Brevet FR2828116A1 — publié le 20030207

La présente invention concerne un procédé et un dispositif destinés à contrôler l'intégrité de modules de microfiltration ou d'ultrafiltration qui sont utilisés dans les processus de séparation et de concentration de solutions et notamment dans le domaine du traitement des eaux. On sait que de tels modules mettent en oeuvre une pluralité de fibres creuses regroupées en faisceaux et le problème que se propose de résoudre la présente invention est celui de la détection d'une rupture de fibres qui se traduit par un passage du fluide directement du côté sale de la membrane (concentrat) au côté propre (perméat), au travers de la ou des fibres complètement ou partiellement cassées. FR-A-2 775 440 et WO 99/44728 apportent une solution à ce problème grâce à un procédé qui repose sur la détection du bruit émis par la turbulence du fluide passant dans une fibre cassée. Selon cet état antérieur de la technique, ce procédé consiste à - détecter le bruit occasionné par le passage du fluide au travers d'une fibre rompue - amplifier le signal-bruit ainsi obtenu et - comparer le signal amplifié ainsi obtenu à un niveau de bruit seuil, dans la même gamme de fréquence, caractéristique des modules intègres, cette comparaison permettant de détecter si le module est ou non intègre. Cet état antérieur de la technique fait également connaître un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé qui comprend : - un hydrophone monté sur la purge basse de chaque module - un amplificateur des signaux délivrés par cet hydrophone et un comparateur-analyseur assurant la comparaison du signal-bruit capté, amplifié et d'un niveau de bruit seuil caractéristique d'un module intègre, l'analyse de la comparaison permettant de détecter la présence éventuelle d'une fuite sur le module. Cette technique connue donne généralement satisfaction. Cependant, il s'avère qu'industriellement le niveau émergent du bruit provoqué par la rupture d'une fibre peut se révéler trop faible : il reste alors mélangé aux bruits parasites, que ces derniers soient d'origine hydraulique, mécanique ou autre, de l'unité industrielle où sont mis en oeuvre les modules à fibres creuses. Ce bruit, devant indiquer la présence d'une fuite éventuelle n'est alors pas clairement détecté. Afin de résoudre le problème mentionné ci-dessus, l'invention apporte un procédé de contrôle de l'intégrité des modules de filtration à fibres creuses et de détection de fuites au travers d'une fibre totalement ou partiellement cassée, caractérisé en ce qu'il consiste à : - émettre un bruit ou signal sonore au moyen d'un émetteur situé d'un côté des membranes des modules de filtration ; - détecter, de l'autre côté des membranes, le bruit ou signal sonore émergent d'une fibre rompue, que ladite fibre soit ou non soumise à une circulation de fluide - amplifier le signal-bruit ainsi obtenu et - comparer le signal amplifié résultant à un niveau du bruit-seuil, dans la même gamme de fréquences. On comprend que cette comparaison permet de détecter si le module est ou non intègre. Selon l'invention, ledit bruit ou signal sonore est émis, soit dans une bande de fréquences différente des bruits parasites, soit d'un niveau de pression acoustique supérieur. Les modules intègres se révèlent être un excellent écran acoustique et le signal détecté en aval de tels modules est faible, par contre, en cas de rupture totale ou partielle d'une fibre, le signal détecté en aval est beaucoup plus important. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus. Ce dispositif est réalisé conformément à celui divulgué dans l'état antérieur de la technique mentionné ci-dessus, mais il comporte en outre au moins un émetteur sonore pour un ensemble de modules, qui émet un signal spécifique, soit dans une bande de fréquence différente des bruits parasites, soit d'un niveau de puissance supérieur, ce ou ces émetteurs sonores étant positionnés du côté des modules opposé aux hydrophones. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du dispositif objet de l'invention et - la figure 2 représente les courbes qui illustrent la signature acoustique, d'une part d'un module intègre, et d'autre part d'un module comportant une fibre cassée. La figure 1 illustre le dispositif dans un exemple de réalisation non limitatif dans lequel les modules sont en carter filtrant de l'intérieur vers l'extérieur des fibres. Sur cette figure 1, la référence 10 désigne les modules de filtration du type comportant une pluralité de fibres creuses regroupées en faisceaux. Conformément à l'état antérieur de la technique, sur la purge basse 12 de chaque module 10, on a implanté un hydrophone 14 permettant d'écouter directement, en contact avec l'eau propre (perméat) le bruit de passage du fluide. Selon l'invention, un émetteur sonore 16 est placé sur le collecteur 18 d'entrée du liquide à filtrer (flèche L) lorsque le mode de fonctionnement est frontal, la flèche F désignant le liquide filtré. Dans le cas d'un mode de fonctionnement tangentiel, l'émetteur sonore 16 est placé sur la sortie de la boucle de recirculation. Sur la figure 1, la flèche S désigne cette sortie de la boucle de recirculation, l'entrée de cette boucle en mode tangentiel étant désignée par la flèche E. On remarque que les