WO2019149709A1 - Module pour la filtration d'eau, procede de filtration, procede de lavage et installation de filtration correspondants - Google Patents

Module pour la filtration d'eau, procede de filtration, procede de lavage et installation de filtration correspondants Download PDF

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WO2019149709A1
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filtration
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plate
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Thierry VANDEVELDE
Frederic PLUMAS
Damien MACHUEL
Thibault CONSTANT
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Fondation D'entreprise Veolia Environnement
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Definitions

  • the present invention relates to the field of water filtration, particularly the field of microfiltration and ultrafiltration of water, particularly in situations of natural disaster and / or humanitarian crises.
  • the present invention relates to a water filtration module comprising at least one hollow fiber filtration element.
  • the invention also relates to a method for filtering water from the filtration module and a washing method of the filtration module.
  • the invention also relates to a mobile filtration installation comprising the filtration module.
  • microfiltration and ultrafiltration processes using hollow fiber filtration elements make it possible to provide a water treatment suitable for human consumption, the treated water being in particular free of suspended solids, bacteria and viruses.
  • a hollow fiber filter element comprises a bundle of fibers, hollow and substantially cylindrical in shape, which are permeable to water but block the passage of particles beyond a certain size.
  • the water may be microfiltered and / or ultrafiltered.
  • a conventional filtration element of filtration type from the outside to the inside, generally comprises a low end where the fibers are embedded in a block of resin waterproof and a high end or fibers emerge from a block of waterproof resin.
  • the water to be treated is introduced outside the fibers and the filtered water is recovered at the upper end of the filtration module: the water passes through the walls of the hollow fibers while the particles of a certain size are retained by the walls of the hollow fibers.
  • Several hollow fiber filtration elements are generally associated in parallel and disposed within an enclosure comprising a single water injection point to be filtered and a single point of filtered water recovery. The set of hollow fiber filter elements and the enclosure form a filtration module.
  • the water filtration units can be of different sizes. In the same way, these units can be implanted perennially or temporarily.
  • the mode of implantation, the size of the units, the type of filtration, the choice of materials and filtration elements will depend on the water needs, the place of delivery, their destination, etc. It is very commonly used perennial collective networks of production and distribution of drinking water, especially in urban centers.
  • territories and / or populations may have an urgent and temporary need for drinking water.
  • these territories may be subject to regular or occasional health and / or humanitarian crises. It may also be territories, whose usual water treatment facilities are at least temporarily out of order, particularly following a natural disaster (cyclone, earthquake, fire, etc.).
  • the filtration modules - and the installations incorporating them - must be sufficiently compact so that they can be easily transported by air, sea or road.
  • the modules must be able to be transported according to the usual standards of air cargo.
  • the filtration modules must be strong enough to withstand sometimes rough transport conditions.
  • the filtration modules must be of a robust and simple use, in order to be handled (operation, maintenance) without excessive difficulty for several months, even years, by non-experts.
  • filtration modules are generally intended to be deployed in territories where a qualified workforce will sometimes be rare or absent, therefore requiring the handling of modules by officials of non-governmental organizations or by the local population.
  • filtration modules should preferably be sufficiently compact, simple to use, robust.
  • the implementation of simple maintenance operations must be possible or privileged. Indeed, the life of a module is dependent in particular on the fouling of the elements of filtration. The main maintenance operation is the washing of the filter elements which become dirty gradually during the successive filtrations. Another maintenance operation may for example be the replacement of defective filtration elements.
  • these modules must be versatile enough to be deployed in areas without water supply and purification equipment. In particular, they must be able to be deployed in territories where the availability of water is limited to natural sources (rivers, lakes, ponds, groundwater, etc.), which can be polluted.
  • rescue teams eg army, non-governmental organizations, etc.
  • rescue teams are always looking for equipment that is easily accessible.
  • the present invention aims, in at least one embodiment, the supply of a module for water filtration, and an installation containing it, allowing the production of drinking water in situations of emergencies, especially in the event of a humanitarian crisis and / or natural disaster.
  • the present invention aims, in at least one embodiment, the provision of a module for water filtration, and an installation containing it, being robust, easy to use and easy maintenance, particularly by non-experts.
  • the present invention aims, in at least one embodiment, the supply of a module for water filtration, and an installation containing it, which can be deployed in territories devoid of any water purification equipment. water.
  • the present invention particularly aims, in at least one embodiment, the supply of a filter installation that can operate autonomously.
  • the present invention aims, in at least one embodiment, the supply of a module for water filtration, and an installation containing it, which can be deployed in territories where the only source of water available is a natural source, for example a river, whose waters could be polluted.
  • the present invention aims, in at least one embodiment, the provision of a module for water filtration, and an installation containing it, being compact enough to be transported by any usual means, that this by air, sea or road, and respecting the standard standards of air cargo.
  • the present invention aims, in at least one embodiment, the provision of a module for water filtration that can be transported in an already assembled manner.
  • the present invention relates to a module for water filtration, in particular for water microfiltration or water ultrafiltration, comprising a chamber closed by a lid and at least one hollow fiber filtration element. .
