Brevet FR2815714A1 — publié le 20020426

Installation de mesure de la concentration en matériau granulaire dense d'un écoulement et système pour le traitement de l'eau incluant une telle installation. L'invention concerne le domaine du traitement de l'eau et trouve notamment son application dans le cadre des procédés de traitement des eaux usées en particulier ceux mettant en oeuvre une floculation-décantation. Ces procédés consistent à ajouter aux eaux usées un ou plusieurs réactifs permettant de coaguler au moins une grande partie des matières polluantes présentes dans les eaux et de flocs, puis à séparer les flocs ainsi formés de l'eau purifiée. Selon un type d'installation perfectionnée, des moyens d'apport d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau, tel que du sable, sont prévus de façon à lester les flocs en question et ainsi favoriser et accélérer la décantation de ceux-ci. Un tel dispositif est notamment décrit dans le brevet français FR2627704 publié le 13 décembre 1991 au nom de la Demanderesse. Ce type d'installation dite"installation de traitement d'eau par flocs lestés" comprend d'une façon classique une zone de coagulation pourvue de moyens d'amenée d'eau, de moyens d'amenée d'au moins un réactif coagulant, de moyens d'amenée d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau et de moyens d'agitation ; une zone de floculation munie de moyens d'agitation ; au moins une zone de décantation pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boucs, de moyens d'évacuation d'eau clarifiée et pouvant intégrer des lamelles ; et des moyens de recyclage d'au moins une partie du matériau granulaire contenue dans lesdites boues vers l'amont de la zone de décantation.. Ces moyens de recyclage incluent dans la plupart des cas au moins un hydrocyclone. Avec ce type d'installation, le contrôle de la concentration en matériau granulaire dans le fluide en cours de traitement est effectué usuellement soit par échantillonage direct dans la zone de floculation, et en mesurant la concentration en matériau granulaire, ou en divisant le débit d'eau traitée (en m3/h) par le flux de matériau granulaire (en kg/h) recyclé pour lester le floc. Ce flux est mesuré en sousverse de l'hydrocyclone de recyclage. L'objectif principal de la présente invention est de détecter, automatiquement ou manuellement, les pertes éventuelles de matériau granulaire pouvant se produire par la c surverse de l'hydrocyclone de recyclage, particulièrement dans le cas de petits hydrocyclones. Un autre objectif est de mesurer la concentration en matériau granulaire dans le fluide en cours de traitement, de façon à détecter les changements anormaux éventuels de tD cette concentration. Un autre objectif de la présente invention est de fournir des moyens autorisant un rétablissement rapide des conditions normales de concentration en matériau granulaire. Ces objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne une installation de mesure de la concentration en matériau granulaire dense d'un écoulement comprenant un liquide, un matériau granulaire dense et des particules fines en suspension caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe de séparation du matériau granulaire dense d'une part, et, du liquide et des particules fines en suspension d'autre part ; et au moins un dispositif de mesure d'au moins un paramètre représentatif de la quantité de matériau granulaire dense séparé pendant une période déterminée T. On comprendra que ce type d'installation pourra être utilisé avec tout type d'écoulement constitué par un liquide, un matériau granulaire dense (c'est-à-dire plus dense que le liquide en question) et des particules fines en suspension. Préférentiellement, le liquide en question est de l'eau, ledit matériau granulaire dense est du sable ou microsable et les particules fines sont des boues de décantation. Selon une variante de l'invention, ledit organe de séparation dudit matériau granulaire 1-D Zn dense inclut au moins un décanteur fonctionnant à débit donné et à une vitesse de décantation comprise entre la vitesse de décantation des boues et la vitesse de décantation du sable, notamment entre entre 2 mlh et 100 mlh, préférentiellement entre 10 m/h et 50 m/h et de façon préférée entre toutes à une vitesse de 30 m/h. Egalement selon une autre variante de l'invention ledit organe de séparation dudit matériau granulaire dense inclut au moins un hydrocyclone fonctionnant à débit donné à la place d'un décanteur et dont la dimension de coupure est choisie pour séparer le matériau granulaire en sousverse de l'eau et des fines particules en surverse. Selon une variante préférentielle de l'invention, l'installation comprend une capacité dans laquelle la sousverse dudit organe de séparation, contenant le matériau granulaire