Brevet FR3080778A1 — publié le 20191108

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF POUR AUGMENTER LA CAPACITÉ DES MÉDIAS FILTRANTS APPLIQUÉS POUR LA FILTRATION FRONTALE DES LIQUIDES Domaine technique [0001] La présente invention concerne un appareil pour la filtration frontale d'eaux usées et d'autres liquides pour augmenter la capacité de tout média filtrant utilisé dans la séparation solide-liquide. Des disques filtrants et des médias filtrants similaires sont courants dans la filtration frontale. Un exemple est la filtration sous vide en laboratoire qui fait partie de l'analyse de la qualité de l'eau et des eaux usées [nplcitl]. Un exemple à grand échelle est des filtres Nutsche qui traitent des ingrédients pharmaceutiques ou des métaux précieux [nplcit2]. Les solutions techniques sont bien établies. La filtration frontale peut être considérée comme une technique simple qui utilise des filtres changeables en fonctionnement par lots ou semi-continu. L'inconvénient des filtres frontales est que ces filtres laissent passer une quantité limitée de filtrat. En d'autres termes, leur capacité de filtration est limitée. La suspension accumulée diminue la perméabilité de sorte que la filtration devient lente et le média filtrant doit être changé. L'augmentation de la capacité des médias filtrants est souhaitée mais a ses limites. En particulier, les médias filtrants doivent être sélectionnés pour l'application en termes de matériau, taille des pores et l'appareil disponible. La capacité doit rester une seconde considération. Les options pratiques sont: a) changement régulier du filtre et acceptation du coût et du travail, b) augmentation de la surface du média filtrant qui implique généralement un changement pour un appareil plus grand et c) passage à une méthode de filtration active impliquant des machines plus complexes. Des filtres frontales sont donc développés dans le domaine de la filtration active où interviennent des pièces mobiles, par exemple FR2797201 Al et EP0151481 A2. Au lieu des machines avec des pièces en mouvement, d'autres inventions utilisent un apport d'énergie supplémentaire tel que le rétrobalayage «backflush» (W02005115584, CN206778193) ou la vibration (CN107376462 A). Une autre direction est des modules de filtre qui peuvent être régénérés (JP2016030257 A), ou des conteneurs perforés qui ont des filtres intégrés (W00107138 Al). Le brevet FR2652764 revendique une combinaison de certaines des catégories décrites ci-dessus. Des standards de la filtration en laboratoire analytique [nplcitl] sont des bons 2 exemples pour la filtration passive. La procédé est simple mais encore difficile à intégrer dans l'automatisation utilisée pour le contrôle de la qualité de l'eau en terrain qui, en conséquence de la Directive-cadre européenne sur l'eau (2000/60 / CE), devient de plus en plus technologique et ressource exigeante. Par exemple, la concentration des solides est typiquement élevée dans les échantillonneurs automatiques qui collectent et stockent des eaux usées. En laboratoire, la filtration des eaux usées est supervisée. Si le taux de filtration ralentit, le filtre peut être changé facilement et sans délai. En revanche, les échantillonneurs automatiques d'eau fonctionnent sans surveillance et les interventions sont impossibles. Des disques filtrants beaucoup plus grandes que l'ordinaire seraient nécessaires pour assurer la fonctionnalité de la filtration jusqu'à la fin des programmes d'échantillonnages. Des disques de filtre avec une grand diamètre existent, mais a) ceux-ci sont difficiles à manipuler, b) le filtrage des grandes volumes reste incertain, et c) l'installation d'une appareil large dans des échantillonneurs d'eau, spécialement dans ce qui sont portables, est plutôt difficile. La présente invention propose une solution d'améliorer la capacité des médias filtrants appliqués dans la filtration frontale, de sorte que plus de filtrat est produit avant que le filtre est colmaté et doit être changé. L'inconvénient des filtres frontales est que ces filtres laissent passer une quantité limitée de filtrat. En