Brevet FR2853896A1 — publié le 20041022

La présente invention concerne une installation de traitement d'eaux comportant une cellule de flottation dans laquelle est admise l'eau brute, préalablement floculée puis mélangée à de l'eau pressurisée et détendue 5 de façon que les matières en suspension contenues dans l'eau brute soient entraînées par les micro-bulles résultant de ladite détente et évacuées à la surface du liquide contenu dans la cellule, l'eau traitée étant évacuée par le fond de ladite cellule. On connaît (EP-A 0 659 690) une installation du type mentionné ci-dessus qui comporte une zone de floculation, une zone de mélange de l'eau brute floculée, dans un courant ascendant, avec de l'eau pressurisée délivrée par un système de pressurisation-détente, et une zone de 15 flottation à la partie supérieure de laquelle sont évacuées les matières en suspension contenues dans l'eau brute et amenées à la surface par les micro-bulles, cette zone de flottation étant munie, à sa partie inférieure d'un dispositif de reprise perforé (par exemple, plancher 20 intermédiaire avec ou sans buselures, collecteurs, etc) de manière que toute la surface de la zone de flottation présente un flux d'écoulement uniforme et identique du liquide clarifié. Dans cet état antérieur de l'art, les perforations 25 prévues dans le dispositif de reprise, ou les intervalles les séparant, présentent des dimensions plus petites à l'extrémité finale de la zone de flottation (c'est-à-dire à l'extrémité par laquelle s'effectue la sortie du liquide clarifié), qu'à l'extrémité initiale (par 30 laquelle est introduite l'eau brute à traiter) . Grâce à cette répartition hétérogène des perforations, qui réalise une dissymétrie au niveau du dispositif de reprise, la résistance au flux produite par ce dispositif de reprise de la zone de flottation est plus importante à 5 l'extrémité finale de cette zone qu'à son extrémité initiale et la résistance au flux décroît vers l'extrémité initiale de ladite zone. Ainsi, toute la surface de la zone de flottation est traversée par un flux identique et uniforme de l'eau à traiter. Une caractéristique de ce type d'installation réside dans la formation d'un lit épais de micro-bulles grâce auquel la floculation s'effectue en deux stades, tout d'abord dans la zone de floculation puis, dans la zone de flottation, au sein du lit de micro-bulles, grâce à la 15 masse de contact importante due aux micro-bulles assurant, par ailleurs, la séparation par flottation des matières en suspension. On réalise ainsi ce qu'il est convenu d'appeler une floculation turbulente: le lit de bulles permet i) d'accroître la vitesse de traitement et 20 ii) d'améliorer la floculation et le captage des particules floculées. Dans ces installations selon l'état antérieur de l'art et lorsque la vitesse de traitement est élevée ou lorsque l'eau brute à traiter est très froide, la mise en 25 oeuvre d'une cellule de flottation selon EP-A0-659-690 conduit à l'entraînement de bulles dans l'eau traitée. A très grande vitesse, la présence de ces bulles contribue à une augmentation de turbidité à la sortie de la cellule de flottation. A cet inconvénient s'ajoute celui 30 résultant de la présence d'une grande quantité de bulles à la sortie de la cellule de flottation, qui peut entraîner une diminution du rendement d'un filtre situé en aval(par exemple à sable/anthracite) lorsque l'installation est destinée à la production d'eau potable. La présente invention s'est fixée pour objectif de perfectionner les installations de traitement d'eaux par flottation selon l'état antérieur de la technique mentionné ci-dessus, en vue de résoudre les problèmes 10 relatifs aux traitements d'eaux à grande vitesse et/ou à très basse température. En conséquence, la présente invention a pour objet une installation de traitement d'eaux par flottation comportant un équipement de flottation constitué d'une 15 cellule de flottation dans laquelle est amenée de l'eau brute floculée et mélangée avec des micro-bulles produites par un système de pressurisation-détente, cette cellule étant munie d'un dispositif de reprise perforé, conçu de façon que la surface de la cellule de flottation 20 soit traversée par un flux identique et uniforme de l'eau à traiter, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte des modules de capture (du type " module lamellaire " ou " modules de transfert ", à flux hydrauliques parallèles ou croisés) disposés dans la 25 cellule de flottation de manière que leur partie inférieure soit située à une distance du dispositif de reprise perforé, cette distance étant déterminée de façon à éviter toute perturbation de la distribution uniforme établie par ledit dispositif de reprise. Selon l'invention, la distance séparant la surface du dispositif de reprise de la partie inférieure des modules de capture est notamment fonction de la géométrie du flottateur, du débit traversant et de la température de l'eau brute à traiter. Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, cette distance est comprise entre 0,05 mètre et 1 mètre, de préférence entre 0, 15 et 0,60 mètre. On connaît des installations de flottation comportant des 10 modules lamellaires. Ainsi, WO 97/20775 décrit un appareil de flottation comportant un plancher sur lequel sont disposés des modules lamellaires, afin d'augmenter la vitesse dans la cellule de flottation. Dans cette technique antérieure, il est nécessaire d'avoir une 15 répartition homogène des ouvertures prévues dans le plancher et par ailleurs les modules lamellaires sont solidaires de ce plancher. En outre, dans WO 00/43320 on retrouve une disposition similaire, dans laquelle le plancher de la cellule de flottation qui est 20 fixe ou tournant est solidaire des modules lamellaires. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, dans EP-A-0 659 690, on met en oeuvre un dispositif de reprise, dans la cellule de flottation, dont les perforations sont réalisées et disposées de manière à réaliser une dissymétrie au niveau 25 de ce dispositif de reprise, permettant d'obtenir un flux identique et uniforme de l'eau à traiter sur toute la surface de la cellule de flottation. La présente titulaire a constaté, d'une manière tout à fait inattendue pour l'homme de l'art, que ce flux identique 30 et uniforme sur toute la surface de la cellule de flottation n'était pas perturbé par la présence de modules de capture à condition que ces derniers soient positionnés à une certaine distance du dispositif de reprise perforé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins: La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale longitudinale d'un équipement de flottation selon un exemple de réalisation de la présente invention, muni de modules lamellaires à flux parallèles; La figure 2 est une vue en plan de la figure 1 sur 15 laquelle on n'a représenté qu'une moitié de la surface couverte par les modules; La figure 3 est une vue similaire à la figure 1 illustrant un autre exemple de réalisation de l'invention mettant en oeuvre des modules de transfert à flux croisés 20 et La figure 4 est une vue schématique illustrant le principe de fonctionnement d'un module de transfert à flux croisés mis en oeuvre dans le mode de réalisation illustré par la figure 3. On se réfère en premier lieu aux figures 1 et 2 sur lesquelles on a représenté une cellule de flottation selon EP-A-0 659 690 et perfectionnée selon la présente invention. Cette cellule de flottation, désignée dans son ensemble par la référence 10, reçoit l'eau brute mélangée avec de l'eau pressurisée délivrée par un système de pressurisation-détente schématisé en 11. Les matières en 5 suspension, contenues dans l'eau brute et amenées en surface par les micro-bulles produites par le système de pressurisation-détente 11, sont évacuées à la partie supérieure de la cellule 10 par une goulotte 12. A sa partie inférieure la cellule comporte un système de 10 reprise de l'eau traitée qui est constitué d'un dispositif de reprise 13, muni de perforations. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, ces perforations, ou les intervalles les séparant, présentent des dimensions plus petites à l'extrémité finale de la cellule 10 qu'à son 15 extrémité initiale, cette disposition réalisant une dissymétrie au niveau du dispositif de reprise 13 qui assure un flux identique et uniforme sur toute la surface de la cellule de flottation. Selon la présente invention, cette cellule est munie de 20 moyens de capture qui sont disposés au-dessus du dispositif de reprise perforé 13 et dont la partie inférieure est située à une certaine distance de ce dispositif, cette distance étant déterminée de façon à éviter toute perturbation de la distribution uniforme de 25 l'eau à traiter établie par le dispositif de reprise perforé. Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 1 et 2, ces moyens de capture sont réalisés sous la forme de modules de capture 14, à lames ou à tubes parallèles, 30 bien connus de l'homme de l'art. Par exemple, ces modules peuvent être du type décrits dans WO 97/20775 et présenter un profil tubulaire, hexagonal ou autre et une orientation, par exemple de 600 par rapport à l'horizontale. Ces modules de capture dirigent le flux à traiter dans un sens précis. Sur la figure 2, on a représenté seulement une moitié de la surface couverte par les modules 14. La distance h séparant la surface du dispositif de reprise 13 de la partie inférieure des modules de capture 10 14 est fonction notamment de la géométrie du flottateur, du débit traversant et de la température de l'eau à traiter. A titre d'exemple, on peut indiquer que cette distance peut