  • the enclosure comprises a water injection point to be filtered, a filtered water recovery point and optionally a drain point.
  • Each filter element has a high end where the hollow fibers are open, water can flow through said upper end only through the interior of the hollow fibers, and a low end where the hollow fibers are closed.
  • the enclosure includes a high positioning plate and a low positioning plate disposed horizontally.
  • the high plate comprises at least one hole, opening.
  • the bottom plate comprises at least one hole, opening or blind, in alignment with the corresponding hole of the top plate.
  • the water injection point is disposed between the high and low plates.
  • the drain point is, if necessary, also arranged between the high and low plates.
  • the water recovery point is disposed above the top plate.
  • the upper end of each filter element is surrounded laterally with a top sleeve comprising a collar.
  • the filter element is fitted at its upper and lower ends into the hole of the upper plate and the hole of the lower plate respectively, the collar of the upper sheath forming a stop with a lower surface of the upper plate.
  • filtration modules in non-usual positions. Indeed, in some cases, the filtration modules could be implanted in a non-customary manner, due to constraints specific to the territories concerned. Thus, such modules could be in an "upside down” vertical position to allow a gravitational flow of the water to be filtered from top to bottom. Alternatively, such modules could be in horizontal "lying" position.
  • the module according to the invention thus allows a simple attachment of each filter element by a double interlocking ends of each filter element in the holes arranged for this purpose of the high and low plates.
  • the filter elements are sandwiched between the two positioning plates.
  • the upper plate rests moreover partly on the collar of each upper sheath, which stabilizes each filtering element and prevents them from moving in translation upwards.
  • This has the advantage of ensuring a good maintenance of each element of filtration, which is necessary to ensure their integrity throughout the life of the module. This makes it possible in particular to ensure that the module can be transported in any position and subjected to a certain number of shocks of small amplitude, without being affected. This also ensures that the filter elements are suitably fixed with respect to the operating conditions of the module.
  • the enclosure comprises a housing, advantageously cylindrical in shape, terminated at its lower end by a base.
  • the enclosure is closed at its upper part by a cover, preferably of flattened ellipsoid shape.
  • the enclosure closed by its lid has a maximum height of 1600mm. This height limit is specifically adapted to transport by air cargo.
  • the footprint of the module is included in a rectangle of sides 1200 mm and 800 mm. This limited footprint is specifically adapted for transport by aerial cargo on pallets.
  • the enclosure can be constructed of different materials depending on the properties of the water to be filtered.
  • the enclosure may in particular be plastic, stainless steel or coated, or composite material.
  • the lid and the top plate are removable. This has the advantage of allowing the replacement of a defective filter element. Indeed, once the lid removed, the top plate can be removed by simple disassembly with the (s) element (s) filtration, the defective filtration element can be removed by simple disengagement with the lower plate.
  • the cover is removable, it is attached to the enclosure with at least one removable attachment means, for example of the screw and nut type.
  • the upper plate can in particular be made removable by arranging the latter partially supported on a flange disposed in the upper part of the housing. Gripping means may also be arranged on the upper surface of the upper plate in order to make the latter more easily removable.
  • the lid is not removable and is fixed to the enclosure permanently and permanently.
  • This embodiment could be privileged when the module is deployed in a territory where the risks of degradation are high.
  • the water injection point makes it possible in particular to inject a water to be filtered during a filtration process.
  • the emptying point makes it possible in particular to recover a washing water loaded with solid particles during a washing process.
  • 11 is advantageously arranged in the lower part between the upper plate and the lower plate.
  • the drain point is optional. Indeed, according to some embodiments an emptying can be implemented at the water injection point.
  • the recovery point notably makes it possible to recover filtered water during a filtration process or to inject a washing water during a washing process.
  • the filtration elements comprise hollow fibers whose upper part is surrounded by a top sheath comprising a collar.
  • the upper sheath of each filter element may comprise a smooth zone comprising at least one groove in which is inserted an O-ring.
  • the insertion of an O-ring ensures a good seal at the nesting between the upper end of a filter element and the corresponding hole of the upper plate. This has the advantage of ensuring that all the water collected at the point of recovery is indeed water which has been filtered by the hollow fibers, and that this is not contaminated, even in a residual manner, by dirty water.
  • Each hole of the upper plate may be extended by a protruding guide projecting downwards and forming a stop with the collar of the upper sheath of each filter element. This has the advantage of reducing the thickness of the high plate while ensuring good maintenance of the upper end of each filter element.
  • each filter element is surrounded laterally by a lower sheath comprising a collar.
  • the collar of the bottom barrel forms a stop with an upper surface of the lower plate.
  • each hole of the lower plate can be extended by a protruding guide projecting upwardly and forming a stop with the collar of the bottom sleeve.
  • the lower part of each filter element may also comprise at least one O-ring to ensure a good seal at the interlocking between the lower end of a filter element and the corresponding hole of the lower plate.
  • Each hole of the lower plate is preferably a through hole.