d'autres termes, leur capacité de filtration est limitée. La suspension accumulée diminue la perméabilité de sorte que la filtration devient lente et le média filtrant doit être changé. L'augmentation de la capacité des médias filtrants est souhaitée mais a ses limites. En particulier, les médias filtrants doivent être sélectionnés pour l'application en termes de matériau, taille des pores et l'appareil disponible. Solution technique La présente invention propose une solution d'améliorer la capacité des médias filtrants appliqués dans la filtration frontale, de sorte que plus de filtrat est produit avant que le filtre est colmaté et doit être changé. La problème est résolu par les caractéristiques contenues dans les clauses de la caractérisation de l'appareil. La Fig. 1 montre l'appareil de filtration proposé. Son extérieur est soit étanche à l'air soit ouverte comme indiqué sur la Fig. 2. L'appareil étanche à l'air peut être utilisé pour une filtration par gravité, pression ou sous vide. L'appareil ouvert peut être utilisé pour une filtration par gravité ou sous vide. Dans les deux variantes, le milieu filtrant sépare l'appareil en un espace tampon (1) et un espace collecteur (9), Ceux-ci se réfèrent à l'espace interne haut et bas, respectivement. La pièce de la décantation (4) est enfermée dans l'espace tampon (1) qui reçoit du 3 liquide à travers un point d'entrée (2) au centre de l'appareil. La pièce de la décantation (4) a des parois minces et est pressée contre le média filtrant (6). Des exemples de la géométrie de la paroi sont des formes en spirale, en spirale carrée ou des autres formes qui forment un passage (5), de sorte que la longueur du passage (5) est considerable. Le média filtrant (6) repose fermement sur le support perforé (7). Il a une forme géométrique régulière comme des disques filtrants circulaires ou des autres produits commerciaux. Le matériau de la filtre est du verre fritté, du PTFE expansé, de l'acétate de cellulose ou quelque des autres matériaux poreux. L'appareil est construite d'une manière que le média filtrant (6) et des solides filtrés peuvent être récupérés. Une autre variant d'appareil est jetable. Le support perforé (7) est similaire au fond d'un entonnoir Büchner. Il supporte le média filtrant (6). Sa perforation (8) est concentrée sous le passage (5) dans la pièce de décantation (4). Dans une autre variante, la perforation est réparties uniformément. L'espace collecteur (9) recueille le filtrat ayant traversé le média filtrant (6) et le support perforé (7). Il dirige le filtrat vers l'orifice de sortie (11) par la pente du fond (10). En termes de fonctionnalité, du liquide est amené dans l'appareil par le point d'entrée (2). Les débits sont faibles pour favoriser la sédimentation gravitaire dans le passage (5) de la pièce de décantation (4). Cela minimise également la re-suspension des sédiments déjà filtrés. Ainsi, les surfaces extérieures du passage (5) reçoivent peu de solides et le média filtrant (6) reste fonctionnel longtemps. A contrario, le passage (5) en dessous du point d'entrée (2) recueille la plupart des solides et le média filtrant (6) s'y colmate rapidement. La section du passage (5) dans laquelle le média filtrant (6) est colmaté sert encore de la décantation, de sorte que la distribution de la sédimentation est permanente. La longueur du passage (5) et donc l'importance de la décantation augmentent exponentiellement avec la surface du média filtrant (6). Du liquide traverse le filtre (6) par la force de la gravité, par le vide appliqué vers l'orifice de sortie (11) ou par pression. La pression est appliquée vers le point d'entrée (2) ou vers un orifice de pression (3). Des charges de la liquide arrivent par lot ou semi-continuellement. Tout liquide est drainé avant la charge suivante en mode lot. En contraire, du liquide n'est pas drainé que pour changer le média filtrant (6) dans le cas d'un fonctionnement semi-continu. Avantages apportés L'invention conserve la simplicité des appareils conçus pour la filtration de laboratoire. La différence par rapport aux inventions existantes est que