EP3740303A1 - Module de filtration d'eau intégrant des éléments de filtration à fibres creuses - Google Patents

Module de filtration d'eau intégrant des éléments de filtration à fibres creuses

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Publication number
EP3740303A1
EP3740303A1 EP19703172.7A EP19703172A EP3740303A1 EP 3740303 A1 EP3740303 A1 EP 3740303A1 EP 19703172 A EP19703172 A EP 19703172A EP 3740303 A1 EP3740303 A1 EP 3740303A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
water filtration
water
elements
end portion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19703172.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Michel Espenan
Franc Saux
Patrick SANTALO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Polymem SA
Original Assignee
Polymem SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Polymem SA filed Critical Polymem SA
Publication of EP3740303A1 publication Critical patent/EP3740303A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • B01D63/043—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies with separate tube sheets
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    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
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    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation

Definitions

  • the present invention is in the field of water treatment, more particularly the filtration of large volumes of water by membranes of the hollow fiber type, especially for community water supply.
  • the present invention relates to a water filtration module having a plurality of hollow fiber water filtration elements configured to provide water filtration from the outside to the inside of the hollow fibers.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a water filtration module according to the invention. It further relates to a water treatment plant, comprising such a water filtration module, and a water filtration element configured to removably assemble in such a water filtration module.
  • the present invention more particularly relates to ultrafiltration modules of the type arranged vertically in use, using hollow fibers fed with water under pressure, and configured so that the desired filtration is achieved by crossing the water of the water. exterior to the interior of the fiber, through the porous wall of the latter, which constitutes the filtration membrane.
  • these modules of generally cylindrical shape, comprise substantially cylindrical beams of several hundred such hollow fibers.
  • these modules are supplied with raw water by their upper end.
  • Hollow fibers are open at their upper end and closed at their lower end, so that the purified water, after passing through the wall of the hollow fibers, out of the upper part of the filtration module, where it is collected.
  • the treatment sludge is evacuated by a lower drain.
  • water treatment facilities based on such filtration modules can effectively filter large volumes of water, while occupying a small floor area and being simple and quick to implement, these facilities require however for their operation an amount of energy that may be too important for some users.
  • the present invention aims to remedy the drawbacks of the water filtration modules proposed by the prior art, in particular to the disadvantages described above, by proposing a water filtration module of the hollow fiber type, which makes it possible to ensure efficient filtration of large volumes of water while being less energy-consuming for its operation than hollow fiber filtration modules proposed by the prior art.
  • the present inventors it is advantageously proposed by the present inventors to reduce the energy demand of the water filtration modules by reducing the water pressure necessary for the operation of these filtration modules.
  • the water pressure necessary for a good operation is at least equal to 0 , 5 bars.
  • a water filtration module of the type comprising a plurality of hollow fibers configured to allow filtration of the water from outside to inside the fibers, which is able to function effectively at a water pressure as low as 0.3 bar.
  • a water filtration module of the hollow fiber type comprising:
  • each of the water filtration elements being such that:
  • the upper end portion of the fibers is included in a first rigid coating block, this first rigid coating block not clogging the fibers in their upper end portion,
  • filter elements are not bonded to each other, and are not in particular potted in one or more block (s) of common coating (s).
  • each of the water filtration elements is such that: the lower end portion of the fibers is included in a second rigid coating block, this second rigid coating block not sealing the fibers in their lower end portion,
  • a longitudinal hollow tube is disposed in the bundle of fibers, substantially in the center of the latter, so as to extend at least over the entire height of the bundle, preferably along a longitudinal axis substantially coaxial with the longitudinal axis of the fiber bundle, and to open on both sides of the first coating block and the second coating block
  • the filter element further comprises a cap sealingly attached to the fluids around the second coating unit.
  • This cap is arranged so as to provide, between it and the second coating unit, a chamber, said lower chamber, which is in hydraulic communication with the hollow fibers and with the central tube, at the lower part of the fibers.
  • central tubes of each of the water filtration elements are in hydraulic communication with the upper permeate collection chamber at the top of the fibers.
  • the water filtration module thus comprises an upper permeate collecting chamber which is collective, that is to say common to all the water filtration elements of the module, and a plurality of lower chambers. which are individual, each being associated with one of the water filtration elements of the module.
  • such a water filtration module is advantageously able to operate with very low input water pressures, while achieving a filtration that is almost as powerful, or even as efficient, as the filtration modules of the system.
  • hollow fiber bundle type proposed by the prior art.
  • the insertion of a tube into the fiber bundle, substantially in the center of the latter impacts only very little, if any, filtration performance of the filter element, for the same diameter of the hollow fiber bundle, when the external dimensions of the central tube remain small compared to this diameter.
  • the outer diameter of the central tube is chosen so as not to reduce by more than 5 to 6% the filtration area of the filter element, compared to a configuration in which the space occupied by the central tube would be occupied by hollow fibers, normally spaced apart from each other.
  • the filtration performance is very little affected when the central tube has an external diameter less than or equal to 1, 2 cm.
  • This outer diameter is for example between 1 and 2.5 cm.
  • the complexity of the filtration elements of the water filtration module according to the invention is advantageously compensated by the ease of assembly / disassembly of these filtration elements in the filtration module of water.
  • the reduction in the filtering area induced by the presence of a central tube in each bundle of fibers may in particular be compensated by an increase in the height of the hollow fibers used, which may advantageously be carried out with a low additional cost, and without impacting the footprint of the installation incorporating the filter elements.
  • the filtration module when raw water is injected into the filtration module in which it is disposed, this water, arriving from the upper part or the lower part of the module to the outside of the hollow fibers, passes through the wall of the fibers. Part of the filtration permeate rises through the upper end of the fibers into the upper permeate collection chamber into which the fibers open at the upper end of the module. Another portion of the filtration permeate descends into the fibers to the lower end of the fibers and then into each lower chamber formed between the lower portion of the fibers and each associated cap. From there, the permeate goes up in the central tube, until reaching the upper part of the filtration module, and in particular the upper permeate collection chamber.
  • the water filtration module according to the invention may furthermore meet one or more of the characteristics described below, implemented individually or in each of their technically operating combinations.
  • the cap in at least one of the water filtration elements, preferably in all of the water filtration elements, is irreversibly fixed around the second coating block. . It is for example fixed by gluing or welding, in particular to a bottom sleeve enclosing the hollow fibers in their lower end portion. Such a low sheath can then be conventional in itself for water filtration elements of this type.
  • Such a configuration offers the advantage of a simplified manufacturing process of the constituent parts of the filter element of the water filtration module according to the invention.
  • the cap in at least one of the water filtration elements, preferably in all of the water filtration elements, is reversibly fixed around the second coating unit. It is for example fixed by screwing, in particular around a bottom sleeve enclosing the fibers in their lower end portion. In such a configuration, the cap and the bottom sheath are provided with cooperating fastening means.
  • the cap may for example comprise a threaded zone adapted to be screwed into a complementary threaded zone formed on the outer surface of the bottom sheath.
  • Such a configuration offers the advantage of allowing disassembly of the cap, in particular to allow access to the lower end of the hollow fibers.
  • the fiber bundle in at least one of the water filtration elements, preferably in the entirety of the water filtration elements, is kept in shape by a grid, that is to say an envelope with openwork wall, which surrounds it.
  • This grid is preferably flexible or semi-rigid.
  • this grid has a small thickness, in particular a thickness between 0.5 and 3 mm. It also preferably has a high perforation surface area, in particular between 20 and 80%.
  • Such characteristics which are advantageously made possible by the stiffening of the fiber bundle induced by the presence in the latter of the central tube, which is preferably rigid, this tube being otherwise potted in the coating blocks of the end portions fibers, advantageously reduce the manufacturing cost of the water filtration elements forming part of the water filtration module according to the invention, compared with the water filtration elements of the prior art, which comprise holding grids in the form of fiber bundles that are thicker and less openwork.
  • These features also make it possible to integrate more filter fibers in a filter element of the same external diameter, and they facilitate the passage of the water to be filtered to the fibers, and the washing water in the opposite direction, improving consequently, moreover, the filtration performance of the water filtration module according to the invention.
  • At least one of the water filtration elements comprises a top sleeve enclosing the fiber bundle at their part of the water. upper end and a lower sleeve enclosing the fiber bundle at their lower end portion.
  • a grid in particular a flexible grid, the latter preferably attaches respectively to this top sleeve and to this bottom sleeve.
  • the upper sheath may be conventional in itself, and in particular include means for mounting the filter element in the filtration module.
  • At least one water filtration element comprises an air injector extending around the central tube at the level of the lower end portion of the fibers and opening into the beam of fibers beyond the second rigid coating block, in the middle of the fiber bundle.
  • an air injector extending around the central tube at the level of the lower end portion of the fibers and opening into the beam of fibers beyond the second rigid coating block, in the middle of the fiber bundle.
  • the water filtration elements are removably assembled in the housing, by cooperating assembly means carried respectively by the module and by each of the elements.
  • These cooperating assembly means may be conventional in themselves. They are preferably arranged in the upper part of the filtration module.
  • the water filtration module comprises an upper plate disposed in the housing.
  • the water attachment elements are preferably suspended from this upper plate, so as to extend substantially along the longitudinal axis of the housing.
  • the water filtration module according to the invention then comprises cooperating assembly means carried respectively by the upper plate and by the filter elements, for the removable assembly of the filter elements to the upper plate.
  • the filtration module according to the invention can be supplied with water to be filtered by the upper end or the lower end of the module.
  • a strainer coaxial with the longitudinal axis of the casing, whose length is substantially equal to that of the casing, for the distribution of water to be filtered in the casing.
  • the strainer is preferably disposed substantially in the center of the casing, the water filtration elements being arranged around this strainer. in the housing, preferably arranged at regular intervals on several concentric circles around this strainer.
  • the filtration module according to the invention may also be devoid of strainer, the water to be filtered must then be brought into a pre-filtered form.
  • the housing may also contain, in a conventional manner in itself, a lower chamber for collecting filter sludge, that is to say solid or semi-solid particles contained in the effluent to be filtered, which do not not through the hollow fiber wall.
  • the filtration module according to the invention may further comprise, preferably in the housing, a base comprising an air distribution circuit from a aeration nozzle that then comprises the filtration module to said air injector.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a water filtration module according to the present invention, corresponding to one or more of the characteristics above or below. This process comprises steps of:
  • the upper permeate collecting chamber is in hydraulic communication with the hollow fibers and the central tubes of all the filtration elements of the water, at the level of the upper part of the fibers.