  • each hole of the bottom plate could be blind, and therefore form only a notch in which the filter element would rest.
  • each filter element may comprise perforations. Such perforations may be intended in particular for the passage of air.
  • the use of such filter elements is particularly recommended with low plates whose holes are open. If air is injected into the lower part of the enclosure, that is to say below the bottom plate, this air will pass through the perforations of the filter elements, causing the vibration of the hollow fibers. Such vibrations allow a mechanical washing action of the hollow fibers.
  • the air can be injected at an air injection point disposed below the lower plate and purged through at least one air vent disposed between the upper plate and the lower plate.
  • the high plate comprises several holes of the same diameter aligned one by one with corresponding holes of the lower plate.
  • the high and low plates each comprise eight holes.
  • the invention also relates to a method of water filtration.
  • This method comprises a filtration step in a module according to the invention comprising:
  • the filtration process is of the microfiltration or ultrafiltration type.
  • microfiltration is meant filtration to block particles larger than 10 to 0.1 gm
  • Ultrafiltration means a filtration that can block particles larger than a size between 0.1 mih and 0.01 mih.
  • the hollow fiber filtration elements of the module block particles larger than 0.04 mih.
  • the water is preferably injected at a relative pressure of between 0.1 and 1.5 bar, preferably at a relative pressure between 0.3 bar and 1.2 bar.
  • the method can thus be implemented with conventional pumps and is low energy consumers.
  • the hollow fibers of each filter element are hollow fibers that block particles larger than 0.04 mih. This embodiment has the advantage of being implemented at low pressure while ensuring a good filtration rate and a good quality of filtration.
  • the method may comprise at least one clarifying filtration step prior to the filtration step in the module.
  • Clarifying filtration is understood to mean filtration capable of retaining particles larger than a size of between 450 gm and 10 gm.
  • the clarifying filtration step makes it possible to remove the larger particles in order to limit the clogging of the filtration module and therefore the washing frequency of the filtration elements.
  • said clarifying filtration step makes it possible to retain particles of size greater than 130 gm. This embodiment has the advantage of allowing efficient clarifying filtration while ensuring a low pressure drop.
  • the method may include an activated carbon filtration step after the filtration step in the module.
  • the activated carbon filtration step makes it possible to trap certain coloring and / or olfactory substances not retained by the filtration elements. Indeed, although these substances do not present a real health hazard, it is better to remove them from the water to obtain a water as colorless and odorless as possible that can be identified as "healthy water”.
  • the activated carbon filtration step can also possibly trap certain chemical pollutants.
  • the invention also relates to a method of washing a module according to the invention.
  • This method comprises an injection of a washing solution in the module, an air injection at the air injection point, the air vibrating the hollow fibers and a recovery of the washing solution at the water injection point of the module and / or where appropriate at the point of discharge.
  • the injected air makes it possible to create highly turbulent flows between the hollow fibers in order to unhook the particles that accumulate on the outer surface of the walls of the hollow fibers.
  • the air can in particular be injected at a pressure of between 0 and 8 bars.
  • the air can be injected at a pressure greater than 1 bar, a pressure greater than 2 bar, a pressure greater than 3 bar, a pressure greater than 4 bar, a pressure above 5 bar, a pressure greater than 6 bars, a pressure above 7 bar, or a pressure equal to 8 bar.
  • the invention relates to a mobile water filtration installation comprising:
  • pumping means adapted to move a water to be treated from a source to the injection point of the module
  • connection means between the source of water to be treated, the connection means and the said module.
  • the mobile installation may furthermore comprise additional filtration means placed before or after the module, in particular screening, clarifying filtration, activated carbon filtration, flow control means placed before or after the module, means for controlling the quality of the water entering or leaving the module, energy supply means and water storage means placed before or after the module.
  • additional filtration means placed before or after the module, in particular screening, clarifying filtration, activated carbon filtration, flow control means placed before or after the module, means for controlling the quality of the water entering or leaving the module, energy supply means and water storage means placed before or after the module.
  • the mobile installation may also include an air compressor for injecting, if necessary, compressed air at the air injection point of the module.
  • Figure IA shows a front view of a filtration module according to the invention.
  • a convention of a vertical flow from the bottom to the top of the water has been adopted.
  • Fig. 1B shows a sectional view of the filtration module according to Fig. 1A, for which the lid has been removed. Of the filtration elements, only the central filter element is shown for the sake of clarity.
  • Figure IC is an enlargement of Figure IB at the bottom plate.
  • Figure 1D is an enlargement of Figure 1B at the top plate.
  • Figures 2A and 2B show the upper end, respectively the lower end, of a filter element used in the module according to Figure IA.
  • FIGS. 3A and 3B show the top positioning plate in perspective, respectively front view, of the module according to FIG.
  • FIG 4 schematically shows an installation comprising the module according to Figure IA.
  • the filtration module 1 comprises an enclosure 10 and eight hollow fiber filtration elements 55.
  • the enclosure 10 comprises a casing 11, of predominantly cylindrical shape.
  • the casing 11 is terminated at its bottom end by a base 12 and at its upper end by a collar 13.