la capacité du média filtrant (6) est augmentée par un arrangement géométrique. L'appareil combine ainsi la décantation avec la filtration. Des pièces mobiles supplémentaires sont absentes et ni énergie supplémentaire ni rétrobalayage sont nécessaire pour 4 l'augmentation de la capacité du media filtrant. Brève description des dessins H Fig.1 [fig.11 représente une vue en éclaté des composants clés de l'appareil de la filtration par une variant construit pour un disque de filtre standard utilisé pour la filtration laboratoire dans l'analyse chimique de l'eau. Notamment, l'assemblage des pièces ferme le disque de filtre étanche entre la pièce de décantation spiralée et le disque de support perforé rigide. H Fig.2 [fig.21 représente une vue axonométrique de la pièce supérieure d'une variante non couverte, où la pièce de décantation spiralée est directement visible dans le volume tampon. Fig.3 [fig.31 représente une vue de dessus du passage spiralé déterminé par la pièce de décantation spiralée placée sur un disque filtrant. Fig.4 [fig.41 représente une vue de dessus du support perforé et l'arrangement idéal des perforations, qui suivent le passage délimité par la pièce de décantation spiralée. L'appareil peut être fabriqué d'un plastique chimiquement neutre et adapté au fraisage. Selon le mode de la réalisation principal, l'appareil est étanche à l'air (Fig. 1). Cette variante comporte un orifice d'entrée (2) et un orifice pour pressuriser (3) l'espace de décantation (1). Le haut et le bas de l'appareil peuvent être fermé par des boulons ou par un mécanisme à verrouillage rapide. Un joint torique peut assurer l'étanchéité. La pièce de décantation (4), le média filtrant (6) et le support (7) sont récupérables. La pièce de décantation (4) définit un passage (5) en forme de spirale concentrique, illustré par la Fig. 3 en vue de dessus. La Fig. 4 illustre en vue de dessus la plaque de support (7), dans laquelle des perforations (8) suivent le passage (5) de la pièce de décantation spiralée (4). Selon une variante non illustrée, la pression est appliquée par le même orifice que le liquide. La Fig. 2 illustre une variante découverte en haut où le liquide doit encore être conduit au centre de la pièce de décantation (4). Selon une variante non illustrée, le haut et le bas de l'appareil sont inséparables. Dans ce cas, l'appareil est jetable. Selon une variante non illustrée, la pièce de la décantation (4) comporte un passage (5) avec un ou plusieurs obstacles qui aident à maintenir des sédiments à la proximité de l'orifice d'entrée (2). Ceux-ci peuvent être par exemple des parois poreuses perpendiculaires à l'écoulement. Selon des variantes du pièce de décantation (4) non-illustrées, ils forment une passage spirale carrée ou d'autres formes géométriques continues, qui peuvent former un long passage. Selon une variante non illustrée, l'appareil est une seule pièce de décantation (4) dotée d'un mécanisme de verrouillage rapide. Cette variante peut être utilisée pour améliorer, par exemple, un système de filtration sous vide existant comme l'entonnoir Büchner. Selon une variante non illustrée, des perforations du support (8) sont distribuées uniformément. Les applications industrielles peuvent cibler toutes les appareilles qui peuvent bénéficier de l'augmentation de la capacité de leur média filtrant. Des exemples sont a) la filtration en laboratoire dans l'analyse des échantillons d'eau, couramment effectuée aujourd'hui par les entonnoirs Hirsch et Büchner; b) les appareils de la filtration peuvent-être intégrée dans des nouveaux séries d'échantillonneurs automatiques d'eau, c) certain appareils peuvent améliorer les échantillonneurs d'eau automatiques existants, comme une mise à jour, d) l'extension de la capacité des filtres Nutsche à l'échelle industrielle. patcitl: Patent FR2797201 patcit2: Patent EP0151481 patcit3: Patent W02005115584 patcit4: Patent CN206778193 patcit5: Patent CN107376462 patcit6: Patent JP2016030257 patcit7: Patent W00107138 patcit8: Patent FR2652764 Littérature non-brevet 6 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81