  • the fluid-tight fixing of the cap around the second coating block can be irreversibly effected, for example by gluing or welding, or reversibly, for example by screwing, this fixing preferably being carried out at a bottom sheath enclosing the bundle of fibers at the lower end portion of the fibers.
  • the coating steps of the upper end portion and the lower end portion of the fibers may be performed by any conventional technique in itself. They can for example use a two-component resin, in which the end portions of the fibers are inserted before the resin is hardened so as to form a rigid block encasing the end portions of the fibers, without, however, closing off the latter. at these end portions.
  • At least one water filtration element according to the invention For its removable assembly in the filtration module, at least one water filtration element according to the invention, preferably all of the water filtration elements according to the invention, are suspended in the housing, in particular to the upper plate, around the strainer of water distribution to be filtered.
  • Another aspect of the invention relates to a water treatment plant, which comprises:
  • a water inlet pipe to be filtered in the casing preferably connected to an upper end of the strainer
  • a filtration permeate collection pipe connected to the upper permeate collection chamber.
  • the installation also comprises a filtration sludge drain connected to the lower filter sludge collection chamber.
  • it may further comprise a compressed air distribution system connected to the ventilation nozzle of the water filtration module, when the water filtration module includes such a vent nozzle.
  • the water treatment installation according to the invention may further comprise a valve control automaton of the various pipes, drains and circuits, this automaton being attached to the water filtration module in a conventional manner in itself, and any other conventional organ or device in itself.
  • a water filtration element configured to removably assemble in a water filtration module according to the invention.
  • This water filtration element can meet one or more of the characteristics described above with reference to the water filtration module according to the invention.
  • it comprises a plurality of longitudinal hollow fibers configured to allow filtration of the water from the outside towards the inside of the fibers, these fibers forming a bundle of fibers extending along a longitudinal axis, and having a part end upper and an opposite lower end portion.
  • the upper end portion of the fibers is included in a first rigid coating block which does not seal the fibers in their upper end portion, and the lower end portion of the fibers is included in a second rigid coating block does not clog the fibers in their lower end portion.
  • a longitudinal hollow tube is disposed in the bundle of fibers, in the center of this bundle, so as to extend at least over the entire height of the bundle and to open on either side of the first block of the bundle. coating and the second coating block.
  • the filter element further comprises a cap fluid-tightly fixed around the second coating unit, this cap being arranged so as to provide, between it and the second coating unit, a lower chamber in hydraulic communication with the hollow fibers and with the central tube, at the lower end portion of the fibers.
  • the fiber bundle is held in shape by a grid, particularly flexible, which surrounds it.
  • Figure 1 shows a water filter element according to a particular embodiment of the invention, for section along a longitudinal plane;
  • Figure 2 shows a magnification of the upper end portion of the water filter element of Figure 1;
  • Figure 3 shows a magnification of the lower end portion of the water filter element of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a magnification of a section view according to a longitudinal plane of the lower end portion of a water filter element according to a different embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a magnification of a sectional view along a longitudinal plane of the lower end portion of a water filter element according to an embodiment still different from the invention
  • FIG. 6 shows a sectional view along a longitudinal plane of a water filtration module according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a magnification of the upper part of the water filtration module of Figure 6;
  • FIG. 8 shows a magnification of the lower part of the water filtration module of FIG. 6.
  • a water filtration module according to the invention comprises a plurality of water filtration elements, which are preferably all identically constituted.
  • a water filtration element 10 according to the invention (hereinafter referred to as "element") is shown in FIG.
  • This element 10 has a longitudinal overall shape, substantially cylindrical in this embodiment. It comprises a beam 101 of longitudinal hollow fibers 102, this beam also being of substantially cylindrical shape.
  • hollow filter fibers 102 each have a diameter of a few tenths of a millimeter for a length of about 1.5 m. Their dimensional and material characteristics are known to those skilled in the art and are beyond the scope of the present invention. They are therefore not described further here.
  • the bundle 101 has several thousand (typically about 4000) hollow fibers 102, the porous wall of which constitutes a filtration membrane. Such a beam 101 may for example have a diameter of 5 to 7 cm.
  • the beam 101 is held in shape by a grid, for example a plastic 1 10, which surrounds it.
  • This grid makes it possible to maintain the general shape of the beam, while allowing the fibers 102 to move naturally in the flow of water when they are in use.
  • This grid has for example a thickness of between 0.5 and 3 mm, and a surface rate of perforations of between 20 and 80%. It is preferably advantageously flexible.
  • the hollow fibers 102 open out of a first rigid resin coating block 103, said upper coating block, for example of the type component, known per se, for example with a height of about 5 cm. It is understood that, in this way, the water coming through the wall of the fibers 102, from the outside to the inside of the fibers, can circulate inside the fibers towards their upper end part, to get out at the upper end 1021 of the fibers.
  • the hollow fibers 102 also open out of a second rigid resin coating block 104, called a lower coating block, for example of the type b). component, known per se, for example with a height of about 5 cm.
  • the water circulating inside the fibers 102 can thus also exit at the lower end 1022 of the fibers.
  • the fiber bundle 101 is clamped in a top sheath 105, arranged in particular around the upper encasing block 103. At its lower end portion, it is enclosed in a sheath bottom 106, disposed in particular around the lower coating block 104.
  • a sheath bottom 106 disposed in particular around the lower coating block 104.
  • the element 10 also comprises a hollow longitudinal tube 107, called the central tube, which is disposed substantially at the center of the fiber bundle 101, coaxially with the latter, and so as to extend at least over the entire length of this bundle 101
  • the central tube 107 opens, at its upper end 1071, out of the upper encapsulation block 103, and at its lower end 1072, out of the lower encapsulation block 104.
  • the central tube 107 is substantially cylindrical in the embodiment shown in the figures. It has for example a diameter of about 1.2 cm.
  • the member 10 is covered by a cylindrical cap 108, which is sealingly attached to the fluids around the lower encapsulation block 104.
  • the cap 108 is more particularly fixed on the bottom sleeve 106. It provides, between it and the lower encapsulation unit 104, a sealed lower chamber 109 which is in hydraulic communication with the fibers 102 at their lower end 1022, and with the central tube 107 at its lower end. 1072.
  • This lower chamber 109 has for example a height of about 1 cm.
  • the cap 108 has a bottom wall 1081, which closes the member 10 at its lower end, and a peripheral wall 1082, which surrounds the lower barrel 106 around its entire circumference.
  • the upper sheath 105 encloses the hollow fibers 102 in the upper end portion of the element 10, at the level of the upper encasing block 103.
  • the upper sheath 105 is flush with the same level as the upper one. upper end 1021 of the fibers 102, and extends about ten centimeters along the element 10.
  • this upper sheath 105 although mainly cylindrical, comprises from top to bottom:
  • a first threaded zone 1051 extending for example over 0.5 to 1 cm, a support ring 1052,
  • a second threaded zone 1053 extending for example about 2 cm in height
  • a smooth zone 1054 comprising grooves 1055 intended to insert two O-rings (not shown in the figure),
  • this lower zone 1056 substantially frustoconical tightening downwards, intended to accommodate the upper edge of the grid 1 10 which encloses the hollow fibers 102 of the element 10.
  • this lower zone 1056 comprises surface sculptures (Not shown), substantially complementary to the shape of the grid 1 10, and intended to allow the interlocking and locking of the grid 1 10 on the upper sheath 105.
  • the bottom sheath 106 encloses the hollow fibers 102 in the lower end portion of the element 10, at the level of the lower encasing block 104.
  • the bottom sheath 106 is flush with the same level as the 1022 lower end of the fibers, and extends for about ten centimeters along the element 10.
  • the bottom sheath 106 is substantially cylindrical in shape, and in its upper part it has a frustoconical zone 1061 of substantially identical profile to that of the lower zone 1056 of the top sheath 105. and also intended to allow the interlocking and locking of the grid 1 10 on the bottom sheath 106.
  • the cap 108 is fixed irreversibly, for example glued or welded, around the lower zone 1062 of the bottom sheath 106.
  • this lower zone 1062 is smooth.
  • the sealing of the attachment is provided by a seal disposed between the cap 108 and the lower zone 1062 of the bottom sleeve (not shown in the figures).
  • a variant of the lower end portion of an element 10 according to the invention is shown in FIG. 4.
  • the cap 108 is reversibly fixed to the bottom sheath 106, for example by screwing.
  • the cap 108 and the bottom sheath 106 are provided with cooperating fixing means.
  • the cap 108 may for example comprise, in its peripheral wall 1082, a threaded zone 1083 adapted to be screwed into a complementary threaded zone formed on the outer surface of the lower zone 1062 of the bottom sheath 106, as shown in FIG.
  • O-rings 1084 for example two in number in the figure, are interposed between the peripheral wall 1082 of the cap 108 and the outer surface of the lower zone 1062 of the lower sleeve 106, so as to ensure the seal at this portion. lower.
  • FIG. 5 A more sophisticated variant of the element 10 according to the invention is shown in FIG. 5.
  • the element 10 comprises in its lower end part an air injector 11 which extends around the central tube 107, and whose function is to allow the injection of air between the hollow fibers 102 during cleaning phases.
  • This air injector 11 1 is in the form of a hollow cylinder which crosses, in a fluid-tight manner, the bottom wall 1081 of the cap 108 and which fits around the lower part of the central tube 107, so as to emerge all around the latter, above the lower encapsulation block 104, in the middle of the fiber bundle 101, as indicated at 1 1 10 in FIG. 5.
  • the air injector 1 1 1 is fixed in particular in the bottom wall 1081 of the cap 108 by screwing, a threaded zone of the air injector being for example adapted to be screwed into a complementary threaded zone formed in the bottom wall 1081 of the cap 108.
  • O-rings 1 185 are interposed between the air injector 1 1 1 and the bottom wall 1081 of the cap 108, so as to seal the fastener between these components.
  • the air injector 1 1 1 is pierced on its peripheral surface with orifices 1 1 1 1 allowing the exit of the air which circulates in the injector in the fiber bundle 102, around the central tube 107.
  • the air injector 1 1 1 is further pierced by an internal channel 1 January 12, which, when the air injector is placed in its operative position around the central tube 107, is in hydraulic communication with firstly the central tube 107 and secondly the lower chamber 109.
  • This channel 1 1 12 allows the circulation of the liquid contained in the lower chamber 109 to the inside of the central tube 107, as illustrated in 1 1 13 in Figure 5.
  • the element 10 according to the invention can be manufactured as follows.
  • the hollow fibers 102 are assembled in a bundle around the central tube 107, so that the latter extends at least over the entire height of the bundle 101.
