Brevet FR3032444A1 — publié le 20160812

L'invention a pour objet un appareil destiné à filtrer des eaux embouées dans un circuit fermé de façon automatique. L'appareil suivant la présente invention trouvera plus particulièrement une application dans le but de filtrer l'eau en retenant les particules dont la taille est supérieure à 15 micromètres en circuit fermé sans intervention humaine une fois le cycle lancé. Le dispositif permet de maintenir constant le volume d'eau du circuit fermé traité en remplaçant lors des phases de lavage un volume d'eau du circuit fermé par un volume équivalent d'eau de ville, ce volume correspondant à 50 % du volume de la charge filtrante du clarificateur. Le secteur technique est celui des appareils de filtration. Des systèmes de filtration sont connus dans la technique. Il s'agit de charges filtrantes qui sont capable de filtrer des particules de différentes tailles. Ces charges retiennent les particules de différentes façons : par adsorption sur les composants de la charge, par ralentissement de la migration des particules par rapport à l'eau, par porosité des composants de la charge et toutes sortes de procédés qui retiennent les particules et le fer oxydé. En conséquence, ces charges filtrantes sont un élément essentiel de la filtration d'eaux usées contenant en particulier des particules en suspension et du fer oxydé. Habituellement, après avoir filtré un volume d'eau en circuit fermé, il faut changer la charge filtrante et faire un apport d'eau extérieur pour compenser la perte d'eau, ce qui occasionne plusieurs manipulations humaines et un risque d'apport d'agents de corrosion et/ou d'entartrage par l'eau d'appoint. On connaît un appareil destiné à opérer la clarification des eaux résiduaires traitées, par un procédé biologique, en particulier dans un bassin d'aération, par le procédé des boues activées (FR 7702849). Le problème rencontré est qu'il est constitué par une structure flottant sur un bassin de traitement qui ne permet pas un traitement des circuits fermés. On connaît un appareil pour l'industrie sucrière formé d'une cuve fermée caractérisé par le fait qu'il comporte intérieurement des surfaces de décantation inclinées, parallèles entre elles et groupés en galettes superposées. Ces galettes sont superposées en alternant le sens d'inclinaison 3032444 2 des surfaces de décantation de façon à former des couloirs en zigzag (FR 7725648). Ce système favorise des courants préférentiels de la boue et du liquide. Le problème rencontré est qu'il ne rend pas compte du problème d'automatisation de la filtration. 5 On connaît un appareil clarificateur d'eaux usées pour l'industrie du papier (FR 7915779). Ce clarificateur concerne un appareil pour l'évacuation des solides amenés en surface par flottation. Il a pour but d'évacuer plus rapidement que précédemment le dépôt flottant en engendrant un minimum de turbulences dans l'eau à clarifier. Le problème rencontré est que ce système 10 récupère les dépôts qui flottent mais pas ceux en suspension ou dissous. On connaît un clarificateur d'eau qui permet l'évacuation des bulles d'air de l'eau résiduaire arrivant depuis la zone de clarification pour augmenter l'efficacité de l'épuration des eaux résiduaires. Le problème rencontré est qu'il ne rend pas compte de l'automatisation du procédé de clarification. 15 On connaît un clarificateur qui permet de porter à ébullition une eau contenant des particules solides qui sont préalablement floculés grâce à l'adjonction de floculent et de chaux, de telle sorte que le personnel utilisant ce clarificateur ne soit pas blessé par l'eau bouillante (WO 2013/111062). Le problème rencontré est qu'il ne rend pas compte de l'automatisation du 20 procédé de clarification. Ce sont à ces problèmes que la présente invention entend remédier. Le clarificateur automatique suivant l'invention a pour objectif de clarifier une eau contenant des particules solides, des boues et du fer oxydé dans un circuit fermé de façon automatique. 