Brevet FR2986164A1 — publié le 20130802

PROCEDE DE LAVAGE D'UN FILTRE AYANT AU MOINS DEUX COUCHES DE MEDIAS FILTRANTS, EN PARTICULIER POUR EAU DE MER, ET INSTALLATION POUR METTRE EN OEUVRE CE PROCEDE. L'invention est relative à un procédé de lavage d'un filtre ayant au moins deux couches de médias filtrants pour une eau brute contenant des composants ayant tendance à former des galettes ou "mud balls" qui s'agglomèrent généralement en surface du filtre, notamment pour une eau de mer. Les couches de médias filtrants sont supportées par un plancher comportant des orifices de passage et muni de buses permettant une injection d'air et/ou d'eau de lavage, l'eau brute s'écoulant de haut en bas à travers les couches et l'eau traitée étant récupérée en partie basse du filtre, lequel comporte en partie haute au moins un déversoir pour la collecte de l'eau de lavage. Les couches de médias filtrants comportent, souvent, au moins une couche de sable et une couche d'anthracite, ou autre média comme de la pierre ponce. Lorsque l'eau brute traitée, en particulier l'eau de mer, contient des produits dérivés tels que des alginates, ou des polymères naturels, le traitement de l'eau avec du coagulant, tel que du chlorure ferrique (FeCI3), donne naissance à des sortes de galettes ou "mud balls" dues à l'agglomération de particules de médias probablement provoquée par différents floculants naturels contenus dans l'eau, notamment les alginates. Ces galettes peuvent atteindre 25 des dimensions d'environ 2 cm x 4 cm avec une épaisseur d'environ 0,5 cm. La formation de ces galettes perturbe le fonctionnement du filtre et nécessite des opérations de rinçage ou lavage relativement longues, le rinçage pouvant aller jusqu'à plusieurs heures ou même dans certains cas il devient impossible d'évacuer ces galettes. Il en résulte une diminution sensible du 30 rendement de production d'eau filtrée. En outre, les opérations de lavage classiques entraînent généralement une perte de médias évacués avec les eaux de lavage. L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de lavage pour filtres du type défini précédemment qui permet de réduire la durée de 35 l'opération de lavage tout en préservant la quantité de médias et leur disposition dans le filtre. L'invention concerne aussi bien des filtres travaillant sous pression, que des filtres atmosphériques. Selon l'invention, le procédé de lavage d'un filtre du genre défini précédemment est caractérisé en ce que les étapes successives suivantes sont effectuées : a/ une étape de préparation selon laquelle on ferme l'arrivée d'eau brute, et on assure une dépressurisation du filtre lorsque ce dernier travaille sous pression; b/ on abaisse le plan d'eau dans le filtre ; c/ on insuffle de l'air seul sous pression en partie basse du filtre, cet air traversant de bas en haut les couches du filtre et provoquant, en particulier par friction, la réduction des galettes en particules ; d/ on effectue un rinçage à l'eau seule, de bas en haut, qui permet de séparer les médias et de remonter à la surface les particules, le temps de rinçage à l'eau étant suffisamment court pour que le plan d'eau s'arrête au-dessous du niveau du bord supérieur du déversoir de collecte d'eau de lavage ; e / on vide à nouveau l'eau du filtre par une évacuation en partie basse ; et a) f/ on répète au moins une fois les étapes c/, d/ et el. De préférence, on répète les étapes c/, d/ et e/ au moins deux fois. L'insufflation d'air seul est aussi appelée étape de bullage. Avantageusement, la durée de l'insufflation d'air seul est inférieure à 10min. La durée du rinçage à l'eau seule peut être inférieure à 60 s, en particulier d'environ 45 s. Avant chaque rinçage à l'eau seule, on n'élimine pas le matelas d'air se trouvant sous le plancher. C'est seulement avant le dernier rinçage dit rinçage final qu'on élimine le matelas d'air. Avantageusement le niveau du plan d'eau en fin de rinçage à l'eau seule se trouve à au moins 5 cm au-dessous du niveau du bord supérieur du déversoir de collecte d'eau de lavage, de préférence entre 5 cm et 10 cm au-dessous de ce niveau. Après avoir répété plusieurs fois la séquence vidange, bullage et rinçage, on effectue un rinçage final, après avoir évacué l'air du matelas situé sous le plancher, ce rinçage final correspondant à 5 à 10 covolumes, et les eaux sales de lavage sont évacuées vers un traitement des boues. Le procédé de lavage concerne aussi bien un filtre d'axe horizontal qu'un filtre d'axe vertical. L'invention concerne également une installation de filtration, en particulier pour eau de mer, mettant en oeuvre le procédé défini précédemment et comportant un filtre ayant au moins deux couches de médias filtrants supportées par un plancher muni de buses, une