Dispositif à fonctionnement continu et à lit mobile, pour le traitement d'un fluide
La présente invention a pour objet un dispositif à fonctionnement continu et à lit mobile pour le traitement d'un fluide.
Le fluide peut être liquide ou gazeux. Il peut s'agir notamment d'un liquide, d'une suspension, d'une solution ou d'eaux usées qu'on se propose de filtrer ou de rectifier.
Le lit mobile est constitué par des particules solides dont la forme, les dimensions et la nature sont adaptées à chaque problème particulier. Par exemple, si l'on se propose de filtrer une eau brute, le lit de traitement peut être constitué par des fines particules de sable silicieux ou d'anthracite traité; si au contraire on se propose d'adoucir une eau dure, le lit de traitement sera un lit échangeur d'ions, formé de petites billes de résines cationiques en cycle sodium.
Les appareils de traitement connus à ce jour sont généralement d'un fonctionnement discontinu. Dans le cas d'une filtration, on doit périodiquement rendre le filtre indisponible pour le soumettre à un traitement de nettoyage ou de régénération. Il en va de même dans le cas d'un adoucissement d'eau où la régénération des résines échangeuses oblige à arrêter l'adoucisseur.
Dans quelques autres installations connues, le lit mobile est régénéré en continu, mais ceci au prix d'une complication telle que l'installation devient coûteuse et d'un entretien difficile.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant sous un faible volume et pour un bas prix de revient, un dispositif de traitement de ce type, à fonctionnement continu.
Le dispositif à fonctionnement continu et à lit mobile pour le traitement d'un fluide est caractérisé en ce que, dans la zone active, le lit de traitement circule de haut en bas par gravité entre deux parois poreuses, tandis que dans cette même zone, l'écoulement fluide s'effectue à l'horizontale de l'une à l'autre des parois poreuses, si bien que les deux courants croisent en permanence leurs parcours au sein de la zone active.
Suivant un premier mode de réalisation possible, le dispositif est réalisé sous forme cylindrique. Dans ce cas, le fluide arrive dans une chambre centrale entourée par une première paroi poreuse autour de laquelle descend l'écoulement annulaire du médium constituant le lit, la deuxième paroi poreuse environnant à son tour la zone active du lit mobile pour délimiter une chambre annulaire périphérique où le fluide est collecté après le traitement. L'ensemble est alors contenu à l'intérieur d'un réservoir cylindrique.
La circulation du lit est provoquée par effet de trompe, grâce à des injections placées à la base du réservoir et émettant des jets ascendants qui induisent la remontée du médium du lit à travers des tubes d'où il retombe au-dessus de la zone active, pour former un talus que surmontent des canalisations de purge qui évacuent le trop-plein chargé de substances solides à éliminer.
Suivant un autre mode de réalisation possible, le dispositif se présente sous une forme rectiligne ou curviligne groupant sur toute sa longueur une zone centrale formée par le lit descendant et percée entre une chambre de distribution du fluide brute et une chambre collectrice de ce même fluide traité, des rampes et canalisations étant prévues le long du dispositif pour répartir les injecteurs de circulation du lit, ainsi que les purges et raccordements divers.
Les parois poreuses peuvent être réalisées de plusieurs façons.
Suivant une première variante, on utilise des panneaux dont chacun est traversé par des séries de fentes qui vont en s'évasant sur toute son épaisseur en direction de l'aval, pour éviter tout encrassement.
Suivant une autre variante, on utilise un support en grillage, métallique ou plastique, sur la face aval duquel on place une plaque souple, en caoutchouc ou en matière plastique, découpée de fentes en croix. Lorsque le fluide s'écoule normalement, du grillage vers la feuille perforée, il écarte les lèvres entourant les fentes. Par contre, tout écoulement en sens inverse est interdit par les lèvres dont le retournement ne peut avoir lieu du fait de la présence du grillage.
Une troisième variante possible consiste à utiliser une feuille souple munie de fentes en croix, le sommet de chaque lèvre étant muni d'un talon qui interdit le retournement des languettes vers l'amont, tout en les laissant s'écarter lorsque le fluide s'écoule vers l'aval.
