Dispositif de filtration pour liquides.
La présente invention se rapporte à un dispositif de filtration pour liquides.
La filtration des liquides s'opère en gé fieral au moyen de filtres à sable, ouverts ou
fermés, fonctionnant soit par gravité, soit OllS pression. Le lavage de la couche filtrante es réalise au moyen soit du liquide purifie envoyé sous pression à contrecourant, soit de ce dernier avec de l'air com- primé. Dans ce dernier cas, on peut traiter la musse filtrante successivement avec les deux rl nides.
Les appareils et procédés de filtrage con @@us prÚsentent divers inconvÚnients qui "ont :
Une arrivée du liquide troublant la masRe filtrante par des remous et détruisant sa surface horizontale.
1))- Un cheminement inégal du liquide à filtrer dans la masse filtrante, ce qui provoque l'apparition de vitesses d'éeoulement souvent très différentes en des points parfois très voisins l'un de l'autre de la masse fil traite. L'effet de rétention de la masse filtrante vis-Ó-vis des particules en suspension dans le liquide à filtrer est alors beaucoup moins marqué et cet effet est mal utilisé.
c) L'existence d'aspérités sur la surface -apportant la.
masse filtrante.
d) L'existence dans la masse filtrante, pré-des parois, du récipient, d'un espace dé- pourvu d'effet filtrant.
e) L'usage de pièces métalliques dan, s le fond des appareils.
f) Ix'inégale répartition de l'air et du liquide de lavage comprimés, sous le fond, au moment de l'élimination des matières en , suspension retenues par la. masse filtrante.
g) L'emploi dans certains dispositifs
d'une même canalisation pour l'air et le liquide de lavage comprimés.
h) L'emploi d'une quantité de liquide de lavage relativement importante par suite du faible débit des dispositifsd'évacuationde ce liquide.
Ces divers inconvénients conduisent à l'obtention d'un liquide parfois imparfaitement filtré et à l'encrassement exagéré de la masse filtrante. Il en résulte aussi une iné- galité de la répartition des matières en suspension retenues par la masse filtrante, ce qui rend difficile l'élimination de ces ma tières en suspension de la masse filtrante et provoque une consommation exagérée du liquide de lavage.
La présente invention vise à éviter ces inconvÚnients et elle a pour objet un dispositif de filtration pour liquides, caractérisé en ce e qu'il comporte une cuve dans laquelle est disposée une dalle en matière poreuse, dont la face supérieure est plane et lisse et sur laquelle repose une masse filtrante granuleuse, tandis que sa face inférieure présente des al véoles sans communication directe entre eux, cette dalle étant supportée par un plancher étanche qui clôt lesdits alvéoles et qui est traversé, d'une part, part, des conduits conduits d'éeou- lement d'eau débouchant dans les alvéoles et, d'autre part, par des conduits auxiliaires dont l'extrémité supérieure débouche dans des cavites pratiquées dans la face inférieure de la dalle qui constitue le plafond des alvéoles.
ces conduits auxiliaires servant à l'amenée de gaz dans les cavités susdites, pendant le nettoyage du dispositif.
Le dessin annexé représente, schématique- ment et à titre d'exemple, une forme d'exé- cution du dispositif selon l'invention.
Fig. 1 est une vue en coupe verticale du dispositif.
Fig. 2, 3 et 4 sont des vues de détail, la dernière à échelle agrandie.
Le dispositif représenté comprend une cuve 1 présentant, à peu près à mi-hauteur, une dalle 2 en matière poreuse, de préférence en béton poreux, dont la face supérieure 3 est plane et lisse. Cette dalle est constituée par un assemblage d'éléments 4 juxtaposés. La fig. 2 représente la vue par-dessous d'un de ces éléments. Chacun des éléments 4 présente, sur sa face inférieure, un alvéole 5 et, dans le fond de cet alvéole, une série de cavités'6 disposées comme on le voit sur les fig. 2 et 4. La, partie marginale de la face inférieure des éléments 4 que l'on a désignée par 7, repose sur un plancher étanche qui est constitué par des dalles 8 en béton imperméable, juxtaposées comme le montre le dessin.
Des moyens d'étanchéité sont prévus dans la partie 7 de la face inférieure de la dalle, de manière qu'aucune communication directe n'existe entre les différents alvéoles.