canalisation munie d'une vanne pour admettre de l'air au-dessous du plancher et une canalisation munie d'une vanne pour admettre de l'eau de rétro-lavage au-dessous du plancher, une canalisation munie d'une vanne pour évacuer l'eau filtrée au-dessous du plancher, une dérivation vers un rejet munie d'une vanne servant à vidanger le filtre jusqu'à un niveau LSL (Level Switch Low = Capteur de niveau bas) (ou LSLL : Level Switch Low for Level below LSL= Capteur de niveau très bas), et une canalisation d'extraction d'air située en un point haut du filtre et équipée d'une vanne, une canalisation d'admission d'eau brute, munie d'une vanne, en partie haute du filtre, au-dessus de la couche de médias, et une canalisation d'évacuation de l'eau de lavage collectée par au moins un déversoir en partie haute du filtre et munie d'une vanne, cette installation comportant une unité de commande des vannes pour réaliser les étapes du procédé. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-15 dessus en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est une coupe schématique verticale d'un filtre cylindrique 20 horizontal, pour mise en oeuvre du procédé de l'invention, lors de l'étape d'injection sous pression d'eau brute floculée à traiter. Fig. 2 montre, semblablement à Fig. 1, une étape de bullage avec insufflation d'air seul sous pression en partie inférieure du filtre, et Fig. 3 montre, semblablement à Fig. 1, une étape de rinçage pendant 25 une courte période. En se reportant aux dessins, notamment à Fig. 1, on peut voir un filtre F sous pression, pour eau de mer ou plus généralement pour eau brute contenant des composants ayant tendance à former des galettes ou "mud balls" qui s'agglomèrent généralement en surface du filtre. 30 Selon l'exemple représenté sur les dessins, le filtre F est un filtre horizontal comportant une enveloppe cylindrique 1, d'axe horizontal, dans laquelle l'eau brute, ayant subi un traitement de floculation, est introduite sous pression par une canalisation 2, munie d'une vanne 3, débouchant en partie haute de la section transversale de l'enveloppe 1. Toutes les vannes 35 mentionnées dans la description sont du type électrovannes commandées à distance. Le filtre comporte au moins deux couches de médias filtrants. Dans l'exemple représenté, le filtre F est un filtre bicouche comportant une couche inférieure 4 de sable et une couche supérieure 5 d'anthracite. Les couches sont supportées par un plancher 6 horizontal, comportant des orifices de passage, situé en partie basse du filtre et s'étendant, en section transversale, suivant une corde de la section circulaire. Le plancher est muni de buses 6a permettant une injection d'air et/ou d'eau de lavage. L'air est admis en partie basse, au-dessous du plancher 6, par une canalisation 7 munie d'une vanne 8, tandis que l'eau de lavage est introduite, en partie basse du filtre, par une conduite 9 munie d'une vanne 10. L'eau brute, introduite en partie haute du filtre, s'écoule de haut en bas en traversant les couches 5 et 4, puis les orifices du plancher 6, et forme en partie basse une nappe 11 d'eau filtrée qui peut être évacuée par une conduite 12 munie d'une vanne 13. Une dérivation 12b, munie d'une vanne 13b, est branchée sur la conduitel2, en amont de la vanne 13, pour une évacuation vers un rejet. L'eau de lavage injectée en partie basse du filtre monte de bas en haut à travers les couches 4 et 5, exerçant un rétro-lavage, est collectée en partie haute par au moins un déversoir D, et est évacuée de la partie haute du filtre par une conduite 14 reliée au déversoir et munie d'une vanne 15. L'air est évacué de la partie haute du filtre par une conduite 16 munie d'une vanne 17. Lors de l'opération de filtration sous pression, illustrée sur Fig.1, l'eau brute est admise par la conduite 2, la vanne 3 étant ouverte de même que la vanne 13 d'évacuation de l'eau filtrée. Les autres vannes sont fermées. La partie supérieure du filtre, située au-dessus des couches de filtration, est remplie d'eau brute sous pression, L'eau s'écoule à travers les couches du filtre et l'eau filtrée recueillie en partie basse est évacuée par la conduite 12. L'eau de mer contient des composants tels que des alginates, qui s'agglomèrent avec des particules de médias et forment des galettes ou "mud balls" M généralement en surface du filtre. Ces galettes M peuvent présenter des dimensions d'environ 2 cm x 4 cm avec une épaisseur de 0,5 cm environ, et freinent de plus en plus la filtration lorsque leur nombre augmente. Le procédé de lavage selon l'invention permet de réduire le volume des galettes M en les soumettant à un phénomène de friction par mise en contact avec de l'air afin de les sécher, et d'évacuer les fines formées vers la