Brevet FR2812219A1 — publié le 20020201

La présente invention se rapporte à un dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions et, plus particulièrement, à un nouveau perfectionnement d'un tel dispositif dans lequel des eaux pré-filtrées, amenées à passer à travers un traitement d'eaux brutes pour coagulation-sédimentation, filtration au sable, ou traitement au carbone granulaire activé, sont en outre filtrées à l'aide d'un ensemble à membrane de filtrage au moyen d'une différence dans le niveau des eaux entre deux emplacements différents, en retirant ainsi, de manière peu coûteuse et certaine, les micro-organismes pathogènes des eaux pré- filtrées. On connaît des dispositifs de filtrage de type traditionnel pour filtrer des eaux brutes dans lesquels les eaux brutes sont filtrées en passant à travers un traitement d'eaux brutes pour coagulationsédimentation, filtration au sable, ou traitement au carbone granulaire activé, les eaux étant ainsi libérées sous la forme d'un effluent filtré présentant un UTN (unité de turbidité néphélométrique) de turbidité ou une valeur inférieure. Cependant, les dispositifs de filtrage de type traditionnel ne peuvent pas retirer certains micro-organismes pathogènes tels que Cryptosporidium d'une dimension d'approximativement 5 micromètres, Giardia d'une dimension d'approximativement 7 micromètres et Echinococcus d'une dimension d'approximativement 10 micromètres. Ces micro- organismes peuvent en fait à peine être supprimés par l'utilisation d'une désinfection au chlore au cours d'une étape ultérieure. Pour surmonter les inconvénients ci-dessus, on a proposé un appareil de traitement des eaux tel que celui décrit dans la publication de brevet japonais mis à la disposition du public (Heisei) 11-300351. De manière plus particulière, on a utilisé pour le filtrage des eaux brutes des membranes de microfiltration présentant des pores d'un diamètre de 0,01 pm plus petits que 2 2812219 les dimensions des micro-organismes pathogènes, ou d'un diamètre de 0,1 à 0,2gm. Un tel dispositif de traitement des eaux de type traditionnel utilisant les membranes de filtrage décrites ci- dessus présente les inconvénients suivants. De manière commune, lorsqu'une différence dans le niveau des eaux entre un filtre à sable ou un dispositif d'absorption au carbone granulaire actif et un réservoir d'eau filtrée par membrane dans une usine de traitement des eaux est aussi faible qu'un mètre, il est nécessaire d'utiliser une pompe d'alimentation pour augmenter la pression à plusieurs centaines de kPa pour faire passer les eaux à travers les membranes de filtrage. Les membranes de filtrage présentant des pores de grandes dimensions développent une grande résistance de filtrage, en diminuant ainsi le flux de filtration de la membrane à une valeur de 1 à 2 m/d. Cette filtration à faible dimension de pores amènera la pompe d'alimentation à utiliser un niveau plus élevé de consommation d'énergie électrique, et augmentera les frais de fonctionnement. La présente invention est développée pour éliminer les inconvénients ci-dessus, et son objet est de créer un dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions dans lequel des eaux brutes pré-filtrées, traitées par coagulation-sédimentation, filtration au sable, ou traitement au carbone granulaire activé, sont transportées et filtrées à travers l'ensemble à membrane de filtrage au moyen d'une différence dans le niveau des eaux, en retirant ainsi, de manière peu coûteuse et certaine, les micro-organismes pathogènes des eaux pré-filtrées. Un dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions conforme à l'invention incorporant un traitement d'eaux brutes pour pré-filtrer les eaux brutes par coagulation- sédimentation, filtration au sable, ou traitement au carbone 3 2812219 granulaire activé, afin d'obtenir une eau filtrée, comprend: un ensemble à membrane de filtrage prévu en dessous du réservoir d'eaux brutes préfiltrées et présentant des dimensions de pore de 0,8 à 3,0 gm, la membrane de filtrage présentant une sortie des eaux