Suivant une autre variante, on utilise une bande profilée en caoutchouc ou en matière plastique qui comporte une lèvre souple. On enroule cette bande en hélice avec un léger recouvrement sur un support en grillage ou analogue. Le soulèvement de la lèvre sous la poussée de l'écoulement découvre un interstice par où passe le fluide.
Des formes d'exécution du dispositif, objet de l'invention, et des variantes seront décrites, à titre d'exemples, en se référant au dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un premier dispositif.
La fig. 2 en est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective d'une première variante de la paroi poreuse.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne TV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue agrandie montrant un détail de la fig. 4.
La fig. 6 est une vue de face d'une autre variante de la paroi poreuse.
La fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII
VII de la fig. 6.
La fig. 8 montre à grande échelle un détail de la fig.
6.
Les fig. 9 et 10 montrent une autre variante de la plaque souple, les languettes étant pourvues d'un talon d'extrémité qui autorise leur écartement dans un sens seulement.
La fig. 11 est une vue d'ensemble d'un deuxième
dispositif.
La fig. 12 est une coupe horizontale schématique pratiquée au niveau de la zone active du lit de traitement.
La fig. 13 est une coupe verticale suivant la ligne
XIII-XIII de la fig. 12.
La fig. 14 est une vue en coupe d'un troisième dispositif.
La fig. 15 est une vue en coupe d'un quatrième dispositif.
La fig. 16 est une vue en coupe partielle d'une variante de la tête de récupération pour les impuretés filtrées.
La fig. 17 montre la section d'une bande souple profilée, propre à être enroulée pour former la paroi perméabilisée.
La fig. 18 montre cette bande enroulée en place.
Les fig. 19 et 20 illustrent 5011 fonctionnement en position, respectivement de fermeture et d'ouverture.
Le filtre représenté sur les fig. 1 et 2 comprend une canalisation 1 pour l'amenée des eaux brutes dans une chambre centrale 2. La paroi périphérique 3 de cette chambre est poreuse. Sa réalisation peut être de l'un ou l'autre types illustrés sur les fig. 6 à 10.
Une autre paroi perméable 4 entoure la précédente.
Entre elles deux se trouve la zone active 5 occupée par un lit de filtration 6 qui peut être constitué par des grains de sable ou d'anthracite traité. Ce lit peut également être formé de billes calibrées en verre ou en céramique, ou de tous autres corps appropriés.
La paroi 4 est entourée à son tour par une virole métallique étanche 7 sur la face interne de laquelle elle forme une chambre collectrice 8 qui reçoit les eaux filtrées. Ces eaux claires sont évacuées par une canalisation 9.
Le médium filtrant 6 (par exemple sable ou anthracite) emplit l'intérieur du réservoir formé par la virole 7 et son fond inférieur 10. Au-dessus des chambres 2 et 8, il forme un talus 11 que surmontent des tampes d'aspiration annulaire 12 et 13 reliées à une canalisation d'évacuation ou de purge 14.
Les parois en regard 3 et 4 des chambres 2 et 8 divergent en direction du bas, pour faciliter la descente du lit 6 dans la zone active 5 (flèche 15).
A la partie inférieure du réservoir 7, 10, on dispose des injecteurs 16 alimentés en eau brute sous pression par une canalisation 17. Ces injecteurs émettent des jets d'eau ascendante qui prennent naissance au sein du sable 6 qu'ils entraînent par effet de trompe dans des canalisations verticales 18 faisant face à chacun d'eux. Le sable ainsi mélangé à de l'eau brute s'élève dans les canalisations 18 où ses particules encrassées sont nettoyées par le frottement, puis il est déversé au sommet des canalisations 8 (flèche 19) pour retomber sur le talus 11. Du fait de leurs vitesses de sédimentation propres, les particules de sable tombent directement sur le talus 11. Les particules d'impuretés en sont séparées par des procédés divers.
Suivant un premier procédé, on utilise le fait que ces particules surnagent, ce qui permet de les aspirer par les rampes de purge 12 et 13. Cette action est facilitée par la légère fuite (flèches 20) de l'eau qui, provenant de la chambre 2, remonte à travers le lit de sable 6 au lieu de se diriger vers la paroi perméable 4 de la chambre collectrice 8. Suivant un second procédé, on surmonte les canalisations 18 à l'aide d'une tête illustrée sur la fig. 16.