  • the upper end portion of the fibers 102 is embedded in a first coating block 103 which neither closes the fibers 102 nor the central tube 107 in the upper end portion of the fibers.
  • the upper end 1021 of the fibers 102 and the upper end 1071 of the central tube 107 are flush with the surface of the coating block 103.
  • the lower end portion of the fibers 102 is embedded in a second coating block 104 which does not seal either the fibers 102 or the central tube 107 in the lower end portion of the fibers.
  • the lower end 1022 of the fibers 102 and the lower end 1072 of the central tube 107 are flush with the surface of the coating block 104.
  • the upper sheath 105 and the bottom sheath 106 are put in place at the two opposite end portions of the bundle 101, and the grid 1 10 is assembled on these sheaths 105, 106.
  • the cap 108 is fluid-tightly attached to the bottom barrel 106, so as to provide, between it and the second encapsulation block 104, the lower chamber 109 in hydraulic communication with the hollow fibers 102 and with the central tube 107. If necessary, the air injector 11 1 is screwed into the bottom wall 1081 of the cap 108, disposed around the central tube 107.
  • FIG. 6 shows a filtration module 20 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • filtration elements which may be exclusively elements 10 according to the invention, or a mixture of these elements and conventional filtration elements January 1, are integrated in this filtration module 20.
  • forty nine filtration elements may be arranged in three concentric circles, ten, sixteen and twenty-three elements arranged on these three concentric circles, leaving free a central water injection space to be treated. It is clear that these filtration elements are arranged so as to leave the minimum space unused between them, to minimize the volume of the module 20.
  • the filtration module 20 described here by way of example comprises a casing 13, of predominantly cylindrical shape, terminated at its bottom end by a base 14, and at its upper part by a cover 15
  • the base 14 and the cover 15 each have a substantially flat half-ellipsoid shape.
  • the module 20 has a height of about 2 m for a diameter of 60 cm.
  • this diameter can be increased arbitrarily to substantially higher values, depending on the number of filtration elements integrated in the module 20, which is directly related to the volume of water to be treated per hour of operation. In the case for example of a module 20 having about 200 filter elements, the diameter can reach 1, 2 m.
  • the base 14 is secured to the casing 13 by joint molding during manufacture, welding, gluing or other technique adapted to the material constituting the casing 13. This can in particular be made of composite material in the case of treatment of seawater , or stainless steel or coated, or plastic in the case of freshwater treatment module.
  • This base 14 comprises a central orifice 141, intended for the passage of a ventilation nozzle 142, and a lateral orifice 143 intended for the evacuation of the washing sludge collected in a lower collection chamber of the washing sludge 144 formed in the base 14.
  • a filter sludge drain 1430 may be connected to this lower sludge collection chamber 144 at the side port 143.
  • the filtration elements 10 are for example held in place within the housing 13 by:
  • the base 17 can be connected to the ventilation nozzle 142, and include a circuit 171 for distributing air from this aeration nozzle 142 to the various air injectors 1 1 1 of the elements 10 integrated in the module 20.
  • the base 17 also comprises a set of through holes intended to allow the free passage of water between the area above and the area below said base 17.
  • the lid 15 is removable. It is fixed on the casing 13 by means of a conventional fastening device in itself, which will not be detailed here.
  • the lid 15 has a central orifice 151 allowing the passage of a water supply pipe 1510 to be filtered.
  • a seal seals between the lid 15 and the hose 1510.
  • An upper permeate collection chamber 154 is formed in the lid 15.
  • the lid 15 also has a lateral orifice 153 for recovering the filtration permeate.
  • a filtration permeate collection pipe 1530 may be connected to the upper permeate collection chamber 154 at the side port 153.
  • the hose 1530 for collecting the purified water is of diameter substantially equal to the diameter of the inlet pipe 1510 of water to be filtered. In the present example, this diameter is about 10 cm (for a flow of a few tens of m 3 / h).
  • This strainer 18 is closed at its lower end 181, and connected to the inlet pipe 1510 of water to be filtered at its opposite upper end 182.
  • the strainer 18 is of a type known per se. It is made of plastic or stainless steel, depending on the type of water to be treated (thickness a few tens to a few hundred miti).
  • strainer 18 is intended to diffuse the water to be purified from top to bottom in the filtration module 20, towards the filtration elements 10.
  • the filtration module 20 is devoid of a feed strainer.
  • the water to be filtered is brought there for example by a pipe connected at the lower end of the filter module.
  • the filtration module 20 is then equipped, for example at its upper end, with a pipe for purging the air contained in the filtration module.
  • the elements 10 are fixed to the positioning plate 16 via the high sleeves 105, conventionally in itself, and so to be easily removable, for example to maintain the module by replacing some used elements.
  • the casing 13, already provided with the base 17, is secured to the discharge line of the drain 1430 and the aeration nozzle 142. Then the central strainer 18 is installed and screwed to the base 17. The positioning plate 16 is then placed in abutment on a flange of the casing 13.
  • the elements 10 are then inserted in the module 20.
  • Each element 10 is fixed by screwing the upper sheath 105 to the positioning plate 16. Where appropriate, the air injectors 11 1 are connected to the air distribution circuit 171 of the base 17.
  • the cover 15 is installed and fixed.
  • the water inlet pipes 1510 to be treated and the filter permeate 1530 are then connected to the lid 15.
  • FIGS. 7 and 8 show views of the upper and lower portions of the module 20, respectively.
  • the water to be treated is injected by the inlet pipe 1510 into the strainer 18, as illustrated at 21 in FIG. 7. It is then distributed around the elements 10 under pressure, as illustrated in 22 in FIGS. 7 and 8, and passes through the membrane of the hollow fibers 102 of the elements 10. The water thus purified, partly, goes up inside the hollow fibers 102 and comes out at the top of these, in the upper filtration permeate collection chamber 154, as indicated at 23 in FIG.
  • the other part of the purified water goes down inside the hollow fibers 102 to the lower chambers 109, where it joins, under the effect of the pressure, the associated central tubes 107 in which it rises, as indicated at 24 in Fig. 8. Reaching the top of the central tubes 107, the filtered water rejoins the upper filtration permeate collection chamber 154, as shown at 25 in Fig. 7.
  • the purified water is then collected through the filtration permeate collection pipe 1530 as shown at 26 in FIG.
  • These filtration operations can be performed at low incoming water pressure, while having a high filtration performance.
  • the module 20 is regularly subjected to backwashing, the water being injected from the inside of the hollow fibers, so as to detach the filtration sludge which naturally stick to it during normal operation.
  • the wash sludge then falls into the lower collection chamber 144 and is discharged through the drain 1430 as shown at 27 in FIG.
  • Another method of washing the fibers 102 consists in injecting air under pressure by the air injectors 11 1, from the aeration nozzle 142, and in the middle of the bundle of hollow fibers of each element 10, as indicated. respectively at 28 and 29 in Figure 8.
  • the flow of air and very turbulent water thus created shakes and causes the expansion of the fiber bundle 101, as well as the cleaning of the outer walls of the hollow fibers 102. This cleaning is all the more effective that the air was injected in the very middle of the fiber bundle 101.
  • the air is then discharged at the top by the strainer 18, as shown in 30 in Figure 7.
  • the scrubbing mode of the strainer 18 comprises a backwashing operation in which, initially, the sludge is directed towards the bottom of the module 20. This way, at the beginning of backwashing when the amount of particles is important, the flow does not cross the strainer 18 (which could clog it).
  • the backwashing water becomes more and more clean, and the strainer 18 is then washed in the opposite direction, thus upwards, possibly adding an injection. of air in the center of the fiber bundle 101, which contributes to increase the effectiveness of the washing.
  • the filtration performance of the module 20 is better maintained over time than when the filtration elements included in these modules are not in accordance with the present invention.

Abstract

L'invention concerne un module de filtration d'eau (20) comportant une pluralité d'éléments de filtration (10) formés chacun d'un faisceau (101 ) de fibres creuses. Dans chaque élément (10), les parties d'extrémité des fibres sont incluses dans des blocs d'enrobage (103, 104) ne les obturant pas, et un tube creux longitudinal (107) est disposé au centre du faisceau, de sorte à déboucher de part et d'autre des blocs d'enrobage. Chaque élément (10) comporte un capuchon (108) fixé autour du bloc d'enrobage inférieur (104) ménageant une chambre (109) en communication hydraulique avec les fibres creuses et avec le tube central. L'ensemble des éléments (10) sont assemblés de manière amovible dans un carter (13) du module, de telle sorte qu'une chambre supérieure de collecte de perméat (154) du module soit en communication hydraulique avec les fibres creuses (102) et les tubes centraux (107) de chacun des éléments (10).

Description

MODULE DE FILTRATION D’EAU INTÉGRANT DES ÉLÉMENTS DE FILTRATION À FIBRES CREUSES
La présente invention s’inscrit dans le domaine du traitement de l’eau, plus particulièrement de la filtration de grands volumes d’eau par des membranes du type fibres creuses, notamment pour l’alimentation en eau des collectivités.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un module de filtration d’eau comportant une pluralité d’éléments de filtration d’eau à fibres creuses, configuré pour réaliser une filtration d’eau de l’extérieur vers l’intérieur des fibres creuses. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un module de filtration d’eau selon l’invention. Elle concerne en outre une installation de traitement d’eau, comportant un tel module de filtration d’eau, et un élément de filtration d’eau configuré pour s’assembler de manière amovible dans un tel module de filtration d’eau.
Les dispositifs de filtration d'eau pour collectivités, mis en oeuvre dans le but de fournir de l'eau adaptée à la consommation humaine, utilisent classiquement des séries de modules d'ultrafiltration disposés côte à côte.
La présente invention concerne plus particulièrement les modules d’ultrafiltration du type disposés verticalement en utilisation, mettant en oeuvre des fibres creuses alimentées en eau sous pression, et configurés de telle sorte que la filtration recherchée soit réalisée par la traversée de l'eau de l'extérieur vers l'intérieur de la fibre, à travers la paroi poreuse de cette dernière, qui constitue la membrane de filtration. Typiquement, ces modules, de forme globalement cylindrique, comportent des faisceaux sensiblement cylindriques de plusieurs centaines de telles fibres creuses.
De tels modules de filtration, et les éléments de filtration à base de fibres creuses qui les constituent, sont notamment décrits dans le document WO 2011/157835.
