Brevet FR2668078A1 — publié le 19920424

L'invention concerne un procédé pour le rétrolavage de membranes tubulaires de filtration, et son dispositif de mise en oeuvre. A l'heure actuelle, on connaît et on utilise trois modes de filtration pour les membranes tubulaires à peau interne: la filtration frontale, o la totalité de l'eau introduite dans les membranes traverse la membrane et est recueillie en tant que perméat (eau filtrée) à la périphérie du faisceau de membranes, le débit à la sortie des membranes étant nul et le nettoyage des membranes étant assuré, quand l'épaisseur de la couche de matières en suspension arrêtées par la membrane et déposées sur celle-ci provoque une augmentation de la perte de charge qui, à débit constant, augmente la pression au- dessus d'un seuil admissible, par des rétrolavages périodiques destinés à éliminer cette couche de matières déposées et déclenchés par un automate de gestion (ou commande). la filtration tangentielle, o une partie seulement de l'eau introduite dans les membranes traverse la membrane et est recueillie en tant que perméat, tandis que l'autre partie recueillie à la sortie des membranes est recirculée dans une boucle, le nettoyage des membranes étant assuré d'une part en continu par la circulation de l'eau dans les membranes qui permet de maintenir en suspension dans le courant une partie des matières en suspension, au lieu qu'elles se déposent sur les membranes, donc de limiter l'épaisseur du gâteau, et d'autre part par des rétrolavages périodiques, et la filtration tangentielle avec purge continue reprenant le principe de la filtration tangentielle décrite ci-dessus o on purge une partie de l'eau en circulation de façon à limiter la concentration des matières en suspension dans le circuit. En cas de modification de la turbidite ou de la charge en matières organiques de l'eau d'alimentation au-delà du seuil permettant le bon fonctionnement en mode frontal, il serait intéressant de passer d'un mode de filtration à un autre en utilisant le même circuit. Les circuits sont conçus pour fonctionner en mode frontal avec introduction de l'eau à traiter à l'une ou l'autre des extrémités ou aux deux ou pour fonctionner en mode tangentiel, la pompe de recirculation imposant, selon sa place dans le circuit, un trajet ascendant ou descendant dans les membranes si celles-ci sont montées verticalement avec respectivement alimentation en bas ou en haut des membranes, ou un trajet dans un sens ou dans l'autre si les membranes sont montées horizontalement avec alimentation à un bout ou à l'autre. Toutefois FR-9 O/l 864 décrit un procédé permettant de réaliser dans le même circuit une filtration en mode frontal et une filtration en mode tangentiel. Dans tous les cas, les rétrolavages qui consistent à injecter dans les modules contenant les membranes de l'eau propre à contre-courant du sens de collecte de l'eau filtrée, doivent assurer un nettoyage efficace des membranes avec une consommation en énergie et en eau propre limitées, à des intervalles de temps suffisamment larges pour conserver une production moyenne suffisante d'eau filtrée Or jusqu'à présent, les différents modes de rétrolavage mis en oeuvre ne satisfont pas à toutes ces conditions et ont donc besoin d'être améliorés. A cet effet, l'invention fournit un procédé pour le rétrolavage de membranes tubulaires de filtration à peau interne, dans lequel on prévoit un circuit tel que la filtration en mode frontal se fait avec alimentation à une extrémité des membranes et la filtration en mode tangentiel se fait avec alimentation à l'extrémité opposée, la majeure partie des matières arrêtées par les membranes se rassemblant alors dans les deux cas en une même zone relativement restreinte des faisceaux de membranes contenus dans les modules, on soutire l'eau à la périphérie des modules, on effectue un rêtrolavage en deux phases, la première consistant à utiliser toute l'eau de rétrolavage pour décolmater ladite zone relativement restreinte en fermant la boucle de recirculation permettant la mise en oeuvre de la filtration tangentielle, et la deuxième consistant à faire passer l'eau de rétrolavage