Brevet FR2796306A1 — publié le 20010119

I 2796306 CLARIFICATEUR A AIR DISSOUS AVEC FILTRE INCORPORE DOMAINE TEC-INIQUE L'invention concerne un clarificateur combiné de forme circulaire, utilisant deux techniques de séparation liquide / solide - la flottation à air dissous et la filtration sur un médiat filtrant (sable, anthracite ou autre médiat filtrant lavable à contre-courant). Le clarificateur selon l'invention peut être utilisé pour perrnettre la séparation des matières en suspension, ci-après désignées par le sigle MES, contenues dans uin liquide en deux étapes -D'abord par flottation - flottation naturelle (si leur densité est inférieure à celle du liquide), ou en association avec la technique de la flottation à air dissous. - Ensuite par filtration sur un médiat filtrant lavable à contre-courant. Le clarificateur selon l'invention est particulièrement destiné à la clarification d'un effluent liquide chargé en MES. Dans ces deux cas (flottation naturelle ou flottation à air dissous) la construction et le principe de fonctionnement du clarificateur selon l'invention demeurent les mêmes. ART ANTERIEUR Les techniques principales utilisées dans le clarificateur selon l'invention sont connues. Elles sont commne suit - la flottation naturelle et plus particulièrement la flottation à air dissous qui utilise la propriété de micro bulles d'un gaz d'adhérer aux particules (les MES) et de les faire remonter à la surface du liquide. Cette technique est souvent associée avec différents traitements chimiques permettant l'agglomération des MES. - la filtration sur un médiat filtrant (sable ou autre). - le lavage à contre-courant du médiat filtrant. L'utilisation combinée de ces techniques dans iun appareil circulaire est egalemlent connue. Le premnier clarilicateuir lde ce type a été installé aux USA en 1980. Depuis ce type de clarificateuir a connuI plusieurs conceptions dilfférentes, vendues souLIs les marques SANDFLOAT (SAF), SFDISANDFLOAT (SASE) et SANI)FI OAT 131' (SAF BP). I les points co0111muns ellntre Ces clrlaIcaeluirs onnius sont les suivants 4 2 2796306 Le clarificateur est constitué d'une cuve circulaire dans laquelle le liquide à clarifier est introduit. La première étape de clarification est effectuée par une flottation à air dissous qui permet d'évacuer la majorité des MES vers la surface du liquide. A partir de la surface du liquide les matières rflottées sont récupérées par une écope spirale et évacuées de l'appareil. Le liquide partiellement clarifié par fiottation descend vers le fond de la cuve pour être fitré sur une couche de sable ou autre (le médiat filtrant) disposé en partie inférieure de la cuve de l'appareil. Un dispositif de récupération du liquide filtré disposé sous le médiat filtrant permet l'évacuation de ce liquide vers un espace situé sous le fond de la cuve ou vers un collecteur extérieur. Le médiat filtrant est disposé dans plusieurs secteurs indépendants, séparés par des parois verticales. Le lavage à contre-courant du médiat filtrant est effectué secteur par secteur avec le liquide filtré par les autres secteurs. Une hotte de lavage suspendue au pont tournant permet d'isoler le secteur à laver de l'espace " >, de collecter le liquide de lavage et de le recycler vers l'entrée de l'appareil pour que les boues dut lavage soient re-mélangées avec le liquide entrant et re-llottées. Les différences entre ces clarificateurs connus résidaient dans la mise en oeuvre des techniques utilisées, et plus particulièrement dans - le mode d'alimentation (radial ou central) - le mode de récupération du liquide filtré (vers un espace commun à tous les secteurs ou séparément de chaque secteur vers un collecteur extérieur) - les dispositifs de collecte du liquide filtré (à travers des toiles ou par des collecteurs tubulaires à fentes) - la mise eni place ou non d'un dispositif de récupération du premier filtrat - le mode de lavage à contre-courant du médiat filtrant (par aspiration à travers la hotte de lavage OuL sous pression par l'intermédiaire d'une tuyauterie extérieure à la cuve alimentant chaque secteur par un jeu de vanllnes) Chacun des ces clarificateuirs connus a ses avantages et ses inconvénients. Ainsi, le premier des clarificateurs cités (le SAF) a un système d'introduction du liquide à clarifier trop lourd et inadapté à la 1 fOnction. Le système de lavage à contre-courant du lfiltre par aspiration à travers la hotte de lavage est également inefficace. le deuxième clarilficateur cité (le SASF) a iun système d'alimentation pluts simple, mais utilise le mme systIèmec de lavage à contre- couranlt queIlC le -lrcédanlt. En effet, le lavage à contrc-courant par aspiration à 3 2796306 travers la hotte de lavage pose des problèmes d'efficacité du lavage car la pompe de lavage est assez conséquent. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'objet de l'invention est de mettre en oeuvre un concept plus simple et moins coûiteux de ce type de clarificateurs combinés, susceptible d'utiliser les deux techniques de séparation dans les meilleures conditions pour chacune d'entre elles, tout en s'affranchissant des inconvénients rappelés cidessus. Le dispositif de génération des micro bulles de gaz nécessaires à la flottation n'est pas décrit, car conisidéré commre connu. A titre indicatif, le liquide pressurisé comportant les micro bulles est initroduit dans la tuyauterie d'alimentation du clarificateur. Le clarificateur comporte une cuve cylindrique équipée d'uni chemin de rouleilment el partie supérieure et un polit tourlnant suLppolanlt une écope spirale d'extraction des matières flottées et une hotte de récupérationl du liquide de lavage. Un entonnoir avec uIne tuyauterie d'évacuation des matières flottées est disposé dans l'axe du clarificateur. ALt centre de la cuve du clarificateur sont disposées deux cuives cylinidriques concentriques, I'Iune servanlt à l'iitroduction et à la répartition diu liquide à clarifier dans le clarilicateIur, et l'autre (celle qui est au celtre) - à la collecte du liquide filtré. A l'exté, rieur de ces deux cuves centrales, le fond de la cuve du clarificaIteur est sélpar- eli secteurs par des parois \'etitlcals r1emoIntanIt jusquLl'à n ceLrtaIiin iiCveau sous la surface du liquide. I e mndiat filtraiît est disposeé clans chaque sccteur le remplissant jiuLsqLlu'l un niiCeau ilfl-ictir au ni eau des hords des Ipar-ois verticales délimitant À40 les sectcIur-s Ic lOnd ide c laleue sectetur est double - un premier fond supérieur 4 2796306 est équipé de crépines (ou auLItre dispositif de retenu du médiat filtrant) et supporte le médiat liltrant. Le deulxième fond inférieur délimite un espace dans lequel est collecté le liquLlide tfiltré provenant de chlaque secteiur. Un tuyau renvoie le liquide filtré collecté entre les deux fonds de chaque secteur vers la cuve cylindrique située aul centre du clarificateur. Une pompe de lavage à contre-courant est suspendue au pont tournant à l'intérieur de la cuve de collecte du liqLuide filtré sittuée au centre dui clarificateur par l'intermédiaire d'un support. Un dispositif de levage permet de soulever la pompe de lavage pendant la rotation dui ponit tournant et de la baisser quand le pont s'arrête, positionnant la hotte de lavage sur le secteur à laver. La pompe de lavage est positionnée de façon à s'emboîter sur le tuyauL de collecte du liquide filtré du secteur à laver. Le clarificateuir comporte également un ensemble de dispositifs de positionnement de la hotte de lavage sur le secteur à laver et de dispositifs assurant le contact de ladite hotte avec les parois dudit secteur. Il comporte aussi des dispositifs d'alimentation électrique de la pompe de lavage, des motoréduIcteurs d'entraînement du polit tournant et de l'écope spirale, ainsi que des autres dispositifs de contrôle installés sur le pont. La manière dont l'invenltion peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieuLx des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure I montre ilune VLue en plan du clarificateur selon l'invention. La figure 2 montre ilune coupe verticale du clarificateur selon l'invenition. La figure 3 montre schématiqueinemnt iune variante de la partie centrale du clarificateur selon l'invention. La figure 4 montre Lule vue en plan de la partie centrale et du système de lavage du clarificateur selon l'invention. La figure 5 montre ilune coupe verticale du détail montré sur la figure 4. La figure 6 montre schlémiatiquemenlt une deuxième variante du clarificateuLr selon l'invention. La figuire 7 montre sché,matiquelent