Dans leur mode de mise en oeuvre préférentiel, ces modules sont alimentés en eau brute par leur extrémité supérieure. Les fibres creuses sont ouvertes à leur extrémité supérieure et obturées au niveau de leur extrémité inférieure, si bien que l'eau purifiée, après avoir traversé la paroi des fibres creuses, en ressort en partie supérieure du module de filtration, où elle est collectée. Les boues de traitement sont quant à elles évacuées par un drain inférieur.
Si les installations de traitement d’eau à base de tels modules de filtration permettent de filtrer efficacement de grands volumes d’eau, tout en occupant une faible surface au sol et en étant simples et rapides à mettre en place, ces installations requièrent toutefois pour leur fonctionnement une quantité d’énergie qui peut s’avérer trop importante pour certains utilisateurs.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients des modules de filtration d’eau proposés par l’art antérieur, notamment aux inconvénients exposés ci-avant, en proposant un module de filtration d’eau du type à fibres creuses, qui permette d’assurer une filtration efficace de grands volumes d’eau tout en étant moins énergivore pour son fonctionnement que les modules de filtration à base de fibres creuses proposés par l’art antérieur.
Des objectifs supplémentaires de l’invention sont qu’un tel module de filtration d’eau soit facile à fabriquer, à faible coût, et que les éléments de filtration d’eau qui entrent dans sa constitution puissent y être facilement montés et démontés pour être remplacés.
A cet effet, il est avantageusement proposé par les présents inventeurs de réduire la demande énergétique des modules de filtration d’eau en réduisant la pression d’eau nécessaire au fonctionnement de ces modules de filtration. Typiquement, pour les modules de filtration d’eau traditionnels proposés par l’art antérieur, tels que les modules de filtration décrits dans le document WO 201 1/157835, la pression d’eau nécessaire à un bon fonctionnement est au moins égale à 0,5 bars.
Il est maintenant avantageusement proposé par la présente invention un module de filtration d’eau, du type comportant une pluralité de fibres creuses configurées pour permettre une filtration de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur des fibres, qui est capable de fonctionner efficacement à une pression d’eau aussi basse que 0,3 bars. Une telle diminution de la pression d’eau nécessaire au fonctionnement du module de filtration selon l’invention permet de réaliser des économies d’énergie importantes, en particulier pour les installations de traitement d’eau de grande taille, destinées à alimenter des collectivités en eau potable.
Ainsi, il est proposé selon la présente invention un module de filtration d’eau du type à fibres creuses, comportant :
- un carter présentant un axe longitudinal,
- une pluralité d’éléments de filtration d’eau indépendants les uns des autres, assemblés de manière amovible dans le carter de sorte à s’étendre selon ledit axe longitudinal, chacun des éléments de filtration d’eau étant tel que :
o il comporte une pluralité de fibres creuses longitudinales configurées pour permettre une filtration de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur des fibres, ces fibres formant ensemble un faisceau de fibres s’étendant selon un axe longitudinal, et présentant une partie d’extrémité supérieure et une partie d’extrémité inférieure opposée,
o la partie d’extrémité supérieure des fibres est incluse dans un premier bloc d’enrobage rigide, ce premier bloc d’enrobage rigide n’obturant pas les fibres dans leur partie d’extrémité supérieure,
- et une chambre supérieure de collecte de perméat en communication hydraulique avec les fibres creuses de l’ensemble des éléments de filtration d’eau.
On entend ici, par indépendants les uns des autres, le fait que les éléments de filtration ne sont pas liés les uns aux autres, et ne sont notamment pas empotés dans un ou plusieurs bloc(s) d’enrobage commun(s).
Selon l’invention, chacun des éléments de filtration d’eau est tel que : - la partie d’extrémité inférieure des fibres est incluse dans un deuxième bloc d’enrobage rigide, ce deuxième bloc d’enrobage rigide n’obturant pas les fibres dans leur partie d’extrémité inférieure,
- un tube creux longitudinal, dit tube central, est disposé dans le faisceau de fibres, sensiblement au centre de ce dernier, de sorte à s’étendre au moins sur toute la hauteur du faisceau, de préférence selon un axe longitudinal sensiblement coaxial avec l’axe longitudinal du faisceau de fibres, et à déboucher de part et d’autre du premier bloc d’enrobage et du deuxième bloc d’enrobage
- l’élément de filtration comporte en outre un capuchon fixé de manière étanche aux fluides autour du deuxième bloc d’enrobage. Ce capuchon est disposé de sorte à ménager, entre lui et le deuxième bloc d’enrobage, une chambre, dite chambre inférieure, qui est en communication hydraulique avec les fibres creuses et avec le tube central, au niveau de la partie inférieure des fibres.
Les tubes centraux de chacun des éléments de filtration d’eau sont en communication hydraulique avec la chambre supérieure de collecte de perméat au niveau de la partie supérieure des fibres.
Le module de filtration d’eau selon l’invention comprend ainsi une chambre supérieure de collecte de perméat qui est collective, c’est-à-dire commune à tous les éléments de filtration d’eau du module, et une pluralité de chambres inférieures qui sont individuelles, chacune étant associée à un des éléments de filtration d’eau du module.
Comme exposé ci-avant, un tel module de filtration d’eau est avantageusement apte à fonctionner avec de très faibles pressions d’eau en entrée, tout en réalisant une filtration quasiment aussi performante, voire même aussi performante, que les modules de filtration du type à faisceau de fibres creuses proposés par l’art antérieur. En particulier, il a été découvert par les présents inventeurs que de manière surprenante, l’insertion d’un tube dans le faisceau de fibres, sensiblement au centre de ce dernier, n’impacte que très peu, voire pas du tout, la performance de filtration de l’élément de filtration, pour un même diamètre du faisceau de fibres creuses, lorsque les dimensions externes du tube central restent faibles par rapport à ce diamètre. Préférentiellement, le diamètre externe du tube central est choisi pour ne pas diminuer de plus de 5 à 6 % la surface de filtration de l’élément de filtration, par rapport à une configuration dans laquelle l’espace occupé par le tube central serait occupé par des fibres creuses, espacées de manière normale les unes par rapport aux autres. A titre d’exemple, pour un faisceau de diamètre externe d’environ 6,4 cm, comportant environ 3 500 fibres creuses, les performances de filtration sont très peu impactées lorsque le tube central présente un diamètre externe inférieur ou égal à 1 ,2 cm. Ce diamètre externe est par exemple compris entre 1 et 2,5 cm.
Un tel résultat surprenant peut notamment en partie s’expliquer par le fait que les fibres creuses situées au centre du faisceau de fibres, qui selon l’invention sont remplacées par le tube central, sont les moins actives pour la filtration. En outre, le fait que les fibres creuses soient ouvertes à chacune de leurs extrémités opposées en permet un lavage plus efficace, si bien que leur performance de filtration se maintient mieux dans le temps. Il est ainsi possible de produire, pour un même débit entrant, plus de débit en sortie de l’élément de filtration, la pression membranaire de fonctionnement moyenne dans l’élément de filtration selon l’invention, sur la longueur des fibres, étant avantageusement plus faible pour un même débit entrant donné.
Il a en outre été découvert par les présents inventeurs que, de manière particulièrement surprenante, la mise en oeuvre dans le module de filtration d’eau selon l’invention d’une pluralité de couples « tube central / chambre inférieure », chacun de ces couples étant associé à un groupe de fibres particulier, formant le faisceau de fibres d’un élément de filtration d’eau individuel, augmente la performance du module de filtration d’eau selon l’invention par rapport aux modules de filtration dans lesquels un seul tube et une seule chambre inférieure sont communs à toutes les fibres du module de filtration, comme décrit par exemple dans le document KR 20160080010. Ce document KR 20160080010 décrit un module de filtration dans lequel l’ensemble des fibres sont associées à un tube central unique et à une chambre inférieure unique, pour une collecte collective du perméat de filtration s’échappant des fibres à leur extrémité inférieure.
Par rapport à une telle configuration proposée par l’art antérieur, la complexité des éléments de filtration du module de filtration d’eau selon l’invention est avantageusement compensée par la facilité de montage / démontage de ces éléments de filtration dans le module de filtration d’eau.
Le cas échéant, la diminution de la surface filtrante induite par la présence d’un tube central dans chaque faisceau de fibres peut notamment être compensée par une augmentation de la hauteur des fibres creuses mises en oeuvre, ceci pouvant avantageusement s’effectuer avec un faible surcoût, et sans impacter l’encombrement au sol de l’installation intégrant les éléments de filtration.
Lors de la mise en oeuvre du module de filtration selon l’invention, lorsque de l’eau brute est injectée dans le module de filtration dans lequel il est disposé, cette eau, arrivant depuis la partie supérieure ou la partie inférieure du module à l’extérieur des fibres creuses, traverse la paroi des fibres. Une partie du perméat de filtration remonte par l’extrémité supérieure des fibres, dans la chambre supérieure de collecte de perméat dans laquelle débouchent les fibres à l’extrémité supérieure du module. Une autre partie du perméat de filtration descend dans les fibres jusqu’à l’extrémité inférieure des fibres, puis dans chaque chambre inférieure ménagée entre la partie inférieure des fibres et chaque capuchon associé. De là, le perméat remonte dans le tube central, jusqu’à rejoindre la partie supérieure du module de filtration, et notamment la chambre supérieure de collecte de perméat. La configuration du module de filtration d’eau selon l’invention, et plus précisément des éléments de filtration d’eau qu’il contient, réduit avantageusement de manière importante les pertes de charge liées à la circulation du liquide dans l’élément, et ceci d’environ 40 % par rapport aux configurations dans lesquelles les faisceaux de fibres ne comportent pas de tube central. Le module de filtration d’eau selon l’invention peut en outre répondre à l’une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, mises en oeuvre isolément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, dans au moins un des éléments de filtration d’eau, de préférence dans la totalité des éléments de filtration d’eau, le capuchon est fixé de manière irréversible autour du deuxième bloc d’enrobage. Il est par exemple fixé par collage ou par soudage, en particulier à un fourreau bas enserrant les fibres creuses dans leur partie d’extrémité inférieure. Un tel fourreau bas peut alors être classique en lui- même pour des éléments de filtration d’eau de ce type.
Une telle configuration offre notamment l’avantage d’un procédé de fabrication simplifié des pièces constitutives de l’élément de filtration du module de filtration d’eau selon l’invention.
Dans des variantes de l’invention, dans au moins un des éléments de filtration d’eau, de préférence dans la totalité des éléments de filtration d’eau, le capuchon est fixé de manière réversible autour du deuxième bloc d’enrobage. Il est par exemple fixé par vissage, en particulier autour d’un fourreau bas enserrant les fibres dans leur partie d’extrémité inférieure. Dans une telle configuration, le capuchon et le fourreau bas sont pourvus de moyens de fixation coopérants. Le capuchon peut par exemple comporter une zone filetée adaptée à se visser dans une zone taraudée complémentaire formée sur la surface externe du fourreau bas.