25 Le dispositif permet de maintenir constant le volume d'eau du circuit fermé traité en remplaçant lors des phases de lavage un volume d'eau du circuit fermé par un volume équivalent d'eau de ville, ce volume correspondant à 50 % du volume de la charge filtrante du clarificateur. Le clarificateur automatique suivant l'invention comprend un réservoir 30 (10) en acier inoxydable pour les eaux ne dépassant pas 82°C ou en vinylester pour les eaux ne dépassant pas 65°C, une vanne de lavage (13), un système d'électrovannes (A et B), un ensemble de vannes (8, 12), un coffret de commande et protection équipé d'un interrupteur différentiel, une pompe de 3032444 3 circulation (9), une charge filtrante (21) capable de filtrer l'eau en retenant les particules dont la taille est supérieure à 15 micromètres et un châssis monté sur roulettes qui supporte l'ensemble des matériels. La charge filtrante (21) est de type multicouches, une couche de 5 particules de verre de taille 1 millimètre et une couche de particules de verre de taille 3 millimètres. Un tube crépiné (22) présent dans la colonne du clarificateur permet de récupérer l'eau clarifiée en fond de réservoir après son passage à travers le lit filtrant où les particules ont été retenues. Les fréquences de lavage ainsi que les temps des différents cycles de 10 lavage sont gérés par le programmateur mécanique ou électronique présent dans la vanne de lavage (13) et sont déclenchées soit chronométriquement soit volumétriquement soit par pression différentielle. La pression de fonctionnement du clarificateur est de 0,2 à 8 bars. Le clarificateur automatique suivant l'invention se caractérise en ce que 15 le clarificateur est constitué d'une vanne (8) montée sur le piquage créé sur la canalisation retour du circuit à clarifier, permettant l'entrée de l'eau chargée de particules (boue ou autres) du circuit fermé vers le clarificateur automatique, d'un circulateur (9) assurant l'alimentation en eau à clarifier chargée de particules du circuit vers le clarificateur, traversant la charge filtrante (21) et 20 puis le retour de l'eau clarifiée vers le circuit fermé à travers une vanne (12), d'une colonne (10) ou bouteille du clarificateur contenant la charge filtrante (21), d'une canalisation de vidange (11) sur laquelle est raccordée hydrauliquement la sortie vidange du clarificateur permettant l'évacuation des eaux de lavage chargées des particules retenues par la charge filtrante (21) 25 lors des phases de lavage, d'une vanne (12) montée sur le piquage créé sur la canalisation retour du circuit à clarifier, permettant le retour de l'eau clarifiée sans particules du clarificateur automatique vers le circuit fermé, d'une vanne automatique et d'un système d'électrovannes de lavage du clarificateur (13) permettant le lavage automatisé de la charge filtrante contenue dans l'appareil 30 lors des cycles de lavage de celui-ci. Le clarificateur est monté sur un châssis à roulettes qui supporte l'ensemble du dispositif. La charge filtrante (21) décrite dans cet exemple est constitué de particules de verre : 60 kilogrammes de verre de diamètre 1 millimètre et 10 3032444 4 kilogrammes de verre de diamètre 3 millimètres. Dans toute industrie et/ou bâtiment équipés de circuits fermés comme l'eau de piscine, l'eau des stations d'épurations des eaux usées, l'eau utilisée dans l'industrie papetière, l'eau utilisée dans l'industrie sucrière, et toutes les sortes d'eaux contenant des 5 particules avec ou sans fer oxydé, on pourra remplacer cette charge filtrante (21) par des particules de verre de formes et de diamètre différent, une membrane perforée par des pores calibrés, par des filtres poreux constitués de cellulose ou de bois, de laine, de coton, des charbons de bois, ou de toutes autres matières chargées électriquement et constituées de longs et fins 10 canalicules très contournés, les particules restant piégées par adsorption, par osmose inverse, par pressage sur plateau, par oxydation du fer dissous par aération, par échanges d'ions. Dans un exemple de circuit fermé, une ou des chaudières (2) assurent le chauffage d'une eau destinée à chauffer un bâtiment. Une vanne ayant 3 15 entrées/sorties (3) permet la régulation du chauffage en dirigeant l'eau chaude produite pour du chauffage ou vers l'utilisation ou directement vers la chaudière sans passer par l'utilisation s'il n'y pas de demande en chauffage. Une pompe à eau (5) assure la circulation de l'eau et donc de la chaleur dans l'installation. Un radiateur appelé utilisation (7) autorise le transfert de la chaleur de l'eau à 20 l'air ambiant ou au sol ou au mur, permettant le chauffage du bâtiment. Plusieurs vannes (4, 6, 8, 12, 14, 15, 16, 18, 19, 20) permettent de fermer ou d'ouvrir le circuit à différents endroits. Une pompe de charge (1) alimente la chaudière en eau. Un manomètre (17) de la pompe de charge indique la pression du circuit au niveau de la pompe de charge. 