Des moyens d'étanchéité 9 sont prévus entre les différents éléments 8 du plancher étanche et entre ces éléments 8 et les parois latérales de la cuve 1. Il est également prévu des moyens d'étanchéité 10 entre un épaulement 11 de la cuve supportant les éléments 8 et ces derniers.
On a représenté à la fig. 3 la vue en plan de l'un des éléments 8 du plancher supportant la dalle 2. Chacune des dalles est traversée par une série de conduits auxiliaires 12, en matière non métallique, ouverts à leurs deux extrémités et remplis de béton poreux 13. La partie supérieure de chacun des conduits auxiliaires 12 débouche à proximité im médiate de la dalle poreuse à l'intérieur de l'une des. cavités 6. La partie inférieure de ces conduits plonge dans la partie inférieure de la cuve (fig. 1).
Enfin, une série de conduits 14 traversent, chacun des éléments 8. L'extrémité supérieure de ces conduits débouche à fleur de la face supérieure des éléments 8, tandis que leur extrémité inférieure s'ouvre dans la ré , ion inférieure, de la cuve 1.
Les conduits auxiliaires 12, ainsi que les cavités 6 dans lesquelles ils s'engagent, sont répartis de façon régulière, comme le montrent les fig. 2 et 3.
Une masse filtrante 15, constituée par du sable, repose sur la face supérieure de la dalle 2.
Des canaux 16 débouchent-dans la région supérieure de la cuve 1, tandis qu'un conduit 17 s'ouvre dans le fond'de celle-ci.
Le fonctionnement du dispositif repré- senté est le suivant :
a) Phase de filtration.
Le liquide à filtrer, chargé de matières en suspension, est déversé sur la masse 15 par un dispositif non représenté qui en assure une répartition aussi uniforme que possible en évitant la formation de remous. Le liquide traverse d'abord la masse filtrante 15 qui re tient les matières en suspension, puis il passe ensuite, une fois complètement débarrassé de ces matières, à travers la dalle supérieure poreuse 2 qui ne doit exercer aucun effet de rétention. L'écoulement à travers cette dalle poreuse s'opère d'une façon pratiquement égale à travers toute sa surface, même à. proximité des parois de la cuve. Le liquide ayant ainsi traversé la dalle se rassemble sur le faux fond que constituent les éléments 8 du plancher supportant cette dalle.
De là, il s'écoule dans la chambre collectrice 18, constituée par la région inférieure de la cuve, en passant par les conduit- : 14 et par l'ultérieur des conduits auxiliaires 12, c'est-Ó-dire en lt, @versant la masse poreuse 13 qui les remplit, la plus grande partie du liquida s'écou- htnt. toutefois, par les conduits 14. De lÓ, le l'quule filtre s'échappe par la canalisation 17.
b) Phase (le rÚgÚnÚration.
Lorsque le dispositif a fonctionne pen- dant une certaine durÚe, il est nécessaire de débarrasser} a masse filtrante 15 des matières qui Útaient en suspension dans le liquide Ó filtrer et qu'elle a retenues. Pour procÚder : @ cette rÚgÚnÚration de la masse 15, on ferme la a canalisation 17 d'évacuation du liquide pu- rifiÚ et le liquide recouvrant la masse filtrante est ÚvacuÚ.
On fait arriver de l'air comprimé dans la chambre collectrice 18. Cet air s'accumule sous le faux-fond 8 et, au moment o¯ il atteint la base des conduits auxi
liaires 12, cet air trouve une issue Ó travers
h niasse poreuse 13 remplissant ces conduits.
@@ passe donc Ó travers ces conduits et .-.'échappe a leur partie supérieure, sous forme d'une multitude de filets venant dÚboucher dans les cavitÚs des alvÚoles 5. De là, cet air continue son trajet ascendant en une multi @ude de filets Ó travers la dalle poreuse 2, 'il quitte en provoquant un brassage à tra- vers la masse filtrante 15. Pendant cette par i @ de l'opÚration de rÚgÚnÚration et la sati- vante, dans laquelle on envoie simultanément un courant d'air et d'eau sous le faux-fond, le eLtn de l'eau reste invariablement fixé à la hauteur de la masse poreuse 13.
L'air ne peut donc s'Úchapper que par la masse poreuse 13 et jamais par les conduits 14.