partie supérieure du filtre. Pour le lavage, dans une première étape de préparation al, la vanne 3 d'arrivée d'eau brute est fermée puis, après un certain temps, la vanne 13. Ensuite on dépressurise, notamment par ouverture des vannes 15 et 17. On assure la destruction du gâteau de filtration en le cassant par envoi à contre courant, soit de bas en haut, d'une petite quantité d'eau en ouvrant la vanne 10, par exemple pendant quelques secondes. A la fin de cette étape on maintient ouvertes, ou l'on ouvre, les vannes 15 et 17 jusqu'à la fin du rinçage final. Lors de l'étape suivante bi, le plan d'eau s'abaisse par évacuation de l'eau filtrée par la conduite 12b et la vanne 13b, qui a été ouverte, jusqu'à un niveau, de 5 à 10 cm au-dessus du média, détecté par deux sondes de niveau (LSL et LSLL). La vanne 13b est ensuite fermée. Pour l'étape suivante ci, la vanne 8 d'arrivée d'air de balayage est ouverte (voir Fig.2), et on insuffle ainsi de l'air seul sous pression en partie basse du filtre, cet air traversant de bas en haut les couches 4 et 5 du filtre et provoquant, en particulier par friction, la réduction des galettes M en fines particules. La durée de cette injection d'air, ou bullage, est réduite, notamment inférieure à 10 min (généralement 5 à 6 minutes), après ce temps la vanne 8 se referme. Un tel bullage pendant un temps relativement court, de quelques minutes, permet d'éviter, ou de limiter, le mélange entre les médias des deux couches 4 et 5. Pendant l'opération c/ de bullage, comme illustré sur Fig. 2, la vanne 15 d'évacuation d'eau de lavage est ouverte ainsi que la vanne 17 d'évacuation d'air. L'air comprimé injecté permet, par aération, d'assécher les galettes qui se transforment d'autant mieux en fines particules. L'étape suivante d/ consiste en un rinçage court à l'eau seule, de bas en haut, par ouverture de la vanne 10 d'eau de rétro-lavage et de la vanne 15 d'évacuation de l'eau de lavage (voir Fig.3). La vanne 17 d'évacuation d'air est aussi ouverte, tandis que les autres vannes sont fermées. Cette étape d/ permet de séparer les médias sable et anthracite et de reconstituer les couches 4 et 5 sans mélange notable. En outre, le rinçage permet de remonter à la surface les particules issues des galettes M. Le rinçage de l'étape d/ est effectué pendant un temps suffisamment court pour que le plan d'eau H (Fig.3) reste à un niveau inférieur à celui du bord supérieur du déversoir D de collecte d'eau de lavage. Avantageusement, le plan d'eau H à la fin d'un rinçage est à une distance J d'au moins 5 cm et de préférence comprise entre 5 et 10 cm au-dessous du niveau du bord supérieur du déversoir. On évite ainsi une perte de médias qui seraient entraînés par le courant de lavage dans la conduite 14 d'évacuation. La durée d'un rinçage à l'eau seule est réduite, généralement inférieure à 60 s et notamment de l'ordre de 30 à 45 s. Lors de l'étape suivante e/, on vide l'eau du filtre à nouveau en évacuant l'eau par la conduite 12b, la vanne 13b étant ouverte, jusqu'au niveau 5 de 5 à 10 cm au-dessus du média. On répète au moins une fois et de préférence deux fois les étapes ci, di et ei. Seulement juste avant le rinçage final, l'air du matelas 18, situé au- dessous du plancher 6, est évacué par une sortie non représentée, de manière 10 à éviter, lors du rinçage, un mélange de bulles d'air et d'eau de rinçage. Lorsque les séquences avec rinçage de courte durée, généralement inférieure à 60s, ont été effectuées, on procède à un rinçage final, l'air du matelas 18 étant évacué. Lors de ce rinçage, on fait passer une quantité d'eau de rétro-lavage correspondant à plusieurs covolumes (un covolume 15 correspondant au volume total du média sable et anthracite), notamment de 5 à 10 covolumes, en évacuant les eaux sales de lavage vers un traitement des boues par la conduite 14 dont la vanne 15 est ouverte. La vanne 10 d'arrivée d'eau de rétro-lavage est également ouverte de même que la vanne 17 d'évacuation d'air, tandis que les autres vannes sont fermées. 20 Une installation pour la mise en oeuvre du procédé comporte le filtre F, les différentes canalisations et vannes, et une unité de commande U (Fig.1) des vannes pour réaliser les séquences d'ouverture et fermeture des vannes, selon le procédé. La solution de l'invention consiste ainsi à vidanger le filtre, à effectuer 25 un bullage à l'air seul, puis un rinçage à l'eau seule de courte durée afin d'éviter de déborder sur les déversoirs ou goulottes d'évacuation et de perdre du média. Le matelas d'air 18 sous le plancher 6 est éliminé juste avant le rinçage final uniquement. Cette séquence vidange, bullage et rinçage de courte durée est 30 répétée plusieurs fois, deux répétitions suffisant en général. Les étapes de préparation