EP4323315A1 - Installation et procede pour le traitement de l'eau - Google Patents

Installation et procede pour le traitement de l'eau

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Publication number
EP4323315A1
EP4323315A1 EP22722702.2A EP22722702A EP4323315A1 EP 4323315 A1 EP4323315 A1 EP 4323315A1 EP 22722702 A EP22722702 A EP 22722702A EP 4323315 A1 EP4323315 A1 EP 4323315A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
filter
gravity
media
equal
Prior art date
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Pending
Application number
EP22722702.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Caroline BARBÉ
Delia Pastorelli
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.)
Suez International SAS
Original Assignee
Suez International SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suez International SAS filed Critical Suez International SAS
Publication of EP4323315A1 publication Critical patent/EP4323315A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C02F1/004—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using large scale industrial sized filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/24—Treatment of water, waste water, or sewage by flotation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/08—Multistage treatments, e.g. repetition of the same process step under different conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to an installation for the treatment of water with a view to its potabilisation or desalination, and a method implemented using such an installation.
  • the invention relates more specifically to a pretreatment of seawater or brine to produce drinking water or water for industrial use, upstream of a membrane treatment step (reverse osmosis, nanofiltration, electrodialysis, membrane distillation, direct osmosis , capacitive deionization, etc.).
  • the invention may also relate to a pretreatment of water with a low salt content, with a view to making it drinkable.
  • a desalination process comprises a step of filtration on reverse osmosis membranes, preceded by a pretreatment step intended to control the quality of the water passing through the osmosis membranes, to preserve them from possible clogging and/or premature degradation.
  • Water pretreatment is generally carried out by independent structures such as a two-layer filter, i.e. with at least two media of different grain sizes.
  • the bilayer filter can be gravity or under pressure. Filtration rates for a first seawater pre-treatment stage are typically:
  • a two-layer filter is generally implemented with frontal filtration, the water to be pretreated percolating vertically through the filter medium, the latter having a height of between 1 and 2 m with a grain size decreasing in the meaning of filtration, generally between 0.3 mm and 1.5 mm.
  • the choice of the particle size of the two media is critical in order to ensure proper reclassification of the bilayer filter following backwashing.
  • An example of a two-layer filter is for example described in international application WO-A-2008093017.
  • the pretreatment can also be carried out in a DAF installation followed by a filtration device, in particular gravity filtration.
  • a filtration device in particular gravity filtration.
  • Various prior art documents describe a water treatment process comprising a dissolved air flotation step (or “Dissolved Air Flotation” in English, abbreviated "DAF") followed by a gravity filtration step, optionally prior to a membrane filtration step.
  • DAF dissolved air flotation step
  • gravity filtration step optionally prior to a membrane filtration step.
  • these facilities have a large footprint.
  • DAFF DAF-Filters
  • DAF-UF DAF-Ultrafiltration
  • International application WO-A-2014044619 describes, for example, a DAFF-type installation comprising a coagulation zone and a flocculation zone to which a flotation reactor is connected, said flotation reactor communicating with a gravity filter arranged in such a way water from the flotation reactor flows into the gravity filter.
  • Said gravity filter is distributed over a great height, this being between 1.5 m and 3 m, and preferably equal to 3 m.
  • the filter medium can be single-layer, consisting of sand with a particle size between 0.5 and 0.8 mm, or multi-layer, said multi-layer medium always comprising at least one layer of sand with a particle size between 0.5 and 0.8 mm. .
  • the speed of the filtration step through the gravity filter is between 10 and 30 m/h.
  • e-DAF Another type of combined solution, denoted “e-DAF” is reported in international application WO-A-2018115500.
  • the installation of WO-A-2018115500 allows the application of treatment speeds greater than 30 m/h, leading to treated water of intermediate quality between filtered water (on bilayer media or on membrane) and floated water (at the outlet of a simple DAF).
  • the installation of WO-A-2018115500 includes a gravity filter which only requires a layer of media with a height of less than 1 m, with a particle size advantageously greater than or equal to 1.5 mm, generating little pressure drop.
  • Such an “e-DAF” type installation can then operate at higher speeds than a DAF Filter (up to more than 40 m/h), at work heights equivalent to that of a conventional DAF.
  • the water quality at the e-DAF outlet being of better quality than that at the DAF outlet, the speed applicable in the subsequent treatment steps can therefore be significantly increased.
  • Application WO-A-2018115500 further describes the implementation of a subsequent refining step, ultrafiltration.
  • a subsequent refining step ultrafiltration.
  • Such a combination makes it possible to use a larger size of media in the gravity filtration step.
  • Such a combination thus makes it possible to reach an interesting compromise between pressure drops and quality of the water leaving the "e-DAF" installation, and to reach increased speeds during the ultrafiltration stage, higher at 60 L.nr 2 .lr 1 (LMFI).
  • the work intended for the implementation of ultrafiltration therefore has a smaller footprint than with a conventional system of the DAF-UF type.
  • ultrafiltration membranes for water having a high organic load involves a high consumption of chemical products to carry out chemically enhanced cleaning (or backwashing) (denoted CEB or CEBW in English for "Chemically Enhanced Backwash”) in order to maintain the filtration performance at a given flow.
  • chemically enhanced cleaning or backwashing
  • CEB or CEBW in English for "Chemically Enhanced Backwash”
  • the need to carry out backwashing with or without chemical products can thus induce a high loss of water and degrade the conversion rate of the pre-treatment, which induces an additional cost in terms of energy, the water not used for production nevertheless having to be routed to the system.
  • the invention proposes to combine an installation of the "e-DAF" type with an installation suitable for filtration on high-speed media, the media preferably being single-layer.
  • the invention relates to a water treatment installation comprising: means for supplying the water to be treated, a flotation reactor comprising at least a first inlet fluidly connected to said means supply, a gravity filter, said flotation reactor being at least partially superimposed on said gravity filter and communicating with it so that the water coming from said flotation reactor can flow by gravity into said gravity filter, to produce water float-filtered water, said gravity filter having a bed of single-layer filter medium distributed over a height less than or equal to 1 m, said gravity filter further comprising an outlet for discharging the float-filtered water, and at least one filter on high-speed media, for filtering the float-filtered water coming from the gravity filter, comprising at least one inlet connected fluidically at the outlet of the gravity filter, and at least one outlet for discharging the pretreated water.
  • the invention relates to a process for treating water with a view to making it drinkable and/or desalinating it, said process comprising at least one treatment cycle for said water comprising: a) a stage of flotation within a flotation reactor of the water to be treated, supplying floated water, b) a stage of gravity filtration within a gravity filter of the floated water coming from said stage of flotation a) to supply float-filtered water, said flotation reactor being at least partially superimposed on said gravity filter, and said gravity filter having a bed of single-layer filter medium distributed over a height less than or equal to 1 m, c) a stage of filtration on high-speed media of the floated-filtered water resulting from the gravity filtration stage, to provide pretreated water.
  • the water pretreated by the process can then be used as feed water for a desalination unit or a desalination unit, in particular by reverse osmosis.
  • the pretreated water can also be brought to a means of drinking water.
  • the pretreated water obtained in step c) is subjected to a subsequent step of desalination or potabilisation by reverse osmosis.
  • the method of the invention can be implemented in an installation according to one of the embodiments described above or below.
  • such an installation allows the implementation of a method for pretreating water to be desalinated and/or to be made drinkable, in which the speed of the pretreated water (, i.e. from the step c)) is greater than 15 m/h.
  • the plant has a limited footprint, and requires significantly less expensive facilities.
  • the quality of the pretreated water (i.e. from step c)) is sufficient to allow an immediately subsequent step of membrane filtration, and in particular treatment by reverse osmosis.
  • the invention can be considered as flotation followed by filtration on two-layer media which would have been "decoupled", that is to say that the filtration on the first layer - generally the layer of particle size more high - is integrated into the flotation structure which includes the gravity filter, while the filtration on the second layer - typically of finer particle size - is itself implemented in a separate, high-speed filter.
  • This conceptual “decoupling” has the following consequences: - to overcome the problems specific to two-layer media filters: the reclassification of the media following backwashing (and more particularly backwashing), thus offering a wider choice of media particle size combinations, and in fact a reduction costs through the use, for example, of a medium with a larger particle size, particularly in the installation of “eDAF”;
  • a filter with media does not require chemical cleaning, which implies less water loss, and the limitation or even the elimination of the need for chemical products for cleaning;
  • a filter with media requires a low operational cost, because the media is rarely replaced in its entirety.
  • the invention therefore relates to a water treatment installation comprising:
  • said flotation reactor R FI0 being at least partially superimposed on said gravity filter F g and communicating with it so that the water coming from said flotation reactor R F
  • said gravity filter F g having a bed of single-layer filter medium distributed over a height less than or equal to 1 m, said gravity filter F g further comprising an outlet OF 9 to evacuate the float-filtered water, and
  • At least one filter on high-speed media for filtering the float-filtered water coming from the gravity filter F g , comprising at least one IHRMF inlet fluidly connected to the outlet 0 Fg of the gravity filter F g . and at least one OHRMF outlet to evacuate the pretreated water.
  • the installation is more particularly a desalination or water purification installation.
  • gravity filter is meant a porous medium comprising at least one layer of granular filter media, through which a solid-liquid mixture is caused to percolate, the solid particles being ideally retained in the intergranular spaces over the greater part layer height.
  • a gravity filter essentially uses gravity to percolate water and any particles (the filter is generally open to the atmosphere), unlike a high-velocity filter.
  • filtering media in the sense of the invention an “active" granular media in the filtration step, that is to say that it is responsible for the filtration, either by its properties of particle retention (particle size), organic retention (biofiltration), adsorption or absorption. Filtration can be effective on the surface or in depth depending on the type of media chosen. In general, the media has a relatively small particle size, in particular less than 5 mm, and preferably less than 2 mm.
  • a “monolayer” filtering medium means a filtering medium whose composition is homogeneous both in terms of its particle size and its composition.
  • the bed of filter media can be placed on a "support layer" which does not participate in the filtration: such a support layer is intended to level the bottom of the filter, in particular by covering the piping.
  • the media used for the support layer are generally non-porous (therefore “inert” in terms of filtration), and typically have a particle size greater than that of the filter media, greater than 2 mm. It is most often gravel or garnet.
  • the bed of single-layer filter medium of the gravity filter is distributed over a height equal to or greater than 0.2 m and less than or equal to 1 m, for example over a height of between 0.5 and 1 m.