dans la totalité des membranes et 2 o de la boucle de recirculation. De façon avantageuse, après le rétrolavage et avant la reprise de la filtration, on procède à une phase de déconcentration du circuit, en faisant circuler dans la boucle de recirculation de l'eau brute à traiter qui est évacuée par la vanne de sortie de l'eau de rétrolavage. Il est également fourni selon l'invention, un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé qui comprend au moins un module de membranes de filtration alimenté en eau brute par une pompe d'alimentation, une boucle de recirculation comportant une pompe de recirculation, et un circuit de rétrolavage consistant en une conduite reliant le réservoir d'eau traitée au module, une pompe renvoyant l'eau traitée dans le module et une conduite munie d'une vanne pour évacuer l'eau de rétrolavage sortant du module, caractérisé en ce que la boucle de recirculation comporte au moins une vanne La fermeture de cette vanne (ces vannes) interdit le passage de l'eau dans la boucle de recirculation pendant la filtration frontale et pendant la première phase de rétrolavage. Avantageusement la pompe d'alimentation est placée à l'aspiration de la pompe de recirculation, la vanne étant au refoulement de cette dernière pompe. De ce fait, il est possible d'établir une alimentation des modules à une seule extrémité en mode frontal et d'établir leur alimentation à l'autre extrémité en mode tangentiel Ceci permet de rassembler en une même zone relativement restreinte des faisceaux de membranes contenus dans les modules la majeure partie des matières accumulées sur les membranes. En effet en mode frontal, ces matières en suspension s'accumulent à l'extrémité opposée à l'extrémité d'alimentation du fait de l'écoulement de l'eau et de l'absence de débit de sortie Au contraire, en mode tangentiel, les matières en suspension ont tendance à s'accumuler à l'entrée dans les modules du fait du plus grand débit dû à la pompe de recirculation plus puissante que la pompe d'alimentation, qui peut provoquer le bouchage des fibres. La concentration relativement importante des matières en suspension arrêtées par les membranes dans une zone restreinte nécessite un rétrolavage efficace de cette zone, qui s'effectue en empêchant la pénétration de l'eau de rétrolavage dans la boucle de recirculation. C'est pourquoi dans un premier temps le rétrolavage s'effectue avec fermeture de la ou des vannes de la boucle de recirculation et arrêt de la pompe de recirculation L'écoulement de l'eau de rétrolavage, introduite dans les modules, se fait alors dans le sens établi pour la filtration frontale et pousse la majeure partie des matières accumulées directement hors du module sans leur permettre de se disperser dans le circuit. Avantageusement encore, la conduite d'évacuation de l'eau de rétrolavage est piquée sur la boucle de recirculation au voisinage immédiat de l'extrémité des modules o on a prévu de rassembler la majeure partie de matières accumulées, de manière toujours à limiter leur dispersion lors de l'évacuation. Dans une seconde phase du rétrolavage, on fait circuler l'eau de rétrolavage dans toute la boucle de recirculation, par mise en route de la pompe de recirculation et ouverture d'une vanne située sur cette boucle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement un circuit hydraulique du dispositif permettant un écoulement ascendant en mode de filtration frontale, et la figure 2 correspond au schéma de la figure 1 mais en indiquant l'écoulement descendant en mode de filtration tangentielle (avec ou sans purge continue). Le dispositif selon la présente invention comprend au moins un module de filtration 1 contenant un faisceau de membranes tubulaires à peau interne, l'entrée de l'eau dans les membranes se faisant par l'une ou l'autre des extrémités du module, l'eau filtrée étant recueillie A la périphérie du faisceau de membranes et étant soutirée par un orifice latéral Le module 1 est alimenté en eau par la conduite 2 comportant une pompe d'alimentation Pi L'eau filtrée est soutirée par une conduite 3 munie d'une vanne V 4 et envoyée dans une bache de réserve 4. Il