  • the enclosure 10 is closed in its upper part by a cover 14, removable, provided with a flange 15.
  • the cover 14 has a flattened ellipsoid shape.
  • the enclosure 10 also comprises a low positioning plate 20 and a high positioning plate 30, substantially horizontal.
  • the lower plate 20 has a diameter substantially equal to the inner diameter of the housing 11. It is fixed to the bottom of the enclosure 10 without touching the base 12. It may in particular be welded or glued to the side walls of the housing 11.
  • the upper plate 30 has a larger diameter than the inner diameter of the housing 11. It rests against the flange 13 of the housing 11.
  • a set of bolts 18 is uniformly arranged in a circular geometry, which bolts passing through the collar 15 of the cover 14, the upper plate 30 and the flange 13 of the housing 11.
  • the bolts 18 thus make it possible to clamp the flange 15 of the cover 14 between them , the high plate 30 and the flange 13 of the casing 11.
  • Flat circular seals (not shown) can be inserted between the flange 15 of the cover 14 and the top plate 30, and / or between the flange 13 of the casing 11 and the plate high 30. This ensures the good seal between the inside and outside of the enclosure 10.
  • the filtering elements 50 are interlocked at their upper end 51 and lower 52 in holes 31 of the upper plate 30, respectively of the lower plate 20.
  • the enclosure 10 has a water injection point 41, a discharge point 47 and a chemical wash injection point 48, all three of which are arranged between the lower plate 20 and the upper plate 30, in the lower part. .
  • the injection point of a water 41 makes it possible to inject a water to be filtered during a filtration process and the point of emptying 47 makes it possible to recover a washing water loaded with solid particles during the washing processes.
  • the emptying point 47 is optional since the washing water loaded with solid particles could possibly be recovered at the injection point of a water 41.
  • the injection point for chemical washing 48 can inject a chlorinated water in a washing process. Note that the injection point for chemical washing 48 is optional since the chlorinated water could possibly be injected at the point of injection of a water 41.
  • the enclosure 10 also has a recovery point 42 disposed on the cover 14.
  • the recovery point 42 makes it possible to recover filtered water or to inject a wash water. Note that an injection point of a wash water could also be disposed on the cover 14 separately from the recovery point 42.
  • the enclosure 10 has an air injection point 43 disposed between the base 12 and the low plate 20.
  • the air injection point 43 makes it possible to inject air into the enclosure 10 , especially useful in a washing process.
  • the enclosure 10 has an air trap 45 at the top of the volume situated between the low and high plates 30 for purging the air introduced into the enclosure 10.
  • the enclosure 10 also has an air trap 46 at the top of the cover 14 for purging the air which may be present in the enclosure 10 above the top plate 30. It should be noted, however, that the hollow fibers 55 are normally impermeable to air.
  • the enclosure 10 may be constructed of different materials depending on the properties of the waters to be filtered.
  • the enclosure may in particular be plastic, stainless steel or coated, or composite material.
  • the dimensioning of the filtration module 1 is specifically adapted to transport by air freight on pallets. Indeed, it has a footprint adapted to have a maximum footprint of 1200mm x 800mm ("pallet dimension") and a maximum height of 1600mm. More precisely, the height of the module 1 (height of the casing 11 + height of the cover 14) is exactly 1600 mm.
  • the housing 11 has an internal diameter of 502mm.
  • the internal volume of the portion of the housing 11 between the high plate 30 and the lower plate 20 has a volume of 227 liters of vacuum (without filter element 50) and 214L once the filter elements 50 set up.
  • the filter elements 50 are substantially cylindrical in shape and include a set of hollow fibers 55 held together by a grid (not shown) surrounding them.
  • the hollow fibers 55 have their ends emerge from a rigid coating block 510.
  • the rigid coating block 510 is made of an impermeable resin. 'water.
  • the end of the hollow fibers 55 is embedded in a rigid encapsulation block 520.
  • the rigid encapsulation block 520 is also impermeable to water.
  • the hollow fibers 55 are open at their upper end and closed at their lower end. This makes it possible to recover filtered water at the upper end 51 of the filter element 50.
  • the rigid coating block 520 has perforations 58. allowing the air to pass on either side of the lower plate 20 between the hollow fibers 55.
  • a high sheath 60 surrounds the upper end 51.
  • the upper sheath 60 comprises from bottom to top, a collar 62 and a smooth zone 61 having two grooves in which two O-rings 63 are introduced.
  • the O-rings 63 make it possible to ensure good sealing between the volume inside the enclosure 10 between the low and high plates 30 and the volume inside the enclosure 10 located above the high plate 30.
  • a lower sleeve 70 surrounds the lower end 52.
  • the lower sleeve 70 comprises a collar 71.
  • An O-ring 73 is disposed around the rigid coating block 520 of the lower end 52.
  • the filter elements 50 have a height of 1195 mm and a diameter of 130 mm at their upper end 51.
  • the top plate 30 includes eight through holes 31 of the same diameter.
  • the diameter of a hole 31 is adapted to allow the interlocking of the upper end 51 of a filter element 50.