Une telle configuration offre notamment l’avantage de permettre un démontage du capuchon, notamment pour permettre l’accès à l’extrémité inférieure des fibres creuses.
Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, dans au moins un des éléments de filtration d’eau, de préférence dans la totalité des éléments de filtration d’eau, le faisceau de fibres est maintenu en forme par une grille, c’est-à-dire une enveloppe à paroi ajourée, qui l’entoure. Cette grille est de préférence souple ou semi-rigide. De manière avantageuse, cette grille présente une faible épaisseur, en particulier une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm. Elle présente en outre de préférence un taux surfacique de perforation élevé, en particulier compris entre 20 et 80 %. De telles caractéristiques, qui sont avantageusement rendues possibles par la rigidification du faisceau de fibres induite par la présence dans ce dernier du tube central, qui est de préférence rigide, ce tube étant par ailleurs empoté dans les blocs d’enrobage des parties d’extrémité des fibres, diminuent avantageusement le coût de fabrication des éléments de filtration d’eau entrant dans la constitution du module de filtration d’eau selon l’invention, par rapport aux éléments de filtration d’eau de l’art antérieur, qui comportent des grilles de maintien en forme des faisceaux de fibres qui sont plus épaisses et moins ajourées. Ces caractéristiques permettent en outre d’intégrer plus de fibres de filtration dans un élément de filtration de même diamètre externe, et elles facilitent le passage de l’eau à filtrer vers les fibres, et de l’eau de lavage en sens inverse, améliorant par voie de conséquence, plus encore, la performance de filtration du module de filtration d’eau selon l’invention.
Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, au moins un des éléments de filtration d’eau, de préférence la totalité des éléments de filtration d’eau, comporte un fourreau haut enserrant le faisceau de fibres au niveau de leur partie d’extrémité supérieure et un fourreau bas enserrant le faisceau de fibres au niveau de leur partie d’extrémité inférieure. Lorsque le faisceau de fibres est en outre maintenu en forme par une grille, notamment une grille souple, cette dernière se fixe de préférence respectivement à ce fourreau haut et à ce fourreau bas.
Le fourreau haut peut être classique en lui-même, et notamment comporter des moyens pour le montage de l’élément de filtration dans le module de filtration.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, au moins un élément de filtration d’eau, de préférence la totalité des éléments de filtration d’eau, comporte un injecteur d’air s’étendant autour du tube central au niveau de la partie d’extrémité inférieure des fibres et débouchant dans le faisceau de fibres au-delà du deuxième bloc d’enrobage rigide, au milieu du faisceau de fibres. Une telle caractéristique permet notamment avantageusement d’injecter de l’air à l’intérieur du faisceau de fibres, pour réaliser un lavage des fibres. Ce lavage s’avère particulièrement efficace, notamment car l’air injecté autour du tube central se diffuse alors particulièrement bien dans toutes les directions dans le faisceau de fibres, depuis le centre de ce dernier.
Dans le module de filtration d’eau selon l’invention, les éléments de filtration d’eau sont assemblés de manière amovible dans le carter, par des moyens d’assemblage coopérants portés respectivement par le module et par chacun des éléments.
Ces moyens d’assemblage coopérants peuvent être classiques en eux-mêmes. Ils sont de préférence disposés en partie supérieure du module de filtration.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le module de filtration d’eau comporte une plaque supérieure disposée dans le carter. Les éléments de fixation d’eau sont de préférence suspendus à cette plaque supérieure, de sorte à s’étendre sensiblement selon l’axe longitudinal du carter. Le module de filtration d’eau selon l’invention comporte alors des moyens d’assemblage coopérants portés respectivement par la plaque supérieure et par les éléments de filtration, pour l’assemblage amovible des éléments de filtration à la plaque supérieure.
L’alimentation du module de filtration selon l’invention en eau à filtrer peut être effectuée par l’extrémité supérieure ou par l’extrémité inférieure du module.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, il est disposé dans le carter une crépine coaxiale avec l’axe longitudinal du carter, de longueur sensiblement égale à celle du carter, pour la distribution d’eau à filtrer dans le carter.
La crépine est de préférence disposée sensiblement au centre du carter, les éléments de filtration d’eau étant disposés autour de cette crépine dans le carter, de préférence disposés à intervalles réguliers sur plusieurs cercles concentriques autour de cette crépine.
Le module de filtration selon l’invention peut également être dépourvu de crépine, l’eau à filtrer devant alors y être amenée sous une forme pré-filtrée.
Le carter peut aussi contenir, de manière classique en elle-même, une chambre inférieure de collecte des boues de filtration, c’est-à-dire des particules solides ou semi-solides contenues dans l’effluent à filtrer, qui n’ont pas traversé la paroi des fibres creuses.
Dans les configurations particulières de l’invention dans lesquelles au moins un des éléments de filtration d’eau comporte un injecteur d’air s’étendant autour du tube central au niveau de la partie d’extrémité inférieure des fibres et débouchant dans le faisceau de fibres au-delà du deuxième bloc d’enrobage rigide, au milieu du faisceau de fibres, le module de filtration selon l’invention peut en outre comporter, de préférence dans le carter, un socle comportant un circuit de distribution d’air depuis une buse d’aération que comporte alors le module de filtration, vers ledit injecteur d’air.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un module de filtration d’eau selon la présente invention, répondant à l’une ou plusieurs des caractéristiques ci-avant ou ci-après. Ce procédé comprend des étapes de :
- fabrication d’une pluralité d’éléments de filtration d’eau, comprenant pour chacun de ces éléments de filtration d’eau des étapes de :
• assemblage de fibres creuses longitudinales en faisceau autour d’un tube central creux longitudinal, parallèlement à l’axe longitudinal de ce dernier, ce tube central s’étendant au moins sur toute la hauteur du faisceau, le faisceau de fibres étant de préférence maintenu en forme par une grille qui l’entoure,
• enrobage de la partie d’extrémité supérieure des fibres dans un premier bloc d’enrobage n’obturant pas les fibres et n’obturant pas le tube central au niveau de ladite partie d’extrémité supérieure, et enrobage de la partie d’extrémité inférieure des fibres dans un deuxième bloc d’enrobage n’obturant pas les fibres et n’obturant pas le tube central au niveau de ladite partie d’extrémité inférieure,
• et fixation de manière étanche aux fluides d’un capuchon autour du deuxième bloc d’enrobage, ce capuchon étant disposé de sorte à ménager, entre lui et le deuxième bloc d’enrobage, une chambre en communication hydraulique avec les fibres creuses et avec le tube central,
- et assemblage de manière amovible de la pluralité d’éléments de filtration dans le carter, de sorte que la chambre supérieure de collecte de perméat soit en communication hydraulique avec les fibres creuses et les tubes centraux de l’ensemble des éléments de filtration d’eau, au niveau de la partie supérieure des fibres.
La fixation étanche aux fluides du capuchon autour du deuxième bloc d’enrobage peut s’effectuer de manière irréversible, par exemple par collage ou soudage, ou de manière réversible, par exemple par vissage, cette fixation s’effectuant de préférence au niveau d’un fourreau bas enserrant le faisceau de fibres au niveau de la partie d’extrémité inférieure des fibres.
Les étapes d’enrobage de la partie d’extrémité supérieure et de la partie d’extrémité inférieure des fibres peuvent être réalisées selon toute technique classique en elle-même. Elles peuvent par exemple mettre en œuvre une résine bi-composant, dans laquelle les parties d’extrémité des fibres sont insérées avant durcissement de la résine de sorte à former un bloc rigide enrobant les parties d’extrémité des fibres, sans toutefois obturer ces dernières au niveau de ces parties d’extrémité.
Pour son assemblage amovible dans le module de filtration, au moins un élément de filtration d’eau selon l’invention, de préférence la totalité des éléments de filtration d’eau selon l’invention, sont suspendus dans le carter, notamment à la plaque supérieure, autour de la crépine de distribution d’eau à filtrer.
Un autre aspect de l’invention concerne une installation de traitement d’eau, qui comporte :
- un module de filtration d’eau selon l’invention, répondant à l’une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-avant ou ci-après,
- un tuyau d’arrivée d’eau à filtrer dans le carter, de préférence branché à une extrémité supérieure de la crépine,
- un tuyau de collecte de perméat de filtration raccordé à la chambre supérieure de collecte de perméat.
De préférence, l’installation comporte également un drain d’évacuation de boues de filtration raccordé à la chambre inférieure de collecte des boues de filtration.
Le cas échéant, elle peut en outre comporter un système de distribution d’air comprimé relié à la buse d’aération du module de filtration d’eau, lorsque ce module de filtration d’eau comporte une telle buse d’aération.
L’installation de traitement d’eau selon l’invention peut en outre comporter un automate de contrôle de vannes des différents tuyaux, drains et circuits, cet automate étant attaché au module de filtration d’eau de manière classique en elle-même, et tout autre organe ou dispositif classique en lui- même.
Un autre aspect de l’invention concerne un élément de filtration d’eau configuré pour s’assembler de manière amovible dans un module de filtration d’eau selon l’invention. Cet élément de filtration d’eau peut répondre à l’une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-avant en référence au module de filtration d’eau selon l’invention. En particulier, il comporte une pluralité de fibres creuses longitudinales configurées pour permettre une filtration de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur des fibres, ces fibres formant un faisceau de fibres s’étendant selon un axe longitudinal, et présentant une partie d’extrémité supérieure et une partie d’extrémité inférieure opposée.
Selon l’invention, la partie d’extrémité supérieure des fibres est incluse dans un premier bloc d’enrobage rigide n’obturant pas les fibres dans leur partie d’extrémité supérieure, et la partie d’extrémité inférieure des fibres est incluse dans un deuxième bloc d’enrobage rigide n’obturant pas les fibres dans leur partie d’extrémité inférieure.
Un tube creux longitudinal, dit tube central, est disposé dans le faisceau de fibres, au centre de ce faisceau, de sorte à s’étendre au moins sur toute la hauteur du faisceau et à déboucher de part et d’autre du premier bloc d’enrobage et du deuxième bloc d’enrobage.
L’élément de filtration comporte en outre un capuchon fixé de manière étanche aux fluides autour du deuxième bloc d’enrobage, ce capuchon étant disposé de sorte à ménager, entre lui et le deuxième bloc d’enrobage, une chambre inférieure en communication hydraulique avec les fibres creuses et avec le tube central, au niveau de la partie d’extrémité inférieure des fibres.