une troisivne 'ariante du clarificateiur selonl invCenltion. DESCRIPTION DETAII.I, DtLI CI,ARIFICATEtJR SELON L'INVENTION :0 -5 2796306 Selon iune première caractéristique de l'invention, le clarificateur comporte deLux cuIves cylinidriqules I et 2 installées lI'une à l'intérieur de l'autre au centre du clarificateur. Le liquide à clarifier (préalablement mélanligé avec le liquide pressurisé comportanit les micro bulles et évelntutelleiment avec les produits chimiques de conditionnement) est introduit dans l'espace entre les deux cuves I et 2 par l'intermédiaire d'une ou plusieurs conduites d'alimentation 3. De cet espace le liquide à clarifier est réparti dans l'espace de flottation délimité entre la paroi de la cuve 2 et la virole extérieure 4 du clarificateur. Dans cet espace de flottation s'effectue une première séparation des MES du liquide. Le liquide clarifié par iflottation descend vers le fond du clarificateur pour être filtré. Les MES remontent vers la surface du liquide et forment une couche de matières flottées. Cette couche est écopée par l'écope à spirale 5 qui renvoie les matières flottées dans l'enitonnoir 6 à partir duquel elles sont évaciuées du clarilicateur par l'intermédiaire de la tuyauterie 7. L'écope spirale 5 est montée sur le pont tournant 8. La rotation du pont tournant 8 est assuirée par le mnotoréducteur 9 et la rotation de l'écope spirale 5 - par le motoréducteuIr 10. Le dispositif de liltration est disposé sous l'espace de flottation et est aménagé de la manière suivante Le fond 11 de la cuIve du clarificateur, délimité entre la cuive 2 et la virole 4, est séparé en plusieuLlrs secteurs par des parois verticales 12, montant jusqu'à un certain niveau dans l'espace de flottation. Un deuxième fond 13, disposé à une certaine distance au dessus du fond 1 1, sert à supporter le médiat filtrant 14. Ce fond 13 est équipé de crépines 15 servant à retenir le médiat filtrant 14 et à permettre l'écoulement du liquide filtré dans l'espace entre les fonds 1 1 et 13. A partir de cet espace le liquide filtré de chaque secteur est évacué dans la cuve centrale I par l'intermédiaire d'une tuyauterie 16 (chaque secteur en possède une). Le liquide ainsi collecté dans la cuve centrale 1 est évacué du clarificateiur par l'intermédiaire de la vanne de régulation automnatique 17. Cette vanne automatique 17 maintien le niveau du liquide dans l[espace de tiottationl par l intermédiaire du détecteur de pression 18. Les pertes de charge dans le médiat tfiltrant sont compensées par la diflférence entre le niveau du liquide danis l'espace de flottation (en amont diu filtre) et le nliveau du liquide liltré dans la cuve I (en aval du lFiltre). Cette difiérenlce de niveau est réglée auLItomatiqueICIent par le dispositifde régulation du niveau (vannle 17 / détecteur de pression 1). Le lavage à conltre-coLIluranlt est ellectuté sectcurI- par secteLilur sans interruption du lIbnctiollnnemcllellnt du clarilicateuir de la manière suivante Uie r)omp1e de la\age 19 est suLspendue au po(lit tournanI1t 8 a Iintérieiur de la culve 1 par l'inteirmédiaire d'tUln support 20 1ixé sur le pon!t 8 et d'uil 6 2796306 support 21 fixé sur la pompe. lIa jonction entre les deux supports 20 et 21 est effectuée par l'intermédiaire de l'axe 22 autour duquel la pompe peut pivoter comme montré sur la figure 5. Un dispositif-de levage composé d'un vérin 23 fixé sur le pont tournant 8 par I'intermédiaire du support 24 et d'un tirant 25, reliant le vérin et la pompe, permet de faire pivoter la pompe 19 autour de l'axe 22. Quand le polit 8 tourne, la pompe de lavage 19 est levée dans la position montrée en pointillé sur la figure 5 et le liquide filtré de tous les secteurs afflue dans la cuLe 1. Dans cette position la pompe 19 ne touche pas les brides des tuyaux 16 et peut tourner librement. Quand le lavage à contre- courant d'un secteur doit être eliCctuél, le pont 8 s'arrête de façon à ce que la hotte de lavage 26 se retrouve juste au dessus dul secteur en question. Le joint pneumatique gonflable 27, situé sur le bord inlférieur de hôte, se gonfle et crée une étanchéité entre la hlotte, les parois 12 du secteur et les socles 28a et 28b. La hotte est maintenue en position par les butées 29 et 30. De cette façon le secteur à