être comprise entre 0,05 mètre et 1 mètre et de préférence entre 0, 15 et 0,60 mètre. La hauteur E (ou épaisseur) des modules 14 est choisie en fonction de la vitesse de fonctionnement et de la " surface projetée " des modules de capture. Cette hauteur peut varier entre 0,10 et 1 mètre, de préférence entre 0,2 et 0,70 mètre. En vue d'obtenir une coupure 20 correcte, compte tenu des applications et des vitesses envisagées (de l'ordre de 20 m/h à 60 m/h) la surface projetée des modules (c'est-à-dire la surface active de la zone de capture encore appelée zone de séparation/accumulation), sera comprise entre 2 et 20 m2 25 par m2 de surface de flottateur équipée de modules. Dans le mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4, les moyens de capture sont réalisés sous la forme de modules de transfert 15, la réalisation étant par ailleurs identique à celle illustrée par les figures l'et 30 2. De tels modules de transfert, généralement à flux non rectilignes, ont été représentés de façon schématique sur la figure 4. On peut notamment utiliser des modules " Brentwood CF " ou " Munters FB 10 ", habituellement utilisés pour l'amélioration des transferts gaz-liquide, 5 la séparation huiles/eau, etc... Comme on le voit sur la figure 4, ils permettent de combiner deux sens de circulation de l'eau à traiter, ce qui augmente la turbulence dans les modules et favorise la coalescence des micro-bulles. On a donné ci-après des exemples comparatifs de mise en oeuvre permettant de faire ressortir les avantages et effets techniques apportés par la présente invention, par rapport à l'état antérieur de la technique Exemple 1: On a réalisé des essais sur un équipement de traitement d'eaux brutes conforme à EP-A-0 659 690. Ces essais ont été réalisés à très grande vitesse (40 m3/m2.h), en eau froide c'est-à-dire à une température de 0,1 à 1,00C. 20 Lors de ces essais, on a constaté un entraînement significatif de bulles d'air à travers le dispositif de reprise de la cellule de flottation, ce qui est bien entendu indésirable. La quantité d'air entraînée avec l'eau traitée posait problème au niveau de la filtration 25 ultérieure de cette eau dans un filtre sable/anthracite. La durée du cycle de filtration était très réduite en raison de la quantité élevée de bulles d'air, provoquant des embolies gazeuses dans le milieu filtrant, ce qui a pour effet d'augmenter la perte de charge du filtre et de 30 diminuer ses performances. La présence de bulles d'air dans l'eau traitée, dans la cellule de flottation, à très grande vitesse a également comme effet secondaire d'entraîner des matières solides en suspension, ce qui augmente la turbidité de l'eau 5 traitée. Cette perte de performance de l'installation est également indésirable puisqu'une augmentation de la turbidité peut également entraîner une réduction du cycle de filtration, dans un filtre situé en aval. En mettant en oeuvre cette installation connue, on a 10 obtenu les performances résumées dans le tableau ciaprès: Vitesse de Température Turbidité Vitesse filtre Durée flottation de l'eau Sortie m/h de m3/h/m2 (IC) cellule filtration NTU Heures 0,2 2,5 10 12 Les résultats de ces essais ont confirmé que cette 15 installation connue n'était pas appropriée au traitement d'eaux dans les conditions ci-dessus décrites. Exemple 2: Sur une eau de caractéristiques identiques, on a réalisé 20 un autre essai avec la même installation selon EP-A0 659 690, munie de modules lamellaires, constitués de plaques parallèles (présentant une hauteur de 30 cm et inclinées 600 par rapport à l'horizontale) et collés au dispositif de reprise de la cellule de flottation. Ces 25 essais ont donné de très mauvais résultats, se traduisant par une augmentation notable de la turbidité de l'eau et de la densité des bulles d'air à la sortie de la cellule de flottation. On en a conclu que la présence d'un dispositif de reprise perforé, avec une distribution dissymétrique des trous de sortie d'eau, n'était pas 5 compatible avec la mise en òuvre de modules lamellaires de décantation dont la surface inférieure repose directement sur la surface de ce dispositif de reprise. Cette disposition ne permet pas d'obtenir un flux identique et uniforme sur toute la surface du bassin de 10 flottation, cette caractéristique étant primordiale pour l'obtention d'une flottation efficace à grande vitesse. Ces essais ont révélé une diminution marquée de la qualité de l'eau. Le tableau ci-après résume les résultats obtenus par la 15 mise en oeuvre de cette installation. Vitesse de Température Turbidité Sortie Vitesse filtre Durée de flottation de l'eau cellule m/h filtration m3/h/m2 (OC) NTU Heures 0,3 4,5 10 6 Les résultats de cet essai confirment que cette configuration d'installation n'est pas appropriée. 