De préférence, le faisceau de fibres est maintenu en forme par une grille, notamment souple, qui l’entoure.
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lumière des exemples de mise en oeuvre ci-après, fournis à simple titre illustratif et nullement limitatifs de l’invention, avec l’appui des figures 1 à 8, dans lesquelles :
- la figure 1 représente un élément de filtration d’eau selon un mode de réalisation particulier de l’invention, en vue de section selon un plan longitudinal ; - la figure 2 montre un grossissement de la partie d’extrémité supérieure de l’élément de filtration d’eau de la figure 1 ;
- la figure 3 montre un grossissement de la partie d’extrémité inférieure de l’élément de filtration d’eau de la figure 1 ;
- la figure 4 montre un grossissement d’une vue de section selon un plan longitudinal de la partie d’extrémité inférieure d’un élément de filtration d’eau selon un mode de réalisation différent de l’invention ;
- la figure 5 montre un grossissement d’une vue de section selon un plan longitudinal de la partie d’extrémité inférieure d’un élément de filtration d’eau selon un mode de réalisation encore différent de l’invention ;
- la figure 6 représente une vue de section selon un plan longitudinal d’un module de filtration d’eau selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
- la figure 7 montre un grossissement de la partie supérieure du module de filtration d’eau de la figure 6 ;
- et la figure 8 montre un grossissement de la partie inférieure du module de filtration d’eau de la figure 6.
Un module de filtration d’eau selon l’invention comporte une pluralité d’éléments de filtration d’eau, qui sont de préférence tous constitués de manière identique.
Elément de filtration d’eau
Un élément de filtration d’eau 10 selon l’invention (ci-après nommé « élément ») est montré sur la figure 1.
Cet élément 10 présente une forme globale longitudinale, sensiblement cylindrique dans cet exemple de réalisation. Il comporte un faisceau 101 de fibres creuses longitudinales 102, ce faisceau étant également ici de forme sensiblement cylindrique.
Dans le mode de réalisation décrit ici à titre non limitatif, les fibres creuses de filtration 102 présentent chacune un diamètre de quelques dixièmes de millimètres pour une longueur d'environ 1 ,5 m. Leurs caractéristiques dimensionnelles et de matériaux sont connues de l'homme du métier et sortent du cadre de la présente invention. Elles ne sont donc pas décrites plus avant ici. Le faisceau 101 comporte plusieurs milliers (typiquement environ 4 000) de fibres creuses 102, dont la paroi poreuse constitue une membrane de filtration. Un tel faisceau 101 peut par exemple présenter un diamètre de 5 à 7 cm.
Le faisceau 101 est maintenu en forme par une grille, par exemple en matière plastique 1 10, qui l’entoure. Cette grille permet de maintenir la forme générale du faisceau, tout en laissant les fibres 102 se mouvoir naturellement dans le flux d'eau lorsqu'elles sont en utilisation. Cette grille présente par exemple une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm, et un taux surfacique de perforations compris entre 20 et 80 %. Elle est de préférence avantageusement souple.
Au niveau d’une partie d’extrémité supérieure, en haut sur la figure 1 , les fibres creuses 102 débouchent hors d'un premier bloc d’enrobage rigide de résine 103, dit bloc d’enrobage supérieur, par exemple de type bi-composant, connu en soi, par exemple d'une hauteur d'environ 5 cm. On comprend que, de la sorte, l'eau venant à traverser la paroi des fibres 102, depuis l’extérieur vers l’intérieur des fibres, peut circuler à l’intérieur des fibres vers leur partie d’extrémité supérieure, pour en sortir à l’extrémité supérieure 1021 des fibres.
Au niveau d’une partie d’extrémité inférieure, en bas sur la figure, les fibres creuses 102 débouchent également hors d'un deuxième bloc d’enrobage rigide de résine 104, dit bloc d’enrobage inférieur, par exemple de type bi- composant, connu en soi, par exemple d'une hauteur d'environ 5 cm. L'eau circulant à l’intérieur des fibres 102 peut ainsi également en sortir à l’extrémité inférieure 1022 des fibres.
Au niveau de sa partie d’extrémité supérieure, le faisceau de fibres 101 est enserré dans un fourreau haut 105, disposé notamment autour du bloc d'enrobage supérieur 103. Au niveau de sa partie d’extrémité inférieure, il est enserré dans un fourreau bas 106, disposé notamment autour du bloc d'enrobage inférieur 104. Ces fourreaux, dont un exemple de réalisation sera décrit de manière plus détaillée ci-après, sont classiques en eux-mêmes. L’élément 10 comporte également un tube longitudinal creux 107, dit tube central, qui est disposé sensiblement au centre du faisceau de fibres 101 , coaxialement à ce dernier, et de sorte à s’étendre au moins sur toute la longueur de ce faisceau 101. En particulier, le tube central 107 débouche, à son extrémité supérieure 1071 , hors du bloc d’enrobage supérieur 103, et à son extrémité inférieure 1072, hors du bloc d’enrobage inférieur 104.
Le tube central 107 est sensiblement cylindrique dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures. Il présente par exemple un diamètre d’environ 1 ,2 cm.
Au niveau de sa partie d’extrémité inférieure, l’élément 10 est recouvert par un capuchon 108 de forme cylindrique, qui est fixé de manière étanche aux fluides autour du bloc d’enrobage inférieur 104. Le capuchon 108 est plus particulièrement fixé sur le fourreau bas 106. Il ménage, entre lui et le bloc d’enrobage inférieur 104, une chambre inférieure étanche 109 qui est en communication hydraulique avec les fibres 102 au niveau de leur extrémité inférieure 1022, et avec le tube central 107 à son extrémité inférieure 1072. Cette chambre inférieure 109 présente par exemple une hauteur d’environ 1 cm.
Le capuchon 108 comporte une paroi de fond 1081 , qui ferme l’élément 10 à son extrémité inférieure, et une paroi périphérique 1082, qui entoure le fourreau bas 106 sur toute sa circonférence.
Comme représenté sur la figure 2. le fourreau haut 105 enserre les fibres creuses 102 dans la partie d’extrémité supérieure de l'élément 10, au niveau du bloc d'enrobage supérieur 103. Le fourreau haut 105 affleure au même niveau que l’extrémité supérieure 1021 des fibres 102, et s'étend sur une dizaine de centimètres le long de l'élément 10.
Comme on le voit sur la figure 2, le profil extérieur de ce fourreau haut 105, bien que principalement cylindrique, comporte de haut en bas :
- une première zone filetée 1051 , s’étendant par exemple sur 0,5 à 1 cm, une couronne d’appui 1052,
- une seconde zone filetée 1053, s’étendant par exemple sur environ 2 cm de hauteur,
- une zone lisse 1054 comportant des rainures 1055 destinées à l’insertion de deux joints toriques (non illustrés sur la figure),
- une zone inférieure 1056, sensiblement tronconique se resserrant vers le bas, destinée à accueillir le bord supérieur de la grille 1 10 qui enserre les fibres creuses 102 de l’élément 10. De façon préférentielle, cette zone inférieure 1056 comporte des sculptures de surface (non illustrées), sensiblement complémentaires de la forme de la grille 1 10, et destinées à permettre l’emboîtement et le verrouillage de la grille 1 10 sur le fourreau haut 105.
Comme représenté sur la figure 3. le fourreau bas 106 enserre les fibres creuses 102 dans la partie d’extrémité inférieure de l'élément 10, au niveau du bloc d’enrobage inférieur 104. Le fourreau bas 106 affleure au même niveau que l’extrémité inférieure 1022 des fibres, et s'étend sur une dizaine de centimètres le long de l'élément 10.
Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure 3, le fourreau bas 106 est de forme sensiblement cylindrique, et il comporte en sa partie haute une zone tronconique 1061 , de profil sensiblement identique à celui de la zone inférieure 1056 du fourreau haut 105, et également destinée à permettre l’emboîtement et le verrouillage de la grille 1 10 sur ce fourreau bas 106.
Dans le mode de réalisation particulier de l’invention représenté sur la figure 3, le capuchon 108 est fixé de manière irréversible, par exemple collé ou soudé, autour de la zone inférieure 1062 du fourreau bas 106. A cet effet, cette zone inférieure 1062 est lisse.
L’étanchéité de la fixation est assurée par un joint d’étanchéité disposé entre le capuchon 108 et la zone inférieure 1062 du fourreau bas (non représenté sur les figures). Une variante de la partie d’extrémité inférieure d’un élément 10 selon l’invention est montrée sur la figure 4. Dans cette variante, le capuchon 108 est fixé de manière réversible au fourreau bas 106, par exemple par vissage. A cet effet, le capuchon 108 et le fourreau bas 106 sont pourvus de moyens de fixation coopérants. Le capuchon 108 peut par exemple comporter, dans sa paroi périphérique 1082, une zone filetée 1083 adaptée à se visser dans une zone taraudée complémentaire formée sur la surface externe de la zone inférieure 1062 du fourreau bas 106, comme montré sur la figure 4. Des joints toriques 1084, par exemple au nombre de deux sur la figure, sont intercalés entre la paroi périphérique 1082 du capuchon 108 et la surface externe de la zone inférieure 1062 du fourreau bas 106, de sorte à assurer l’étanchéité au niveau de cette partie inférieure.
Une variante plus sophistiquée de l’élément 10 selon l’invention est montrée sur la figure 5. Dans cette variante, l’élément 10 comporte dans sa partie d’extrémité inférieure un injecteur d’air 1 1 1 qui s’étend autour du tube central 107, et dont la fonction est permettre l'injection d'air entre les fibres creuses 102 lors de phases de nettoyage.
Cet injecteur d’air 1 1 1 se présente sous forme d’un cylindre creux qui traverse, de manière étanche aux fluides, la paroi de fond 1081 du capuchon 108 et qui s’emboîte autour de la partie inférieure du tube central 107, de sorte à déboucher tout autour de ce dernier, au-dessus du bloc d’enrobage inférieur 104, au milieu du faisceau de fibres 101 , comme indiqué en 1 1 10 sur la figure 5. L’injecteur d’air 1 1 1 se fixe notamment dans la paroi de fond 1081 du capuchon 108 par vissage, une zone filetée de l’injecteur d’air étant par exemple adaptée à se visser dans une zone taraudée complémentaire formée dans la paroi de fond 1081 du capuchon 108.
