Brevet FR2680701A1 — publié le 19930305

Procédé et dispositif pour la filtration d'un liquide contenant des particules en suspension. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la filtration d'un liquide contenant des particules en suspension, notamment en vue de la purification d'eaux souillées. Elle concerne plus particulièrement l'utilisation d'une matière plastique spécifique comme milieu filtrant dans un tel procédé et dans un tel dispositif. Dans son brevet américain NO 4 427 551, l'un des Demandeurs a décrit un système pour la clarification d'un milieu liquide contenant des particules. Ce système comprend a) un moyen pour alimenter, avec un courant continu d'un milieu liquide contenant la matière particulaire, un premier séparateur dans lequel la matière ayant un diamètre nominal supérieur à environ 3 millimètres est éliminée du courant b) une pompe pour exercer une pression sur le courant provenant du premier séparateur et des conduits réunissant la pompe à ce premier séparateur et à un second séparateur pressurisé c) un second séparateur pressurisé, apte à éliminer du courant de liquide sous pression les matériaux ayant un diamètre nominal inférieur à environ 3 millimètres et supérieur à environ 75 microns d) des moyens de contrôle du débit, et des conduits associés, pour recevoir le liquide provenant du second séparateur, les moyens de contrôle comprenant des moyens pour maintenir une pression et un débit sensiblement constants dans le second séparateur e) une vanne à trois voies et des conduits associés pour recevoir le liquide provenant des moyens de contrôle de débit et pour recycler sous la commande de ceux-ci une partie du liquide au premier séparateur f) un filtre pressurisé pour matière fine et des conduits associés pour recevoir le courant de liquide pressurisé provenant de la vanne à trois voies, ce filtre pour matière fine comprenant un milieu filtrant qui retient et sépare du courant de liquide les particules ayant un diamètre nominal supérieur à environ un micron g) un moyen d'évacuation associé au filtre de matière fine pour fournir un courant de liquide clarifié h) un moyen de commande de débit, associé au moyen d'évacuation, pour commander la vanne à trois voies en vue de maintenir le débit de liquide dans le filtre de matière fine dans des limites prédéterminées. Un tel système se prête au traitement en continu d'eaux usées, en régime continu ou discontinu, pour éliminer toutes les particules de dimension supérieure à 1 micron environ et pour récupérer ou recycler l'eau ainsi clarifiée, Une floculation du liquide traité peut être prévue avant tout traitement ou après le second séparateur, avant passage du liquide dans le filtre pour matière fine. Des agents de floculation usuels, tels que du sulfate d'aluminium peuvent être utilisés. La présente invention vise à proposer un procédé de filtration qui puisse être utilisé dans le filtre pour matière fine du système de clarification selon le brevet U.S. 4 427 551, étant entendu que ce dispositif peut être appliqué à toute autre opération de filtration, pour retenir des particules de dimension supérieure à environ un micron. L'invention vise également à proposer un dispositif de filtration utilisant un tel procédé qui puisse être nettoyé et débarrassé des particules retenues, par simple inversion du sens du liquide qui le traverse. I1 est, en effet, particulièrement avantageux, dans le système faisant l'objet du brevet U.S. NO 4 427 551, de pouvoir débarrasser le filtre pour matière fine des particules qu'il a retenue par simple inversion du courant de liquide, sans utiliser de réactifs et surtout sans avoir à changer le milieu filtrant, comme c' est pratiquement toujours le cas pour de tels filtres pour particules très fines. Un premier but de l'invention est donc de proposer un procédé de filtration apte à être appliqué à la filtration de particules de dimension supérieure à environ un micron, en suspension dans un milieu liquide. Un autre but de l'invention est de proposer un tel procédé qui soit utilisable dans un système de clarification d'eaux usées, notamment du type décrit dans le brevet U.S. NO 4 427 551. L'invention a enfin pour but de proposer un dispositif de filtration faisant application d'un tel procédé qui puisse être nettoyé et régénéré par simple passage d'un liquide chargé ou non de particules, en sens inverse de celui du courant de liquide à filtrer. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de filtration d'un milieu liquide, notamment d'eau usée, contenant des particules et matières en suspension, ce procédé consistant à faire traverser un lit d'un agent filtrant par le liquide et étant caractérisé en ce que cet agent filtrant comprend des fragments d'une matière plastique expansée, déformable élastiquement, à cellules ouvertes ou semi-ouvertes d'une dimension comprise entre 0,1 et 2,5 mm, les fragments de matière plastique ayant un volume maximum d'environ 8 cm3 à l'état non comprimé. L'invention a également pour objet un dispositif pour la filtration d'un milieu liquide, notamment d'eau usée, contenant des particules et matières en suspension, ce dispositif comprenant un corps et une enceinte emplie partiellement d'un lit d'un agent filtrant, cette enceinte comprenant un moyen d'alimentation en liquide à filtrer et un moyen d'évacuation du liquide filtré, le moyen d'alimentation et le moyen d'évacuation étant respectivement disposés en amont et en aval du lit d'agent filtrant, ce dispositif étant caractérisé en ce que cet agent filtrant comprend des fragments d'une matière plastique expansée, déformable élastiquement, à cellules ouvertes ou semi-ouvertes, d'une dimension comprise entre 0,1 et 2,5 mm, les fragments de matière plastique ayant un volume maximum d'environ 8 cm3 à l'état non comprimé. La matière plastique cellulaire sera par exemple constituée au moins partiellement de polyuréthane expansé, préparé à partir d'un éther ou d'un ester. On utilisera, par exemple, des blocs à surface externe irrégulière ou, dans le cas de particules ultrafines, une matière cellulaire déchiquetée, afin d'accroître la surface de contact avec le liquide à traiter et d'éviter la formation de courants préférentiels de ce liquide entre fragments de matière plastique. La masse spécifique apparente de la matière plastique cellulaire utilisée pourra varier suivant les effets désirés et suivant la nature du milieu liquide et des particules à séparer. En général, toutefois, cette masse spécifique sera comprise entre 23 et 35 kg/m3. Un avantage d'une telle matière plastique expansée, à cellules ouvertes ou semi-ouvertes, est qu'elle est insoluble et imputrescible dans l'eau, les hydrocarbures, le chlore et les solvants usuels (à une concentration de 10% au maximum, pour des raisons de sécurité), Un autre avantage du milieu filtrant constitué par une telle matière plastique expansée est qu'elle peut être traversée par le liquide à filtrer avec une vitesse élevée. De préférence, afin de permettre un décolmatage et un lavage facile et rapide du milieu filtrant, les fragments de matière plastique cellulaire à cellules ouvertes ou semi-ouvertes rempliront au plus un tiers du volume interne de l'enceinte cylindrique, lorsque celle-ci est traversée par un liquide exerçant sur le milieu filtrant une pression d'environ 105 Pascals (1 bar). En vue d'obtenir une filtration optimum du liquide à traiter, l'épaisseur du milieu filtrant, dans l'enceinte du dispositif, sous une pression de liquide de 105 Pascals, sera avantageusement d'au moins 30 cm. De préférence, les particules contenues dans le liquide à traiter auront une dimension inférieure à 100 microns à l'entrée du filtre, car des particules de taille supérieure ne se séparent pas facilement du milieu filtrant, lors du décolmatage de celui-ci à l'aide d'un courant de liquide chargé ou non en particules, circulant en sens inverse du liquide à épurer. Avant filtration, le liquide à épurer aura pu subir ou non un traitement de floculation, suivant les matières en suspension à retenir et le degré de clarification désiré. Le liquide à filtrer pourra traverser le dispositif conforme à l'invention avec des vitesses élevées, de l'ordre de 35 à 100 m/h, sous une pression relative d'environ 105 Pascals (1 bar). Dans une forme de réalisation préférée du dispositif conforme à l'invention, l'enceinte contenant la matière plastique expansée à déformation élastique qui constitue l'agent filtrant sera une enceinte cylindrique, disposée verticalement et alimentée en liquide à filtrer à sa base. Avantageusement, l'agent filtrant sera contenu dans une cartouche amovible, logée dans l'enceinte du dispositif, cette cartouche comprenant un corps cylindrique à paroi latérale étanche et fermée à ses deux extrémités par une plaque circulaire percée d'orifices, disposée transversalement aux dites plaques. Ces plaques perforées, disposées en amont et en aval de la cartouche, seront percées d'orifices répartis régulièrement sur toute leur surface. Une plaque perforée, disposée en amont sur le corps du filtre, dans le sens d'écoulement du liquide à filtrer, sera de préférence