25 Lorsque le clarificateur est en phase de clarification, les vannes (8) et (12) sont ouvertes. Le circulateur (9) est en fonctionnement. Les électrovannes (A) et (B) sont : (A) normalement ouverte et (B) normalement fermée. Grâce au circulateur (9) et à la vanne (8) ouverte, l'eau du circuit fermé chargée de particules est dirigée vers l'électrovanne (A) ouverte, puis traverse la charge 30 filtrante (21) où les particules sont retenues. L'eau clarifiée est reprise en fond de bouteille (10) par le tube crépiné (22) et est renvoyée vers la vanne (12) ouverte dans le circuit fermé. Le programmateur mécanique ou électronique présent dans la vanne 3032444 5 de lavage (13) qui fonctionne par déclenchement chronométrique, volumétrique ou par une pression différentielle déclenche un contact. Ce contact déclenche l'arrêt du circulateur (9), l'excitation électrique des deux électrovannes provoquant l'arrêt de l'électrovanne (A) et l'ouverture de l'électrovanne (B). 5 Ainsi, l'eau d'appoint provenant de l'électrovanne B arrive par le tube crépiné en fond de bouteille, nettoie la charge filtrante (21), ressort par la sortie vidange de la vanne de vidange, la sortie côté circuit vers la vanne (12) étant obturée. L'eau de lavage est évacuée par une canalisation d'évacuation. La présente invention propose ainsi un clarificateur automatique d'eaux 10 chargées en particules et en fer oxydé comportant une charge filtrante (21), un tube crépiné (22), une bouteille (10), une vanne de lavage (13) comportant une entrée portant la panoplie d'électrovannes (A) et (B), une sortie vers le circuit fermé, une sortie vidange, caractérisé par le fait que le système d'électrovannes de lavage (A et B) permet de faire circuler l'eau à clarifier en 15 circuit fermé sans apport d'eau extérieure. Dans ce clarificateur, la vanne de lavage (13) permet de façon automatisée de passer d'un cycle de clarification en circuit fermé à un cycle de lavage. Dans ce clarificateur, la vanne de lavage (13) permet de façon 20 automatique de passer d'un cycle de clarification à un cycle de lavage et d'un cycle de lavage à un cycle de clarification. Dans ce clarificateur, la charge filtrante (21) est constituée de particules de verre ou de matières permettant la filtration. Dans ce clarificateur, la bouteille (10) est un réservoir en acier 25 inoxydable pour les eaux ne dépassant pas 82°C ou en vinylester pour les eaux ne dépassant pas 65°C. Dans ce clarificateur, le système d'électrovannes (A) et (B) permet le lavage de la charge filtrante en maintenant constant le volume d'eau du circuit fermé lors des phases de lavage. 30 Dans ce clarificateur, l'eau du circuit fermé éliminée est limitée à un volume correspondant à la moitié du volume de la charge filtrante et est remplacée par un volume équivalent d'eau extérieure. La description qui va suivre, par des figures, permettra de mieux 3032444 6 comprendre l'invention, ses caractéristiques et ses avantages au regard de l'état de l'art antérieur. FIG 1 Clarificateur automatique et circuit fermé dans lequel l'eau est filtrée. 5 1 : Pompe de charge alimente la chaudière en eau. 2 : Chaudière assure le chauffage de l'eau 10 3 : Vanne ayant 3 entrées/sorties permet la régulation du chauffage en dirigeant l'eau chaude produite pour du chauffage ou vers l'utilisation ou directement vers la chaudière sans passer vers l'utilisation s'il n'y pas de demande en chauffage. 15 4 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 5 : Pompe à eau qui assure la circulation de l'eau et donc de la chaleur dans l'installation. 