  • a protruding guide 33 of the same diameter as a hole 31 extends each hole 31, projecting downwards. .
  • the low end of the protruding guides 33 forms a stop against the flange 62 of the top sleeve 60 of the filter elements 50.
  • the overflowing guides 33 make it possible to ensure that the upper end 51 of the filtering elements 50 are maintained while reducing the
  • the bottom plate 20 comprises the same elements as the top plate 30, in particular eight through holes in alignment with the through holes 31 of the top plate.
  • the flange 71 of the bottom sleeve 70 of the filter elements 50 abuts against an upper surface of the lower plate 20, this upper surface possibly also being formed by protruding guides projecting upwards.
  • the high plate 30 also includes gripping elements 32 disposed on its upper surface.
  • the gripping elements 32 make it possible to remove the upper plate 30, especially when filter elements 50 must be changed.
  • the high 30 and low 20 plates have a thickness of 150 mm.
  • the holes 31 which are arranged there have a diameter equal to 132 mm.
  • the upper plate 30 has a diameter of 590 mm, greater than the internal diameter of the housing 11. 6.2 - Filtration plant
  • a mobile installation 100 comprising a filtration module 1 according to the invention may be deployed near a source of water to be treated 105.
  • the source of water to be treated 105 is a non-potable water , in particular because of the microparticles and / or micro-organisms that it contains.
  • the installation 100 makes it possible to obtain a drinking water 106 at the outlet of the installation.
  • the mobile installation 100 comprises upstream of the module 1 one or more clarifying filtration units 2; 5.
  • the installation 100 may include in particular a screening unit 2 disposed at the level of the water to be treated 105.
  • the screening means 2 may for example comprise a strainer for retaining particles larger than 500 gm.
  • the installation may also include a pre-filtration unit 5.
  • the pre-filtration means 5 may for example be a filter for retaining particles larger than 130 gm. The screening unit 2 and the pre-filtration unit 5 make it possible to limit the too rapid clogging of the module 1.
  • the installation 100 also comprises a pump 3 making it possible to transport the water to be treated from its source 105 to to module 1 and elements for controlling the injection of water into the module 1, including in particular one or more valves 4, one or more pressure reducers 6 and one or more flow meters 7.
  • the flow meters 7 may be meters provided a transmitting head, for example to control via a control module (not shown) the addition of chemicals such as chlorine depending on the flow or simple rotameters to control the flow with the naked eye.
  • the installation 100 comprises in parallel, upstream of the module 1, an air compressor 9 for introducing into the module 1 compressed air, useful during the washing of the latter.
  • the installation 100 comprises, downstream of the module 1, an activated carbon filtration unit 8.
  • the activated carbon filtration unit 8 makes it possible to retain any chemical pollution and / or certain coloring and / or olfactory substances not retained by the module. 1.
  • a chlorine addition unit (not shown) may also be disposed downstream of the module 1 to limit further contamination.
  • Connecting means 9, such as pipes, make it possible to connect the different elements of the installation 100 to each other.
  • Power supply means (not shown), such as a generator, can supply power to the pump 3 or the air compressor 9 when they are not self-powered.
  • Water storage means (not shown) may be arranged upstream of the module 1 for storing water to be treated and / or downstream to store the drinking water 106.
  • the installation 100 can be transported by air cargo.
  • the installation 100 is easily mountable, removable and movable. It is also completely autonomous and does not require pre-existing infrastructure.
  • a water to be filtered is injected at the point of water injection 41 of a module 1.
  • the water to be filtered fills the volume of the enclosure 10 between the low plate 20 and the high plate 30.
  • the fibers Hollow 55 filter elements 50 pass water molecules and retain particles larger than a cutoff value of the hollow fibers.
  • the water thus filtered inside the hollow fibers 55 leaves the upper end 51 of the filter elements 50 and flows into the volume of the chamber 10 situated above the top plate 30.
  • the filtered water is recovered at recovery point 42.
  • a relative injection pressure ranging from 0.3 bar to 1.2 bar can be used.
  • a module filtration rate of 7.5 m 3 / h is obtained with most of the raw water 105.
  • a washing solution is introduced into the module 1.
  • air is introduced at the point of air injection 43. Due to the perforations 58 in the rigid coating block 520 of the lower end 52 of the filter elements 50, the air diffuses between the hollow fibers 55 thus creating highly turbulent flows allowing to unhook the particles fixed on the outer surface of the hollow fibers 55.
  • the wash solution loaded in particle is recovered at the emptying point 47 of the module 1.
  • the first type of washing process is a simple process performed very regularly, for example daily.
  • This method comprises filling the inner volume of the housing 11 between the upper plate 30 and the lower plate 20 by injecting an unfiltered water at the point of water injection 41. Then air is injected at level of the air injection point 43 for about 2 minutes. Finally filtered water is injected at the recovery point 42 for 3 to 5 minutes at a rate equal to about 1.5 times the filtration rate.