  • the filter media bed of the gravity filter consists of a layer of granular material having a particle size greater than or equal to 0.8 mm, preferably greater than or equal to 0.8 mm and less than or equal to 5 mm, and preferably greater than or equal to 0.8 mm and less than or equal to 4 mm.
  • the filter medium consists of a layer of granular material having a particle size equal to or greater than 0.8 mm, preferably equal to or greater than 1.0 mm and less than or equal to 5 mm, in particular equal to or greater than 1.2 mm and less than or equal to 5 mm, preferably equal to or greater than 1.2 mm and less than or equal to 3 mm, for example between 1.5 and 2.5 mm.
  • a granular material is characterized by various parameters, in particular the grain size, which is defined by the pair: effective size (TE) and uniformity coefficient (CU), the shape of the grains: angular (crushed material), round ( river or sea sand), or more or less flat (characterized by a flattening coefficient), and friability, which makes it possible to choose materials likely to be used in filtration without the risk of producing fine particles (this i.e. dust with a particle size too small to be used) by washing operations, and porosity.
  • TE effective size
  • CU uniformity coefficient
  • friability which makes it possible to choose materials likely to be used in filtration without the risk of producing fine particles (this i.e. dust with a particle size too small to be used) by washing operations, and porosity.
  • the granular material is chosen from: anthracite, pumice stone, expanded clays (in particular that known under the trade name filtralite), activated carbon, zeolite, glass beads, polymer beads, or ceramic beads. These different materials can be coated or treated chemically or biologically to improve their properties.
  • the granular material of the filter medium of the gravity filter is anthracite, pumice stone or expanded clay.
  • the gravity filter has a single-layer anthracite bed, the anthracite being characterized by a particle size equal to or greater than 0.8 mm and less than or equal to 5 mm, and preferably equal to or greater than 1.0 mm and less than or equal to 3 mm, for example between 1.5 and 2.5 mm.
  • the anthracite can be replaced by pumice stone or expanded clay.
  • the flotation reactor comprises a lower wall which comprises, at least in part, the filter medium. More particularly, the bottom wall of said flotation reactor includes the filter medium.
  • the lower wall of the flotation reactor comprises a floor supporting said filter medium.
  • the lower wall of said flotation reactor comprises a floor supporting said filter medium.
  • the latter can consist of bushings integrated into reinforced polyester slabs, prefabricated concrete slabs or simply into a monolithic reinforced concrete slab.
  • the floor can also consist of polymeric (plastic derived from a polyolefin for example) or metal slabs, supporting said filter medium.
  • the installation further comprises at least one washing means, in particular a backwashing means, of said gravity filter.
  • the installation can include any type of suitable washing means; according to a particular aspect, the washing means comprises a counter-current injection means of water and/or air.
  • the gravity filter can gradually clog during use. To maintain an adequate level of filtration performance, and depending on the nature of the water treatment installation, washing cycles must be regularly implemented. The absence of washing can lead to the clogging of certain areas, leaving only a reduced passage for water, the pressure drop then increases more quickly, filtration becomes locally faster and less effective. These washes most often consist of the injection of water, and possibly air against the current through the gravity filter, and therefore consist of backwashing.
  • the water, and possibly the air, are injected using injection means well known to those skilled in the art, and make it possible to release the material accumulated in the interstices of the filter medium, said material will then be eliminated.
  • the pretreatment is followed by a step of filtration by reverse osmosis, it is also possible to use the concentrate/retentate resulting from the step of reverse osmosis to carry out the washing.
  • the term "high-speed media filter” or HRMF filter (High Rate Monolayer Filter in English) denotes a porous medium comprising at least one layer of granular filter media, through which a solid-liquid mixture is filtered at high speed.
  • a high-speed media filter can be gravity-fed or pressurized.
  • An HRMF filter comprises at least one layer of filter medium on the surface of which a cake of solid particles forms; preferably, it is monolayer.
  • An HRMF filter generally comprises several filtration modules in parallel.
  • the bed of filter medium, preferably monolayer is distributed over a height equal to or greater than 0.2 m and less than or equal to 1 m, preferably between 0.4 m and 1 m.
  • the bed of filter medium, preferably monolayer is distributed over a height equal to or less than 0.8 m or 0.7 m, or even 0.5 m.
  • the bed of filtering medium, preferably monolayer is distributed over a height equal to or greater than 0.2 m and less than or equal to 0.8 m, preferably between 0.4 m and 0.7 m
  • the filter on high-speed media is generally under pressure.
  • the excess pressure applied relative to atmospheric pressure is generally between 0.4 and 20 bar, in particular between 0.4 and 5 bar.
  • the filter media bed of the HRMF high-speed filter consists of a layer of fine granular material, having a particle size less than or equal to 1 mm, preferably between 0.1 and 1 mm, and more preferably between 0.2 and 0.6 mm.
  • the choice of the most appropriate filter medium for the HRMF high-speed filter is made by a person skilled in the art according to the known characteristics of each of the materials.
  • the granular material of the filter medium of the HRMF high-speed filter is chosen from: anthracite, pumice stone, expanded clay (in particular filtralite), activated carbon, zeolite, sand, glass beads, polymer beads, or ceramic beads. These different materials can be coated or treated chemically or biologically to improve their properties. Preferably it is sand.
  • the filter media bed of the HRMF high-speed filter can be deposited on a "support layer" which does not participate in the filtration: such a support layer aims level the bottom of the filter, in particular by covering the piping.
  • the media used for the support layer generally have a particle size greater than that of the filter medium, greater than 2 mm. It is most often gravel.
  • a high-speed high-speed media filter is described for example in international application WO-A-2014012167.
  • Such a filter comprises hydro-ejectors arranged so as to create a vortex above the filter medium, and generating a tangential filtration of the fluid. Any suspended media particles thus remain in the circulation flow, while the liquid can pass through the filter media under the effect of pressure.
  • this technology is more energy-intensive than conventional frontal filtration.
  • a filter with frontal filtration which consumes less energy and is therefore more economical, will be used.
  • An example of a filter with frontal filtration is that marketed by SUEZ under the trade name Seaclean.
  • the high-speed media filter may further comprise at least one washing means, in particular a backwashing means, of said high-speed media filter.
  • the installation can include any type of suitable washing means; according to a particular aspect, the washing means comprises a counter-current injection means of water and/or air. If the pretreatment is followed by a reverse osmosis filtration step, the concentrate/retentate from the reverse osmosis step can also be used to carry out the washing.
  • the installation further comprises a coagulation and/or flocculation zone Z, said coagulation and/or flocculation zone Z comprising at least one Iz inlet and one Oz outlet, the inlet lz being fluidically connected to the supply means A of the water to be treated E, and the flotation reactor R F I 0 comprising at least one inlet connected to the outlet Oz of said coagulation and/or flocculation zone.
  • the output Oz of said coagulation and/or flocculation zone is connected to the first input IFI 0 of the flotation reactor.
  • the first inlet IR 0 of the flotation reactor is connected only to the outlet Oz of said coagulation and/or flocculation zone: according to this variant, the water to be treated is therefore considered to be the water from the coagulation and/or flocculation zone.
  • the coagulation/flocculation zone makes it possible to increase the size of the flocs and/or to capture more colloidal material in the form of flocs, which are subsequently extracted from the flotation zone.
  • the installation may further comprise a coagulation and/or flocculation zone Zi, said coagulation and/or flocculation zone Zi comprising at least one Izi inlet and one Ozi outlet, the input lzi being fluidically connected to the output OF 9 of the gravity filter, and the output O zi being fluidically connected to the input IHRMF of the high-speed media filter HRMF.
  • a second coagulation/flocculation zone provides an additional lever for lowering the clogging index known by the acronym SDI for Silt Density Index, for heavily polluted water.
  • SDI Silt Density Index
  • the installation further comprises a URO reverse osmosis desalination and/or potabilization unit for desalinating and/or potabilizing the pretreated water and producing desalinated water, said unit comprising at at least one IRO inlet fluidly connected with the OHRMF outlet of the HRMF high-speed media filter, and comprising at least one ORO outlet to evacuate the desalinated water (also called permeate).
  • a URO reverse osmosis desalination and/or potabilization unit for desalinating and/or potabilizing the pretreated water and producing desalinated water, said unit comprising at at least one IRO inlet fluidly connected with the OHRMF outlet of the HRMF high-speed media filter, and comprising at least one ORO outlet to evacuate the desalinated water (also called permeate).
  • the invention also relates to a process for treating water with a view to its desalination and/or making it drinkable, said process comprising at least one treatment cycle for said water comprising: a) a flotation step within a flotation reactor for the water to be treated, supplying floated water, b) a step of gravity filtration of the floated water coming from said flotation step a) within a gravity filter to supply water floated-filtered water, said flotation reactor being at least partly superimposed on said gravity filter, and said gravity filter having a bed of single-layer filter media distributed over a height less than or equal to 1 m, c) a step of filtration on media high speed of the floated-filtered water from the gravity filtration step b), to provide pretreated water.
  • the water to be treated E can be sea water, or industrial water loaded with salts. It can also be turbid water comprising buoyant suspended matter.
  • the water to be treated according to the invention typically has one or more of the following characteristics:
  • the turbidity is measured with a Hach brand turbidimeter, and is expressed in NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
  • Suspended Solids (SS) measurement follows Standard Method 2540D approved by the US Environmental Protection Agency, I ⁇ RA (Environmental Protection Agency).
  • I ⁇ RA Endogeneous Protection Agency
  • a known and homogeneous volume of the water to be analyzed is filtered through a pre-weighed fiberglass filter. The filter is then studied at a temperature of 104 ⁇ 1 e and then weighed. The increase in the mass measured, divided by the volume of filtered water, thus represents the value of TSS in mg/L.
  • TOC Total Organic Carbon
  • the algae content is measured by counting by optical, fluorescence or electron microscopy, by flow cytometry or else by molecular techniques.
  • the clogging index noted SDI makes it possible to assess, from the clogging of a filter, the presence of particles when the turbidity criterion is no longer sensitive enough. The duration of filtration is therefore linked to the clogging potential of the filtered water.
  • the SDI is measured according to the method described in standard ASTM D4189 - 07(2014) “Standard Test Method for Silt Density Index (SDI) of Water”.
  • the salinity of the water to be treated E is not a limiting parameter for the invention.
  • the treatment method may also comprise a preliminary step aO) of coagulation and/or flocculation of the water to be treated before step a) of flotation.
  • the water to be treated can then comprise all or part of the coagulated and/or flocculated water obtained in step aO).