Des joints toriques 1 185, par exemple au nombre de deux sur la figure, sont intercalés entre l’injecteur d’air 1 1 1 et la paroi de fond 1081 du capuchon 108, de sorte à assurer l’étanchéité de la fixation entre ces constituants. L’injecteur d’air 1 1 1 est percé sur sa surface périphérique d’orifices 1 1 1 1 permettant la sortie de l’air qui circule dans l’injecteur dans le faisceau de fibres 102, autour du tube central 107.
L’injecteur d’air 1 1 1 est en outre percé d’un canal interne 1 1 12, qui, lorsque l’injecteur d’air est placé dans sa position opérante autour du tube central 107, se trouve en communication hydraulique avec d’une part le tube central 107 et d’autre part la chambre inférieure 109. Ce canal 1 1 12 permet la circulation du liquide contenu dans la chambre inférieure 109 jusqu’à l’intérieur du tube central 107, comme illustré en 1 1 13 sur la figure 5.
L’élément 10 selon l’invention peut être fabriqué comme suit.
Les fibres creuses 102 sont assemblées en faisceau autour du tube central 107, de sorte que ce dernier s’étend au moins sur toute la hauteur du faisceau 101 .
La partie d’extrémité supérieure des fibres 102 est enrobée dans un premier bloc d’enrobage 103 n’obturant ni les fibres 102, ni le tube central 107 dans la partie d’extrémité supérieure des fibres. De préférence, l’extrémité supérieure 1021 des fibres 102 et l’extrémité supérieure 1071 du tube central 107 affleurent au niveau de la surface du bloc d’enrobage 103.
La partie d’extrémité inférieure des fibres 102 est enrobée dans un deuxième bloc d’enrobage 104 n’obturant ni les fibres 102, ni le tube central 107 dans la partie d’extrémité inférieure des fibres. De préférence, l’extrémité inférieure 1022 des fibres 102 et l’extrémité inférieure 1072 du tube central 107 affleurent au niveau de la surface du bloc d’enrobage 104.
Le fourreau haut 105 et le fourreau bas 106 sont mis en place aux deux parties d’extrémité opposées du faisceau 101 , et la grille 1 10 est assemblée sur ces fourreaux 105, 106.
Le capuchon 108 est fixé de manière étanche aux fluides au niveau du fourreau bas 106, de sorte à ménager, entre lui et le deuxième bloc d’enrobage 104, la chambre inférieure 109 en communication hydraulique avec les fibres creuses 102 et avec le tube central 107. Le cas échéant, l’injecteur d’air 11 1 est vissé dans la paroi de fond 1081 du capuchon 108, disposé autour du tube central 107.
Ces opérations sont faciles et rapides à réaliser.
Module de filtration d’eau
La figure 6 montre un module de filtration 20 selon un exemple de réalisation de l’invention.
Plusieurs dizaines d'éléments de filtration, qui peuvent être exclusivement des éléments 10 selon l’invention, ou un mélange de ces éléments et d’éléments de filtration classiques 1 1 , sont intégrés dans ce module de filtration 20.
Par exemple, quarante neuf éléments de filtration peuvent y être disposés en trois cercles concentriques, à raison de dix, seize et vingt-trois éléments disposés sur ces trois cercles concentriques, en laissant libre un espace central d'injection d'eau à traiter. Il est clair que ces éléments de filtration sont disposés de manière à laisser le minimum d'espace inutilisé entre eux, pour minimiser le volume du module 20.
Comme on le voit sur la figure 6, le module de filtration 20 décrit ici à titre d’exemple comprend un carter 13, de forme principalement cylindrique, terminé en son extrémité basse par une base 14, et en sa partie supérieure par un couvercle 15. La base 14 et le couvercle 15 présentent chacun sensiblement une forme de demi-ellipsoïde aplati.
Dans le présent exemple décrit ici à titre nullement limitatif, le module 20 présente une hauteur d'environ 2 m pour un diamètre de 60 cm. Il est cependant clair que ce diamètre peut être porté arbitrairement à des valeurs sensiblement supérieures, selon le nombre d'éléments de filtration intégrés dans le module 20, lequel est directement relié au volume d'eau à traiter par heure de fonctionnement. Dans le cas par exemple d'un module 20 comportant environ 200 éléments de filtration, le diamètre peut atteindre 1 ,2 m. La base 14 est solidarisée au carter 13 par moulage conjoint lors de la fabrication, soudage, collage ou autre technique adaptée au matériau constituant le carter 13. Celui-ci peut notamment être réalisé en matériau composite dans le cas de traitement d'eau de mer, ou en acier inoxydable ou revêtu, ou encore en matière plastique dans le cas de module de traitement d'eau douce.
Cette base 14 comporte un orifice central 141 , destiné au passage d'une buse d'aération 142, et un orifice latéral 143 destiné à l'évacuation des boues de lavage recueillies dans une chambre inférieure de collecte des boues de lavage 144 formée dans la base 14. Un drain 1430 d’évacuation de boues de filtration peut être raccordé à cette chambre inférieure de collecte des boues de lavage 144 au niveau de l’orifice latéral 143.
Les éléments de filtration 10 sont par exemple maintenus en place au sein du carter 13 par :
- une plaque de positionnement 16 en haut de module, à laquelle les éléments 10 sont suspendus,
- un socle 17, auquel le cas échéant se raccordent les injecteurs d'air 1 1 1 des éléments 10.
Le socle 17 peut être relié à la buse d'aération 142, et comporter un circuit 171 de distribution d'air depuis cette buse d'aération 142 vers les différents injecteurs d'air 1 1 1 des éléments 10 intégrés dans le module 20.
Le socle 17 comporte également un ensemble de trous traversants destinés à permettre le libre passage de l'eau entre la zone située au-dessus et la zone située au-dessous dudit socle 17.
Les matériaux composant la plaque de positionnement 16 et le socle
17 sont déterminés par la nature de l'eau à traiter : eau douce ou eau de mer, de façon connue de l'homme du métier. Le couvercle 15 est amovible. Il est fixé sur le carter 13 par l'intermédiaire d'un dispositif de fixation classique en lui-même, qui ne sera pas détaillé ici.
Le couvercle 15 comporte un orifice central 151 permettant le passage d'un tuyau 1510 d’arrivée d’eau à filtrer. Un joint assure l'étanchéité entre le couvercle 15 et le tuyau 1510.
Une chambre supérieure de collecte de perméat 154 est formée dans le couvercle 15.
Le couvercle 15 comporte également un orifice latéral 153 destiné à la récupération du perméat de filtration. Un tuyau 1530 de collecte de perméat de filtration peut être raccordé à la chambre supérieure de collecte de perméat 154 au niveau de l’orifice latéral 153.
Pour des raisons évidentes, le tuyau 1530 de collecte de l’eau purifiée est de diamètre sensiblement égal au diamètre du tuyau 1510 d’arrivée d’eau à filtrer. Dans le présent exemple, ce diamètre est d'environ 10 cm (pour un débit de quelques dizaines de m3/h).
Une crépine 18, coaxiale avec l'axe longitudinal du module de filtration 20 et de longueur sensiblement égale à celle du carter 13, est disposée entre le bas du tuyau 1510 d’arrivée d’eau à filtrer, et le socle 17, sur lequel elle vient prendre appui et auquel elle est fixée par vissage. Cette crépine 18 est fermée à son extrémité inférieure 181 , et raccordée au tuyau 1510 d’arrivée d’eau à filtrer à son extrémité supérieure opposée 182. La crépine 18 est de type connu en soi. Elle est réalisée en matière plastique ou acier inox, selon le type d'eau à traiter (épaisseur quelques dizaines à quelques centaines de miti).
On comprend que la crépine 18 est destinée à diffuser l'eau à purifier de haut en bas dans le module de filtration 20, vers les éléments de filtration 10.
Dans des modes de réalisation alternatifs de l’invention, non représentés sur les figures, le module de filtration 20 est dépourvu de crépine d’alimentation. L’eau à filtrer y est par exemple amenée par une canalisation branchée au niveau de l’extrémité inférieure du module de filtration. Le module de filtration 20 est alors équipé, par exemple à son extrémité supérieure, d’un tuyau assurant la purge de l’air contenu dans le module de filtration.
Les éléments 10 sont fixés à la plaque de positionnement 16 par l’intermédiaire des fourreaux hauts 105, de manière classique en elle-même, et de sorte à être facilement démontables, par exemple pour assurer la maintenance du module en remplaçant certains éléments usagés.
Pour le montage du module 20, le carter 13, déjà doté du socle 17, est solidarisé à la ligne d’évacuation du drain 1430 et à la buse d’aération 142. Puis la crépine centrale 18 est installée et vissée au socle 17. La plaque de positionnement 16 est alors disposée en appui sur une collerette du carter 13.
Les éléments 10 sont alors insérés dans le module 20.
Chaque élément 10 est fixé par vissage du fourreau haut 105 à la plaque de positionnement 16. Le cas échéant, les injecteurs d’air 1 1 1 sont connectés au circuit de distribution d'air 171 du socle 17.
Une fois les éléments 10 mis en place, le couvercle 15 est installé et fixé.
Les tuyaux d’arrivée d’eau à traiter 1510 et de récupération de perméat de filtration 1530 sont ensuite connectés au couvercle 15.
Mode de fonctionnement
Le fonctionnement du module 20 sera décrit de manière plus détaillée en référence aux figures 7 et 8. qui montrent des vues des parties supérieure et inférieure du module 20, respectivement.
En fonctionnement courant (filtration), l'eau à traiter est injectée par le tuyau d'arrivée d'eau 1510 dans la crépine 18, comme illustré en 21 sur la figure 7. Elle est alors distribuée autour des éléments 10 sous pression, comme illustré en 22 sur les figures 7 et 8, et vient passer à travers la membrane des fibres creuses 102 des éléments 10. L'eau ainsi purifiée, pour partie, remonte à l'intérieur des fibres creuses 102 et vient sortir en partie haute de celles-ci, dans la chambre supérieure de collecte de perméat de filtration 154, comme indiqué en 23 sur la figure 7.
L’autre partie de l’eau purifiée descend à l’intérieur des fibres creuses 102 jusqu’aux chambres inférieures 109, d’où elle rejoint, sous l’effet de la pression, les tubes centraux 107 associés dans lesquels elle remonte, comme indiqué en 24 sur la figure 8. Parvenue en haut des tubes centraux 107, l’eau filtrée rejoint la chambre supérieure de collecte de perméat de filtration 154, comme indiqué en 25 sur la figure 7.