percée d'orifices répartis suivant deux couronnes circulaires concentriques, la partie centrale de la plaque, limitée par la couronne de plus petit rayon, étant elle même perforée d'orifices, la densité d'orifices par unité de surface étant plus faible dans la partie centrale que dans la couronne de plus petit rayon et dans cette dernière que dans la couronne de plus grand rayon. Une forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins La figure 1 est une coupe verticale de l'enceinte cylindrique du dispositif conforme à l'invention, lorsque celui-ci est en cours d'utilisation La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. Comme on le voit sur cette figure 1, le dispositif conforme à l'invention comprend une enceinte cylindrique 1 d'axe X-X, disposée verticalement et fermée à ses deux extrémités par des parties en forme de dôme, respectivement 2 et 3. Le dôme 2 est disposé à l'extrémité amont de l'enceinte et, dans sa partie centrale, débouche axialement un conduit 4 d'alimentation en liquide à filtrer. A l'extrémité aval de l'enceinte 1, un conduit 5 d'évacuation du liquide filtré débouche à travers la paroi latérale. L'enceinte 1 est de préférence disposée verticalement, avec le dôme 2 et le conduit 4 disposés à sa base. L'agent filtrant est constitué de fragments 10 de matière plastique expansée déformable élastiquement, à cellules ouvertes ou semi-ouvertes, en forme de blocs à surface externe irrégulière ou de parties déchiquetées, suivant les utilisations du dispositif, logés dans une cartouche cylindrique amovible 11. Sous une pression de liquide de un bar, les fragments 10 ne remplissent qu'environ un tiers du volume de la cartouche 11. Celle-ci comprend une paroi latérale étanche et est fermée à chacune de ses extrémité de plaques circulaires, respectivement 6 et 7, percées d'orifices répartis régulièrement sur toute la surface. Une plaque 8, disposée en amont sur le corps du filtre, dans le sens du déplacement du liquide à filtrer, est percée d'orifices 9, répartis régulièrement en sa partie centrale et suivant deux couronnes concentriques. La densité des orifices est plus importante dans la couronne la plus proche de l'axe X-X du cylindre que dans la partie centrale, et également plus importante dans la couronne la plus éloignée de l'axe X-X que dans l'autre couronne. Comme on le voit, dans la partie centrale, les orifices sont répartis suivant quatre quadrants distincts. Les plaques 6,7 disposées en amont et en aval de la cartouche sont percées d'orifices 9 répartis régulièrement sur toute leur surface. Du côté de la face externe de la plaque 6, au voisinage immédiat de celle-ci, sont disposés régulièrement des renforts 12 parallèles à l'axe X-X, fixés sur la face interne de la paroi latérale de l'enceinte 1. Pour décolmater la matière plastique expansée servant de milieu filtrant, on décollera d'abord le gâteau de matière filtrante en injectant dans l'enceinte 1 un courant d'air comprimé, à une pression de 6.105 Pascals par exemple, en sens inverse du courant précédent de liquide à filtrer, comme décrit dans le brevet U.S. NO 4 427 551. Dans un deuxième temps, on injectera dans l'enceinte 1- de l'eau propre ou non et de l'air comprimé, toujours en sens inverse du courant de liquide à filtrer, pour laver et rincer le milieu filtrant. L'exemple suivant illustre d'efficacité d'une filtration effectuée à l'aide du dispositif conforme à l'invention. EXEMPLE Dans cet essai, on a filtré à l'aide du dispositif décrit ci-dessus, de l'eau de la Meuse, préalablement floculée à l'aide de sulfate d'alumine, à raison de 25 g/m3. Le dispositif utilisé avait une section utile de 310 mm de diamètre et une longueur utile de 1 m (distance séparant les plaques 6 et 7). La matière plastique expansée était du polyuréthane à cellules ouvertes d'une densité de 26 kg/m3, déchiquetée en fragments d'une dimension maximum de l'ordre de 5 cm3 avec des cellules d'une dimension maximum de 0,2 à 2,5 mm. Le débit d'eau traitée était de 135 I/mm, avec une pression à l'extrémité aval de la matière filtrante de 1,5 bar et une perte de charge totale de 0,55 bar. Dans ces conditions, l'épaisseur de matière filtrante ainsi comprimée, traversée par l'eau, était de 40 cm. Les caractéristiques de l'eau, avant et après filtration, sont rassemblées dans le Tableau suivant. TABLEAU : Eau de Meuse : Eau de Meuse : non traitée : traitée 7,45 : 7,32 :DCO : 75 mg/l : 9,4 mg/l :Turbidité : 355 NTU : 0,46 NTU :Dureté : 440 français : 300 français Ammoniaque : 1,1 mg azote/l : 0,33 mg azote/l Azote total : 20,2 