  • the water to be treated in step b) is the coagulated and/or flocculated water obtained in step aO).
  • the treatment method may also comprise an intermediate step b2) of coagulation and/or flocculation of the filtered float water from step b).
  • step c) of filtration on high-speed media to supply pretreated water is carried out on the water resulting from step b2).
  • This process has the essential advantage of making it possible to achieve a water treatment speed greater than 15 m/h, and can in particular reach up to 60 m/h.
  • the choice of speeds depends on the quality of the inlet water as well as the type and size of media used.
  • the single-layer filter media bed of the gravity filter is distributed over a height of less than 1 m and consists of a layer of granular material having a particle size as defined above.
  • said gravity filtration step is implemented at a speed greater than 30 m/h, for example at a speed of between 30 m/h and 60 m/h.
  • the method further comprises at least one washing cycle of said gravity filter, including a backwashing step of said gravity filter.
  • this step is implemented after step b) of gravity filtration.
  • Regular washing breaks up the cake (which may in particular include a biofilm) that forms on the surface of the filter medium, acting as a "clogging crust", and to preserve its performance.
  • step c) of filtration on high-speed media is carried out at a speed greater than 15 m/h, preferably between 15 m/h and 60 m/h, even more preferably between 20 and 40 mph.
  • the person skilled in the art will choose the speed according to the quality of the inlet water, the type and size of media used as well as the targeted performance.
  • It can be a tangential or frontal filtration under pressure, preferably the filtration is of the frontal type, the water to be pretreated percolating in a substantially vertical direction through the filter medium.
  • the excess pressure applied relative to atmospheric pressure is generally between 0.4 and 20 bar, preferably between 0.4 and 5 bar.
  • the method further comprises at least one washing cycle of said filter on high-speed media, including a step of backwashing said filter on high-speed media.
  • backwashing is typically implemented by briefly counter-currently feeding the filter with wash water, such as filtered water for example.
  • wash water such as filtered water for example.
  • the concentrate/retentate from the reverse osmosis step can also be used to carry out the washing.
  • this step is implemented after step c) of gravity filtration. Regular washing breaks up the cake (which may in particular include a biofilm) that forms on the surface of the filter medium, acting as a "clogging crust", and to preserve its performance.
  • the water treated by the process can be used as feed water for a desalination unit or a desalination unit, in particular by membrane treatment.
  • the membrane treatment can be reverse osmosis, nanofiltration, electrodialysis, membrane distillation, forward osmosis, and/or capacitive deionization. Generally, this is reverse osmosis.
  • the treated water can also be brought to a potabilization means.
  • the pretreated water obtained in step c) is subjected to a subsequent desalination or potabilisation step by membrane treatment.
  • the membrane treatment can be reverse osmosis, nanofiltration, electrodialysis, membrane distillation, forward osmosis, and/or capacitive deionization. Generally, this is reverse osmosis.
  • Desalinated water after membrane treatment, in particular by reverse osmosis, is called permeate and has very little mineral content (very low salinity) - it is in some cases considered to be devoid of minerals.
  • the permeate is typically remineralized in a post-treatment step. Remineralization is systematic in case of drinking water.
  • the process for treating water with a view to making it drinkable or desalinating it comprising at least one treatment cycle for said water and comprising:
  • step c) a step of desalination and/or potabilization of the pretreated water resulting from step c) by membrane treatment as described above, and in particular by reverse osmosis.
  • the method can be implemented in an installation according to one of the embodiments previously described.
  • the filter on high-speed media is then under pressure.
  • FIG. 1 represents a water treatment installation according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is illustrated an installation for the treatment of water, said installation comprising:
  • a flotation reactor R FLO comprising an inlet I A0 connected to the outlet of a coagulation/flocculation zone Z, and
  • a gravity filter F g said flotation reactor R FLO being at least partially superimposed on said gravity filter F g and communicating with it so that the water coming from said flotation reactor R FL can flow by gravity into said gravity filter F g , said gravity filter F g having a bed of single-layer filter medium distributed over a height less than or equal to 1 m.
  • a coagulating agent C can be added and then mixed with the water to be treated, using suitable means (not shown).
  • a coagulating agent such as in particular iron chloride or aluminum sulphate causes the coagulation of colloidal particles and particles in suspension in the water to be treated, in particular algae, phytoplankton and part of the organic material.
  • the colloids agglomerate with each other by mechanical or piston-type agitation to form “flocs” in the hydraulic Z coagulation/flocculation zone.
  • a flocculation agent F (or coagulation adjuvant) can be added and then mixed with the water to be treated, using suitable means (not shown).
  • the addition of a flocculation agent makes it possible to agglomerate the particles into larger clusters.
  • the water, previously coagulated and additionally flocculated, is then routed to a zone for injecting water supersaturated with oxygen E02, atmospheric nitrogen gas or any other suitable gas.
  • oxygen E02 oxygen
  • gas bubbles form on rising to the surface of the flotation reactor R FL o, carrying with them any flocs present in the water.
  • the mixture of air bubbles and floc can then be evacuated by overflow from the SFLO separation zone of the flotation reactor, in particular via a chute G (not shown) into which it can be pushed by means of an overflow device or scraper provided for this purpose.
  • the installation of Figure 1 also comprises a gravity filter F g , the flotation reactor R FL o being at least partly superimposed on this gravity filter F g and communicating with it so that the water from said reactor flotation R FL o can flow by gravity in said gravity filter Fg.
  • This Fg gravity filter houses a filter media monolayer, that is to say consisting of a single layer of a given filtering material, said media being distributed over a height less than or equal to 1 m.
  • the floated-filtered water coming from the gravity filter Fg is then led via a supply means to a pressure media filter HRMF in order to then be filtered there.
  • the water treatment method implemented by the installation of Figure 1 comprises one or more successive treatment cycles consisting in introducing the water to be treated E, by feed means A into the coagulation tank / flocculation Z. At least one coagulant reagent C and at least one flocculation reagent F are injected and mixed with the water to be treated. Under the effect of the coagulant reagent, the colloidal and suspended particles, present in the water to be treated, agglomerate and form flocs. The water is then filtered on the gravity filter F g , the water coming from said filtration is conveyed by a supply means and is then treated by high-speed filtration on a FIRMF filter.
  • Comparative water treatment tests were carried out in an installation according to the invention, with different single-layer gravity filters, with a height varying from 0.5 to 1 m, consisting of a filter medium (pumice stone, anthracite and expanded clay) with a particle size between 1.2 and 3 mm; and in combination with various filters on high-speed media, with a bed of filter media with a height varying from 0.4 to 0.75 m, consisting of a filter media (sand) with a particle size between 0.28 and 0.55 mm.
  • a filter medium prumice stone, anthracite and expanded clay
  • the speed of passage through each of the gravity filters is also determined. It is about 40 m/h in the “e-DAF” reactor, and about 20 m/h in the high-speed media filter.
  • the water to be treated before entering the device of FIG. 1 has the following characteristics:
  • a rate of suspended matter less than or equal to 30 mg/L is a rate of suspended matter less than or equal to 30 mg/L
  • the performance may be similar to a combination of the DAF + UF type, which makes it possible to obtain 15min SDI less than 100% of the time, and even a 15min SDI less than 3 90% of the time.

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Abstract

L'invention se situe dans le domaine technique du traitement des eaux. L'invention a pour objet une installation pour le traitement de l'eau, comprenant : des moyens d'amenée de l'eau à traiter A, éventuellement une zone de coagulation et/ou de floculation Z, dans laquelle débouchent lesdits moyens d'amenée A de l'eau à traiter E, un réacteur de flottation RFLO comprenant une entrée et un filtre gravitaire Fg, l'eau provenant dudit réacteur de flottation RFLO peut s'écouler par gravité dans ledit filtre gravitaire, celui-ci présente un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m. L'installation comprend au moins un filtre sur media haute vitesse HRMF pour filtrer l'eau flottée-filtrée provenant du filtre gravitaire Fg. Une installation selon l'invention peut comprendre une unité de dessalement et/ou de potabilisation par traitement membranaire, notamment par osmose inverse, pour dessaler et/ou potabiliser l'eau prétraitée issue du filtre sur media haute vitesse.

Description

DESCRIPTION
TITRE : INSTALLATION ET PROCEDE POUR LE TRAITEMENT DE L’EAU DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention a trait à une installation pour le traitement de l’eau en vue de sa potabilisation ou de son dessalement, et un procédé mis en oeuvre à l’aide d’une telle installation. L’invention concerne plus spécifiquement un prétraitement d’eau de mer ou de saumure pour produire une eau potable ou une eau à usage industriel, en amont d’une étape de traitement membranaire (osmose inverse, nanofiltration, électrodialyse, distillation membranaire, osmose directe, déionisation capacitive, ...). L’invention peut également concerner un prétraitement d’eau peu chargée en sel, en vue de sa potabilisation.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
[0002] Dans le domaine du traitement de l’eau, en particulier pour le dessalement ou la potabilisation, la qualité d’une eau en amont des membranes de filtration membranaire est de la plus grande importance pour le fonctionnement d’une installation. Ce critère est d’autant plus important lorsque l’eau à traiter est de qualité particulièrement « difficile » ou lors d’épisodes ponctuels de fort développement d’algues dans l’eau à traiter.
[0003] Classiquement, un procédé de dessalement comprend une étape de filtration sur membranes d’osmose inverse, précédée d’une étape de prétraitement destinée à contrôler la qualité de l’eau traversant les membranes d’osmose, pour les préserver d’un éventuel colmatage et/ou d’une dégradation prématurée. Le prétraitement des eaux est généralement réalisé par des ouvrages indépendants tel qu’un filtre bicouche, c’est-à-dire avec au moins deux média de granulométrie différente. Le filtre bicouche peut être gravitaire ou sous pression. Les vitesses de filtration pour une première étape de pré-traitement d’eau de mer se situent typiquement :
- entre 8 et 13 m/h pour une filtration bicouche gravitaire,
- entre 10 et 15m/h pour une filtration bicouche sous pression.
Le choix des vitesses est bien entendu fonction de la qualité d’eau en entrée ainsi que du type et de la taille de média utilisé. La demande internationale WO-A-9315021 décrit ainsi une installation comprenant un filtre gravitaire à travers lequel passe l’eau préalablement traitée par flottation, à une vitesse d’environ 8 m/h. Ce filtre bicouche est d’une hauteur de 1 m et est constitué par une couche d’anthracite superposée à une couche de sable, ou alternativement par une couche de sable.