20 6 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 7 : Radiateur appelé utilisation qui autorise le transfert de la chaleur de l'eau à l'air ambiant ou au sol ou au mur, permettant le chauffage du bâtiment 25 8 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 9 : Circulateur assurant l'alimentation en eau à clarifier chargée de particules du circuit vers le clarificateur 30 10 : Colonne ou bouteille du clarificateur 11 : Canalisation de vidange 3032444 7 12 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 13 : Système d'électrovannes de lavage du clarificateur permettant le lavage automatisé de la charge filtrante (sans perte d'eau du circuit fermé) 5 contenue dans l'appareil lors des cycles de lavage de celui-ci. 14 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 15 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 10 16 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 17: Manomètre de la pompe de charge qui indique la pression du circuit au niveau de la pompe de charge. 15 18 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 19 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 20 20 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit FIG 2 Clarificateur et indication du sens de circulation de l'eau en cycle de clarification d'un circuit fermé 25 8 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 11 : Canalisation de vidange 12 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 30 13 : Système d'électrovannes de lavage du clarificateur permettant le lavage automatisé de la charge filtrante contenue dans l'appareil lors des cycles de lavage de celui-ci. 3032444 8 21 : Charge filtrante 22 : Tube crépiné 5 23 : Entrée d'eau du circuit fermé 24 : Entrée d'eau de ville 10 25 : Sortie d'eau clarifiée vers le circuit fermé A : Electrovanne A B : Electrovanne B 15 FIG 3 Clarificateur et indication du sens de circulation de l'eau en cycle de régénération de la charge filtrante 8 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 20 11 : Canalisation de vidange 12 : Vanne qui permet de fermer ou d'ouvrir le circuit 25 13 : Système d'électrovannes de lavage du clarificateur permettant le lavage automatisé de la charge filtrante contenue dans l'appareil lors des cycles de lavage de celui-ci. 21 : Charge filtrante 30 22 : Tube crépiné 23 : Entrée d'eau du circuit fermé 3032444 9 24 : Entrée d'eau de ville 25 : Sortie d'eau clarifiée vers le circuit fermé A : Electrovanne A B : Electrovanne B 5 10 REVENDICATIONS1. Clarificateur automatique d'eaux chargées en particules et en fer oxydé comportant une charge filtrante (21), un tube crépiné (22), une bouteille (10), une vanne de lavage (13) comportant une entrée portant la panoplie d'électrovannes (A) et (B), une sortie vers le circuit fermé, une sortie vidange, caractérisé par le fait que le système d'électrovannes de lavage (A et B) permet de faire circuler l'eau à clarifier en circuit fermé sans apport d'eau extérieure. 2. Clarificateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la 10 vanne de lavage (13) permet de façon automatisée de passer d'un cycle de clarification en circuit fermé à un cycle de lavage. 3. Clarificateur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la vanne de lavage (13) permet de façon automatique de passer d'un cycle de clarification à un cycle de lavage et d'un cycle de lavage à un cycle de 15 clarification. 4. Clarificateur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la charge filtrante (21) est constituée de particules de verre. 5. Clarificateur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la charge filtrante (21) est constitué de matière permettant la filtration. 20 6. Clarificateur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la bouteille (10) est un réservoir en acier inoxydable pour les eaux ne dépassant pas 82 °C. 7. Clarificateur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la bouteille (10) est un réservoir en vinylester pour les eaux ne dépassant pas 25 65 °C 8. Clarificateur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le système d'électrovannes (A) et (B) permet le lavage de la charge filtrante en maintenant constant le volume d'eau du circuit fermé lors des phases de lavage. 30 9. Clarificateur selon la revendication 8 caractérisé par le fait que l'eau du circuit fermé éliminée est limitée à un volume correspondant à la moitié du volume de la charge filtrante et est remplacée par un volume équivalent d'eau extérieure.