La masse filtrante violemment remuÚe par l'aur sortant des diffÚrents conduits auxiliai -res 12 sÚpare des impuretÚs qu'elle avait extraites du liquide. Ensuite, on envoie dans h a mbre collectrice 18 du liquide prÚala
N'-ment purifié, sous pression, et. provenant d'un récipient spécial non représenté. Ce liquide s'Úchappe vers le haut Ó travers les dtt s 14 (qui s'Útendent plus bas que l'extrÚmitÚ infÚrieure des conduits auxiliaires 12t. débouche dans les alvéoles 5 et, conti- nuant son trajet ascendant, traverse la dalle poreuse 2.
Pendant ce temps, l'air continue à passer à travers les conduits auxiliaires 12 et à travers la dalle 2, sans être gêné d'au- cune façon.
Cette action simultanée de l'air et du liquide a pour effet d'entraîner vers le haut de la cuve les matières que la masse 15 avait retenues, alors que cette masse, constituée par une matière plus dense, reste dans la partie inférieure de l'espace surmontant la. dalle 2. Cette masse filtrante n'en continue pas moins pour cela à être remuee sans arrêt.
Lorsque le liquide de lavage chargé de matières en suspension atteint un certain niveau, on arrête l'arrivÚe d'air, on attend quelque peu, afin de laisser se déposer les grains de la masse filtrante, puis on ouvre les conduits d'évacuation 16. Ces derniers faisant siphon aspirent le liquide de lavage chargé de toutes les matières en suspension qui ont été extraites de la masse filtrante 15, à l'ex clusion des grains de cette dernière qui ne peuvent être entraînés si haut par le liquide de lavage à cause de leur densité trop grande.
Pendant toute cette opération, le liquide de lavage continue à arriver de bas en haut. On arrête l'opération lorsque le liquide de lavage est parfaitement limpide.
Le lavage peut être immédiatement répété si la. masse filtrante n'est pas complète- ment débarrassée de ses impuretés. Lorsque la phase de régénération est terminée, la masse filtrante reprend automatiquement sa position et présente immédiatement une surface horizontale. On peut alors remettre aussitôt le dispositif en travail.
Si les opérations de filtration sont bien conduites et si la masse filtrante qui doit être parfaitement adaptée au but poursuivi, est correctement et complètement nettoyée après chaque phase de filtration, il n'y a aucun risque d'encrassement de la dalle poreuse. Sa porosité ne doit pas varier, même après des années de service.
L'ensemble des manoeuvres de filtration et d'élimination des matières en suspension peut être rendu entièrement automatique.
Pour que la dalle 2 en béton poreux présente le degré'dû porosité désiré, on aura avantage à procéder comme suit pour sa fabrication :
On prendra du gravillon parfaitement ca libré ayant passé, par exemple, au tamis de 4 mm (mailles carrées), mais refusé par le tamis de 2 mm. Ce gravillon qui doit être aussi homogène que possible au point de vue de sa constitution chimique, sera lavé et sé ché complètement..
Pour préparer le béton poreux, on milan- gera intimement 250 à 300 parties de ce gravillon sec avec un lait de ciment parfaitement homogène obtenu en mélangeant 40 à 50 parties d'un ciment spécial à haute résistance mécanique avec 20 à 30 parties d'eau.
Après un brassage prolongé, on coule dans des moules appropriés, complètement fermés pour éviter une évaporation trop rapide ; on tasse le béton à la truelle, on laisse reposer et l'on peut décoffrer après trois jours.
En ce qui concerne la masse filtrante 15, elle peut être constituée par toute matière granuleuse d'une dureté suffisante pour eviter une usure exagérée lors de l'opération de régénération. La granulométrie de ce matériel doit être parfaite, les écarts maxima du diamètre des grains ne devant pas dépasser 15 % en plus ou en moins du diamètre'choisi. Se- lon le but que l'on se propose (prefiltration ou filtration fine) qui est conditionné par la vitesse de filtration la plus convenable, on choisira un matériel dont le diamètre sera compris entre 0, 5 mm au minimum et 1, 2 mm au maximum.
Filtration device for liquids.
The present invention relates to a filtration device for liquids.
The filtration of liquids is generally carried out by means of sand filters, open or
closed, operating either by gravity or by pressure. The washing of the filter layer is carried out by means of either purified liquid sent under pressure in countercurrent, or of the latter with compressed air. In the latter case, the filtering musse can be treated successively with the two nides.
