Brevet FR2857883A1 — publié le 20050128

- 1 La présente invention a pour objet un procédé pour la filtration de l'eau à l'aide d'un filtre à diatomite, avec décolmatage automatique du filtre. Elle concerne également les installations de filtration servant à la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention s'applique plus particulièrement, mains non exclusivement, à la filtration des eaux de piscine à l'aide d'un circuit de filtration faisant intervenir des moyens de pompage qui aspirent l'eau de la piscine et la refoulent sous pression dans un poste de régénération. Ce poste de régénération comprend une unité de microfiltration comportant une cuve dans laquelle est disposée au moins une cellule de filtration comprenant un cadre dont les deux faces portent deux parois filtrantes opposées réalisées en une matière poreuse, par exemple une matière textile (tissée ou non tissée). Ces deux parois qui délimitent avec le cadre un volume 25 fermé servant à recevoir l'eau filtrée sont destinées à retenir en surface une couche de diatomite, habituellement du kieselguhr (farine de diatomées fossiles). Le volume intérieur de la cellule de filtration est connecté à un circuit collecteur qui draine l'eau filtrée et la retourne à la piscine après un éventuel traitement. Cette couche de diatomite qui permet de réaliser la filtration est déposée sur les parois filtrantes lors d'une phase de mise en route de l'installation de filtration. Cette phase de mise en route, qui s'effectue de préférence en circuit fermé, consiste à introduire à l'intérieur de la cuve, grâce à une trappe, une 5 quantité prédéterminée de diatomite et à la mélanger dans de l'eau injectée sous pression dans la cuve, de manière à obtenir un lait homogène de diatomite qui se dépose ensuite sur toute la surface des parois de la cellule de filtration lors du passage de l'eau au travers de ces parois. Une fois la couche de diatomite déposée, on passe à la phase de filtration proprement dite. Au cours de cette phase, l'eau à traiter qui est envoyée dans la cuve par une pompe, traverse successivement la couche de diatomite et la paroi en matière textile et arrive microfiltrée à l'intérieur du cadre où elle est collectée par le circuit collecteur. Au cours de ce processus de filtration, les particules en suspension et les matières colloïdales polluantes sont arrêtées sur la surface externe de l'écran que constitue la couche poreuse de diatomite. Les sédiments forment en surface une pellicule qui s'oppose au passage de l'eau et entraîne une augmentation progressive de la perte de charge dans le filtre. En conséquence, il est nécessaire d'effectuer un décolmatage du filtre. En fait, 25 on procède successivement à une désintégration de la couche de diatomite chargée d'impuretés et recouverte de sa pellicule de dépôts et à une reconstitution de cette couche sur les parois des cellules d'ultrafiltration avec une nouvelle porosité. Bien entendu, ce décolmatage doit pouvoir s'effectuer de façon automatique sans engendrer une consommation d'eau importante, ni perte de diatomite, en évitant les manipulations pénibles pour le personnel. L'invention se propose de parvenir à ces résultats grâce à un procédé de filtration du type susdit comprenant un processus de décolmatage à l'air comportant une phase d'injection d'air comprimé à l'intérieur de la cuve, de manière à engendrer, grâce à l'action mécanique conjuguée de l'air et de l'eau, la désintégration de la couche de diatomite et de la pellicule de sédiments qui 10 recouvrent les parois de la cellule de filtration, et à effectuer un brassage de la diatomite et de ces sédiments dans l'eau, de manière à obtenir à nouveau un lait homogène de diatomite. Cette phase d'injection d'air est suivie par un processus de reformation d'une nouvelle couche de diatomite en faisant fonctionner le filtre en circuit fermé, par un rebouclage du circuit de collecte 15 d'eau purifiée sur l'entrée de la pompe, jusqu'à ce que la diatomite contenue dans le lait se soit déposée sur les parois de la cellule de filtration. Le processus de reformation peut être contrôlé par un turbidimètre disposé en sortie du collecteur du filtre avant le circuit de recirculation. Tant que la 20 turbidité ne descend pas en dessous d'un certain seuil, le filtre n'est pas remis en fonctionnement normal et reste en circuit fermé. Passé un certain délai de reformation, une alarme peut ainsi être déclenchée indiquant une anomalie et évitant la sortie des diatomées du filtre. Lorsque ce processus de reformation est terminé, on procède à une remise en fonctionnement normal du filtre pour effectuer un nouveau cycle de filtration avec une couche de diatomite présentant une nouvelle porosité. f Un mode d'exécution d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé 30 selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est un schéma synoptique de cette installation. Dans cet exemple, l'installation comprend une unité de filtration comportant 5 une cuve cylindrique 1, axée verticalement, dont