20 Exemple 3 (invention) A nouveau dans les mêmes conditions de traitement et avec les mêmes caractéristiques d'eau, on a effectué des essais à l'aide de l'installation décrite dans l'exemple 25 2, la seule modification apportée consistant à positionner la partie inférieure des modules lamellaires à 30 cm au-dessus du dispositif de reprise, conformément aux figures 1 et 2. Les essais ont permis d'obtenir des résultats très supérieurs à ceux attendus. A la sortie des modules lamellaires, la concentration de bulles d'air dans l'eau a été fortement réduite grâce à la capture et 5 à la coalescence de ces bulles sur les lamelles. Par ailleurs, une certaine quantité de matières en suspension a été capturée par les lamelles et les bulles coalescées. On a ainsi obtenu, une diminution de la turbidité ainsi qu'une diminution de la quantité d'air entraînée. Les 10 résultats obtenus lors de ces essais sont résumés dans le tableau ci-après: Vitesse de Température Turbidité Sortie Vitesse filtre Durée de flottation de l'eau cellule m/h filtration m3/h/m2 (IC) NTU Heures 0,2 1,0 10 18 On notera que la turbidité de l'eau traitée est de 1 NTU, 15 à comparer avec les valeurs de 2,5 et 4 NTU obtenues dans les exemples 1 et 2; de même, la durée de filtration (avant colmatage du filtre aval) est ici de 18 heures, au lieu de 12 et 6 heures dans les exemples 1 et 2. Exemple 4 (invention) : On a effectué des essais à l'aide de l'installation décrite ci-dessus en référence aux figures 3 et 4, c'est-àdire une installation dans laquelle la cellule de flottation est équipée de modules de transfert, dont la 25 partie inférieure est située à 30 cm au-dessus du niveau du dispositif de reprise perforé. Ces essais ont donné d'excellents résultats: on a constaté une très grande diminution de la quantité d'air entraînée dans l'eau traitée, ce qui améliore notablement les performances de l'installation. Le tableau ci-après résume les résultats obtenus lors de ces essais Vitesse de Température de Turbidité Sortie Vitesse Durée de flottation l'eau cellule filtre filtration m3/h/m2 (OC) NTU m/h Heures 0,4 0,4 10 32 La lecture des tableaux correspondant aux exemples 3 et 4 confirme l'excellence des résultats obtenus par la mise 10 en oeuvre de l'invention, par rapport aux installations selon l'état antérieur de l'art (exemples 1 et 2). Il convient de mentionner également que, dans le cadre des essais de l'exemple 4, on a pu réaliser des vitesses de traitement de l'ordre de 60 m3/h/m2 sans compromettre le 15 niveau de turbidité de l'eau traitée, à la sortie de la cellule de flottation et en assurant un fonctionnement satisfaisant du filtre sable/anthracite disposé en aval de la cellule de flottation. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est 20 pas limitée aux exemples de réalisation décrit et/ou représenté mais qu'elle englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1) Installation de traitement d'eaux par flottation comportant un équipement de flottation constitué d'une 5 cellule de flottation (10) dans laquelle est amenée de l'eau brute floculée et mélangée avec des micro-bulles produites par un système de pressurisation-détente (11), cette cellule étant munie d'un dispositif de reprise (13) perforé, conçu de façon que la surface de la cellule de 10 flottation soit traversée par un flux identique et uniforme de l'eau à traiter, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte des modules de capture (14,15) disposés dans la cellule de flottation de manière que leur partie inférieure soit située à une 15 distance (h) du dispositif de reprise perforé (13), cette distance étant déterminée de façon à éviter toute perturbation de la distribution uniforme établie par le dispositif de reprise perforé. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance (h) séparant la surface du dispositif de reprise (13) de la partie inférieure des modules de capture (14,15) est comprise entre 0,05 mètre et 1 mètre, de préférence entre 0,15 et 0,60 mètre. 25 3) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la hauteur ou épaisseur (E) des modules de capture (14,15) est comprise entre 0,10 et 1 mètre, de préférence entre 0,2 30 et 0,70 mètre. 4) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface projetée des modules de capture, c'està-dire la surface active de 5 la zone de séparation/accumulation, est comprise entre 2 et 20 m2 par m2 de surface de flottateur équipée de modules. 5) Installation selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisée en ce que les modules de capture sont du type lamellaire, notamment à plaques parallèles (14), à profil tubulaire ou hexagonal, à flux directs ou croisés. 6) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les modules de capture sont du type modules de transfert(15), en général à flux non rectiligne et assurant deux sens de circulation de l'eau à traiter.