The designed filtering apparatus and methods have various disadvantages which "have:
An arrival of the liquid disturbing the filtering mass by eddies and destroying its horizontal surface.
1)) - An uneven flow of the liquid to be filtered in the filtering mass, which causes the appearance of flow speeds which are often very different at points sometimes very close to each other of the treated wire mass. The retention effect of the filtering mass with respect to particles in suspension in the liquid to be filtered is then much less marked and this effect is misused.
c) The existence of asperities on the surface - bringing the.
filter mass.
d) The existence in the filtering mass, pre-walls, of the container, of a space devoid of filtering effect.
e) The use of metal parts in the bottom of the devices.
f) Ix'inequal distribution of compressed air and washing liquid, under the bottom, at the time of elimination of suspended matter retained by the. filter mass.
g) Use in certain devices
of the same pipe for compressed air and washing liquid.
h) The use of a relatively large quantity of washing liquid due to the low flow rate of the devices for evacuating this liquid.
These various drawbacks lead to obtaining a liquid which is sometimes imperfectly filtered and to excessive clogging of the filter mass. This also results in an uneven distribution of the suspended matter retained by the filter media, which makes it difficult to remove these suspended materials from the filter media and causes excessive consumption of the washing liquid.
The present invention aims to avoid these drawbacks and its object is a filtration device for liquids, characterized in that it comprises a tank in which is arranged a slab of porous material, the upper face of which is flat and smooth and on which rests a granular filter mass, while its lower face has alveoli without direct communication between them, this slab being supported by a sealed floor which closes said cells and which is crossed, on the one hand, on the other hand, ducts ducts of 'Water flow opening into the cells and, on the other hand, through auxiliary conduits, the upper end of which opens into cavities made in the lower face of the slab which constitutes the ceiling of the cells.
these auxiliary conduits serving for the supply of gas into the aforesaid cavities, during cleaning of the device.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment of the device according to the invention.
Fig. 1 is a vertical sectional view of the device.
Fig. 2, 3 and 4 are detail views, the latter on a larger scale.
The device shown comprises a tank 1 having, approximately at mid-height, a slab 2 of porous material, preferably of porous concrete, the upper face 3 of which is flat and smooth. This slab is formed by an assembly of elements 4 juxtaposed. Fig. 2 shows the view from below of one of these elements. Each of the elements 4 has, on its lower face, a cell 5 and, in the bottom of this cell, a series of cavities'6 arranged as seen in FIGS. 2 and 4. The marginal part of the lower face of the elements 4 which has been designated by 7, rests on a waterproof floor which is formed by slabs 8 of waterproof concrete, juxtaposed as shown in the drawing.
Sealing means are provided in part 7 of the lower face of the slab, so that no direct communication exists between the different cells.
Sealing means 9 are provided between the various elements 8 of the sealed floor and between these elements 8 and the side walls of the tank 1. Sealing means 10 are also provided between a shoulder 11 of the tank supporting the elements. 8 and these.
There is shown in FIG. 3 the plan view of one of the elements 8 of the floor supporting the slab 2. Each of the slabs is crossed by a series of auxiliary conduits 12, made of non-metallic material, open at both ends and filled with porous concrete 13. The upper part of each of the auxiliary ducts 12 opens out in the immediate vicinity of the porous slab inside one of the. cavities 6. The lower part of these conduits plunges into the lower part of the tank (fig. 1).
Finally, a series of conduits 14 pass through each of the elements 8. The upper end of these conduits opens flush with the upper face of the elements 8, while their lower end opens into the lower re, ion of the tank. 1.
The auxiliary conduits 12, as well as the cavities 6 in which they engage, are distributed regularly, as shown in FIGS. 2 and 3.
A filter mass 15, consisting of sand, rests on the upper face of the slab 2.
Channels 16 open into the upper region of the tank 1, while a duct 17 opens in the bottom thereof.
The operation of the device shown is as follows:
a) Filtration phase.
The liquid to be filtered, loaded with suspended matter, is poured onto the mass 15 by a device (not shown) which ensures a distribution as uniform as possible while avoiding the formation of eddies. The liquid first passes through the filtering mass 15 which retains the materials in suspension, then it then passes, once completely free of these materials, through the porous upper slab 2 which should not exert any retention effect. The flow through this porous slab operates in a practically equal manner across its entire surface, even at. near the walls of the tank. The liquid having thus passed through the slab collects on the false bottom formed by the elements 8 of the floor supporting this slab.