[0004] Un filtre bicouche est généralement mis en oeuvre avec une filtration frontale, l’eau à prétraiter percolant de façon verticale au travers du média filtrant, ce dernier présentant une hauteur comprise entre 1 et 2 m avec une taille de grains allant décroissant dans le sens de la filtration, généralement comprise entre 0.3 mm et 1 .5 mm. Le choix de la granulométrie des deux média est critique afin d’assurer une bonne reclassification du filtre bicouche à la suite des rétrolavages. Un exemple de filtre bicouche est par exemple décrit dans la demande internationale WO-A-2008093017.
[0005] Le prétraitement peut également être réalisé dans une installation de DAF auquel fait suite un dispositif de filtration, notamment de filtration gravitaire. Différents documents de l’art antérieur décrivent un procédé de traitement de l’eau comprenant une étape de flottation à air dissous (ou « Dissolved Air Flotation » en langue anglaise, abrégé « DAF ») suivie d’une étape de filtration gravitaire, éventuellement préalables à une étape de filtration membranaire. Ces installations présentent cependant une importante emprise au sol.
[0006] Une solution à cet inconvénient est de combiner les ouvrages par la conception d’installations DAFF (DAF-Filtres) ou DAF-UF (DAF-Ultrafiltration). Dans le cas du DAFF, cela requiert cependant d’augmenter la hauteur du média filtrant, ce qui engendre un surcoût lié à la hauteur de l’ouvrage (augmentation du CAPEX (coûts d’investissements)), et des pertes de charge supplémentaires.
[0007] La demande internationale WO-A-2014044619 décrit par exemple une installation de type DAFF comprenant une zone de coagulation et une zone de floculation auxquelles est relié un réacteur de flottation, ledit réacteur de flottation communiquant avec un filtre gravitaire disposé de telle sorte que l’eau provenant du réacteur de flottation s’écoule dans le filtre gravitaire. Ledit filtre gravitaire est réparti sur une grande hauteur, celle-ci est comprise entre 1 ,5 m et 3 m, et de préférence égale à 3 m. Le média filtrant peut être monocouche, constitué par du sable de granulométrie comprise entre 0,5 et 0,8 mm, ou multicouche, ledit média multicouche comprenant toujours au moins une couche de sable de granulométrie comprise entre 0,5 et 0,8 mm. La vitesse de l’étape de filtration à travers le filtre gravitaire est comprise entre 10 et 30 m/h.
[0008] De telles solutions DAF-Filtres de l’art antérieur tendent à l’obtention d’une qualité d’eau telle qu’aucune étape de filtration membranaire supplémentaire n’est nécessaire. De ce fait, ces installations doivent utiliser des matériaux de filtration de granulométrie fine afin d’obtenir une filtration efficace et une qualité d’eau suffisante. Ces installations comprennent en effet une couche de granulométrie de 0,5 à 0,8 mm pour l’étape finale de filtration.
[0009] Ces solutions présentent l’inconvénient d’une vitesse limitée à la vitesse du filtre, c’est- à-dire comprise entre 10 et 30 m/h, et la génération d’une importante perte de charge, la perte de charge étant proportionnelle à la hauteur et la granulométrie du média, et au débit d’alimentation. En effet, si une installation DAF « classique » (sans filtre) peut être utilisée à une vitesse pouvant atteindre 40 m/h, dans une installation DAF-Filtre selon l’état de l’art, en présence de hauteurs de matériau classiques, la vitesse est limitée à 12 m/h (vitesse maximale de filtration gravitaire communément admise). On note d’ailleurs que l’exemple de la demande WO-A-2014044619 mentionne la vitesse de 15m/h (voir page 17 lignes 8-11).
[0010] Un autre type de solution combinée, dénotée « e-DAF » est rapportée dans la demande internationale WO-A-2018115500. L’installation de WO-A-2018115500 permet l’application de vitesses de traitement supérieures à 30 m/h, conduisant à une eau traitée de qualité intermédiaire entre de l’eau filtrée (sur média bicouche ou sur membrane) et de l’eau flottée (en sortie d’un DAF simple). L’installation de WO-A-2018115500 comprend un filtre gravitaire qui ne requiert qu’une couche de média de hauteur inférieure à 1 m, avec une granulométrie avantageusement supérieure ou égale à 1.5mm, générant peu de pertes de charge. Une telle installation de type « e-DAF » peut alors fonctionner à des vitesses plus importantes qu’un DAF Filtre (jusqu’à plus de 40 m/h), à hauteurs d’ouvrage équivalentes à celle d’un DAF conventionnel. De plus, la qualité d’eau en sortie de e-DAF étant de meilleure qualité que celle en sortie de DAF, la vitesse applicable dans les étapes de traitement subséquentes peut donc être significativement augmentée.
[0011] La demande WO-A-2018115500 décrit en outre la mise en oeuvre d’une étape d’affinage ultérieure, l’ultrafiltration. Une telle combinaison permet d’utiliser une taille de media plus importante dans l’étape de filtration gravitaire. Une telle combinaison permet ainsi d’atteindre un compromis intéressant entre pertes de charge et qualité de l’eau en sortie de l’installation « e-DAF », et d’atteindre des vitesses accrues lors de l’étape d’ultrafiltration, supérieures à 60 L.nr2.lr1 (LMFI). L’ouvrage destiné à la mise en oeuvre de l’ultrafiltration présente donc une emprise au sol plus faible qu’avec un système classique de type DAF-UF. [0012] Cependant, cette combinaison « e-DAF-UF » n’est pas adapté pour le traitement de certains types d’eau, notamment lorsque la charge organique est importante et/ou fluctuante, ou lorsque l’amplitude de température de l’eau d’entrée est importante. En effet, bien qu’efficace vis-à-vis des particules colloïdales, l’ultrafiltration (UF) présente des performances d’abattement assez faibles envers la matière organique dissoute, responsable du développement des micro-organismes pouvant générer un encrassement biologique (phénomène dénommé « biofouling » en anglais) sur les membranes d’osmose inverse. [0013] De plus, les membranes d’UF sont sensibles aux variations de qualité de l’eau d’alimentation - notamment les variations de viscosité qui dépendent fortement de la température - et demandent des ajustements constants, tels que des réductions du flux de production notamment.
[0014] Par ailleurs, l’utilisation de membranes d’ultrafiltration pour des eaux présentant une charge organique importante implique une importante consommation de produits chimiques pour réaliser des nettoyages (ou rétrolavages) améliorés chimiquement (dénoté CEB ou CEBW en anglais pour « Chemically Enhanced Backwash ») afin de maintenir les performances de filtration à un flux donné. Le besoin de réaliser des rétrolavages avec ou sans produits chimiques peut ainsi induire une forte perte en eau et dégrader le taux de conversion du pré-traitement, ce qui induit un surcoût en termes énergétique, l’eau non utilisée pour la production devant néanmoins être acheminée jusqu’au système.
[0015] De plus, le coût des membranes, devant être remplacées régulièrement, est assez important et impacte à la fois l’investissement initial et les dépenses opérationnelles.
[0016] Enfin, les systèmes d’UF requièrent des compétences opérationnelles importantes, le système étant complexe avec de nombreux paramètres à piloter.
[0017] Il existe donc un besoin pour un procédé permettant la mise en oeuvre de vitesses de filtration élevées tout en permettant d’obtenir une eau de qualité suffisante pour être utilisée en entrée d’un procédé tel qu’une filtration en osmose inverse ou une potabilisation, et permettant de limiter le nombre de lavages (rétrolavages) et de préserver la durée de vie des équipements, et plus particulièrement des membranes d’osmose inverse, afin de limiter les coûts opérationnels du procédé (OPEX). L’installation correspondante aura de préférence une emprise au sol restreinte et une hauteur au plus équivalente aux systèmes de l’art antérieur.
RESUME DE L’INVENTION
[0018] A cet effet, l’invention propose de combiner une installation de type « e-DAF » avec une installation adaptée pour une filtration sur media haute vitesse, le media étant de préférence monocouche.
[0019] Ainsi, selon un premier aspect, l’invention vise une installation de traitement de l’eau comprenant : des moyens d’amenée de l’eau à traiter, un réacteur de flottation comprenant au moins une première entrée reliée fluidiquement auxdits moyens d’amenée, un filtre gravitaire, ledit réacteur de flottation étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire et communiquant avec lui de sorte que l’eau provenant dudit réacteur de flottation puisse s’écouler gravitairement dans ledit filtre gravitaire, pour produire de l’eau flottée-filtrée, ledit filtre gravitaire présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m, ledit filtre gravitaire comprenant en outre une sortie pour évacuer l’eau flottée- filtrée, et au moins un filtre sur media haute vitesse, pour filtrer l’eau flottée-filtrée provenant du filtre gravitaire, comprenant au moins une entrée reliée fluidiquement à la sortie du filtre gravitaire, et au moins une sortie pour évacuer l’eau prétraitée.
[0020] Selon un deuxième aspect, l’invention se rapporte à un procédé de traitement d’eau en vue de sa potabilisation et/ou de son dessalement, ledit procédé comprenant au moins un cycle de traitement de ladite eau comprenant : a) une étape de flottation au sein d’un réacteur de flottation de l’eau à traiter, fournissant de l’eau flottée, b) une étape de filtration gravitaire au sein d’un filtre gravitaire de l’eau flottée provenant de ladite étape de flottation a) pour fournir de l’eau flottée-filtrée, ledit réacteur de flottation étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire, et ledit filtre gravitaire présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m, c) une étape de filtration sur media haute vitesse de l’eau flottée-filtrée issue de l’étape de filtration gravitaire, pour fournir de l’eau prétraitée.
[0021] L’eau prétraitée par le procédé peut alors servir d’eau d’alimentation d’une unité de dessalement ou d’une unité de désalinisation, notamment par osmose inverse. L’eau prétraitée peut également être amenée vers un moyen de potabilisation. En d’autres termes, l’eau prétraitée obtenue à l’étape c) est soumise à une étape subséquente de dessalement ou de potabilisation par osmose inverse.
[0022] Le procédé de l’invention peut être mis en oeuvre dans une installation selon l’un des modes de réalisation décrits ci-avant ou ci-après.
[0023] De manière notable, une telle installation permet la mise en oeuvre d’un procédé de prétraitement d’eau à dessaler et/ou à potabiliser, dans lequel la vitesse de l’eau prétraitée (, i.e . issue de l’étape c)) est supérieure à 15 m/h. Ainsi, à volume traité égal, l’usine présente une empreinte au sol restreinte, et nécessite des installations significativement moins coûteuses.