hydrophones 14 équipant chaque module 10 sont placés du côté opposé à l'émetteur 16 par rapport à la membrane. L'amortissement du signal sonore émis par l'émetteur 16, par les membranes intègres étant très supérieur à celui d'un module comportant au moins une fibre cassée, le niveau sonore détecté par un hydrophone tel que 14, après traitement (amplification et analyse) permet de déclencher une alarme en cas de non-intégrité du module concerné. A cet effet, le dispositif peut comporter en outre un automate programmable recevant le signal émis en gérant le fonctionnement du système de modules de filtration, en vue de retransmettre le signal, soit à un système centralisé de l'usine, soit à distance à un opérateur. On notera que l'invention peut être appliquée à tous types de membranes de filtration à fibres creuses (intérieure-extérieure ou extérieure-intérieure) et éventuellement aux membranes planes. Dans le cas de l'utilisation avec d'autres types de membranes, la disposition des émetteurs et des hydrophones peut être différente de celle décrite ci-dessus, cependant il est essentiel que les hydrophones ne soient pas situés du même côté de la membrane que le (ou les) émetteurs. Selon l'invention, la détection peut se faire en mode filtration ou en mode rétrolavage, soit en mode arrêt de l'installation . Des essais sur plate-forme spécialement adaptée ont montré des écarts significatifs entre le niveau de bruit émis et le bruit détecté par les hydrophones. Sur la figure 2, la courbe A illustre le niveau sonore obtenu sur un module comportant une fibre cassée et la courbe B le niveau sonore obtenu sur un module intègre. On voit que l'amortissement du signal sonore émis par l'émetteur sonore 16, par une membrane intègre, est très supérieur à celui d'un module comportant au moins une fibre cassée. Les avantages et progrès techniques apportés par l'invention sont notamment les suivants : - possibilité de réaliser la détection quel que soit le débit de filtration ou même en période d'arrêt ; - possibilité d'effectuer la détection en mode quasicontinu, par écoute successive de tous les modules d'un ensemble, chacun d'eux étant muni d'un hydrophone, cette détection ne nécessitant pas l'arrêt de la production ; - le signal émis étant transmis à un automate programmable gérant le fonctionnement du système de filtration membranaire, il peut donc être retransmis à un système centralisé de l'usine ou à distance à un opérateur chargé de décider les éventuelles actions correctives à mettre en oeuvre. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1-Procédé de contrôle de l'intégrité des modules de filtration à fibres creuses et de détection de fuites au travers d'une fibre totalement ou partiellement cassée, caractérisé en ce qu'il consiste à : - émettre un bruit ou signal sonore au moyen d'un émetteur situé d'un côté des membranes des modules de filtration ; - détecter, de l'autre côté des membranes, le bruit ou signal sonore émergent d'une fibre rompue, que ladite fibre soit ou non soumise à une circulation de fluide ; - amplifier le signal-bruit ainsi obtenu et - comparer le signal amplifié résultant à un niveau du bruit-seuil, dans la même gamme de fréquences. 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bruit ou signal sonore est émis, soit dans une bande de fréquences différente des bruits parasites, soit d'un niveau de pression acoustique supérieur. 3-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection s'effectue en mode filtration. 4-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection s'effectue en mode rétrolavage 5-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection s'effectue en mode arrêt de l'installation . 6-Dispositif pour contrôler l'intégrité des modules de filtration, à fibres creuses (10) mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1 et qui comprend : - un hydrophone (14) monté la purge basse (12) de chaque module (10) pour détecter le bruit occasionné par le passage du fluide au travers d'une fibre rompue ; un amplificateur des signaux émis par lesdits hydrophones et un comparateur-analyseur assurant la comparaison du signal-bruit capté, amplifié et d'un niveau de bruit seuil, caractéristique d'un module intègre, l'analyse de la comparaison permettant de détecter la présence éventuelle d'une fuite sur ledit module, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un émetteur sonore (16), pour un ensemble de modules, qui émet un signal spécifique, soit dans une bande de fréquence différente des bruits parasites, soit d'un niveau de puissance supérieur, ledit émetteur sonore étant positionné du côté des membranes opposé aux hydrophones. 7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les émetteurs sonores (16) sont placés sur le collecteur d'entrée d'eau à filtrer, en mode de fonctionnement frontal. 8-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les émetteurs sonores (16) sont placés sur la sortie de la boucle de recirculation, en mode de fonctionnement tangentiel. 9-Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un automate programmable recevant le signal émis et gérant le fonctionnement du système de modules de filtration, en vue de retransmettre le signal, soit à un système centralisé de l'usine, soit à distance, à un opérateur.