From there, it flows into the collecting chamber 18, formed by the lower region of the tank, passing through the ducts: 14 and through the rear of the auxiliary ducts 12, that is to say in lt, Through the porous mass 13 which fills them, the greater part of the liquid flows out. however, through conduits 14. From there, the filter unit escapes through conduit 17.
b) Phase (the regeneration.
When the device has been in operation for a certain period of time, it is necessary to free the filter mass 15 of the material which has been suspended in the liquid to be filtered and which it has retained. To proceed: @ this regeneration of the mass 15, the pipe 17 for discharging the purified liquid is closed and the liquid covering the filtering mass is evacuated.
Compressed air is brought into the collecting chamber 18. This air accumulates under the false bottom 8 and, when it reaches the base of the auxiliary ducts.
12, this tune finds an outlet through
h porous mass 13 filling these conduits.
@@ therefore passes through these conduits and .-. 'escapes at their upper part, in the form of a multitude of threads coming into the cavities of alvÚoles 5. From there, this air continues its upward path in a multi @ude of nets through the porous slab 2, it leaves by causing a stirring through the filtering mass 15. During this by i @ of the operation of regeneration and the saturation, in which one sends simultaneously a current of air and water under the false bottom, the water element invariably remains fixed at the height of the porous mass 13.
The air can therefore escape only through the porous mass 13 and never through the ducts 14.
The filtering mass violently stirred by the aur coming out of the various auxiliary ducts 12 separates the impurities which it had extracted from the liquid. Then we send the liquid prÚala into the collecting chamber 18
Not purified, under pressure, and. from a special container not shown. This liquid escapes upwards through the dtt s 14 (which extend below the lower end of the auxiliary ducts 12t. Opens into the cells 5 and, continuing its upward path, passes through the porous slab 2 .
During this time, the air continues to pass through the auxiliary ducts 12 and through the slab 2, without being hampered in any way.
This simultaneous action of the air and the liquid has the effect of driving up the top of the tank the materials which the mass 15 had retained, while this mass, constituted by a more dense material, remains in the lower part of the tank. 'space overcoming the. slab 2. This filtering mass nevertheless continues to be stirred without stopping.
When the washing liquid loaded with suspended matter reaches a certain level, we stop the air supply, we wait a little, in order to let the grains of the filtering mass settle, then we open the evacuation ducts 16 These siphons suck up the washing liquid loaded with all the suspended matter which has been extracted from the filtering mass 15, except for the grains of the latter which cannot be carried so high by the washing liquid to because of their too great density.
During this entire operation, the washing liquid continues to flow from the bottom up. The operation is stopped when the washing liquid is perfectly clear.
The washing can be immediately repeated if the. filter mass is not completely free of its impurities. When the regeneration phase is completed, the filter mass automatically returns to its position and immediately presents a horizontal surface. The device can then be put back to work immediately.
If the filtration operations are carried out properly and if the filtering mass, which must be perfectly suited to the purpose pursued, is correctly and completely cleaned after each filtration phase, there is no risk of the porous slab becoming clogged. Its porosity should not vary, even after years of service.
All the operations for filtration and elimination of suspended matter can be made fully automatic.
In order for the porous concrete slab 2 to have the desired degree of porosity, it will be advantageous to proceed as follows for its manufacture:
We will take gravel perfectly ca liberated having passed, for example, through a 4 mm sieve (square mesh), but refused by the 2 mm sieve. This gravel, which must be as homogeneous as possible from the point of view of its chemical constitution, will be washed and dried completely.
To prepare the porous concrete, 250 to 300 parts of this dry gravel will be mixed intimately with a perfectly homogeneous cement milk obtained by mixing 40 to 50 parts of a special high mechanical strength cement with 20 to 30 parts of water. .
After prolonged stirring, we pour into suitable molds, completely closed to avoid too rapid evaporation; the concrete is compacted with a trowel, left to rest and can be stripped after three days.
As regards the filter mass 15, it can be constituted by any granular material of sufficient hardness to avoid excessive wear during the regeneration operation. The grain size of this material must be perfect, the maximum deviations of the diameter of the grains not to exceed 15% more or less of the diameter chosen. Depending on the goal we propose (prefiltration or fine filtration) which is conditioned by the most suitable filtration speed, we will choose a material whose diameter will be between 0.5 mm at least and 1.2 mm to the maximum.