiellement le vide de la chambre, - et à détecter en permanence à l'aide d'un capteur la hauteur d'eau dans le bassin pour agir sur la consigne d'un régulateur afin de prendre en compte lesdites variations de hauteur d'eau en vue d'équilibrer le débit de sortie du bassin par rapport au débit d'entrée tout en surveillant le colmatage du bassin à l'aide d'un capteur. D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple de réalisation dans lequel il est fait référence à une figure unique qui représente une vue schématique d'ensemble du régulateur de débit. Le bassin filtrant 1 visible sur la figure est rempli sur une partie de sa hauteur de matériaux filtrants 2 qui reposent sur un fond 3 réalisé en dalles poreuses. L'eau provenant d'une galerie d'alimentation non représentée remplit le bassin jusqu a un niveau 4. Un radier 5 de récupération de l'eau filtrée au travers des matériaux filtrants et des dalles poreuses communique par un conduit 6 avec un tube vertical 7 qui s'élève à l'intérieur d'un caisson intermédiaire 8, indépendant du bassin, et débouche dans une zone libre dudit caisson à un niveau sensiblement plus élevé que le niveau 4 maximum de l'eau dans le bassin. La chambre annulaire intérieure 9 du caisson qui enveloppe par conséquent le tube 7 est également ouverte à sa partie inférieure et débouche sur une rigole de récupération 10 communiquant avec une galerie d'évacuation d'eau filtrée 11, en aval du bassin 1. Ainsi l'eau provenant du bassin, s'élève dans le tube central 7 avant de former une lame déversante dans la chambre 9, comme on l'expliquera plus loin. Le caisson 8 dispose à sa partie supérieure d'une chambre étanche 12 constituant une réserve de vide. Le vide est établi dans cette chambre fermée 12 grâce à un conduit 13 de mise au vide relié à une pompe à vide 14 par l'intermédiaire d'une électrovanne 15. Un vacuostat 16 de commande de la pompe 14 disposant d'un conduit de piquage sur la chambre 12 fait partie du circuit de commande 17 de l'électrovanne et de la pompe. Indépendamment du conduit de mise au vide 13, la chambre 12 communique avec la chambre 9 par un conduit 18 sur lequel sont disposées en parallèle, une électrovanne de vide d'entretien 19 et une électrovanne de vide d'amorçage 20. Le conduit 18 dispose en outre d'une électrovanne de mise à l'atmosphère 21. Le vide au moins partiel établi dans la chambre 9 à partir de la réserve de vide 12, par l'intermédiaire du conduit 18 peut être diminué par une mise à l'atmosphère modulée par le conduit de régulation 22 débouchant dans la chambre 9, et il est muni d'une vanne de régulation 23. Les différentes vannes mentionnées précédemment sont intégrées dans des circuits électriques reliés à une armoire électrique centrale 25 qui contient tout l'appareillage de commande, de régulation et de contrôle de l'installation. Elle dispose extérieurement d'au moins un bouton-poussoir 26 de mise en marche et d'un bouton-poussoir d'arrêt 27, et d'afficheurs digitaux indiquant le débit du régulateur et la perte de charge due à son encrassement. Un certain nombre de capteurs fournissent des informations diverses. On a ainsi un capteur 28 du niveau 4 de l'eau du bassin, un capteur 29 de la hauteur de la lame déversante issue du tube 7 et un capteur 24 de contrôle de la perte de charge à l'intérieur dudit tube. Les capteurs 28 et 29 fournissent leurs informations respectivement à des régulateurs 30 et 31 qui peuvent agir sur la vanne de régulation 23. L'armoire centrale 25 est connectée aux électrovannes de vide 19, 20, 21 et recueille les informations des régulateurs. Le régulateur de débit fonctionne de la façon suivante. En position arrêt les électrovannes 19 et 20 sont fermées, l'électrovanne 21 est ouverte, et la vanne de régulation 23 est fermée. Le vide reste établi dans la chambre 12, quelle que soit la position marche ou arrêt du régulateur puisque le circuit 17 de la pompe à vide 14 est indépendant du reste du système. C'est le vacuostat 16 qui