Brevet FR2746788A1 — publié le 19971003

Cette invention concerne un filtre double flux pour l'épuration biologique d'effluents et notamment de l'eau. On sait que diverses substances polluantes zozote ammoniacal, substances carbonées...) contenues dans des effluents et notamment dans l'eau peuvent être éliminées par voie biologique. Certaines des réactions, aérobies, ainsi mises en oeuvre s'effectuent grâce à l'oxygène de l'air et elles nécessitent donc un apport d'oxygène extérieur dans la mesure où cet oxygène n'est pas déjà présent dans l'eau à traiter. On connaît de nombreux procédés et dispositifs permettant de réaliser une telle élimination biologique en présence d'oxygène. Ainsi, dans ce but, on utilise des réacteurs, des filtres ou des biofiltres. Les réacteurs réalisent simultanément l'apport en oxygène et la mise à disposition de supports physiques pour le développement et le maintien des bactéries. Les filtres utilisent de l'oxygène déjà présent dans l'eau et leur matériau filtrant sert de support pour le développement et le maintien des bactéries. En plus de la réaction biologique, les filtres assurent les fonctions habituelles de rétention des matières en suspension, suivie de leur élimination lors du lavage. Les biofiltres combinent les fonctions réalisées par les réacteurs et les filtres. Ainsi, la réalisation des biofiltres nécessite la combinaison dans une même enceinte de toutes les fonctions nécessaires à l'élimination des substances polluantes par voie biologique : fonctions de supportage des bactéries, fonctions d'aération et fonctions de lavage. On conçoit qu'une telle combinaison puisse conduire à une réalisation complexe donc coûteuse à la fois en ce qui conceme les frais de fabrication et ceux de fonctionnement et d'entretien. Par ailleurs, I'aération interne mise en oeuvre dans les biofiltres entraîne une agitation du lit de matériau granulaire et cette agitation peut nuire à la formation de la biomasse sur le matériau granulaire qui lui sert de support. L'aération interne peut également nuire, pour les mêmes raisons, à la qualité de l'eau filtrée. En conséquence, la présente invention se propose d'apporter un dispositif pour l'élimination biologique des substance polluantes contenues notamment dans de l'eau brute à traiter, qui de façon particulièrement économique, combine avantageusement les diverses fonctions rappelées cidessus permettant de réaliser cette élimination biologique. L'invention est basée sur un mode de réalisation de filtres de traitement d'eau connus sous le nom de filtres à double flux. On rappellera que ces filtres sont constitués de deux cellules de filtration parcourues en série. La première cellule est parcourue à flux ascendant et la deuxième cellule est parcoure à flux descendant. Un exemple de réalisation d'un tel filtre à double flux est décrit dans DE-A-2 355 422. Ce type de filtre est utilisé en particulier comme filtre à charbon actif. Partant de cet état de la technique, la présente invention apporte un filtre double flux pour l'épuration biologique d'effluents et notamment de l'eau comportant au moins deux cellules de filtration, disposées en série, en liaison hydraulique de manière à être parcourues successivement par l'eau à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson intermédiaire disposé entre deux cellules de filtration successives, ce caisson étant muni de moyens d'aération. Ainsi, selon l'invention, on utilise le canal qui est situé entre les deux cellules (et qui est généralement utilisé pour la récupération des eaux de lavage) pour réaliser une aération intermédiaire et augmenter ainsi les rendements de réaction sur la seconde cellule. En outre, cette disposition conforme à l'invention permet de réaliser l'aération sans perturber aucunement les processus de filtration qui se déroulent dans les cellules. Selon un mode de réalisation de l'invention, le filtre comporte deux cellules de filtration, la première à flux ascendant et la seconde à flux descendant, ledit caisson intermédiaire comportant ses moyens d'aération présentant une circulation des flux dirigée au moyen d'une cloison siphoïde. Selon une variante de réalisation, le filtre comporte deux cellules de filtration, la première à flux descendant et la seconde à flux descendant, l'effluent provenant de la première cellule et le fluide d'aération du caisson intermédiaire circulant en flux ascendant dans ce caisson. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le filtre comporte n cellules de filtration, disposées en série et parcourues successivement par l'effluent à traiter et n - 1 caissons intermédiaires comportant chacun des moyens d'aération, chacun de ces caissons intermédiaires étant interposé entre deux cellules de filtration successives et étant parcouru par l'effluent soit par circulation des flux dirigée au moyen d'une cloison siphoïde, soit à flux ascendant. Selon l'invention, le caisson intermédiaire peut être utilisé afin d'injecter des réactifs succeptibles d'améliorer l'activité biologique (notamment nutriment du type phosphate, oligo-éléments ...). Ce meme caisson intermédiaire peut être utilisé pour effectuer une injection en continu, par exemple de sels d'ammonium, afin de conserver un minimum de biomasse active, en l'absence de pollution azotée, cette injection étant arrêtée en cas d'apparition de pics de pollution à nitrifier. L'addition peut être effectuée par l'intermédiaire de moyens de diffusion et de mélange. Selon l'invention, les moyens d'aération peuvent être réalisés sous la forme d'un diffuseur tel qu'un mélangeur statique ou dynamique. Ils peuvent être également du type à matériau poreux rigide ou du type à membrane poreuse. Les moyens d'aération peuvent utiliser de l'air ou de l'oxygène pur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent les exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un filtre double flux selon la présente invention; - La figure 2 est une vue schématique similaire à la figure 1 illustrant un second exemple de réalisation d'un filtre double flux selon l'invention et, - La figure 3 est une vue schématique similaire aux figures 1 et 2 illustrant un troisième exemple de réalisation du filtre double flux selon l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, dans cet exemple de réalisation, le filtre double flux selon l'invention comporte une première cellule de filtration 1, comprenant comme connu un plancher à buselures 3 pour l'introduction de l'effluent à traiter, ce dernier circulant dans cette cellule de façon ascendante comme l'indique la flèche. Le filtre comporte une seconde cellule 2 du même type que la première dans laquelle l'effluent à traiter circule selon un flux descendant. Selon l'invention, on interpose un caisson intermédiaire 4 entre les cellules 1 et 2 de manière que l'effluent à traiter circule en série entre la première cellule, ce caisson intermédiaire et la seconde cellule. Ce caisson intermédiaire comporte des moyens d'aération schématisés ici par un diffuseur 5. Ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus, ces moyens, de type connu peuvent être constitués d'un mélangeur statique ou dynamique ou être du type à matériau poreux rigide ou du type à membrane poreuse. Le dispositif d'aération 5 peut utiliser de l'air ou de l'oxygène pur. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 1, le flux, dans le caisson intermédiaire 4 est dirigé au moyen d'une cloison siphoïde 6, les vitesses des fluides étant choisies de manière à permettre un échange optimal entre le gaz d'oxygénation introduit dans la zone d'aération 8 par les moyens d'aération 5 et l'effluent, par exemple l'eau à traiter. Sous le caisson intermédiaire 4, on a prévu le caisson de lavage 7 des filtres, cette disposition étant classique sur les filtres à double flux Ainsi, selon l'invention, on utilise l'enceinte située sous le caisson intermédiaire pour réaliser la reprise des eaux de lavage de deux cellules de filtration 1 et 2. Dans I' exemple de réalisation de la figure 2, on retrouve des cellules de filtration 1' et 2' (identiques aux cellules 1 et 2 de la figure 1) entre lesquelles est interposé le caisson intermédiaire 4 avec ses moyens d'aération 5 mais, dans ce mode de réalisation les deux cellules de filtration sont parcourues à flux descendant comme l'indiquent les flèches sur la figure et la circulation dans le caisson intermédiaire s'effectue à flux ascendant. Dans cet exemple de réalisation, on a prévu un passage 9 sous la première cellule 1 qui débouche dans la zone d'aération du caisson intermédiaire 4 à la partie inférieure de ce dernier. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 3, le filtre double flux comprend trois cellules de filtration 1, 2 et 10 disposées en série et parcourues successivement par l'effluent à traiter, chacune de ces cellules étant du mème type que celles décrites ci-dessus. Comme on le voit sur cette figure, on a prévu entre deux cellules successives, un caisson intermédiaire, respectivement 13 et 14 chacun comportant ses moyens d'aération 5 comme décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. Cette même disposition peut être généralisée à n cellules de filtration également disposées en série, et dans ce cas, on prévoit n - 1 caissons intermédiaires avec leurs moyens d'aération, chacun de ces caissons intermédiaires étant disposé entre deux cellules successives. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné cidessus, la zone d'aération du caisson intermédiaire peut être utilisée pour l'addition de réactifs permettant d'améliorer l'activité biologique, ou d'un produit dopant, cette addition étant réalisée à l'aide d'un système de diffusion ou de mélange de type classique. On a donné ci-après un exemple de mise en oeuvre du filtre double flux selon l'invention. II demeure bien entendu que cet exemple n'est donné qu'à titre indicatif et qu'il ne présente aucun caractère limitatif. L'eau à traiter, contenant une certaine concentration en oxygène dissous (par exemple la valeur de la saturation à 15"C, soit 9 mgO2/l), est introduite dans la première cellule. Cette eau contient également 3 ppm de NH4+ La réaction biologique permet, sans apport supplémentaire d'oxygène, d'éliminer (au mieux) un peu moins des deux tiers de la quantité de NH4- entrante. L'eau sort donc de la première cellule avec environ 1 ppm de NH4+ et environ 1 ppm en oxygène dissous. Une aération est réalisée dans le caisson intermédiaire, après la première cellule du filtre, au moyen de membranes poreuses disposées à intervalles réguliers au fond du caisson. Ces membranes poreuses, distribuent un débit de gaz constitué de bulles d'air d'environ 2 mm de diamètre. Cette aération rajoute à l'eau environ 60% de la valeur de la concentration en oxygène à saturation et permet ainsi à la réaction biologique d'éliminer la quantité de NH4 restante. Cet exemple démontre clairement l'efficacité du filtre selon la présente invention, celuici pouvant être mis en oeuvre de façon particulièrement économique comme cela ressort de la lecture de la description qui précède. II demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et/ou représentés ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Filtre double flux pour l'épuration biologique d'effluents et notamment de l'eau comportant au moins deux cellules de filtration, disposées en série, en liaison hydraulique, de manière à être parcourues successivement par l'effluent à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson intermédiaire (4) disposé entre deux cellules de filtration successives (1, 2), ce caisson intermédiaire étant pourvu de moyens d'aération (5). 2 - Filtre double flux selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux cellules de filtration, la première (1) à flux ascendant et la seconde (2) à flux descendant, ledit caisson intermédiaire (4) étant muni de ses moyens d'aération (5) avec une circulation des flux dirigée à l'aide d'une cloison sipholde (6). 3 - Filtre double flux selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux cellules de filtration la première (1') à flux descendant et la seconde (2') à flux descendant, I'effluent provenant de la première cellule et le fluide d'aération du caisson intermédiaire (4) circulant à flux ascendant dans ce caisson. 4 - Filtre double flux selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte n cellules de filtration, disposées en série et parcourues successivement par l'effluent à traiter et n - 1 caissons intermédiaires, chacun comportant des moyens d'aération, chaque caisson intermédiaire étant interposé entre deux cellules de filtration successives et étant parcouru par l'effluent à traiter, soit avec une circulation des flux dirigée au moyen d'une cloison siphoïde, soit à flux ascendant. 5 - Filtre double flux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie (7) du caisson intermédiaire (4) comportant les moyens d'aération sert à la reprise des eaux de lavage des deux cellules de filtration (1 et 2) entre lesquelles il est interposé. 6 - Filtre double flux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d'aération (5) du ou des caissons intermédiaires (4, 13, 14) sont du type à matériau poreux rigide. 7 - Filtre double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens d'aération (5) du ou des caissons intermédiaires (4, 13, 14) sont réalisés sous la forme d'un diffuseur, tel qu'un mélangeur statique ou dynamique. 8 - Filtre double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens d'aération (5) du ou des caissons intermédiaires sont du type à membrane poreuse. 9 - Filtre double flux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d'aération (5) utilisent de l'air ou de l'oxygène pur. 10 - Filtre double flux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque caisson intermédiaire comporte des moyens de diffusion et de mélange permettant l'addition de réactifs dans la zone d'aération dudit caisson, afin d'améliorer l'activité biologique. 11 - Filtre double flux selon la revendication 10 caractérisé en ce que chaque caisson intermédiaire est utilisé pour l'injection de nutriments du type phosphate ou d'oligoéléments. 12 - Filtre double flux selon la revendication 10 caractérisé en ce que chaque caisson intermédiaire est utilisé pour effectuer une injection en continu, notamment de sels d'ammonium, afin de conserver un minimum de biomasse active en l'absence de pollution azotée, cette injection étant arrêtée en cas d'apparition de pics de pollution à nitrifier.