au lavage du filtre permettent d'assurer la dépressurisation, de casser le gâteau de filtration et d'abaisser le plan d'eau pour éviter de perdre du média pendant l'étape de bullage à l'air sur-pressé. L'invention s'applique aussi bien à des filtres horizontaux (hauteur 35 totale de la vanne de vidange jusqu'à l'évent au maximum de 4m, pour raison de transport et de fabrication) qu'à des filtres verticaux (pour des raisons économiques). Le procédé ne nécessite pas de modification d'équipement et permet d'améliorer le rendement du filtre, notamment en augmentant le temps de filtration. Le procédé peut fonctionner avec un filtre atmosphérique. REVENDICATIONS1. Procédé de lavage d'un filtre (F) ayant au moins deux couches de médias filtrants pour une eau brute contenant des composants ayant tendance à former des galettes (M) ou "mud balls" qui s'agglomèrent généralement en surface du filtre, notamment pour une eau de mer, les couches de médias filtrants étant supportées par un plancher (6) comportant des orifices de passage et muni de buses (6a) permettant une injection d'air et/ou d'eau de lavage, l'eau brute s'écoulant de haut en bas à travers les couches, et l'eau traitée étant récupérée en partie basse du filtre, lequel comporte en partie haute au moins un déversoir pour la collecte de l'eau de lavage , caractérisé en ce que les étapes successives suivantes sont effectuées : a/ une étape de préparation selon laquelle on ferme l'arrivée d'eau brute, et on assure une dépressurisation du filtre lorsque ce dernier travaille sous pression ; bi on abaisse le plan d'eau dans le filtre ; c/ on insuffle de l'air seul sous pression en partie basse du filtre, cet air traversant de bas en haut les couches du filtre et provoquant, en particulier par friction, la réduction des galettes en particules ; d/ on effectue un rinçage à l'eau seule, de bas en haut, qui permet de séparer les médias et de remonter à la surface les particules, le temps de rinçage à l'eau étant suffisamment court pour que le plan d'eau s'arrête au-dessous du niveau du bord supérieur du déversoir de collecte d'eau de lavage ; e / on vide à nouveau l'eau du filtre par une évacuation en partie basse ; et fi on répète au moins une fois les étapes ci, d/ et el. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on répète les étapes ci, d/ et el au moins deux fois. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée de l'insufflation d'air seul est inférieure à 10 min. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée du rinçage à l'eau seule est inférieure à 60 s, en particulier d'environ 45 s. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséen ce qu'avant chaque rinçage à l'eau seule, on n'élimine pas le matelas d'air se trouvant sous le plancher, celui-ci sera éliminé juste avant le rinçage final. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le niveau (H) du plan d'eau en fin de rinçage à l'eau seule se trouve à au moins 5 cm au-dessous du niveau du bord supérieur du déversoir (D) de collecte d'eau de lavage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le niveau (H) du plan d'eau en fin de rinçage à l'eau seule se trouve entre 5 cm et 10 cm au-dessous du niveau du bord supérieur du déversoir (D) de collecte d'eau de lavage.. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après avoir répété plusieurs fois la séquence vidange, bullage et rinçage, on effectue un rinçage final, après avoir évacué l'air du matelas situé sous le plancher, ce rinçage final correspondant à 5 à 10 covolumes, et les eaux sales de lavage sont évacuées vers un traitement des boues. 9. Installation de filtration, en particulier pour eau de mer, pour mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un filtre ayant au moins deux couches (4,5) de médias filtrants supportées par un plancher (6) muni de buses (6a), une canalisation (7) munie d'une vanne (8) pour admettre de l'air au-dessous du plancher et une canalisation (9) munie d'une vanne (10) pour admettre de l'eau de rétro-lavage au-dessous du plancher, une canalisation (12) munie d'une vanne (13) pour évacuer l'eau filtrée au-dessous du plancher, une dérivation (12b) vers un rejet munie d'une vanne (13b) servant à vidanger le filtre jusqu'à un niveau LSL (ou LSLL) et une canalisation (16) d'extraction d'air située en un point haut du filtre et équipée d'une vanne (17), une canalisation (2) d'admission d'eau brute, munie d'une vanne (3), en partie haute du filtre, au-dessus de la couche de médias, et une canalisation (14) d'évacuation de l'eau de lavage collectée par au moins un déversoir (D) en partie haute du filtre et munie d'une vanne (15), cette installation comportant une unité de commande (U) des vannes pour réaliser les étapes du procédé.35