  • the filtered water injected at the point of recovery penetrates inside the hollow fibers 55 and then crosses their wall, thus favoring the detachment of the particles fixed on the outer surface of the hollow fibers 55.
  • backwashing this process washing from a flow of water in the opposite direction to the filtration process.
  • a solution charged in particle is finally recovered at the point of emptying 47 of the module 1.
  • the second type of washing process is a chemical process performed more rarely, especially in case of non-recovery of the performance of the module 1 despite the simple washing implemented according to the first type of process.
  • This method comprises filling the inner volume of the casing 11 between the upper plate 30 and the lower plate 20 by injecting chlorinated filtered water at the point of injection point for chemical washing 48. Then air is injected at the point of air injection 43 for about 2min every 30 minutes over a total duration of 2 hours. Finally, the module 1 is emptied at the point of emptying 47.
  • module 1 The maintenance of module 1 does not require special expertise.
  • the module 1 Periodically, for example daily, the module 1 must be washed according to the method of the first type described in the previous section. Depending on the characteristics of the water to be treated, a washing according to the method of the second type is also needed more or less frequently, for example weekly, monthly or quarterly.

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Abstract

La présente invention concerne un module (1) pour la filtration d'eau, des procédés de filtration et de lavage correspondants et une installation comprenant le module (1). Le module (1) comprend une enceinte (10) fermée par un couvercle et au moins un élément de filtration (50) à fibres creuses. L'enceinte (10) comprend une plaque haute (30) de positionnement et une plaque basse (20) de positionnement disposées à l'horizontale, sur lesquelles sont disposés des trous en alignement respectif. L'extrémité haute de l'élément de filtration (50) est ceinte latéralement d'un fourreau haut comprenant une collerette. L'élément de filtration (50) s'emboîte en ses extrémités haute et basse dans respectivement le trou de la plaque haute (30) et le trou de la plaque basse (20). La collerette du fourreau haut forme butée avec une surface inférieure de la plaque haute (30).

Description

Module pour la filtration d'eau, procédé de filtration, procédé de lavage et installation de filtration correspondants.
1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine de la filtration de l’eau, notamment le domaine de la microfiltration et de l’ultrafiltration de l’eau, particulièrement en situation de catastrophe naturelle et/ou de crises humanitaires.
Plus précisément, la présente invention concerne un module de filtration d’eau comprenant au moins un élément de filtration à fibres creuses. L’invention concerne aussi un procédé de filtration d’eau à partir du module de filtration et un procédé de lavage du module de filtration. Enfin, l’invention concerne également une installation de filtration mobile comprenant le module de filtration.
2. Art antérieur
Les procédés de microfiltration et d’ultrafiltration utilisant des éléments de filtration à fibres creuses permettent de fournir un traitement de l’eau adapté pour une consommation humaine, l’eau traitée étant notamment exempte de matières en suspension, de bactéries et de virus.
Un élément de filtration à fibres creuses comprend un faisceau de fibres, creuses et de forme sensiblement cylindrique, qui sont perméables à l’eau mais bloquent le passage des particules au delà d’une certaine taille. Selon la nature des fibres creuses utilisées, l’eau peut être microfiltrée et/ou ultrafiltrée.
Par convention d’un écoulement de bas en haut de l’eau à traiter, un élément de filtration classique, de type filtration de l’extérieur vers l’intérieur, comprend généralement une extrémité basse où les fibres sont noyées dans un bloc de résine imperméable à l’eau et une extrémité haute ou les fibres émergent d’un bloc de résine imperméable à l’eau. L’eau à traiter est introduite à l’extérieur des fibres et l’eau filtrée est récupérée au niveau de l’extrémité haute du module de filtration : l’eau traverse les parois des fibres creuses alors que les particules d’une certaine taille sont retenues par les parois des fibres creuses. Plusieurs éléments de filtration à fibres creuses sont généralement associés en parallèle et disposés à l’intérieur d’une enceinte comprenant un seul point d’injection d’eau à filtrer et un seul point de récupération d’eau filtrée. L’ensemble d’éléments de filtration à fibres creuses et de l’enceinte forme un module de filtration.