est prévu une conduite 5 munie d'une pompe P 2, qui constitue la boucle de recirculation Une vanne V 3 destinée à la purge continue est prévue sur la boucle de recirculation, Le circuit de rétrolavage est constitué par une conduite 6 équipée d'une pompe P 3 qui prélève dans la bache 4 de l'eau propre et la renvoie dans le dispositif de filtration en amont de la vanne V 4 fermée pendant le rétrolavage L'eau de lavage est évacuée par la conduite 7 équipée de la vanne V 2 qui n'est ouverte que pendant les rétrolavages. L'appareil de filtration selon la présente invention se distingue des appareils utilisés actuellement par la présence d'une vanne V 5 interdisant, par sa fermeture, le passage de l'eau dans la boucle de recirculation pendant la filtration frontale et pendant la première phase du rétrolavage Un circuit de dérivation de la vanne V 5 comportant une vanne V 6 est prévu. Avantageusement la pompe d'alimentation Pl est à l'aspiration de la pompe de recirculation P 2 et la vanne V 5 est au refoulement de la pompe P 2 Si la pompe PF se trouvait au refoulement de la pompe P 2, l'écoulement en mode frontal aurait lieu à travers la pompe P 2 à l'arrêt, ce qui est possible mais peu économique. De ce fait, on peut en filtration frontale obtenir l'alimentation du module uniquement par une extrémité de celui-ci, alors qu'en filtration frontale dans un circuit prévu également pour la filtration tangentielle, l'alimentation en mode frontal se ferait par les deux extrémités du module. Sur le mode de réalisation représenté sur les dessins, la filtration frontale se fait dans le sens ascendant et la filtration tangentielle dans le sens descendant L'inverse pourrait être prévu en modifiant de façon appropriée le circuit de recirculation De même ce principe peut s'appliquer à des modules de filtration montés horizontalement avec un écoulement horizontal de l'eau. Pour simplifier la description, on la fera en référence uniquement à des modules montés verticalement, fonctionnant dans le sens ascendant en mode frontal et dans le sens descendant en mode tangentiel. Dans ce cas c'est dans la partie haute des modules que se rassemblent les matières en suspension arrêtées par les membranes. Lorsqu'un rétrolavage est nécessaire, un automate gérant l'ouverture et la fermeture des vannes et la mise en route et l'arrêt des pompes met le circuit de rétrolavage en action avec fermeture de la vanne V 4, mise en route de la pompe P 3 et ouverture de la vanne V 2 d' évacuation. Pour la première phase de décolmatage de la partie haute des modules, les vannes V 5 et V 6 sont fermées et la pompe P 2 est arrêtée (si elles ne sont pas déjà dans cet état) L'eau de rétrolavage injectée par la pompe F 3 dans les modules est sous l'action de la pompe Pl poussée vers le haut et chasse ainsi le gâteau amasse à la partie supérieure des modules. Les vannes V 5 et V 6 étant fermées et la conduite d'évacuation 7 étant située au voisinage de la partie haute des modules, le gâteau de matières est évacué rapidement sans pénétrer dans la boucle de recirculation, ce qui n'accroît pas la concentration de matières en suspension dans la boucle de recirculation. Pour la seconde phase du rétrolavage, la pompe P 2 est mise en route et la vanne V 6 est ouverte La vanne V 6 est de taille appropriée pour partager le débit de rétrolavage entre les deux branches de la boucle de recirculation: la pompe P 2 étant mise en service avec la vanne V 2 ouverte sur l'atmosphère, il faut limiter son débit pour qu'une partie de l'eau de rétrolavage continue à laver la partie haute du module Pour limiter ce débit, on utilise une conduite 8 et une vanne V 6 de diamètre inférieur à ceux de la conduite 5 et de la vanne V 5 Ainsi, une partie del'eau de rétrolavage est aspirée vers le bas des modules et passe dans la boucle de recirculation avant d'être évacuée par la conduite 7 en entraînant les matières remises en suspension dans les modules. A l'arrêt de la seconde phase du rétrolavage, il est intéressant de prévoir une phase de mise en condition ou déconcentration du circuit de filtration par envoi d'eau brute dans la boucle de recirculation et dans