la partie inférieure se prolonge par une partie conique 2. Dans la partie cylindrique de la cuve 1 est disposée une série de cellules de filtration verticales C1 à C5 qui s'étendent parallèlement et à une distance prédéterminée les unes des autres. Chacune de ces cellules CI à C5 comprend un cadre rectangulaire 3 qui délimite un volume parallélépipédique plat V, refermé au niveau de ses deux faces principales opposées par deux parois respectives Pl, P2 réalisées en une matière poreuse telle que, par exemple, une matière textile tissée ou non tissée. Le volume parallélépipédique V, délimité par chacun des cadres 3, constitue une chambre de collecte d'eau filtrée qui est connectée à un circuit collecteur CO qui traverse la paroi de la cuve 1 pour se raccorder à un circuit d'utilisation CU (par exemple un circuit d'alimentation en eau recyclée d'une piscine) par l'intermédiaire d'une électrovanne EVI. 20 Un turbidimètre T surveillant la turbidité de l'eau en sortie de collecteur permet de vérifier la bonne marche du filtre pendant la reformation en circuit fermé et pendant le fonctionnement normal. Dans la partie inférieure de la cuve 1 (partie conique 2), débouche un circuit d'alimentation en eau à traiter (par exemple l'eau de la piscine) comportant successivement en direction du filtre une vanne V2, une unité de préfiltrage UP de l'eau à traiter, une pompe P, puis une électrovanne EV3. Un circuit de recirculation en circuit fermé CR, reliant le circuit collecteur CO en amont de l'électrovanne EV1, à l'unité de préfiltrage UP, permet un fonctionnement en circuit fermé (unité de filtration, unité de préfiltrage UP, pompe P). Ce circuit de recirculation en circuit fermé comprend une électrovanne EV4. Par ailleurs, la cuve 1 comprend dans sa partie médiane une porte trappe PT à ouverture rapide permettant l'introduction de diatomite. Comme précédemment mentionné, le fonctionnement normal de l'unité de filtration exige l'exécution d'une phase de démarrage comprenant: 10 l'introduction de diatomite à l'intérieur de la cuve 1 grâce à la porte trappe PT, - la mise en circuit fermé de l'installation par fermeture de l'électrovanne EV1 et ouverture de l'électrovanne EV4, et de l'électrovanne EV3, - le démarrage de la pompe P de manière à engendrer une circulation d'un flux d'eau à l'intérieur de l'unité de filtration. Au cours de cette phase préalable, l'eau sous pression qui est introduite dans la partie inférieure 2 (conique) de la cuve 1 se mélange avec la diatomite pour 20 former un lait homogène de diatomite qui se dépose ensuite sur toute la surface des parois P des cellules de filtration CI à C5. La forme conique de la chambre inférieure évite que de la diatomite ne soit pas utilisée totalement. Une fois que ces couches de diatomite CD d'épaisseur suffisante se sont formées sur les parois des cellules de filtration C1 à C5, il devient possible de passer en fonctionnement normal. Le turbidimètre T situé sur le collecteur de sortie permet de vérifier la bonne reformation de la couche filtrante. A cet effet, on ouvre l'électrovanne EV, puis on ferme l'électrovanne EV4. De ce fait, après un préfiltrage, l'eau à traiter est injectée dans la cuve 1 grâce à la pompe P. A l'intérieur de la cuve, l'eau traverse les couches de diatomite CD 5 puis la matière poreuse des parois Pl, P2 pour arriver microfiltrée à l'intérieur des cadres 3 où elle se trouve collectée par le circuit collecteur CO à destination du circuit d'utilisation CU. Eventuellement, ce circuit d'utilisation CU pourra être équipé de moyens de 10 traitements annexes tels que, par exemple, un dispositif de chloration, de chauffage, de rectification de PH ou de déchloromination par ultraviolet. Au cours du passage dans le filtre, les particules en suspension et les matières colloïdales polluantes sont arrêtées sur l'écran que constitue la couche de 15 diatomite CD. Les sédiments forment, en surface de cette couche CD, une pellicule qui s'oppose au passage de l'eau et entraîne progressivement une perte de charge. C'est la raison pour laquelle il doit être procédé périodiquement, par exemple 20 quotidiennement, au décolmatage automatique des cellules de filtration C1 à C5 en effectuant successivement la désintégration de la couche de diatomite CD et des sédiments qui la recouvrent, puis la reconstitution d'une nouvelle couche présentant une porosité acceptable. Conformément à l'invention, ce décolmatage est obtenu par injection d'air comprimé dans la partie inférieure de la cuve 1. A cet effet, on isole préalablement l'unité de filtration en fermant les électrovannes d'entrée et de sortie EV, EV3, pompe P à l'arrêt, puis en vidant 30 la partie supérieure de la cuve 1, grâce à un circuit de vidange commandé par une électrovanne EV5, pour éviter toute surpression au moment de l'insufflation d'air. Cette insufflation d'air est obtenue en injectant dans une rampe d'injection RI, 5 située sous les cellules de filtration Ci à C5, une grande quantité d'air. Cette injection, qui est commandée par une électrovanne EV6 placée en sortie d'une source d'air sous pression SP, a pour effet de provoquer dans l'eau contenue dans la cuve 1, un dégagement de bulles qui se déplacent de bas en haut en passant dans les intervalles séparant les cellules de filtration Ci à C5. L'effet 10 mécanique de l'air entraîne un barbotage et un brassage de l'eau qui décroche parfaitement les couches de diatomite posées sur les parois P1, P2 en entraînant leur chute vers la partie conique 2 de la cuve 1. On obtient à nouveau un lait homogène de diatomite dans lequel se trouvent mélangés les matières colloïdales et les sédiments précédemment retenus. 