filtrées située en dessous du réservoir d'eaux brutes pré-filtrées, les eaux brutes pré- filtrées pouvant être transférées du réservoir d'eaux brutes pré-filtrées vers l'ensemble à membrane de filtrage au moyen d'une différence dans le niveau des eaux entre le réservoir d'eaux brutes pré-filtrées et l'ensemble à membrane de filtrage afin de retirer les micro-organismes pathogènes des eaux brutes pré-filtrées. L'ensemble à membrane de filtrage peut être un ensemble à membrane à fibres creuses du type à pression externe et peut être lavé en retour à l'aide de l'air fourni par la sortie d'eaux filtrées de l'ensemble à membrane de filtrage. En variante, l'ensemble à membrane de filtrage peut être un ensemble à membrane plate de type immergé et ses deux actions, filtration et lavage avec de l'air fourni depuis son côté d'entrée, peuvent être effectuées de manière alternée. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions conforme à la présente invention; La figure 2 est une vue schématique d'une variante du dispositif montré à la figure 1; La figure 3 est une vue schématique d'une autre variante du dispositif montré à la figure 1; La figure 4 est une vue schématique d'une variante du dispositif montré à la figure 3; et 4 2812219 La figure 5 est un graphique montrant des profils de différentes pressions transmembranes dans le dispositif de la présente invention et dans le dispositif connu. Un mode de réalisation préféré du dispositif de purification des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions conforme à la présenta invention va maintenant être décrit en se référant aux dessins correspondants. La figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions conforme à la présente invention. À la figue 1, on a désigné par le numéro de référence 1 un réservoir qui stocke des eaux brutes pré-filtrées 2a. Les eaux brutes reçues à partir de fleuves, de rivières ou de lacs sont pré-filtrées au moyen d'un traitement de coagulation-sédimentation, suivi d'une filtration au sable, ou d'un traitement au carbone granulaire activé. Les eaux brutes pré- filtrées présentent un UTN de turbidité ou une valeur inférieure, et elles peuvent être distribuées sous la forme d'une eau potable à la suite d'un traitement de désinfection au chlore effectué à une étape postérieure. Les eaux brutes pré-filtrées 2a sont alors transférées par l'intermédiaire d'une vanne d'entrée 3 à la partie inférieure 4a d'un ensemble à membrane de filtrage 4 qui est une membrane à fibres creuses du type à pression externe disposée sous la forme d'un module connu de membrane à fibres creuses. Une vanne de purge d'air 5 et une sortie d'eaux filtrées 6 sont prévues au niveau d'un côté supérieur de l'ensemble à membrane de filtrage 4. Une conduite d'eaux en circulation 12 est reliée, à une extrémité, entre la vanne de purge d'air 5 et la partie supérieure de l'ensemble à membrane de filtrage 4 et, à l'autre extrémité, entre la vanne d'entrée 3 et la partie inférieure 4a de l'ensemble à membrane de filtrage 4. La sortie des eaux filtrées 6 est amenée à communiquer, par l'intermédiaire d'une vanne de commande d'écoulement 2812219 constant 7, avec un réservoir d'eaux filtrées 8 o sont stockées des eaux finalement filtrées 2aA issues de l'ensemble à membrane de filtrage. Reliée de même entre l'ensemble à membrane de filtrage 4 et la vanne de commande d'écoulement constant 7 se trouve une vanne 9 et une soufflante 10. En conséquence, lorsque la soufflante 10 est entraînée alors que les vannes 3 et 7 sont fermées et que la vanne de purge d'air 5 et la vanne 9 sont ouvertes, de l'air peut être amené de la sortie d'eaux filtrées 6 vers l'ensemble à membrane de filtrage 4 en vue d'un lavage en retour par un écoulement inverse. Du fait qu'une différence LD est créée entre le niveau des eaux Li dans le réservoir d'eaux brutes pré-filtrées 1 et le niveau des eaux L2 au niveau de la sortie des eaux filtrées 6, les eaux brutes pré-filtrées 2a dans le réservoir d'eaux brutes pré-filtrées 1 sont filtrées et amenées à passer de l'extrémité