mg/l : 11,5 mg/l Matière en sus-: 1,537 g/l : mg/l :pension : : :Résidu sec :(à 105 C) : 1,829 g/l : 0,46 g/l :DBO : 5 mg/l : 2,9 mg/l :Aspect :trouble, brunâtre :limpide, incolore :Germes totaux : 80 000 : 3 :(par ml) :Coliformes : 12 500 : 0 :totaux (par ml): : Ce tableau met en évidence l'efficacité du dispositif de filtration conforme à l'invention et, ce qui est tout-à-fait inattendu, son aptitude à éliminer la quasi-totalité des bactéries présentes dans l'eau traitée. REVENDICATIONS 1- Procédé de filtration d'un milieu liquide, notamment d'eau usée, contenant des particules et matières en suspension, ce procédé consistant à faire traverser un lit d'un agent filtrant par le liquide et étant caractérisé en ce que cet agent filtrant comprend des fragments d'une matière plastique expansée, déformable élastiquement, à cellules ouvertes ou semi-ouvertes, d'une dimension comprise entre 0,1 et 2,5 mm, les fragments de matière plastique ayant un volume maximum d'environ 8 cm3 à ltétat non comprimé. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière plastique expansée est constituée d'un polyuréthane expansé, dérivé d'un éther ou d'un ester. 3- Procédé selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que la matière plastique expansée a une masse spécifique comprise entre 23 et 35 kg/m3 4- Procédé selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce que la matière plastique expansée se présente sous forme de blocs à surface externe irrégulière ou de fragments déchiquetés. 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liquide à filtrer circule dans le lit d'agent filtrant (10) à une vitesse de l'ordre de 35 à 100 m/h, sous une pression relative d'environ 105 Pascals. 6- Procédé selon l'une des revendications i à 5, caractérisé en ce que, pour décolmater le lit d'agent filtrant (10), on fait circuler à travers celui-ci, en sens inverse du milieu liquide à filtrer, un mélange d'un liquide sensiblement exempt de toute particule, additionné de gaz comprimé. 7- Dispositif pour la filtration d'un milieu liquide, notamment d'eau usée, contenant des particules et matières en suspension, ce dispositif comprenant un corps et une enceinte (1,11) emplie partiellement d'un lit d'un agent filtrant (10), cette enceinte comprenant un moyen (4) d'alimentation en liquide à filtrer et un moyen (5) d'évacuation du liquide filtré, le moyen d'alimentation et le moyen d'évacuation étant respectivement disposés en amont et en aval du lit d'agent filtrant (10), ce dispositif étant caractérisé en ce que cet agent filtrant (10) comprend des fragments d'une matière plastique expansée, déformable élastiquement, à cellules ouvertes ou semi-ouvertes, d'une dimension comprise entre 0,1 et 2,5 mm, les fragments de matière plastique ayant un volume maximum d'environ 8 cm3 à l'état non comprimé. 8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps et l'enceinte cylindrique (1,11) sont disposés verticalement, avec le moyen d'alimentation (4) disposé à la base et le moyen d'évacuation (5) disposé à la partie supérieure. 9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation (4) est disposé suivant l'axe (X-X) de l'ensemble cylindrique (1,11), tandis que le moyen d'évacuation (5) est disposé latéralement 10- Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'agent filtrant (10) est logé dans une cartouche cylindrique amovible (11) logée dans l'enceinte cylindrique (1) du dispositif. 11- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la cartouche (11) comprend un corps cylindrique à paroi latérale étanche, fermée à ses deux extrémités par des plaques circulaires, respectivement (6) et (7), percées d'orifices identiques (9) répartis régulièrement sur leur surface. 12- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième plaque circulaire (8) disposée sur le corps (1) du filtre en amont de la plaque (6), dans le sens d'écoulement du liquide à filtrer, cette plaque étant perforée d'orifices (9) répartis suivant deux couronnes circulaires concentriques, la partie centrale de la plaque (8), limitée par la couronne de plus petit rayon, étant ellemême perforée d'orifices, la densité d'orifices par unité de surface étant plus faible dans la partie centrale que dans la couronne de plus petit rayon et dans cette dernière que dans la couronne de plus grand rayon. 13- Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'en cours d'utilisation, sous une pression de liquide d'environ 105 Pascals, l'agent filtrant (10) n'occupe qu'environ un tiers du volume de la cartouche (11) contenue dans l'enceinte (1).