L’eau purifiée est alors collectée par le tuyau de collecte de perméat de filtration 1530, comme indiqué en 26 sur la figure 7.
Ces opérations de filtration peuvent être réalisées à faible pression d’eau entrante, tout en présentant une performance de filtration importante.
Le module 20 est régulièrement soumis à un rétrolavage, l'eau étant injectée par l'intérieur des fibres creuses, de manière à détacher les boues de filtration qui viennent naturellement s'y coller en fonctionnement normal. Les boues de lavage tombent alors dans la chambre inférieure de collecte 144 et sont évacuées par le drain 1430, comme indiqué en 27 sur la figure 8.
Un autre mode de lavage des fibres 102 consiste à injecter de l'air sous pression par les injecteurs d’air 1 1 1 , depuis la buse d’aération 142, et au milieu du faisceau de fibres creuses de chaque élément 10, comme indiqué respectivement en 28 et 29 sur la figure 8. Le flux d'air et d'eau très turbulent ainsi créé secoue et provoque l'expansion du faisceau de fibres 101 , ainsi que le nettoyage des parois extérieures des fibres creuses 102. Ce nettoyage est d’autant plus efficace que l’air a été injecté au milieu même du faisceau de fibres 101. L'air est alors évacué en partie haute par la crépine 18, comme indiqué en 30 sur la figure 7.
Le mode de lavage de la crépine 18 comporte un rétrolavage dans lequel, dans un premier temps, on dirige la boue vers le bas du module 20. De cette manière, en début de rétrolavage lorsque la quantité de particules est importante, le flux ne retraverse pas la crépine 18 (ce qui pourrait la boucher).
Dans un second temps, à la fin du rétrolavage des fibres 102, l'eau de rétrolavage devient de plus en plus propre et on procède alors à un lavage à contre sens de la crépine 18, donc vers le haut, en ajoutant éventuellement une injection d'air au centre du faisceau de fibres 101 , qui contribue à augmenter l'efficacité du lavage.
Les fibres 102 étant mieux lavées, les performances de filtration du module 20 se maintiennent mieux dans le temps que lorsque les éléments de filtration inclus dans ces modules ne sont pas conformes à la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de filtration d’eau (20) à fibres creuses, comportant :
- un carter (13) présentant un axe longitudinal,
- une pluralité d’éléments de filtration d’eau (10) indépendants les uns des autres, assemblés de manière amovible dans ledit carter (13) de sorte à s’étendre selon ledit axe longitudinal, chacun desdits éléments de filtration d’eau (10) étant tel que :
• il comporte une pluralité de fibres creuses longitudinales (102) configurées pour permettre une filtration de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur des fibres, lesdites fibres (102) formant un faisceau de fibres (101 ) s’étendant selon ledit axe longitudinal et présentant une partie d’extrémité supérieure et une partie d’extrémité inférieure opposée,
• la partie d’extrémité supérieure desdites fibres (102) est incluse dans un premier bloc d’enrobage rigide (103), ledit premier bloc d’enrobage rigide (103) n’obturant pas les fibres (102) dans ladite partie d’extrémité supérieure,
- et une chambre supérieure de collecte de perméat (154) en communication hydraulique avec les fibres creuses (102) de l’ensemble des éléments de filtration d’eau (10),
ledit module de filtration d’eau (20) étant caractérisé en ce que chacun desdits éléments de filtration d’eau (10) est tel que :
- la partie d’extrémité inférieure desdites fibres (102) est incluse dans un deuxième bloc d’enrobage rigide (104), ledit deuxième bloc d’enrobage rigide (104) n’obturant pas les fibres (102) dans ladite partie d’extrémité inférieure,
- un tube creux longitudinal (107), dit tube central, est disposé dans ledit faisceau de fibres (101 ), au centre dudit faisceau, de sorte à s’étendre au moins sur toute la hauteur dudit faisceau (101 ) et à déboucher de part et d’autre dudit premier bloc d’enrobage (103) et dudit deuxième bloc d’enrobage (104),
- ledit élément de filtration d’eau (10) comporte un capuchon (108) fixé de manière étanche aux fluides autour du deuxième bloc d’enrobage (104), ledit capuchon (108) étant disposé de sorte à ménager, entre lui et ledit deuxième bloc d’enrobage (104), une chambre (109) en communication hydraulique avec lesdites fibres creuses (102) et avec ledit tube central (107), et en ce que les tubes centraux (107) de chacun desdits éléments de filtration d’eau (10) sont en communication hydraulique avec ladite chambre supérieure de collecte de perméat (154) au niveau de la partie supérieure des fibres (102).
2. Module de filtration d’eau (20) selon la revendication 1 , dans lequel, dans au moins un desdits éléments de filtration d’eau (10), le capuchon (108) est fixé de manière irréversible autour du deuxième bloc d’enrobage (104).
3. Module de filtration d’eau (20) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel, dans au moins un desdits éléments de filtration d’eau (10), le capuchon (108) est fixé de manière réversible autour du deuxième bloc d’enrobage (104).
4. Module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, dans au moins un desdits éléments de filtration d’eau (10), le faisceau de fibres (101 ) est maintenu en forme par une grille (1 10) qui l’entoure.
5. Module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins un desdits éléments de filtration d’eau (10) comporte un fourreau haut (105) enserrant le faisceau de fibres
(101 ) au niveau de leur partie d’extrémité supérieure et un fourreau bas (106) enserrant le faisceau de fibres (101 ) au niveau de leur partie d’extrémité inférieure.
6. Module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant une plaque supérieure (16) disposée dans ledit carter (13).
7. Module de filtration d’eau (20) selon la revendication 6, comportant des moyens d’assemblage coopérants portés respectivement par ladite plaque supérieure (16) et par lesdits éléments de filtration (10) pour l’assemblage amovible desdits éléments de filtration (10) à ladite plaque supérieure (16).
8. Module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant, dans le carter (13), une crépine (18) coaxiale avec ledit axe longitudinal, de longueur sensiblement égale à celle du carter (13). 9. Module de filtration d’eau (20) selon la revendication 8, dans lequel la crépine (18) est disposée au centre du carter (13), lesdits éléments de filtration (10) étant disposés autour de ladite crépine (18).
10. Module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins un desdits éléments de filtration d’eau (10) comporte un injecteur d’air (11 1 ) s’étendant autour dudit tube central (107) au niveau de la partie d’extrémité inférieure des fibres (102) et débouchant dans ledit faisceau de fibres (101 ) au-delà dudit deuxième bloc d’enrobage rigide (104), au milieu dudit faisceau de fibres (101 ).
11. Module de filtration d’eau (20) selon la revendication 10, comportant un socle (17) comportant un circuit de distribution d’air (171 ) depuis une buse d’aération (142) vers ledit injecteur d’air (1 1 1 ).
12. Procédé de fabrication d’un module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce qu’il comprend des étapes de :
- fabrication d’une pluralité desdits éléments de filtration d’eau (10), comprenant pour chacun desdits éléments de filtration d’eau (10) des étapes de :
• assemblage de fibres creuses (102) en faisceau autour d’un tube central creux longitudinal (107), ledit tube central (107) s’étendant au moins sur toute la hauteur dudit faisceau de fibres
(101 ), ledit faisceau de fibres (101 ) étant de préférence maintenu en forme par une grille (1 10) qui l’entoure,
• enrobage de la partie d’extrémité supérieure desdites fibres
(102) dans un premier bloc d’enrobage (103) n’obturant pas lesdites fibres (102) et n’obturant pas ledit tube central (107) au niveau de ladite partie d’extrémité supérieure, et enrobage de la partie d’extrémité inférieure desdites fibres (102) dans un deuxième bloc d’enrobage (104) n’obturant pas lesdites fibres (102) et n’obturant pas ledit tube central (107) au niveau de ladite partie d’extrémité inférieure,
• et fixation de manière étanche aux fluides d’un capuchon (108) autour du deuxième bloc d’enrobage (104), ledit capuchon (108) étant disposé de sorte à ménager, entre lui et ledit deuxième bloc d’enrobage (104), une chambre (109) en communication hydraulique avec lesdites fibres creuses (102) et avec ledit tube central (107),
- et assemblage de manière amovible de ladite pluralité d’éléments de filtration (10) dans ledit carter (13), de sorte que ladite chambre supérieure de collecte de perméat (154) soit en communication hydraulique avec les fibres creuses (102) et les tubes centraux (107) de l’ensemble des éléments de filtration d’eau (10) au niveau de la partie supérieure des fibres (102).
13. Installation de traitement d’eau caractérisée en ce qu’elle comporte :
- un module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 1 1 ,
- un tuyau d’arrivée d’eau à filtrer (1510),
- un tuyau de collecte de perméat de filtration (1530) raccordé à la chambre supérieure de collecte de perméat (154),
- et le cas échéant, un système de distribution d’air comprimé relié à la buse d’aération (142) dudit module de filtration d’eau (20).
14. Elément de filtration d’eau (10) configuré pour s’assembler de manière amovible dans un module de filtration d’eau (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 1 1 , ledit élément de filtration d’eau (10) comportant une pluralité de fibres creuses longitudinales (102) configurées pour permettre une filtration de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur des fibres, lesdites fibres (102) formant un faisceau de fibres (101 ) s’étendant selon un axe longitudinal et présentant une partie d’extrémité supérieure et une partie d’extrémité inférieure opposée, et dans lequel la partie d’extrémité supérieure desdites fibres (102) est incluse dans un premier bloc d’enrobage rigide (103), ledit premier bloc d’enrobage rigide (103) n’obturant pas les fibres (102) dans ladite partie d’extrémité supérieure,
caractérisé en ce que :
- la partie d’extrémité inférieure desdites fibres (102) est incluse dans un deuxième bloc d’enrobage rigide (104), ledit deuxième bloc d’enrobage rigide (104) n’obturant pas les fibres (102) dans ladite partie d’extrémité inférieure,
- un tube creux longitudinal (107), dit tube central, est disposé dans ledit faisceau de fibres (101 ), au centre dudit faisceau, de sorte à s’étendre au moins sur toute la hauteur dudit faisceau (101 ) et à déboucher de part et d’autre dudit premier bloc d’enrobage (103) et dudit deuxième bloc d’enrobage (104), - et ledit élément de filtration (10) comporte un capuchon (108) fixé de manière étanche aux fluides autour du deuxième bloc d’enrobage (104), ledit capuchon (108) étant disposé de sorte à ménager, entre lui et ledit deuxième bloc d’enrobage (104), une chambre inférieure (109) en communication hydraulique avec lesdites fibres creuses (102) et avec ledit tube central (107).
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