Les trois canalisations 18 se réunissent en une tubulure verticale unique 50 d'où le liquide chargé retombe sur la paroi perméabilisée 51 d'un collecteur 52. Cette paroi a la forme d'un entonnoir renversé, en caoutchouc ou en matière plastique et elle comporte de fines fentes ou perforations 24 qui peuvent être du genre illustré sur la fig. 5. Le liquide déversé par la tubulure 50 ruisselle sur la paroi 51 si bien que se trouvent captées dans le collecteur 52 les particules plus fines que celles du lit 6, mais dont la vitesse de sédimentation est voisine du fait de leur densité relative plus élevée. Du collecteur 52 les purges sont évacu#ées par une canalisation 53.
Le fonctionnement est le suivant:
La zone active 5 du filtre est située entre les parois perméabilisées divergentes 3 et 4. Cette disposition décontracte le lit filtrant que sa charge croissante en particules captées tendrait à rendre moins mobile et moins fluide. La vitesse verticale de descente du lit (flèche 15) est ajustable aux débits et concentration en particules suspendues de l'eau brute de la chambre 2.
La zone active 5 est située dans l'enceinte à un niveau tel que le lit filtrant régénéré (talus 11) forme au-dessus de cette zone une couche de hauteur 21 suffisante pour le bon établissement des circuits horizontaux de filtration (flèches 22).
Le lit filtrant 6 pollué par les particules captées au passage dans la zone active 5 descend (flèche 15) et s'achemine vers les injecteurs 16 qui le renvoient au sommet de l'appareil (flèche 19).
On voit donc que la filtration au niveau de la zone active 5 s'effectue par croisement de deux courants, à savoir le courant vertical descendant du lit (flèche 15) et le courant horizontal radial des eaux (flèches 22).
L'eau motrice est mise en mouvement par une pompe à vitesse variable qui alimente la canalisation 17. Le recyclage partiel des eaux de purge (canalisation 14) peut être envisagé.
Les parois 3 et 4 peuvent être réalisées par juxtaposition de panneaux 23 du genre illustré sur les fig. 3 à 5.
Chacun de ces panneaux est percé par une série de fentes ou buselures 24 dont chacune va en s'élargissant à travers l'épaisseur du panneau 23, dans le sens de l'amont vers l'aval (flèches 22).
Chaque paroi poreuse 3 ou 4 peut être également réalisée comme indiqué sur les fig. 6 à 8. Dans ce cas, on utilise un grillage à mailles fines 25 sur la face aval duquel est appliquée une plaque souple 26, en caoutchouc ou en matière plastique. Cette plaque est entaillée par une série de fentes cruciformes 27 qui comprennent des lèvres souples 28 susceptibles de s'écarter pour laisser passer l'eau quand elle s'écoule dans le sens normal indiqué par les flèches 22. Si au contraire, l'eau avait tendance à refouler en sens inverse, la présence du grillage 25 empêcherait les languettes 28 de s'ouvrir dans l'autre sens. Ces languettes 28 constituent donc des clapets unidirectionnels autorisant la circulation de l'eau uniquement dans le sens des flèches 22.
On a représenté sur les fig. 9 et 10 une autre variante où la feuille souple 26 constitue à elle seule la paroi poreuse 3 ou 4, sans qu'il soit besoin de lui adjoindre un grillage 25. Dans ce cas, chaque languette 28 des fentes cruciformes, est équipée à son extrémité d'un talon 29 susceptible de venir se refermer sur celui des autres languettes 28 (fig. 10). Ainsi les languettes 28 s'écartent normalement pour laisser l'eau circuler dans le sens de la flèche 22. Au contraire, elles se referment et interdisent toute circulation en sens inverse si l'eau avait tendance à s'écouler suivant la direction de la flèche 30 (fig. 10).
Les fig. 17 à 20 illustrent une variante supplémentaire. Pour cela, on enroule en hélice sur un grillage ou châssis perforé 54, une bande profilée 55 dont la section transversale apparaît sur la fig. 17. Cette bande est en une matière souple, caoutchouc ou matière plastique.