Les unités de filtration d’eaux peuvent être de différentes tailles. De même, ces unités peuvent être implantées de manière pérenne ou de manière temporaire. Le mode d’implantation, la taille des unités, le type de filtration, le choix des matériaux et éléments de filtration seront fonction des besoins en eaux, du lieu de livraison, de leur destination, etc. 11 est très couramment utilisé des réseaux collectifs pérennes de production et de distribution d’eau potable, notamment dans les centres urbains. Cependant, dans certaines situations, des territoires et/ou des populations peuvent avoir un besoin urgent et temporaire en eau potable. 11 peut s’agir par exemple de territoires soumis à des crises sanitaires et/ou humanitaires régulières ou ponctuelles. 11 peut s’agir également de territoires, dont les infrastructures habituelles de traitement d’eau sont au moins temporairement hors d’usage, suite notamment à une catastrophe naturelle (cyclone, tremblement de terre, incendie, etc.). Ces situations impliquent de mettre à la disposition de populations locales et/ou d’équipes dédiées à la gestion de ces crises, des modules de filtration. De nombreuses contraintes s’imposent alors. Ainsi, les modules de filtration - et les installations les incorporant - doivent être suffisamment compacts afin de pouvoir être transportés aisément, par voie aérienne, maritime ou routière. En particulier, les modules doivent pouvoir être transportés selon les normes habituelles du cargo aérien. En outre, les modules de filtration doivent être suffisamment résistants pour supporter des conditions de transport parfois agitées. De plus, les modules de filtration doivent être d’une utilisation robuste et simple, afin d’être manipulés (opération, maintenance) sans difficulté excessive pendant plusieurs mois, voire plusieurs années, par des personnes non-expertes. En effet, de tels modules de filtration sont généralement destinés à être déployés dans des territoires où une main d’œuvre qualifiée sera parfois rare, voire absente, nécessitant dès lors la manipulation des modules par des responsables d’Organisations Non-Gouvernementales ou par la population locale. Ainsi, de tels modules de filtration doivent très préférentiellement être suffisamment compacts, simples à utiliser, robustes. En outre, la mise en œuvre d’opérations simples de maintenance doit être possible, voire privilégiée. En effet, la durée de vie d’un module est dépendante notamment de l’encrassement des éléments de filtration. L’opération de maintenance principale est le lavage des éléments de filtration qui s’encrassent peu à peu au cours des filtrations successives. Une autre opération de maintenance peut par exemple être le remplacement d’éléments de filtration défectueux. Enfin et surtout, ces modules doivent être suffisamment versatiles pour être déployés dans des territoires dépourvus d’équipements d’adduction et de potabilisation d’eau. En particulier, ils doivent pouvoir être déployés dans des territoires où la disponibilité en eau se limite à des sources naturelles (rivières, lacs, étangs, nappe phréatique, etc.), lesquelles pouvant être polluées.
Afin d’accompagner davantage les populations locales faisant face à une crise humanitaire et à un état de catastrophe naturelle, les équipes de secours (ex. armée, Organisations Non-Gouvernementales, etc.) sont toujours à la recherche d’équipements qui soient facilement déployables, résistants à des conditions de transport rudimentaires, robustes et simples d’utilisation, avec une maintenance aisée et possible de la part de personnes non-expertes. Cela s’applique tout particulièrement aux installations de production et de distribution d’eau potable, qui est un besoin élémentaire de première urgence en situation de crise.
3. Objectifs de l'invention
Ainsi, la présente invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’un module pour la filtration d’eau, et d’une installation le contenant, permettant la production d’eau potable dans des situations d’urgences, notamment en cas de crise humanitaire et/ou de catastrophe naturelle.
La présente invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’un module pour la filtration d’eau, et d’une installation le contenant, étant robuste, simple d’utilisation et de maintenance aisée, notamment par des personnes non-expertes.
La présente invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’un module pour la filtration d’eau, et d’une installation le contenant, pouvant être déployée dans des territoires dépourvus de tout équipement de potabilisation d’eau. La présente invention a notamment pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’une installation de filtration pouvant fonctionner de manière autonome. La présente invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’un module pour la filtration d’eau, et d’une installation le contenant, pouvant être déployée dans des territoires où la seule source d’eau disponible est une source naturelle, par exemple une rivière, dont les eaux pourraient être polluées.
La présente invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’un module pour la filtration d’eau, et d’une installation le contenant, étant suffisamment compact pour pouvoir être transporté par tout moyen habituel, que ce soit par voie aérienne, maritime ou routière, et respectant notamment les normes standard du cargo aérien.
La présente invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, la fourniture d’un module pour la filtration d’eau pouvant être transporté de manière déjà assemblée.
4. Exposé de l'invention
La présente invention est selon le jeu de revendications.
Dans un premier aspect, la présente invention concerne un module pour la filtration d’eau, notamment pour la microfiltration d’eau ou l’ultrafiltration d’eau, comprenant une enceinte fermée par un couvercle et au moins un élément de filtration à fibres creuses.
L’enceinte comprend un point d’injection d’eau à filtrer, un point de récupération d’eau filtrée et optionnellement un point de vidange.
Chaque élément de filtration présente une extrémité haute où les fibres creuses sont ouvertes, l’eau ne pouvant s’écouler au travers de ladite extrémité haute que par l’intérieur des fibres creuses, et une extrémité basse où les fibres creuses sont fermées.
L’enceinte comprend une plaque haute de positionnement et une plaque basse de positionnement disposées à l’horizontal. La plaque haute comprend au moins un trou, débouchant. La plaque basse comprend au moins un trou, débouchant ou borgne, en alignement avec le trou correspondant de la plaque haute.
Le point d’injection d’eau est disposé entre les plaques haute et basse. Le point de vidange est, le cas échéant, aussi disposé entre les plaques haute et basse. Le point de récupération d’eau est disposé au dessus de la plaque haute. L’extrémité haute de chaque élément de filtration est ceinte latéralement d’un fourreau haut comprenant une collerette.