intervient quand il s'agit de compléter le vide, quand on a débordé d'un seuil minimum ou d'un seuil maximum prévu pour la dépression établie dans la chambre 12. Cela permet un amorçage immédiat du régulateur de débit, quel que soit le niveau d'eau 4. L'électrovanne 15 s'ouvre en même temps que la pompe 14 démarre et inversement elle se ferme quand la pompe s'arrête. Quand on appuie sur le bouton-poussoir 26 de mise en marche,l'électrovanne 21 de mise à l'atmosphère se ferme et l'électrovanne 20 de vide d'amorçage s'ouvre. Cela a pour effet de mettre en communication par le conduit 18, la chambre 12 avec la chambre 9. Le vide qui s'établit dans cette partie du caisson 8 a pour effet de faire monter l'eau issue du conduit 6 dans le tube 7 jusqu a ce que celle-ci déborde du tube, forme une lame déversante qui est recueillie dans la rigole de récupération 10, formant déversoir, dont elle déborde d'une certaine hauteur pour s'écouler finalement vers la galerie d'évacuation 11. Le niveau 4 de l'eau dans le bassin 1 est supérieur au niveau de l'eau s'écoulant du déversoir 10, aussi dès qu'il y a eu amorçage l'eau peut s'écouler du tube intérieur 7 dans la chambre extérieure 9.Ce sens d'écoulement évite la création d'un tourbillon qui serait générateur d'entraînement d'air, et de dépression dans la chambre 9, au détriment de la régulation de la lame déversante. La sonde 29 a justement pour fonction de détecter la hauteur de cette lame déversante ; à partir d'un certain niveau elle délivre un signal qui entraîne la fermeture de l'électrovanne 20 de vide d'amorçage et l'ouverture de l'électrovanne 21 de vide d'entretien. Le circuit 18 est diaphragmé pour que s'établisse un passage restreint de vide entre les deux chambres. La sonde 29 donne donc une indication de la hauteur de la lame déversante, transmise à l'entrée du régulateur 31. Une consigne de hauteur de lame ou de débit ou de vitesse de filtration est affichée par l'exploitant sur le régulateur 31. Elle pourrait être donnée à distance par un générateur de consigne, un automate ou un calculateur. Ainsi, en fonction du signal de cette sonde, par rapport à la consigne, le régulateur 31 va délivrer un signal de commande pour moduler l'ouverture de la vanne de régulation 23. Celle-ci casse partiellement le vide de la chambre 9 en l'ouvrant à l'atmosphère, afin de maintenir une lame déversante constante conforme à la consigne. Le régulateur de débit n'étant pas auto-amorçant, un vide d'entretien est nécessaire ; il est obtenu grâce à l'électrovanne 19 qui compense en permanence la mise à l'atmosphère.Un équilibre se crée donc entre l'ouverture de la vanne de régulation et le vide d'entretien, et de ce fait, le vide d'entretien à l'intérieur du caisson augmente avec l'élévation de la perte de charge due à l'encrassement du bassin et aussi avec l'augmentation du débit du bassin. De son côté le capteur 28 donne l'indication de la hauteur d'eau 4 dans le bassin. Le signal correspondant est transmis à un régulateur 30 qui est programmé pour agir sur la consigne du régulateur 31 afin de prendre en compte, dans une certaine proportion, la tendance du niveau du bassin 1 à monter ou à descendre, ce qui permet d'équilibrer le débit de sortie du bassin par rapport au débit d'entrée. Quant au capteur 24, il donne des informations permanentes sur la perte de charge c'est-à-dire le colmatage du bassin. Quand on appuie sur le bouton-poussoir d'arrêt 27, on provoque le désamorçage du régulateur en fermant l'électrovanne 19 de vide d'entretien et en ouvrant l'électrovanne 21 de mise à l'atmosphère du caisson ce qui stoppe la montée d'eau dans le tube 7 et interrompt la lame déversante. Toutes les indications de mesure et de fonctionnement ainsi que les commandes de marche du régulateur peuvent être retransmises et visualisées à un poste de commande par l'intermédiaire d'afficheursenregistreurs et à l'aide d'une visualisation dans le cadre d'une gestion technique centralisée. La consigne de débit ou de vitesse de filtration peut être commune à plusieurs régulateurs de débit et être ainsi facilement asservie à un réservoir d'eau, ou au débit de groupes électropompes. REVENDICATIONS 1.