laver est isolé de l'espace de flottation. La pompe de lavage 19 est positionnée de façon à ce que, au moment de l'arrêt du pont, sa bride de refoulement se retrouve juste au dessus de la bride du tuyau 16 du secteur à laver. Une fois la hotte posée sur le secteur à laver, le dispositif de levage de la pompe 19 la baisse dans la position montrée sur la figure 5, c'est à dire jusqu'à ce que sa bride de refoulemenet se retrouve plaquée contre la bride du tuyau 16. L'étanchéité entre la bride diu tuyau 16 et la bride de refoulement de la pompe est assurée par le poids de la pompe qui, compte tenu de la position de l'axe de pivotement 21, appuie la pompe contre le tuyau 16. Quaînd la pompe est appuyée contre le tuyau 16 elle est nise en marche pour aspirer le liquide filtré de la cuve I et le renvoyer sous pression dans l'espace entre les fonds 1 1 et 13 du secteur. Le liquide lavant le médiat Filtrant est collecté sous la hotte et est renvoyé dans l'espace entre les cuIves 1 et 2 pour être re-mélangé avec le liquide à clarifier. Ce dispositif de lavage permet d'éviter toutes les vannes automatiques d'isolement des secteurs, toutes les vannlles automatiques d'orientation du liquide de lavage vers le secteur à laver et toutes les tuyauteries de collecte dul liquide filtré et d'alimentation en liquide de lavage, ainsi que tous les accessoires et attoniatismies de contrôle de ces vannes. Une fois le lavage du secteur terniiné, la pompe 19 est arrêtée et levée en posi'tion haute (commine montré cil pointillé sir la figure 5), le joint pneulIllatique est dégonflié et le pont 8 se remet enil marche vers un autre secteur. L'alinlentation électriqulILe et éventuiLelleCilent plneumliiatiqIue des dilfférents équlli peienits montés surli le pont tournalnt est assurée par un conltacteulr rotatif 31 et éventuellenllent iun joint tileLlLtictîe toiurnant associe' audit contacteur. 7 2796306 Les différents éléments du clarificateur selon l'invention petuvent être réalisés de plusieurs fa:çons. Ainsi, l'alimentation du clarificateuLr peut se faire par un ou plusieurs points d'introductionl 3. Le fond de la cuve centrale I peut être au même niveau que le fond 11 comme montré sur la figure 2, ouL bien être situé plus bas pour permettre d'augmenter les pertes de charges dans le médiat filtrant, commne montré schlématiqulement sur la figure 3. Le nombre de secteuLrs petut être variable, la seUtle contrainte étant le débit de lavage qui doit être encaissé par les autres secteurs. Les crépines 15 peuvxent être remplacées par un autre dispositif de retenu du médiat filtrant remplissant la même lfonction. Le médiat filtrant peut être constitué d'un seul matériau ou bien être constitué de deux couches difflérentes ayant chacune sa granulométrie et son poids spécifique (filtre bicouLche classique). Dans ce cas la pompe de lavage pourrait être alimentée par lun variateur de fréquences lui penrmettant de varier le débit de lavage nécessaire à la séparation des deLux couches. Un dé-tassage à l'air comprimé peut être également prévu par l'intennédiaire d'une vanne automatique 32 envoyant l'air dans l'espace entre les deux fonds 11 et 13. Dans ce cas il conviendrait de prévoir les crépines adéquates. L'air du dé-tassage sortira par l'évent 33 du conduit de la hotte. Le vérin de levage 23 et le tirant 25 peuvent être remplacés par un autre dispositif remplissant la même fonction. Enfin, la pompe submllersible de lavage 19 peut être remplacée par un autre type de pompe (par exemple une pompe du type à axe vertical) associée avec un autre dispositif de levage ou de pivotement assurant la connexion entre la conduite de refoulement et les tuyauLx 16. Une deuxièllme variante du clarificateur selon l'invention est montrée schématiquemrent suir la figure 6. Dans cette variante, selon Lune première caractéristique, le clarificateur est équipé d'une paroi cylindrique supplémentaire 33 disposée entre les parois des cuves 1 et 2. L'espace entre les parois I et 33 sert à collecter les matières flottées provenant de l'écope. le liquide pour le lavage des secteurs arrive de l'extérieur (sous pression) par la conduite immobile 34 dans la conduite tournante 35. Cette conduite 35 est solidaire au pont tournant 8 par l'intermédiaire dut support 38. La