inférieure à l'extrémité supérieure de l'ensemble à membrane de filtrage 4 du fait de la différence LD dans le niveau des eaux. Ceci permet aux eaux filtrées finales 2aA issues de la sortie des eaux filtrées 6 d'être reçues par le réservoir d'eaux filtrées 8. Le diamètre de chaque pore de l'ensemble à membrane de filtrage 4 est défini par la présente invention. De manière plus spécifique, pour filtrer les eaux brutes pré-filtrées 2a traitées au niveau de qualité d'une eau potable, à la relation optimale entre le diamètre des pores et la différence de pression trans-membrane nécessaire pour la filtration, la différence de pression trans-membrane d'une membrane présentant des dimensions de pores dans la gamme de 0,1 gm à 0,2 Im peut rester inférieure après un fonctionnement de longue durée par rapport à une membrane présentant des dimensions de pores inférieures à 0,45 im, comme montré à la figure 5. Ceci peut être expliqué par le fait que la plupart des matières en suspension restant dans les eaux brutes pré-filtrées 2a sont d'un diamètre de 0,1 à 0,45 pm et que, lorsqu'elles pénètrent profondément dans la membrane, elles en bloquent les pores. 6 2812219 Si les dimensions des pores dépassent 0,45 um, le profil de la différence de pression trans-membrane montré à la figure 5 va être modifié. Avec des dimensions de pores dans la gamme de 0,8 gm à 3 Mm, la filtration peut être stable pendant un fonctionnement de longue durée à un niveau de différence de pression trans-membrane plus faible que celui avec 0,1 à 0,2 im. La gamme ci-dessus de dimensions de pores rend difficile de retirer des matières en suspension des eaux brutes pré-filtrées d'un niveau de qualité d'une eau potable, mais peut être suffisante pour éliminer des micro-organismes pathogènes présentant un diamètre qui n'est pas inférieur à Mm ainsi que des particules présentant un diamètre supérieur aux dimensions de pores de 0,8 à 8,m des membranes et qui sont contenues dans les eaux brutes pré-filtrées 2a après la pré-filtration. Du fait que la gamme des dimensions de pores de 0,8 Mm à 3 um est relativement importante, elle permet à des eaux telles que les eaux brutes pré-filtrées qui ne contiennent pas beaucoup de matières en suspension de passer à travers les membranes sous une pression aussi faible que quelques dizaines à quelques centaines de kPa (niveau inférieur à la pression du point de bullage connu). Il es résulte que les membranes peuvent facilement être lavées en retour à l'aide d'air et que leur effet de lavage physique va être élevé, en permettant ainsi des fonctionnement de plus longue durée. La pression du point de bullage de membranes connues présentant des dimensions de pores de 0,1 à 0,2,m est dix fois plus élevée que celle de la présente invention dont les membranes présentent une dimension de pores de 0,8 à 3 gm. Le lavage en retour avec de l'air (lavage à écoulement inverse) en provenance de la sortie d'eaux filtrées 6, qui est disponible dans la présente invention, peut à peine être faisable sur les membranes connues du fait de la pression d'air plus élevée. Par conséquent, les membranes présentant des dimensions de pores conformes à la présente invention peuvent supporter un fonctionnement de longue durée. 7 2812219 Des micro-organismes pathogènes indésirables résistant au chlore, tels que Cryptosporidium, Giardia, Echinococcus et des nématodes qui ont des dimensions de 5 à 10 micromètres et sont communément contenus dans les eaux brutes pré-filtrées 2a, peuvent être retirés avec succès à presque 100% en utilisant les membranes de filtrage conformes à la présente invention de dimensions de pores de 0,8 à 3 pm. La figure 2 illustre une variante de la disposition montrée à la figure 1 o les eaux filtrées 2aA sont transférées depuis l'ensemble à membrane de filtrage 4 jusqu'à un côté inférieur du réservoir d'eaux filtrées 8 par un effet de siphon. Les éléments constitutifs semblables sont désignés par des numéros de références analogues à ceux montrés à la figure 1 et ne seront pas expliquées de manière plus détaillée. La