dense c c séparé, est stockée pendant ladite période donnée T, ladite capacité étant munie d'au moins un capteur permettant de mesurer la quantité de matériau granulaire stockée dans celle-ci et d'un moyen de vidange permettant de vider ladite capacité. Le capteur en question est avantageusement un capteur permettant de mesurer la hauteur ou le poids dudit matériau granulaire dense. Ce capteur pourra être monté réglable en hauteur. On pourra aussi utiliser un jeu de deux capteurs. La présente invention concerne également un procédé d'utilisation d'une installation telle que décrite ci-dessus qui consiste à calculer la concentration dudit matériau granulaire dans ledit écoulement en comparant, à la fin de chaque période T, la quantité de matériau granulaire séparé au débit constitué par le liquide et le matériau envoyé vers ledit organe de séparation. Selon une variante, le procédé consiste à comparer ladite concentration en matériau granulaire à une valeur prédéterminée et, en fonction du résultat de ladite comparaison, à agir sur une alarme, ou sur les moyens d'arrêt-démarrage de ladite installation, pour maintenir la concentration en matériau granulaire dense dudit écoulement dans les limites souhaitées. Selon une autre variante, le procédé consiste à déclencher une action (alarme, arrêt ou démarrage de l'installation) lorsque le poids ou la hauteur de matériau dans ladite capacité dépasse un seuil prédéterminé. L'invention couvre également tout système pour le traitement de l'eau comprenant, : au moins un ensemble de zones de coagulation-floculation pourvue de moyens d'amenée d'eau, de moyens d'amenée d'au moins un réactif coagulant, de moyens d'amenée d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau et de moyens d'agitation ; au moins une zone de décantation pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boues et de moyens d'évacuation d'eau clarifiée, des moyens de recyclage d'au moins une partie du matériau granulaire contenue dans lesdites boucs en amont de la zone de décantation par l'intermédiaire d'un hydrocyclone ou dispositif équivalent permettant de recycler le matériau granulaire et d'évacuer en surverse l'excès de boues caractérisé en ce qu'il inclut une installation de mesure de la concentration dudit matériau granulaire dense telle que décrite ci-dessus. L'invention propose donc d'intégrer dans un tel système des moyens permettant de prélever automatiquement une partie de l'effluent, soit directement dans la zone de coagulation, soit dans les moyens de recyclage, pour en déduire la quantité ou la concentration de cet écoulement en matériau granulaire et corollairement obtenir une information sur la qualité de fonctionnement du système. L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre de deux modes de réalisation de celle-ci donnés en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 représente de façon schématique un premier mode de réalisation d'un système de traitement d'eau par flocs lestés conforme à la présente invention, dans laquelle une partie de l'effluent est prélevé au niveau de la surverse de l'hydrocyclone, permettant de mesurer la concentration en matériau granulaire, qui est normalement très faible, dans cette surverse, et de réagir en cas d'augmentation anormale de cette concentration ; tD tD - la figure 2 représente une variante du premier mode de réalisation représenté à la figure 1 ; ZD - la figure 3 représente de façon schématique un second mode de réalisation d'une installation de traitement d'eau par flocs lestés conforme à la présente invention, dans laquelle une partie de l'effluent est prélevé dans la zone de floculation, permettant de mesure la concentration en matériau granulaire dans la zone de floculation ; - la figure 4 représente une variante du second mode de réalisation représenté à la figure 3 ; En référence à la figure 1, l'installation comprend en série une zone de coagulation 1, une zone de floculation 6 et une zone de décantation 8. La zone de coagulation est, de façon classique, pourvue de moyens d'arrivée d'eau à épurer 2 (eux-mêmes équipés de moyens de distribution 3 d'un agent coagulant), de moyens de distribution 4 d'un matériau granulaire, en l'occurrence du sable, et de moyens d'agitation 5. ZD La zone de floculation est quant à elle pourvue d'un agitateur 7. c La zone de décantation 8 est pourvue de lamelles et présente dans sa partie inférieure une zone de récupération et d'évacuation 9 des boues et dans sa partie supérieure des moyens d'évacuation 10 de l'eau clarifiée. Egalement d'une façon classique, l'installation comprend des moyens de recyclage 21 du matériau granulaire récupéré dans la zone de récupération et d'évacuation 9 de la zone de décantation 8. Une canalisation coopérant avec une pompe dirige les boues