Elle comprend un talon 56 s'étendant sur un bord, et une lèvre mince souple 57 le long du bord opposé. L'enroulement s'effectue avec un léger chevauchement (fig. 19), la lèvre 57 d'une spire prenant appui sur la face externe du talon 56 de la spire précédente.
Cette disposition interdit au lit 6 de refluer dans le sens de la flèche 58. Par contre, la poussée du fluide peut soulever les lèvres 57 pour s'écouler dans le sens de la flèche 59 par les interstices ainsi formés (fig. 20).
L'ensemble d'une chambre 2 équipée de cet enroulement par une bande 55 offre l'aspect illustré sur la fig. 18.
On a représenté sur les fig. 11 à 13 un deuxième dispositif de filtration construit sous forme linéaire. La construction peut s'étendre en longueur sur plusieurs dizaines de mètres, voire même davantage, en fonction des débits à filtrer. Elle peut être implantée suivant un plan rectiligne ou curviligne comme dans le cas de la fig.
12. A l'intérieur de cette construction se trouve le lit de sable 6 dont la zone active 5 est placée entre une chambre d'alimentation en eaux 31 et une chambre collectrice d'eaux claires 32. Ici encore, la filtration s'effectue par croisement de deux courants, à savoir l'écoulement horizontal des eaux (flèches 22) et la descente progressive et continue du lit filtrant 6 (flèches 15).
A la partie inférieure du réservoir, le lit filtrant est remonté par des canalisations 33 situées de loin en loin le long de l'édifice, et qui le déversent comme précédemment sur le talus supérieur 11. L'évacuation des purges s'effectue par une canalisation latérale 34 qui court le long de l'édifice, de même que la canalisation 35 d'arrivée d'eau brute et la canalisation 36 collectant les eaux claires.
On peut également réaliser un dispositif adoucisseur d'eau du genre illustré sur la fig. 14. Ce dispositif groupe trois appareils superposés chacun étant sensiblement construit comme celui de la fig. 1. Le lit de traitement 37 est constitué par des petites billes de résines cationiques en cycle sodium. Dans l'appareil inférieur 38, on fait pénétrer l'eau dure dans la chambre centrale 2a. Cette eau s'adoucit par passage dans la zone active 3a du lit, et elle est récupérée dans la chambre collectrice périphérique 8a. L'eau adoucie est alors évacuée par la canalisation 9a.
Ici encore, le circuit radial 22 de l'eau se croise avec l'écoulement descendant 15 du lit 37. A sa partie inférieure, les billes de résine du lit échangeur d'ions sont reprises par un ou plusieurs injecteurs 16a qui les font remonter dans un tube central 18a. Ce tube les déverse au sommet de l'appareil supérieur 39 où elles forment un talus 17b puis descendent à travers une zone active 5b où leur circulation 15b se croise avec celle d'une solution de régénération constituée par exemple par du chlorure de sodium dissous dans l'eau. Cette solution est admise par une canalisation lb dans la chambre centrale 2b. Elle traverse la zone active 5b (flèches 22b) puis est récupérée dans la chambre collectrice 8b d'où on l'évacue par une canalisation 9b.
Lorsqu'elles parviennent à la partie inférieure de l'appareil de régénération 39, les billes du lit échangeur d'ions sont donc régénérées. Elles tombent progressivement (référence 40) dans la partie supérieure de l'appareil 41. Dans la zone active 5c de cet appareil, elles sont rincées par de l'eau claire admise dans la chambre centrale 2c et évacuées à partir de la chambre collectrice 8c. En parvenant à la partie inférieure de l'appareil 41, les billes de résines sont régénérées et rincées, puis elles tombent progressivement (référence 42) dans la partie supérieure de l'appareil adoucisseur 38.
On voit que cet appareil peut fonctionner de façon parfaitement continue.
Une autre variante de cet adoucisseur continu a été illustrée sur la fig. 15. Ici, les trois appareils superposés sont groupés dans une seule et même virole 43, sans qu'aucune cloison horizontale ne sépare les lits de régénération 5b, de rinçage 5c et d'adoucissement Sa. Les trois circuits (lb, 2b, 22b, 8b, 9b) (lc, 2c, 22c, 8c, 9c) et (la, 2a, Sa, 8a, 9a) s'établissent comme précédemment, indépendamment les uns des autres.