[0024] En outre, la qualité de l’eau prétraitée (i.e. issue de l’étape c)) est suffisante pour permettre une étape immédiatement ultérieure de filtration membranaire, et notamment un traitement par osmose inverse.
[0025] L’invention peut être considérée comme une flottation suivie d’une filtration sur média bicouche que l’on aurait « découplé », c’est-à-dire que la filtration sur la première couche - généralement la couche de granulométrie plus élevée - est intégrée dans l’ouvrage de flottation qui comprend le filtre gravitaire, tandis que la filtration sur la deuxième couche - typiquement de granulométrie plus fine - est quant à elle mise en oeuvre dans un filtre distinct, et haute vitesse. Ce « découplage » conceptuel a pour conséquence : - de permettre de s’affranchir des problématiques propres aux filtres à média bicouche : la reclassification des médias suite à un lavage (et plus particulièrement un rétrolavage), offrant ainsi un choix plus large de combinaison de granulométrie de médias, et de fait une réduction des coûts par l’utilisation par exemple d’un média de granulométrie plus importante notamment dans l’installation de « eDAF » ;
- d’obtenir une eau de qualité suffisante pour l’alimentation d’un procédé aval, notamment d’osmose inverse,
- d’augmenter la vitesse d’alimentation du prétraitement, sans pour autant compromettre la qualité de l’eau alimentant le procédé de dessalement ou de potabilisation par osmose inverse en aval.
[0026] Cette nouvelle combinaison répond en effet aux inconvénients de l’art antérieur :
- La filtration sur média haute vitesse est un procédé robuste capable d’amortir les variations de qualité d’eau, sans nécessiter d’ajustement important ;
- Il est reconnu (voir notamment Badruzzaman étal. Desalination 449 (2019) 78-91) que, pour des eaux à fort potentiel d’efflorescence algales, le risque de développement d’un film biologique à la surface des membranes d’osmose inverse peut être jusqu’à 2 fois plus faible avec une eau prétraitée par filtration (essentiellement gravitaire) sur média, par rapport à une eau équivalente prétraitée par ultrafiltration, malgré le fait que l’ultrafiltration produit une eau moins chargée en particules colloïdales (indice de densité du limon (Silt Density Index, SDI, en anglais) plus faible en sortie d’un prétraitement UF) ;
- Un filtre avec média ne requiert pas de nettoyage chimique, ce qui implique moins de perte en eau, et la limitation voire la suppression de besoins en produits chimiques pour le nettoyage ;
- Un filtre avec media nécessite un faible coût opérationnel, du fait que le média est rarement remplacé dans son intégralité.
EXPOSE DETAILLE
[0027] L’invention concerne donc une installation de traitement de l’eau comprenant :
- des moyens d’amenée A de l’eau à traiter E,
- un réacteur de flottation RFI0 comprenant au moins une première entrée IR0 reliée fluidiquement auxdits moyens d’amenée A,
- un filtre gravitaire Fg, ledit réacteur de flottation RFI0 étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire Fg et communiquant avec lui de sorte que l’eau provenant dudit réacteur de flottation RF|0 puisse s’écouler gravitairement dans ledit filtre gravitaire Fg, pour produire de l’eau flottée-filtrée, ledit filtre gravitaire Fg présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m, ledit filtre gravitaire Fg comprenant en outre une sortie OF9 pour évacuer l’eau flottée- filtrée, et
- au moins un filtre sur media haute vitesse , pour filtrer l’eau flottée-filtrée provenant du filtre gravitaire Fg, comprenant au moins une entrée IHRMF reliée fluidiquement à la sortie 0Fg du filtre gravitaire Fg. et au moins une sortie OHRMF pour évacuer l’eau prétraitée. [0028] L’installation est plus particulièrement une installation de dessalement ou de potabilisation d’eau.
[0029] Par « filtre gravitaire » on entend un milieu poreux comprenant au moins une couche de média filtrant granulaire, par lequel un mélange solide-liquide est amené à percoler, les particules solides étant idéalement retenues dans les espaces intergranulaires sur la plus grande partie de la hauteur de couche. Un filtre gravitaire fait essentiellement appel à la gravité pour faire percoler l’eau et les éventuelles particules (le filtre est généralement ouvert à l’atmosphère), contrairement à un filtre haute vitesse.
[0030] Par « media filtrant », on entend au sens de l’invention un media granulaire « actif » dans l’étape de filtration, c’est-à-dire qu’il est responsable de la filtration, soit de par ses propriétés de rétention particulaires (granulométrie), de rétention organiques (biofiltration), d’adsorption ou d’absorption. La filtration peut être effective en surface ou en profondeur selon le type de media choisi. En général, le media présente une granulométrie relativement faible, notamment inférieure à 5 mm, et de préférence inférieure à 2 mm. Un media filtrant « monocouche » s’entend d’un media filtrant dont la composition est homogène tant concernant sa granulométrie que sa composition. Le lit de media filtrant pourra être déposé sur une « couche support » qui ne participe pas à la filtration : une telle couche support a pour but d’égaliser le fond du filtre, notamment en couvrant la tuyauterie. Les media employés pour la couche support sont généralement non poreux (donc « inertes » en termes de filtration), et présentent typiquement une granulométrie supérieure à celle du média filtrant, supérieure à 2 mm. Il s’agit le plus souvent de gravier ou de grenat.
[0031] De façon particulièrement avantageuse, le lit de média filtrant monocouche du filtre gravitaire est réparti sur une hauteur égale ou supérieure à 0,2 m et inférieure ou égale à 1 m, par exemple sur une hauteur comprise entre 0.5 et 1 m.
[0032] De façon particulièrement avantageuse, le lit de média filtrant du filtre gravitaire est constitué d’une couche d’un matériau granulaire présentant une granulométrie supérieure ou égale à 0,8 mm, de préférence supérieure ou égale à 0,8 mm et inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence supérieure ou égale à 0,8 mm et inférieure ou égale à 4 mm. [0033] De façon particulièrement avantageuse, le média filtrant est constitué d’une couche d’un matériau granulaire présentant une granulométrie égale ou supérieure à 0,8 mm, de préférence égale ou supérieure à 1 ,0 mm et inférieure ou égale à 5 mm, notamment égale ou supérieure à 1 ,2 mm et inférieure ou égale à 5 mm, de préférence égale ou supérieure à 1 ,2 mm et inférieure ou égale à 3 mm, par exemple comprise entre 1 ,5 et 2,5 mm.
[0034] Un matériau granulaire est caractérisé par différents paramètres, notamment la granulométrie, qui est définie par le couple : taille effective (TE) et coefficient d’uniformité (CU), la forme des grains : anguleux (matériau concassé), ronds (sable de rivière ou de mer), ou plus ou moins plats (caractérisé par un coefficient d’aplatissement), et la friabilité, qui permet de choisir les matériaux susceptibles d’être utilisés en filtration sans risque de production de particules fines (c’est-à-dire des poussières de granulométrie trop petite pour être employée) par les opérations de lavage, et la porosité.
[0035] Le choix du média le plus approprié pour l’installation est effectué par un homme du métier selon les caractéristiques connues de chacun des matériaux. Ce choix dépend de la nature de l’eau à filtrer (filtration directe d’eau brute, filtration d’eau décantée, filtration biologique d’eau résiduaire secondaire ou tertiaire) et de la qualité de l’eau que l’on désire obtenir. Il dépend également du type de filtre utilisé et de la perte de charge disponible.
[0036] De façon particulièrement avantageuse, le matériau granulaire est choisi parmi : l’anthracite, la pierre ponce, les argiles expansées (notamment celle connue sous la dénomination commerciale filtralite), le charbon actif, la zéolithe, des billes de verre, des billes de polymère, ou des billes de céramique. Ces différents matériaux peuvent être revêtus ou traités chimiquement ou biologiquement pour améliorer leurs propriétés.
[0037] Selon un aspect encore plus particulier, dans une installation selon l’invention le matériau granulaire du média filtrant du filtre gravitaire est de l’anthracite, de la pierre ponce ou de l’argile expansée.
[0038] Selon un aspect encore plus particulier, dans une installation selon l’invention le filtre gravitaire présente un lit d’anthracite monocouche, l’anthracite étant caractérisée par une granulométrie égale ou supérieure à 0,8 mm et inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence égale ou supérieure à 1 ,0 mm et inférieure ou égale à 3 mm, par exemple comprise entre 1 ,5 et 2,5 mm. Alternativement, l’anthracite pourra être remplacée par de la pierre ponce ou de l’argile expansée.
[0039] De façon particulièrement avantageuse, le réacteur de flottation comporte une paroi inférieure qui comporte, au moins en partie, le média filtrant. Plus particulièrement, la paroi inférieure dudit réacteur de flottation comporte le média filtrant.
[0040] De façon particulièrement avantageuse, au moins une partie de la paroi inférieure du réacteur de flottation comporte un plancher supportant ledit média filtrant. De préférence, dans une installation selon l’invention, la paroi inférieure dudit réacteur de flottation comporte un plancher supportant ledit média filtrant. Ce dernier peut être constitué de buselures intégrées dans des dalles de polyester armé, des dalles de béton préfabriquées ou simplement dans une dalle monolithique en béton armé. Le plancher peut également être constitué de dalles polymériques (plastique dérivé d’une polyoléfine par exemple) ou métalliques, supportant ledit média filtrant.
[0041] Le rôle dudit plancher est d’assurer :
- une distribution uniforme de l’eau filtrée en évitant les passages préférentiels lors de l’application de vitesses élevées,
- une distribution uniforme des fluides de lavage, et tout particulièrement de l’air de lavage,
- une étanchéité à l’air et à l’eau, notamment en phase de lavage,
- une tenue mécanique aux efforts ascendants (lavage) et descendants (filtration, vidanges rapides),
- un fonctionnement durable sans intervention.
[0042] Parmi les planchers utilisables dans une installation selon l’invention on peut citer un plancher du type connu sous la dénomination commerciale « Degrémont® », un plancher du type connu sous la dénomination commerciale « Léopold® » ou du type connu sous la dénomination commerciale « Tetra® LP Block de DE NORA».