15 On effectue ensuite une séquence de reformation des couches de diatomite en interrompant l'injection d'air comprimé (fermeture de l'électrovanne EV6), puis en rétablissant le mode de fonctionnement en circuit fermé en ouvrant les électrovannes EV3 et EV4, en fermant l'électrovanne EVI et en actionnant la 20 pompe P. On obtient à nouveau des couches Pl, P2 à haut pouvoir filtrant (inférieur ou égal à 0,5 micron) les couches de diatomite les plus fines passant en début de cycle à travers les couches Pl, P2 pour se replacer automatiquement en surface 25 externe desdites couches. Le turbidimètre situé en sortie de filtre permet de contrôler cette phase. Une fois que les couches de diatomite sont reformées, on procède à une nouvelle séquence de filtration en ouvrant la vanne EVI et en refermant 30 l'électrovanne EV4. Avantageusement, les électrovannes EV1 à EV6 pourront être pilotées par un automate programmable AP, programmé de manière à exécuter automatiquement toutes les séquences de fonctionnement de l'installation en tenant compte de la turbidité. Bien entendu, pour pouvoir obtenir une automatisation complète de ces séquences, l'installation pourra comprendre un circuit de dégazage débouchant dans le haut de la cuve 1, ce circuit étant commandé par une électrovanne EV7 commandée par l'automate programmable AP. 10 L'ouverture de la vanne EV5 du circuit de purge pourra être effectuée avant la phase de décolmatage pour vider la partie supérieure de la cuve 1. Cette ouverture pourra être maintenue pendant une période prédéterminée de manière à ce que le niveau d'eau à l'intérieur de la cuve s'abaisse juste au15 dessus des cellules de filtration C1 à C5. L'ouverture de la vanne EV7 du circuit de dégazage pourra s'effectuer périodiquement, par exemple toutes les deux heures, pendant une période d'environ cinq minutes pour permettre l'élimination de fluides volatils et/ou 20 des matières plus légères que l'eau (crème solaire, graisse, etc. )...DTD: Parmi les nombreux avantages que présente l'installation précédemment décrite, on retiendra les suivants: - une très grande efficacité de décrochage de la couche de diatomite grâce à l'effet mécanique de l'air et de l'eau sur les parois poreuses des cellules de filtration, - un nettoyage mécanique des parois poreuses, - une consommation d'eau pratiquement nulle, - une reprise totale de diatomite à la remise en service grâce à la partie conique 2 inférieure de la cuve 1 et à l'arrivée d'eau de la pompe P dans la partie conique 2, l'impossibilité de mise en circulation de la diatomite dans le circuit 5 d'alimentation lors de la remise en service en raison du fait que la phase de reconstitution de la couche s'effectue en circuit fermé, - le contrôle de la bonne marche de la phase de reconstitution par un turbidimètre T situé en sortie de filtrant avant le circuit de recirculation CR vers l'électrovanne EV4, - la facilité d'entretien des filtres qui se réduit à une ouverture annuelle de la porte d'accès aux cellules de filtration, la suppression des manipulations pénibles pour le personnel (telles que, par exemple, le démontage hebdomadaire des éléments filtrants sur les filtres à diatomite à bougies), - la possibilité de contrôle visuel du décolmatage (la cuve 1 peut être équipée de hublots transparents non représentés), - l'ensemble des phases de décolmatage contrôlées par l'automate programmable AP, peut être déclenché en début de nuit, en l'absence du personnel, de manière à disposer d'un filtre possédant toute son efficacité 20 lors des périodes d'utilisation (par exemple de la piscine par les baigneurs) le lendemain matin, - la diminution de la consommation de la diatomite (de deux à trois fois) par rapport à la consommation des filtres à diatomite traditionnels à bougies, - un débit nominal pratiquement constant de l'installation de filtration grâce à 25 un décolmatage automatique journalier, - l'utilisation de toile filtrante à larges mailles non colmatable du fait du recyclage de diatomées les plus fines pendant la phase d'empâtage, - le contrôle de la qualité de la filtration par le même turbidimètre T situé en sortie de filtre. - Revendications 1. Procédé pour la filtration de l'eau à l'aide d'un filtre à diatomite comportant une cuve (1) dans laquelle est disposée au moins une cellule de 5 filtration (CI) comprenant un cadre (3) dont les deux faces portent