figure 3 illustre une autre variante de la disposition montrée à la figure 1 o l'ensemble à membrane de filtrage 4 n'est pas un module de membrane à fibres creuses mais est un ensemble à membrane plate connu du type immergé. Là encore, les éléments constitutifs semblables sont désignés par des numéros de références analogues à ceux montrés à la figure 1 et ne seront pas expliqués de manière plus détaillée. La figure 4 illustre une variante de la disposition montrée à la figure 3 o les eaux filtrées 2aA sont transférées depuis l'ensemble à membrane de filtrage 4 jusqu'à un côté inférieur du réservoir d'eaux filtrées 8 par un effet de siphon. Là encore, les éléments constitutifs semblables sont désignés par des numéros de références analogues à ceux montrés à la figure 3 et ne seront pas expliquées de manière plus détaillée. Dans les deux dispositions montrées aux figures 3 et 4, l'air de lavage peut être introduit dans le côté d'entrée de l'ensemble à membrane de filtrage 4. Il est souhaitable que, dans chacune des dispositions, le filtrage et le lavage soient effectués de manière alternée. 8 2812219 Le dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions selon la présente invention procure les avantages ci-après. En fonctionnement, des eaux tout d'abord pré-filtrées, traitées par coagulation-sédimentation, filtration au sable, ou au carbone granulaire activé et présentant un UTN de turbidité ou une valeur inférieure, sont transférées vers l'ensemble à membrane de filtrage incorporant un module de membrane à fibres creuses ou un ensemble à membrane plate présentant des dimensions de pores de 0,8 à 8 Mm au moyen de la différence dans le niveau des eaux entre les deux réservoirs afin de retirer les micro-organismes pathogènes. Il en résulte que la filtration, laquelle peut provoquer un colmatage d'un ensemble à membrane connu présentant des dimensions de pores de 0,1 à 0,2 Mm ou dont la durabilité peut être raccourcie à un niveau inférieur de pression d'écoulement, peut être mise en oeuvre avec stabilité et sur une plus longue durée de fonctionnement. De même, comme les dimensions de pores de ses membranes sont supérieures à celles de la technique antérieure, la présente invention peut abaisser la pression du point de bullage. En conséquence, alors que son lavage en retour avec de l'air peut être exécuté sous une pression inférieure, le dispositif peut effectuer une action de filtrage avec une stabilité supérieure. 9 2812219 REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions incorporant un traitement d'eaux brutes pour pré-filtrer les eaux brutes pas coagulation-sédimentation, filtration au sable, ou traitement au carbone granulaire activé afin d'obtenir des eaux traitées, caractérisé en ce qu'il comprend: un ensemble à membrane de filtrage (4) prévu en dessous d'un réservoir d'eaux brutes pré-filtrées (1) et présentant des pores d'un diamètre de 0, 8 à 3,0 gm, la membrane de filtrage ayant une sortie d'eaux traitées situées en dessous du réservoir d'eaux brutes pré-filtrées (1), les eaux filtrées pouvant être transférées du réservoir d'eaux brutes pré-filtrées (1) vers l'ensemble à membrane de filtrage (4) au moyen d'une différence dans le niveau des eaux entre le réservoir d'eaux brutes pré-filtrées (1) et l'ensemble à membrane de filtrage (4) afin de retirer des microorganismes pathogènes de l'eau pré-filtrée. 2. Un dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble à membrane de filtrage (4) est un ensemble à membrane de filtrage creuse du type à pression externe et peut être lavé en retour avec de l'air fourni par la sortie d'eaux traitées (6) de l'ensemble à membrane de filtrage (4). 3. Dispositif de traitement des eaux comprenant un ensemble à membrane de filtrage à pores de grandes dimensions selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble à membrane de filtrage (4) est un ensemble à membrane plate de type immergé, et en ce que ses deux actions, filtration et lavage avec de l'air fourni depuis son côté d'entrée, peuvent être effectués de manière alternée.