[0043] Selon un mode de réalisation particulier, l’installation comprend en outre au moins un moyen de lavage, notamment un moyen de rétrolavage, dudit filtre gravitaire. L’installation peut comprendre tout type de moyen de lavage adapté ; selon un aspect particulier, le moyen de lavage comprend un moyen d’injection à contre-courant d’eau et/ou d’air. Le filtre gravitaire peut se colmater progressivement au cours de son utilisation. Pour conserver un niveau de performance adéquat de filtration, et selon la nature de l’installation de traitement de l’eau, des cycles de lavage doivent être régulièrement mis en oeuvre. L’absence de lavage peut entraîner le colmatage de certaines zones, ne laissant à l’eau qu’un passage réduit, la perte de charge s’accroît alors plus vite, la filtration devient localement plus rapide et moins efficace. Ces lavages consistent le plus souvent en l’injection d’eau, et éventuellement d’air à contre-courant à travers le filtre gravitaire, et consistent donc en un rétro-lavage. L’eau, et éventuellement l’air, sont injectés à l’aide de moyens d’injection bien connus de l’homme du métier, et permettent de dégager la matière accumulée dans les interstices du média filtrant, ladite matière sera ensuite éliminée. Dans le cas où le prétraitement est suivi d’une étape d filtration par osmose inverse, on pourra également employer le concentrat/rétentat issu de l’étape d’osmose inverse pour effectuer le lavage. [0044] Par « filtre sur media haute vitesse » ou filtre HRMF (High Rate Monolayer Filter en anglais), on désigne un milieu poreux comprenant au moins une couche de média granulaire filtrant, par lequel un mélange solide-liquide est filtré à haute vitesse (c’est-à-dire à une vitesse supérieure à 12 m/h, et de préférence supérieure ou égale à 15 m/h), les particules solides étant idéalement retenues dans les espaces intergranulaires sur la plus grande partie de la hauteur de couche. Un filtre sur media haute vitesse peut être gravitaire ou sous pression. Un filtre HRMF comprend au moins une couche de media filtrant à la surface de laquelle se forme un gâteau de particules solides ; de préférence, il est monocouche. Un filtre HRMF comprend généralement plusieurs modules de filtration en parallèle.
[0045] La qualité d’eau en sortie du réacteur de flottation-filtration (e-DAF) étant meilleure que celle en sortie d’un simple « DAF », une seule couche de média filtrant pour le filtre haute vitesse est suffisante. Ledit lit de média filtrant du filtre haute vitesse HRMF sera donc de préférence monocouche. De façon particulièrement avantageuse, le lit de média filtrant, de préférence monocouche, est réparti sur une hauteur égale ou supérieure à 0,2 m et inférieure ou égale à 1 m, de préférence comprise entre 0.4 m et 1 m. De façon préférée, le lit de média filtrant, de préférence monocouche, est réparti sur une hauteur égale ou inférieure à 0.8 m ou 0.7 m, voire à 0.5 m. Ainsi, de façon particulièrement préférée, le lit de média filtrant, de préférence monocouche, est réparti sur une hauteur égale ou supérieure à 0,2 m et inférieure ou égale à 0,8 m, de préférence comprise entre 0.4 m et 0.7 m
[0046] En outre, le filtre sur media haute vitesse est généralement sous pression. Dans ce cas, la surpression appliquée par rapport à la pression atmosphérique est généralement comprise entre 0.4 et 20 bar, notamment entre 0.4 et 5 bar.
[0047] Avantageusement, le lit de média filtrant du filtre haute vitesse HRMF est constitué d’une couche d’un matériau granulaire fin, présentant une granulométrie inférieure ou égale à 1 mm, de préférence comprise entre 0,1 et 1 mm, et de manière encore préférée comprise entre 0,2 et 0,6 mm.
[0048] De même que pour le filtre gravitaire, le choix du média filtrant le plus approprié pour le filtre haute vitesse HRMF est effectué par un homme du métier selon les caractéristiques connues de chacun des matériaux. Avantageusement, le matériau granulaire du média filtrant du filtre haute vitesse HRMF est choisi parmi : l’anthracite, la pierre ponce, l’argile expansée (notamment la filtralite), le charbon actif, la zéolithe, le sable, des billes de verre, des billes de polymère, ou des billes de céramique. Ces différents matériaux peuvent être revêtus ou traités chimiquement ou biologiquement pour améliorer leurs propriétés. De préférence, il s’agit de sable.
[0049] Le lit de media filtrant du filtre haute vitesse HRMF pourra être déposé sur une « couche support » qui ne participe pas à la filtration : une telle couche support a pour but d’égaliser le fond du filtre, en particulier en couvrant la tuyauterie. Les media employés pour la couche support présentent en général une granulométrie supérieure à celle du média filtrant, supérieure à 2 mm. Il s’agit le plus souvent de gravier.
[0050] Un exemple de filtre sur média haute vitesse haute vitesse est décrit par exemple dans la demande internationale WO-A-2014012167. Un tel filtre comprend des hydroéjecteurs disposés de manière à créer un vortex au-dessus du média filtrant, et engendrant une filtration tangentielle du fluide. Les éventuelles particules de media en suspension restent ainsi dans le flux de circulation, alors que le liquide peut traverser le média filtrant sous l’effet de la pression. Cette technologie est toutefois plus énergivore qu’une filtration frontale classique.
[0051] Préférentiellement, on utilisera cependant un filtre à filtration frontale, moins énergivore, donc plus économique. Un exemple de filtre à filtration frontale est celui commercialisé par SUEZ sous la dénomination commerciale Seaclean.
[0052] De même que le filtre gravitaire, le filtre à média haute vitesse peut comprendre en outre au moins un moyen de lavage, notamment un moyen de rétrolavage, dudit filtre à média haute vitesse. L’installation peut comprendre tout type de moyen de lavage adapté ; selon un aspect particulier, le moyen de lavage comprend un moyen d’injection à contre-courant d’eau et/ou d’air. Dans le cas où le prétraitement est suivi d’une étape de filtration par osmose inverse, on pourra également employer le concentrat/rétentat issu de l’étape d’osmose inverse pour effectuer le lavage.
[0053] Selon un mode de réalisation particulier, l’installation comprend en outre une zone Z de coagulation et/ou de floculation, ladite zone Z de coagulation et/ou de floculation comprenant au moins une entrée lz et une sortie Oz, l’entrée lz étant reliée fluidiquement aux moyens d’amenée A de l’eau à traiter E, et le réacteur de flottation RFI0 comprenant au moins une entrée reliée à la sortie Oz de ladite zone de coagulation et/ou de floculation.
[0054] Par exemple, tout ou partie de la sortie Oz de ladite zone de coagulation et/ou de floculation est reliée à la première entrée IFI0 du réacteur de flottation. Selon une variante, la première entrée IR0 du réacteur de flottation est reliée uniquement à la sortie Oz de ladite zone de coagulation et/ou de floculation : selon cette variante, l’eau à traiter est donc considérée comme l’eau issue de la zone de coagulation et/ou de floculation. Un tel mode de réalisation permet d’améliorer l’efficacité de la zone de flottation. En effet, la zone de coagulation/flocculation permet d’augmenter la taille des flocs et/ou de capturer plus de matière colloïdale sous forme de flocs, qui sont par la suite extraits de la zone de flottation. [0055] Avantageusement, l’installation peut comprendre en outre une zone Zi de coagulation et/ou de floculation, ladite zone Zi de coagulation et/ou de floculation comprenant au moins une entrée lzi et une sortie Ozi, l’entrée lzi étant reliée fluidiquement à la sortie OF9 du filtre gravitaire, et la sortie Ozi étant reliée fluidiquement à l’entrée IHRMF du filtre sur media haute vitesse HRMF. L’ajout d’une deuxième zone de coagulation/flocculation permet d’avoir un levier supplémentaire pour abaisser l’indice de colmatage connu sous l’acronyme anglais SDI pour Silt Density Index, des eaux fortement polluées. Une telle configuration permet donc de traiter une plus large gamme d’eaux, et notamment des eaux avec des SDI élevés.
[0056] Selon un mode de réalisation avantageux, l’installation comprend en outre une unité de dessalement et/ou de potabilisation par osmose inverse URO pour dessaler et/ou potabiliser l’eau prétraitée et produire de ‘eau dessalée, ladite unité comprenant au moins une entrée IRO reliée fluidiquement avec la sortie OHRMF du filtre sur media haute vitesse HRMF, et comprenant au moins une sortie ORO pour évacuer l’eau dessalée (aussi appelée perméat). [0057] L’invention concerne également un procédé de traitement d’eau en vue de son dessalement et/ou de sa potabilisation, ledit procédé comprenant au moins un cycle de traitement de ladite eau comprenant : a) une étape de flottation au sein d’un réacteur de flottation de l’eau à traiter, fournissant de l’eau flottée, b) une étape de filtration gravitaire de l’eau flottée provenant de ladite étape de flottation a) au sein d’un filtre gravitaire pour fournir de l’eau flottée-filtrée, ledit réacteur de flottation étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire, et ledit filtre gravitaire présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure à ou égale 1 m, c) une étape de filtration sur media haute vitesse de l’eau flottée-filtrée issue de l’étape de filtration gravitaire b), pour fournir de l’eau prétraitée.
[0058] L’eau à traiter E peut être de l’eau de mer, ou une eau industrielle chargée en sels. Il peut également s’agir d’une eau turbide comprenant de la matière en suspension flottable. Ainsi, l’eau à traiter selon l’invention présente typiquement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
Une turbidité inférieure ou égale à 15 NTU, et/ou
Un taux de matière en suspension inférieur ou égal à 30 mg/L, et/ou
Une valeur de COT (Carbone Organique Total) inférieure ou égale à 10 mg/L, et/ou
Une teneur en algues inférieure ou égale à 100 000 cellules/mL, et/ou Une valeur de SDI à 3 minutes (SDI 3min) supérieure ou égale à 15.
La turbidité est mesurée avec un turbidimètre de marque Hach, et est exprimée en NTU (Unité de Turbidité Néphélométrique). La mesure de la matière en suspension (MES) suit la méthode standard 2540D approuvée par l’agence de protection environnementale américaine, IΈRA (Environnemental Protection Agency). Un volume connu et homogène de l’eau à analyser est filtré à travers un filtre en fibre de verre pré-pesé. Le filtre est ensuite mis à l’étude à une température de 104 ± 1e puis pesé. L’augmentation de la masse mesurée, divisée par le volume d’eau filtrée, représente ainsi la valeur de MES en mg/L.
Le Carbone Organique Total (COT) est typiquement mesuré à l’aide d’un COT-mètre, qui combine à la fois un procédé d’oxydation pour transformer le carbone organique en dioxyde de carbone et un appareil pour la mesure du dioxyde de carbone généré.