les modules et évacuation par la vanne V 2 Ceci a pour effet de réduire encore la concentration en matières en suspension encore présentes dans le circuit. Pour améliorer l'efficacité du rétrolavage, on peut envisager un apport d'agent de chloration injecté à la sortie de la pompe P 3 par une conduite 9 équipée d'une pompe P 4, car on a constaté qu'une telle addition à l'eau de rétrolavage améliore l'efficacité du rétrolavage. Le tableau suivant résume l'état des pompes et des vannes lors des différentes phases qui ont été décrites précédemment tant pour les filtrations que pour les rétrolavages. TABLEAU Pl P 2 P 3 P 4 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 FILTRATION frontale M A A A F F O F F tangentielle M M A A F F O O F tang + purge M M A A F O O O F RETROLAVAGE lère phase M A N M O F F F F 2 èmephase M M M x O F F F O NISE EN CONDITION M X A A O F F F O M = marche A = arrêt O = ouvert F = fermé La durée des deux phases de rétrolavage et de la phase de mise en condition de même que leur fréquence sont déterminées par expérimentation à la mise en route initiale en fonction de la qualité la plus fréquente de l'eau à traiter, pour assurer un fonctionnement optimum de l'appareil tant en ce qui concerne la qualité de l'eau filtrée que du point de vue économique. De manière générale, la fréquence des rétrolavages va de 20 mn à 24 h et leur durée totale est de 30 à 60 s avec des proportions variables pour la durée respective des deux phases, à laquelle il faut ajouter la durée de la mise en condition (de O à 60 s). REVENDICATIONS 1. Procédé pour le rétrolavage de membranes tubulaires de filtration à peau interne, caractérisé en ce que on prévoit un circuit tel que la filtration en mode frontal se fait avec alimentation à une extrémité des membranes et la filtration en mode tangentiel se fait avec alimentation à l'autre extrémité, la majeure partie des matières arrêtées par les membranes se rassemblant alors dans les deux cas en une même zone relativement restreinte des faisceaux de membranes contenus dans les modules, on soutire l'eau à la périphérie des modules, on effectue un rétrolavage en deux phases, la première consistant à utiliser toute l'eau de rétrolavage pour décolmater ladite zone relativement restreinte en fermant la boucle de recirculation permettant la mise en oeuvre de la filtration tangentielle, et la deuxième consistant à faire passer l'eau de rétrolavage dans la totalité des membranes et de la boucle de recirculation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après le rétrolavage en deux phases, on procède à une phase de déconcentration du circuit, en faisant circuler dans la boucle de recirculation de l'eau brute à traiter qui est évacuée par la vanne de sortie de l'eau de rétrolavage. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on prévoit la vanne d'évacuation des eaux de rétrolavage au voisinage de ladite zone relativement restreinte, en aval dans le sens d'écoulement en filtration frontale. il 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce qu'on ajoute un agent de chioration à l'eau de rétrolavage. 5. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant au moins un module de membranes de filtration ( 1) alimenté en eau brute par une pompe d'alimentation (Pl), une boucle de recirculation ( 5) comportant une pompe de recirculation (P 2) et un circuit de rétrolavage consistant en une conduite( 6) reliant le réservoir ( 4) d'eau traitée au module ( 1), une pompe (P 3) renvoyant l'eau traitée dans le module ( 1) et une conduite ( 7) munie d'une vanne (V 2) pour évacuer l'eau de rétrolavage sortant du module, caractérisé en ce que la boucle de recirculation ( 5) comporte au moins une vanne (VS). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vanne (VS) comporte un circuit de dérivation ( 8) équipé d'une vanne (V 6), 7. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la pompe d'alimentation (P 1) est placée à l'aspiration de la pompe de recirculation (P 2) et la vanne (V 5) est au refoulement de la pompe de recirculation (P 2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 9,P 4) d'addition d'agent de chloration.