deux parois filtrantes opposées (P1, P2) réalisées en une matière poreuse, ces deux parois (P1, P2) délimitant avec le cadre (3) un volume fermé connecté à un circuit collecteur (CO) relié à un circuit d'utilisation (CU), ce procédé comprenant une phase de mise en route comprenant l'introduction dans la cuve (1) d'une 10 quantité prédéterminée de diatomite et le mélange de cette diatomite dans de l'eau injectée sous pression dans la cuve (1), de manière à obtenir un lait homogène de diatomite qui se dépose ensuite sur toute la surface des parois (P1, P2) de la cellule de filtration (C1) lors du passage de l'eau au travers desdites parois, la phase de filtration s'effectuant après qu'une couche de 15 diatomite d'épaisseur prédéterminée ne soit déposée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un processus de décolmatage à l'air comportant une phase d'injection d'air comprimé à l'intérieur de la cuve (1), de manière à engendrer, grâce à l'action mécanique conjuguée de l'air et de l'eau, la désintégration de la couche de diatomite et de la croûte de sédiments 20 qui recouvrent les parois (P1, P2) de la cellule de filtration, et à effectuer un brassage de la diatomite et de ces sédiments dans l'eau, de manière à obtenir à nouveau un lait homogène de diatomite, cette phase d'injection d'air étant suivie par une phase de reformation d'une nouvelle couche de diatomite en faisant fonctionner le filtre de manière à ce que la diatomite contenue dans le 25 lait se dépose sur les parois filtrantes (P1, P2), une remise en fonctionnement normal du filtre étant effectuée à l'issue de cette phase de reformation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la phase de reformation de la couche de diatomite 30 le filtre fonctionne en circuit fermé. - 11 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la phase de reformation est poursuivie jusqu'à ce que la diatomite contenue dans le susdit lait se soit déposée en totalité sur les parois filtrantes (P1, P2). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend le contrôle de la phase de reformation de la couche filtrante à partir de la mesure de la turbidité en sortie de filtre. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que préalablement à la phase de décolmatage, le filtre est partiellement vidé de son eau. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection d'air s'effectue sous les cellules de filtration (C1) de manière à provoquer dans l'eau contenue dans le filtre un dégagement de bulles qui se déplacent de bas en haut. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une phase de dégazage périodique permettant l'élimination des fluides volatils et/ou des matières plus légères que l'eau. 8. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une unité de filtration comportant une cuve (1) axée verticalement dont la partie inférieure se prolonge par une partie conique (2), cette cuve (1) contenant au moins une cellule de filtration verticale (C1 à C5) comprenant un cadre (3) qui délimite un volume refermé au niveau de ses deux faces principales opposées par deux 30 parois poreuses respectives (Pl, P2), ce volume (V) étant connecté à un circuit collecteur (CO) qui traverse la paroi de la cuve (1) pour se raccorder à un - 12 circuit d'utilisation (CU) par l'intermédiaire d'une première vanne (EV1), la partie conique de la cuve (1) étant connectée à un circuit d'alimentation en eau à traiter comportant successivement, en direction de la cuve, une deuxième vanne (V2), une pompe (P) et une troisième vanne (EV3), cette partie conique 5 renfermant, d'autre part, une rampe d'injection (RI) située sous ladite cellule de filtration (C1 à C5) raccordée à une source d'air sous pression (SP) par l'intermédiaire d'une quatrième vanne (EV6). 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit d'utilisation est relié en aval de la première vanne (EV2) au circuit d'alimentation en amont de la pompe (P) par l'intermédiaire d'un circuit de rebouclage comprenant une cinquième vanne (EV4). 10. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'un turbidimètre (T) est disposé en sortie du filtrant avant le circuit de recirculation (CR) vers l'électrovanne (EV4). 11. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que la susdite cuve (1) comprend une porte trappe (PT) permettant l'introduction de diatomite. 12. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le susdit circuit d'alimentation comprend un préfiltre 25 (UP) situé en amont de la pompe (P), et en ce que le susdit circuit de rebouclage débouche dans ledit préfiltre (UP). 13. Installation selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que la susdite cuve (1) est équipée d'un circuit de vidange 30 commandé par une sixième vanne (EV5) ainsi que d'un circuit de purge commandé par une septième vanne (EV7). - 13 14. Installation selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisée en ce que les susdites vannes (EVl à EV7) consistent en des électrovannes pilotées par un automate programmable (AP).