La teneur en algues est mesurée par comptage par microscopie optique, à fluorescence ou électronique, par cytométrie en flux ou encore par des techniques moléculaires.
L’indice de colmatage noté SDI permet d’apprécier, à partir du colmatage d’un filtre, la présence de particules lorsque le critère de turbidité n’est plus assez sensible. La durée de filtration est donc liée au potentiel colmatant de l’eau filtrée. Le SDI est mesuré selon la méthode décrite dans la norme ASTM D4189 - 07(2014) « Standard Test Method for Silt Density Index (SDI) of Water ».
La salinité de l’eau à traiter E n’est pas un paramètre limitant pour l’invention.
[0059] Le procédé de traitement peut comprendre en outre une étape préalable aO) de coagulation et/ou de floculation de l’eau à traiter avant l’étape a) de flottation. L’eau à traiter peut alors comprendre tout ou partie de l’eau coagulée et/ou floculée obtenue à l’étape aO). Selon une variante, l’eau à traiter dans l’étape b) est l’eau coagulée et/ou floculée obtenue à l’étape aO). Un tel mode de réalisation permet d’améliorer l’efficacité du procédé de flottation, comme expliqué plus haut.
[0060] Selon ce mode de réalisation, le procédé de traitement peut comprendre en outre une étape intermédiaire b2) de coagulation et/ou de floculation de l’eau flottée filtrée issue de l’étape b). Selon cette variante, l’étape c) de filtration sur media haute vitesse pour fournir de l’eau prétraitée est effectuée sur l’eau issue de l’étape b2). Une telle configuration permet donc de traiter une plus large gamme d’eaux, et notamment des eaux avec des SDI élevés, comme expliqué plus haut.
[0061] Ce procédé présente l’avantage essentiel de permettre d’atteindre une vitesse de traitement de l’eau supérieure à 15 m/h, et peut notamment atteindre jusqu’à 60 m/h. Le choix des vitesses est fonction de la qualité d’eau en entrée ainsi que du type et de la taille de média utilisé.
[0062] De façon avantageuse, le lit de média filtrant monocouche du filtre gravitaire est réparti sur une hauteur inférieure à 1 m et est constitué d’une couche d’un matériau granulaire présentant une granulométrie telle que définie plus haut. [0063] De façon particulièrement avantageuse, ladite étape de filtration gravitaire est mise en oeuvre à une vitesse supérieure à 30 m/h, par exemple à une vitesse comprise entre 30 m/h et 60 m/h.
[0064] Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre au moins un cycle de lavage dudit filtre gravitaire, incluant une étape de rétrolavage dudit filtre gravitaire. De préférence, cette étape est mise en oeuvre après l’étape b) de filtration gravitaire. Des lavages réguliers permettent de briser le gâteau (qui peut notamment comprendre un biofilm) qui se forme à la surface du média filtrant, agissant comme une « croûte colmatante », et de préserver les performances de celui-ci.
[0065] Avantageusement, l’étape c) de filtration sur media haute vitesse est mise en oeuvre à une vitesse supérieure à 15 m/h, de préférence comprise entre 15 m/h et 60 m/h, de manière encore préférée entre 20 et 40 m/h. L’homme du métier choisira la vitesse en fonction de la qualité d’eau en entrée, du type et de la taille de média utilisé ainsi que des performances visées.
[0066] Il peut s’agir d’une filtration tangentielle ou frontale sous pression, de préférence la filtration est de type frontale, l’eau à prétraiter percolant selon une direction sensiblement verticale au travers du média filtrant. La surpression appliquée par rapport à la pression atmosphérique est généralement comprise entre 0.4 et 20 bar, de préférence entre 0.4 et 5 bar.
[0067] Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre au moins un cycle de lavage dudit filtre sur media haute vitesse, incluant une étape de rétrolavage dudit filtre sur media haute vitesse. Un tel rétrolavage est typiquement mis en oeuvre par une brève alimentation à contre-courant du filtre avec de l’eau de lavage, telle que de l’eau filtrée par exemple. Dans le cas où le prétraitement est suivi d’une étape de filtration par osmose inverse, on pourra également employer le concentrat/rétentat issu de l’étape d’osmose inverse pour effectuer le lavage. De préférence, cette étape est mise en oeuvre après l’étape c) de filtration gravitaire. Des lavages réguliers permettent de briser le gâteau (qui peut notamment comprendre un biofilm) qui se forme à la surface du média filtrant, agissant comme une « croûte colmatante », et de préserver les performances de celui-ci.
[0068] L’eau traitée par le procédé peut servir d’eau d’alimentation d’une unité de dessalement ou d’une unité de désalinisation, notamment par traitement membranaire. Le traitement membranaire peut être une osmose inverse, une nanofiltration, une électrodialyse, une distillation membranaire, une osmose directe, et/ou une déionisation capacitive. Généralement, il s’agit d’osmose inverse. L’eau traitée peut également être amenée vers un moyen de potabilisation. [0069] Ainsi, avantageusement, l’eau prétraitée obtenue à l’étape c) est soumise à une étape subséquente de dessalement ou de potabilisation par traitement membranaire. Le traitement membranaire peut être une osmose inverse, une nanofiltration, une électrodialyse, une distillation membranaire, une osmose directe, et/ou une déionisation capacitive. Généralement, il s’agit d’osmose inverse.
[0070] L’eau dessalée après un traitement membranaire, notamment par osmose inverse, est appelée perméat et est très peu minéralisée (salinité très faible) - elle est dans certains cas considérée comme dépourvue de minéraux. Le perméat est typiquement reminéralisé dans une étape de post-traitement. La reminéralisation est systématique en cas de potabilisation. [0071] Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de traitement d’eau en vue de sa potabilisation ou son dessalement, ledit procédé comprenant au moins un cycle de traitement de ladite eau et comprenant :
- aO) une étape de coagulation et/ou de floculation de l’eau à traiter,
- a) une étape de flottation au sein d’un réacteur de flottation de l’eau à traiter éventuellement issue de ladite étape de coagulation et/ou de floculation, fournissant de l’eau flottée,
- b) une étape de filtration gravitaire au sein d’un filtre gravitaire de l’eau flottée provenant de ladite étape de flottation a) pour fournir de l’eau flottée-filtrée, ledit réacteur de flottation étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire, et ledit filtre gravitaire présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure à 1 m,
- b2) optionnellement une étape de coagulation et/ou floculation de l’eau flottée-filtrée issue de l’étape de filtration gravitaire b),
- c) une étape de filtration sur media haute vitesse de l’eau flottée-filtrée issue de l’étape de filtration gravitaire b) ou de l’étape de coagulation et/ou floculation b2), pour fournir de l’eau prétraitée, et
- d) une étape de dessalement et/ou de potabilisation de l’eau prétraitée issue de l’étape c) par traitement membranaire tel que décrit plus haut, et notamment par osmose inverse.
[0072] Le procédé peut être mis en oeuvre dans une installation selon l’un des modes de réalisation précédemment décrits. Avantageusement, le filtre sur media haute vitesse est alors sous pression.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0073] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence au dessin dans lequel la :
[0074] [Fig. 1] représente une installation de traitement de l’eau selon un mode de réalisation de l’invention. EXEMPLE DE MODE DE REALISATION
[0075] A la figure 1 est illustrée une installation pour le traitement de l’eau, ladite installation comprenant :
• des moyens d’amenée de l’eau à traiter A (non représentés),
• une zone de coagulation/floculation Z dans laquelle débouchent lesdits moyens d’amenée A de l’eau à traiter E,
• un réacteur de flottation RFLO comprenant une entrée IA0 reliée à la sortie d’une zone de coagulation/floculation Z, et
• un filtre gravitaire Fg, ledit réacteur de flottation RFLO étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire Fg et communiquant avec lui de sorte que l’eau provenant dudit réacteur de flottation RFLopuisse s’écouler gravitairement dans ledit filtre gravitaire Fg, ledit filtre gravitaire Fg présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m.
[0076] Dans la zone de coagulation/floculation Z de l’installation de la figure 1 , un agent coagulant C peut être ajouté puis mélangé à l’eau à traiter, grâce à des moyens adaptés (non représentés). L’addition d’un agent coagulant tel que notamment le chlorure de fer ou le sulfate d’aluminium entraîne la coagulation des particules colloïdales et des particules en suspension dans l’eau à traiter, notamment les algues, le phytoplancton et une partie de la matière organique. Une fois leurs charges neutralisées, les colloïdes s’agglomèrent entre eux par agitation mécanique ou de type piston pour former des « flocs » dans la zone de coagulation/floculation Z hydraulique. Dans la zone de coagulation/floculation Z de l’installation de la figure 1 , un agent de floculation F (ou adjuvant de coagulation) peut être ajouté puis mélangé à l’eau à traiter, grâce à des moyens adaptés (non représentés). L’addition d’un agent de floculation permet d’agglomérer les particules en des amas de taille plus importante. L’eau, préalablement coagulée et en outre floculée est ensuite acheminée vers une zone d’injection d’eau sursaturée en oxygène E02, de gaz atmosphérique d’azote ou tout autre gaz approprié. Sous l’effet de la détente du gaz à l’intérieur du réacteur de flottation RFLo, des bulles de gaz se forment en remontant à la surface du réacteur de flottation RFLo, entraînant avec elles les éventuels flocs présents dans l’eau. Le mélange de bulles d’air et de flocs peut alors être évacué en surverse de la zone de séparation SFLO du réacteur de flottation, notamment via une goulotte G (non représentée) dans laquelle il peut être poussé au moyen d’un dispositif de débordement ou de raclage prévu à cet effet.
[0077] L’installation de la figure 1 comprend également un filtre gravitaire Fg, le réacteur de flottation RFLo étant au moins en partie superposé à ce filtre gravitaire Fg et communiquant avec lui de sorte que l’eau provenant dudit réacteur de flottation RFLo puisse s’écouler gravitairement dans ledit filtre gravitaire Fg. Ce filtre gravitaire Fg loge un média filtrant monocouche, c’est-à-dire constitué par une seule couche d’un matériau filtrant donné, ledit média étant réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m. L’eau flottée-filtrée provenant du filtre gravitaire Fg est ensuite conduite via un moyen d’amenée vers un filtre sur media pression HRMF pour y être ensuite filtrée.