rotation de la conduite 35 par rapport a la conduite 34 est assLure par Lun joilnt rotatif 36, I,'cxtrmit de la coinduitc 35 usi équlipée avec un joint tclcescopique 37 (soulIiet ou autre) permettant de fliire avancer la bride 39 située Lau boIut de la conduite tournante 35 vers les tLuvaux' g 16 (poLur plaquer la bride 39 sur Lla bride du tuyauL 16 et assuIrer ainsi l'etanchéite pendant le lavage) et de la laire reculer \vers le joint rotatif 36 pendant la rotation dui pont. La commlanide de ce joint telescopique 37 n'est pas montrée car sans rapport direct avec l'inv\enition. En effet, I'appui de l'extrémité de la conduite touLirnanite sur les tuyaux 16 peut être réalisé de plusieurs façons. Une troisième variante du clarificateur selon l'invention est montrée schématiquemenlt sur la figure 7. La ditfférence avec la variante montrée sur la figure 6 réside essentiellement dans l'absence de la paroi 33. Les matières flottées sont collectées dans l'entonnoir central 6 conmme dans le clarificateur montré sur les figures 1 et 2, mais l'alimentation dii système de lavage se fait de l'extérieur par l'intermédiaire d'un double joint rotatif40 conçu de façon à ce que la tuyauterie d'évacuation de matières flottées 7 puisse passer dans son axe. Pour le reste, les deux variantes du clarificateur selon l'invention montrees sur les figures 6 et 7 sont globalement identiques à la version de base montrée sur les figures I et 2. On conçoit dès lors tout l'intérêt du clarifticateur conforme à l'invention, dans le cadre du traitement des effluents liquides et des eaux résiduaires. En effet, outre une optimisation du fonctionnement de l'appareil, il est possible de simplifier de manière significative sa colnstruIction et de diminuer son coût. 9 2796306 REVENDICATIONS 1/ Clarificateur associant les techniquILles de la clarification par flottation et de la filtration sur médiat filtrant lavable ài contrecourant, comportalnt une cuve cylindrique 4, tin ponlit tournant 8, uln mloyen de récupération et collecte des matières flottées, un médiat filtrant lavable à contre-courant disposé dans des secteurs indépendants délimités par des parois 12 et supporté par un double fond 13 équipé de moyens 15 de retenu du médiat filtranit, une hotte 26 de récupération du liqulide dLI lavage à contre-coLirant suspendue au ponlit tournant 8 et un dispositifde régulation diu niveau du liquide dans la cuve de flottation, caractérisé en ce qu'il comnporte - iune cuve centrale I de collecte du liquide filtré - unile ou plusieurs entrée 3 du liquide à clarifier introduisant ledit liquide entre la cuve centrale I et la virole interne 2 de la cuve de flottation - des collecteurs 16 assurant la circulation du liquide filtré entre l'espace de collecte dudit liquide de chaque secteur et la cuve 1 de collecte du liquide filtré - un mioyenl d'alimentation sous pression en liquide pour le lavage à contre-courant du médiat filtrant, tournant de manière solidaire avec le ponlit tournant 8 et la hotte de lavage 26, ledit moyen étant équipé d'un dispositif de connexion et déconnexion avec lesdits collecteurs 16, ledit dispositif de connexion et déconnexion assurant premièrement l'envoi du liquide sous pression nécessaire au lavage à contre-courant dans le collecteur 16 du secteur à laver pendant le lavage, et deuLxièmemenit, la séparation et l'écartement dudit moyen d'alimentation en liquide de lavage dudit collecteur 16 de façon à permettre le déplacement du moyen d'alimentation en liquide de lavage sous pression vers uin autr-e secteuir par la rotation du pont tournant 8. 2/ Clarificateuir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation sous pression en liquide pouir le lavage à contre- courant du médiat filtrant soit lune pompe 19 supportée par le pont tournant 8. 3/ Clarificateuir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation sous pression en liquide pour le lavage à contre- courant du médiat filtrant soit ilune conduite 35, tournante de manière solidaire avec le pont tournant 8 et alimentée en liiquide sous pressioln provenant de l'extérieur du cla-ilicateLIur- par l'intermédiaire d'uni joint rotatif 36 ou 40, ladite coniduite tournanilte 35 étant éqLlipée d'uin mIoyell de connexionl et décoinnexionl 37 avec lesdits collecteurs 16.