récupérées en 9 vers un hydrocyclone 17 pourvu de moyens de distribution 18 du matériau granulaire séparé (et d'un peu de boue, proportionnellement au rapport sousverse hydrocyclone/entrée hydrocyclone) vers la zone de floculation 1 et de moyens 18a d'évacuation du reste des boues vers la filière de traitement des boues. Conformément à la présente invention, au moins une partie de l'effluent (dans ce cas sous forme de boues ne contenant que très peu de matériau granulaire) provenant de l'hydrocyclone est prélevée de celui-ci grâce à une canalisation 19. Cette partie du débit de boues est envoyée (à débit sensiblement constant) vers un organe de séparation 11 incluant un décanteur en forme de colonne de décantation 12 et une capacité 12a préférentiellement de section plus faible pour améliorer la sensibilité de mesure de la hauteur du matériau décanté. Cette capacité 12a est pourvue dans sa partie inférieure d'une sortie 14 communiquant avec des moyens de redistribution 15 du sable décanté dans la capacité 12a dans ledit bassin 1 de floculation. Ces moyens de redistribution 15 incluent une vanne 15a reliée à des moyens de temporisation 16. Le dispositif 1 comprend également des moyens de réacheminement 20 de la surverse de la capacité 12a vers les moyens d'amenée 2 de l'effluent brut dans l'installation. La capacité 12a est par ailleurs équipée d'un capteur 13 permettant de détecter une hauteur maximale de sable dans la capacité 12a (ou un poids maximum de sable dans la capacité l2a). Le fonctionnement de l'installation est le suivant. Grâce aux moyens selon l'invention, une partie du débit de boucs de l'hydrocyclone 17 est prélevée en continu à débit sensiblement constant. Ces boues prélevées décantent dans la capacité 12a où elles sont séparées en sable et en une surverse d'eau et de bouc réacheminée en continu par les moyens 20 en tête d'installation. Grâce à la vanne 15a et aux moyens de temporisation 16, le sable décanté dans la capacité 12a est régulièrement redistribué dans la zone 1. Lorsque le fonctionnement de l'hydrocyclone est normal, le niveau de sable dans la capacité 12a n'atteint jamais la hauteur ou le poids seuils déterminés par le capteur 13, car le sable arrivant en faible quantité est libéré périodiquement de la capacité avant d'atteindre ce seuil. Lorsque le fonctionnement de l'hydrocyclone est anormal, le débit de boues prélévé par la canalisation 19 contient une quantité excessive de sable. Le niveau du sable dans la capacité 12a augmente jusqu'à atteindre le capteur 13 avant l'ouverture périodique de la vanne 15a et fournir une information permettant soit automatiquement, soit manuellement de rétablir le fonctionnement normal. Dans la variante représentée à la figure 2, la colonne de décantation 12 a été ZD remplacée par un hydrocyclone 52. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, sur laquelle les éléments communs au mode de réalisation représenté à la figure 1 et à sa variante représenté à la figure 2 portent les mêmes références, l'effluent est prélevé non pas à la sortie de l'hydrocyclone mais directement dans la zone de coagulation 1. Conformément à la présente invention, une partie de l'effluent présent dans ce bassin (par exempIc5 m3fh) est prélevée grâce à une canalisation 19a et à une pompe 19b. Cette partie est envoyée vers un organe de séparation 11 incluant un décanteur en forme de colonne de décantation 12 présentant dans sa partie inférieure une capacité 12a. Cette capacité est pourvue dans sa partie inférieure d'une sortie 14 communiquant avec des moyens de redistribution 15 du sable décanté dans la capacité 12a dans la zone 1. Ces moyens de redistribution 15 incluent une vanne 15a reliée à des moyens de temporisation. Le dispositif 1 comprend également des moyens de réachemincment 20 de la surverse de la capacité 12a vers les moyens d'amenée 2 de l'effluent brut dans l'installation. La capacité 1 2a est par ailleurs équipée d'un capteur 13a permettant de détecter une hauteur minimale de sable dans la capacité. Le fonctionnement de l'installation est le suivant. Lorsque le fonctionnement de l'hydrocyclone est normal, c'est-à-dire lorsque la concentration en sable dans le bassin 1 est normale (par exemple 3kg/m d'effluent floculé), le niveau de sable dans la capacité 12a atteint toujours le capteur 13a, car le sable accumulé dans la capacité atteint le seuil de détection dans la capacité 12 a avant l'ouverture périodique de la vanne 15a. Lorsque le fonctionnement de l'hydrocyclone est anormal, la concentration en sable de l'effluent prélévé par la canalisation 19 dans la zone de floculation 1 est anormalement faible. Le niveau du sable dans la capacité 12a diminue jusqu'à atteindre le niveau minimum, non détectable par le capteur 13a et fournir une information