[0078] Le procédé de traitement des eaux mis en oeuvre par l’installation de la figure 1 comprend un ou plusieurs cycles de traitement successifs consistant à introduire l’eau à traiter E, par des moyens d’amenée A dans la cuve de coagulation/ floculation Z. Au moins un réactif coagulant C et au moins un réactif de floculation F sont injectés et mélangés à l’eau à traiter. Sous l’effet du réactif coagulant, les particules colloïdales et en suspension, présentes dans l’eau à traiter, s’agglomèrent et forment des flocs. L’eau est ensuite filtrée sur le filtre gravitaire Fg, l’eau provenant de ladite filtration est acheminée par un moyen d’amenée et est ensuite traitée par filtration haute vitesse sur un filtre FIRMF.
[0079] Des essais comparatifs de traitement d’eau ont été réalisés dans une installation selon l’invention, avec différents filtres gravitaires monocouche, d’une hauteur variant de 0.5 à 1 m, constitués par un média filtrant (pierre ponce, anthracite et argile expansée) de granulométrie comprise entre 1 .2 et 3 mm ; et en combinaison avec différents filtres sur media haute vitesse, avec un lit de media filtrant d’une hauteur variant de 0.4 à 0.75 m, constitué par un média filtrant (sable) de granulométrie comprise entre 0.28 et 0.55 mm.
[0080] La vitesse de passage à travers chacun des filtres gravitaires est également déterminée. Elle est d’environ 40 m/h dans le réacteur « e-DAF », et d’environ 20 m/h dans le filtre sur média haute vitesse.
[0081] Différents paramètres sont mesurés et comparés, en particulier la qualité de l’eau traitée après filtration par chacun des filtres gravitaires, et son adaptation à une étape ultérieure de dessalement ou de potabilisation par osmose inverse. En particulier, la turbidité est mesurée avec un turbidimètre de marque Flach, et le SDI est mesuré selon la méthode décrite dans la norme ASTM D4189 - 07(2014) « Standard Test Method for Silt Density Index (SDI) of Water ».
[0082] L’eau à traiter avant d’entrer dans le dispositif de la figure 1 présente les caractéristiques suivantes :
Une turbidité inférieure ou égale à 30 NTU,
Un taux de matière en suspension inférieur ou égal à 30 mg/L,
Une valeur de COT (Carbone Organique Total) inférieure ou égale à 10 mg/L, Un teneur en algues inférieure ou égale à 100 000 cellules/mL, et Une valeur de SDI à 3 minutes (SDI 3min) supérieure ou égale à 15.
[0083] Essai Comparatif [0084] L’eau flottée issue de l’étape a) (en sortie du DAF) présente une turbidité de 1 ,2 en NTU.
[0085] Résultats des analyses effectuées sur l’eau flottée-filtrée issue de l’étape b), en sortie du filtre gravitaire :
[0086] Les valeurs de SDI 3 min sont supérieures à 25, et les valeurs de SDI 15min supérieures à 5. Elles sont donc considérées comme non pertinentes.
[0087] Les résultats ci-dessus démontrent que, malgré l’efficacité sur l’abattement de la turbidité, une étape de traitement supplémentaire est nécessaire pour obtenir une eau avec une qualité suffisante pour alimenter des membranes d’osmose inverse. En effet, il est généralement requis une valeur de SDI 15 minutes inférieure à 5, pendant 100% du temps. [0088] Essai selon l’invention
[0089] Résultats des analyses effectuées sur l’eau prétraitée issue de l’étape c), en sortie du filtre sur media:
[0090] Ces résultats confirment que le prétraitement de l’invention
- fonctionnant à des vitesses plus élevées que les prétraitements conventionnels
- permet d’abattre efficacement de la turbidité et de maintenir une qualité d’eau adéquate à l'alimentation de membranes d’osmose inverse, et ce pour les différentes combinaisons testées et quelle que soit la qualité d’eau d’entrée.
[0091] En outre, en fonction de la combinaison de media choisi, les performances peuvent être similaires à une combinaison de type DAF + UF, qui permet d’obtenir des SDI 15min inférieur à 5 100% du temps, et même un SDI 15min inférieur à 3 pendant 90% du temps.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de traitement d’eau comprenant :
- des moyens d’amenée de l’eau à traiter (E),
- un réacteur de flottation (RFI0) comprenant au moins une première entrée (IR0) reliée fluidiquement auxdits moyens d’amenée,
- un filtre gravitaire (Fg), ledit réacteur de flottation (RFI0) étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire (Fg) et communiquant avec lui de sorte que l’eau provenant dudit réacteur de flottation (RF|0) puisse s’écouler gravitairement dans ledit filtre gravitaire (Fg), pour produire de l’eau flottée-filtrée
- ledit filtre gravitaire (Fg) présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m,
- ledit filtre gravitaire (Fg) comprenant en outre une sortie (0Fg) pour évacuer l’eau flottée-filtrée,
- au moins un filtre sur media haute vitesse sous pression (FIRMF), pour filtrer l’eau flottée-filtrée provenant du filtre gravitaire (Fg), comprenant au moins une entrée (IHRMF) reliée fluidiquement à la sortie (0Fg) du filtre gravitaire (Fg) et au moins une sortie (OHRMF) pour évacuer l’eau prétraitée, ledit lit de média filtrant du filtre sur media haute vitesse sous pression (FIRMF) étant réparti sur une hauteur égale ou supérieure à 0,2 m et inférieure ou égale à 1 m et
- un moyen d’amenée conduisant l’eau flottée-filtrée évacuée du filtre gravitaire (Fg) par la sortie (0Fg) vers l’entrée (IHRMF) du filtre sur media haute vitesse sous pression FIRMF.
2. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit lit de média filtrant monocouche du filtre sur media haute vitesse sous pression (FIRMF) est monocouche.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit média filtrant du filtre gravitaire (Fg) est constitué d’une couche d’un matériau granulaire présentant une granulométrie égale ou supérieure à 0,8 mm, de préférence égale ou supérieure à 1 ,0 mm et inférieure ou égale à 5 mm, de préférence égale ou supérieure à 1 ,2 mm et inférieure ou égale à 4 mm, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 1.2 mm et inférieure ou égale à 3 mm.
4. Installation selon à la revendication 3, caractérisée en ce que ledit matériau granulaire est choisi parmi : l’anthracite, la pierre ponce, les argiles expansées, le charbon actif, la zéolithe, des billes de verres, des billes de polymère ou des billes de céramique.
5. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’une paroi inférieure dudit réacteur de flottation (RFI0) comporte le média filtrant.
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite paroi inférieure dudit réacteur de flottation (RFI0) comporte un plancher supportant ledit média filtrant.
7. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit lit de média filtrant du filtre sur media haute vitesse sous pression (HRMF) est réparti sur une hauteur égale ou supérieure à 0,2 m et inférieure ou égale à 0,8 m.
8. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit lit de média filtrant du filtre sur media haute vitesse sous pression (HRMF) est constitué d’une couche d’un matériau granulaire présentant une granulométrie égale ou inférieure à 1 mm, de préférence comprise entre 0,1 et 1 mm.
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit matériau granulaire est choisi parmi : le sable, l’argile expansée, l’anthracite, la pierre ponce, le charbon actif, la zéolithe ou des billes de verre.
10. Installation selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l’installation comprend en outre une zone Z de coagulation et/ou de floculation, ladite zone Z de coagulation et/ou de floculation comprenant au moins une entrée lz et une sortie Oz, l’entrée lz étant reliée fluidiquement aux moyens d’amenée A de l’eau à traiter E, et le réacteur de flottation RF|0 comprenant au moins une entrée reliée à la sortie Oz de ladite zone de coagulation et/ou de floculation.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre une zone (Zi) de coagulation et/ou de floculation, ladite zone (Zi) de coagulation et/ou de floculation comprenant au moins une entrée (lzi) et une sortie (Ozi), l’entrée (lzi) étant reliée fluidiquement à la sortie (0Fg) du filtre gravitaire, et la sortie (Ozi) étant reliée fluidiquement à l’entrée (IHRMF) du filtre sur media haute vitesse (HRMF).
12. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce qu’elle comprend en outre une unité de dessalement et/ou de potabilisation par traitement membranaire, notamment par osmose inverse (URO), pour dessaler et/ou potabiliser l’eau prétraitée, ladite unité comprenant au moins une entrée (IRO) reliée fluidiquement avec la sortie (OHRMF) du filtre sur media haute vitesse sous pression (HRMF), et comprenant au moins une sortie (ORO) pour évacuer l’eau dessalée.
13. Procédé de traitement d’eau en vue de son dessalement et/ou de sa potabilisation, ledit procédé comprenant au moins un cycle de traitement de ladite eau comprenant : a) une étape de flottation au sein d’un réacteur de flottation de l’eau à traiter, fournissant de l’eau flottée, b) une étape de filtration gravitaire au sein d’un filtre gravitaire de l’eau flottée provenant de ladite étape de flottation a) pour fournir de l’eau flottée-filtrée, ledit réacteur de flottation étant au moins en partie superposé audit filtre gravitaire, et ledit filtre gravitaire présentant un lit de média filtrant monocouche réparti sur une hauteur inférieure ou égale à 1 m, c) une étape de filtration au sein d’un filtre media haute vitesse sous pression de l’eau flottée-filtrée issue de l’étape de filtration gravitaire b), et conduite via un moyen d’amenée vers ledit filtre media haute vitesse, pour fournir de l’eau prétraitée.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l’eau prétraitée obtenue à l’étape c) est soumise à une étape subséquente de dessalement ou de potabilisation par traitement membranaire, notamment par osmose inverse.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape préalable aO) de coagulation et/ou de floculation de l’eau à traiter avant l’étape a) de flottation.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape intermédiaire b2) de coagulation et/ou de floculation de l’eau flottée filtrée issue de l’étape b), l’étape c) de filtration sur media haute vitesse pour fournir de l’eau prétraitée étant alors effectuée sur l’eau issue de l’étape b2).
17. Procédé de traitement d’eau selon l’une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ladite étape de filtration gravitaire est mise en oeuvre à une vitesse supérieure à 30 m/h, de préférence comprise entre 30 m/h et 60 m/h.
18. Procédé de traitement d’eau selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite étape de filtration sur media haute vitesse est mise en oeuvre à une vitesse supérieure à 15 m/h, de préférence comprise entre 15 m/h et 60 m/h.
19. Procédé de traitement d’eau selon l’une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape d) de dessalement ou de potabilisation de l’eau prétraitée issue de l’étape c) par traitement membranaire, notamment par osmose inverse.
EP22722702.2A 2021-04-12 2022-04-11 Installation et procede pour le traitement de l'eau Pending EP4323315A1 (fr)

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