- Régulateur de débit pour bassins filtrants d'installations de traitement des eaux, comportant un caisson étanche associé à un bassin et renfermant un tube vertical, un vide étant appliqué et entretenu dans ledit caisson pour faire monter l'eau dans celui-ci avant son évacuation, caractérisé en ce que le vide est appliqué et entretenu dans la chambre (9) du caisson (8) à partir d'une chambre fermée et étanche (12) servant de réserve de vide et localisée à la partie supérieure du caisson, le conduit d'alimentation en vide (13) de ladite chambre (12) étant indépendant du reste du système, et en ce que une pluralité de capteurs (24, 28, 29) fournissent d'une part des informations de niveau et de débit d'eau à des régulateurs (30, 31) qui modulent l'ouverture ou la fermeture d'une vanne de régulation 23 et d'autre part, des contacts de commande d'ouverture ou de fermeture des électrovannes (19, 20) de mise en communication de la chambre à vide et du caisson, ainsi que d'une électrovanne de mise à l'atmosphère 21 du caisson. 2.- Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau provenant du bassin (1) s'élève dans le tube central (7) et forme une lame déversante vers l'extérieur dans la chambre annulaire (9) intérieure au caisson (8) qui débouche sur une rigole de récupération (10) 3.- Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de mise au vide (13) de la chambre (12) est relié à une pompe à vide (14) et porte une électrovanne (15) et en ce que un vacuostat (16) de commande de la pompe, disposant d'un conduit de piquage sur ladite chambre fait partie du circuit de commande (17) de 1'électrovanne et de la pompe. 4.- Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (9) du caisson (8) et la chambre à vide (12) communiquent par un conduit (18) muni d'électrovannes de vide (19, 20) et d'une électrovanne de mise à l'atmosphère (21). 5.- Régulateur de débit selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un capteur (24) contrôle la perte de charge à l'intérieur du tube (7), un capteur (28) fournit des informations sur la hauteur d'eau du bassin et une sonde (29) sur la hauteur de la lame déversante issue dudit tube. 6.- Régulateur de débit selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que des régulateurs (30, 31) recevant les informations du capteur (28) et du capteur (29) agissent sur la vanne de régulation (23). 7.- Régulateur de débit selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que les électrovannes (19, 20, 21, 23) sont intégrées dans des circuits électriques reliés à une armoire électrique centrale (25) qui contient tout l'appareillage de commande, de régulation et de contrôle de l'installation. 8.- Procédé pour la mise en oeuvre du régulateur de débit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste - à ouvrir l'électrovanne (20) de vide d'amorçage après avoir fermé l'électrovanne (21) de mise à l'atmosphère pour faire communiquer par le conduit (18) la chambre à vide (12) avec la chambre (9) du caisson (8), - à détecter à l'aide du capteur (29) la hauteur de la lame déversante issue du tube central (7) pour, à partir d'un seuil de hauteur du niveau de la lame, fermer l'électrovanne de vide d'amorçage et ouvrir l'électrovanne (21) de vide d'entretien, - à moduler en fonction du signal du capteur (29) par rapport à la consigne, l'ouverture de la vanne de régulation (23) destinée à casser partiellement le vide de la chambre (9), - et à détecter en permanence à l'aide du capteur (28) la hauteur d'eau (4) dans le bassin (1) pour agir sur la consigne d'un régulateur (31) afin de prendre en compte lesdites variations de hauteur d'eau en vue d'équilibrer le débit de sortie du bassin par rapport au débit d'entrée, tout en surveillant le colmatage du bassin à l'aide du capteur (24).