permettant soit automatiquement, soit manuellement de rétablir le fonctionnement normal. Dans la variante représentée à la figure 4, la colonne de décantation 12 a été remplacée par un hydrocyclone 52. Les modes de réalisation de l'invention ici décrits n'ont pas pour objet de réduire la portée de celle-ci. Il pourra donc y être apporté de nombreuses modifications sans sortir de son cadre. On notera notamment que le mode de séparation gravitaire pourra être remplacé par tout autre mode de séparation adapté, tel que l'hydrocyclonage, la ZD centrifugation, etc... REVENDICATIONS 1. Installation de mesure de la concentration en matériau granulaire dense d'un écoulement comprenant un liquide, un matériau granulaire dense et des particules fines en suspension caractérisée en ce qu'elle comporte : au moins un organe de séparation (11) du matériau granulaire dense d'une part, et, du liquide et des particules fines en suspension d'autre part ; au moins un dispositif de mesure (12a, 13,13a) d'au moins un paramètre représentatif de la quantité de matériau granulaire dense séparé pendant une période déterminée T. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit liquide est de l'eau et lesdites particules fines en suspension des boues de décantation. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau granulaire dense est du sable. 4. Installation selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que ledit organe de séparation (11) du matériau granulaire dense inclut au moins un décanteur (12) fonctionnant à débit donné et à une vitesse de décantation comprise entre la vitesse de décantation des boues et la vitesse de décantation du sable. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit décanteur fonctionne à une vitesse de décantation comprise entre 2 m/h et 100 m/h. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la vitesse de décantation est comprise entre 10 m/h et 50 m/h. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la vitesse de décantation est de 30 m/h. 8. Installation selon la revendication 1,2 ou 3 caractérisé en ce que ledit organe de séparation (11) du matériau granulaire dense inclut au moins un hydrocyclone (52). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'elle comprend une capacité (12a) dans laquelle la sousverse dudit organe de séparation (in), contenant le matériau granulaire dense séparé, est stockée pendant ladite période donnée T, ladite capacité (12a) étant mume d'un capteur (13, 13a) permettant de mesurer la quantité de matériau granulaire stockée dans celle-ci et d'un moyen de vidange permettant de vider ladite capacité après surverse. 10. Installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit capteur est un capteur permettant de mesurer la hauteur ou le poids dudit matériau granulaire dense. 11. Procédé d'utilisation d'une installation selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il consiste à calculer la concentration dudit matériau granulaire dans ledit écoulement en comparant, automatique ou non, à la fin de chaque période T, la quantité de matériau granulaire séparé au débit constitué par le liquide et le matériau envoyé vers ledit organe de séparation. 12. Procédé d'utilisation d'une installation selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il consiste à comparer ladite concentration en matériau granulaire à une valeur prédéterminée et, en fonction du résultat de ladite comparaison, à agir sur une alarme, ou sur les moyens d'arrêt - démarrage de ladite installation, pour maintenir la concentration en matériau granulaire dense dans ledit écoulement dans les limites souhaitées. 13. Procédé d'utilisation d'une installation selon la revendication 11 ou 12 caractérisé en ce qu'il consiste à déclencher une action (alarme, arrêt ou démarrage de l'installation) lorsque le poids ou la hauteur de matériau dans ladite capacité dépasse un seuil prédéterminé. 14. Système pour le traitement de l'eau comprenant : au moins un ensemble de zones de coagulation-floculation (1, 6)) pourvue de moyens d'amenée d'eau (2), de moyens d'amenée d'au moins un réactif coagulant (3), de moyens d'amenée (4) d'au moins un matériau granulaire plus dense que l'eau (4) et de moyens d'agitation (5, 7) ; au moins une zone de décantation (8) pourvue d'une zone de récupération et d'évacuation de boues (9) et de moyens d'évacuation (10) d'eau clarifiée, des moyens de recyclage (21) d'au moins une partie du matériau granulaire contenue dans lesdites boues en amont de la zone de décantation (8) par l'intermédiaire d'un hydrocyclone (17) permettant de recycler le matériau granulaire et d'évacuer en surverse l'excès de boues caractérisé en ce qu'il inclut une installation de mesure de la concentration dudit matériau granulaire dense selon l'une des revendications ! a 10. c