L’élément de filtration s’emboîte en ses extrémités haute et basse dans respectivement le trou de la plaque haute et le trou de la plaque basse, la collerette du fourreau haut formant butée avec une surface inférieure de la plaque haute.
Les expressions telles que par exemple « haut », « bas », « supérieur », « inférieur », « au-dessus », « en-dessous » sont utilisées pour décrire un module dans son implantation usuelle, c’est-à-dire en position verticale « debout » afin de permettre un écoulement conventionnel ascensionnel de l’eau à filtrer du bas vers le haut. En effet, selon la présente convention, l’eau à filtrer est injectée au niveau du point d’injection et remplit, au moins en partie, le volume de l’enceinte compris entre la plaque haute et la plaque basse. L’eau traverse les parois des fibres creuses alors que les particules de taille supérieure à la taille de coupure des fibres creuses sont bloquées par les parois des fibres creuses. L’eau filtrée à l’intérieure des fibres creuses ressort par l’extrémité haute de chaque élément de filtration puis est récupérée au niveau du point de récupération de l’enceinte disposé au dessus de la plaque haute. Alternativement, les termes « aval » et « amont » pourraient être utilisés.
La terminologie ci-dessous est utilisée à des fins de clarté. Cela n’exclut pas l’implantation des modules de filtration dans des positions non-usuelles. En effet, dans certains cas, les modules de filtration pourraient être implantés de manière non-usuelle, en raison de contraintes propres aux territoires concernés. Ainsi, de tels modules pourraient être en position verticale « inversée » afin de permettre un écoulement gravitationnelle de l’eau à filtrer du haut vers le bas. Alternativement, de tels modules pourraient être en position horizontale « couchée ».
Le module selon l’invention permet ainsi une fixation simple de chaque élément de filtration par un double emboîtement des extrémités de chaque élément de filtration dans les trous disposés à cet effet des plaques haute et basse. En d’autres termes, les éléments de filtration sont pris en sandwich entre les deux plaques de positionnement. La plaque haute repose de plus en partie sur la collerette de chaque fourreau haut, ce qui stabilise chaque élément de filtration et les empêchent de se mouvoir en translation vers le haut. Ceci présente l’avantage d’assurer un bon maintien de chaque élément de filtration, ce qui est nécessaire pour garantir leur intégrité tout au long de la vie du module. Ceci permet notamment de garantir que le module puisse être transporté dans n’importe quelle position et soumis à un certain nombre de chocs de petite amplitude, sans en être affecté. Ceci garantit également que les éléments de filtration sont fixés de manière adaptée par rapport aux conditions de fonctionnement du module. Finalement, ceci permet d’optimiser l’encombrement en hauteur du module : en effet, la fixation de chaque élément de filtration n’entraîne pas d’encombrement en hauteur supplémentaire que la hauteur même de l’élément de filtration, permettant un dimensionnement du module adapté aux multiples modes de transport, et notamment ceux du cargo aérien.
L’enceinte comprend un carter, de forme avantageusement cylindrique, terminé en son extrémité basse par une base. L’enceinte est fermée en sa partie haute par un couvercle, de forme avantageusement d’ellipsoïde aplati. Préférentiellement, l’enceinte fermée par son couvercle a une hauteur maximale de 1600mm. Cette hauteur limite est spécifiquement adaptée au transport par cargo aérien. Préférentiellement, l’empreinte au sol du module est incluse dans un rectangle de côtés 1200 mm et 800mm. Cette empreinte au sol limite est spécifiquement adaptée au transport par cargo aérien sur palettes.
L’enceinte peut être construite en différents matériaux en fonction des propriétés des eaux à filtrer. L’enceinte peut notamment être en matière plastique, en acier inoxydable ou revêtu, ou encore en matériau composite.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, le couvercle et la plaque haute sont amovibles. Ceci a pour avantage de permettre le remplacement d’un élément de filtration défectueux. En effet, une fois le couvercle retiré, la plaque haute peut être retirée par simple déboitement avec le(s) élément(s) de filtration, l’élément de filtration défectueux pouvant être retiré par simple déboitement avec la plaque basse. Lorsque le couvercle est amovible, celui-ci est fixé à l’enceinte avec au moins un moyen amovible de fixation, par exemple du type vis et écrou. La plaque haute peut notamment être rendue amovible en disposant cette dernière en partie en appui sur une collerette disposée en partie haute du carter. Des moyens de préhension peuvent également être disposés sur la surface supérieure de la plaque haute afin de rendre cette dernière plus facilement amovible.
Alternativement, de manière moins préférée, le couvercle n’est pas amovible et est fixé à l’enceinte de manière permanente et définitive. Ce mode de réalisation pourrait être privilégié lorsque le module est déployé dans un territoire où les risques de dégradation sont élevés.
Le point d’injection d’eau permet notamment d’injecter une eau à filtrer lors d’un procédé de filtration. Le point de vidange permet notamment de récupérer une eau de lavage chargée en particules solides lors d’un procédé de lavage. 11 est avantageusement disposé en partie basse entre la plaque haute et la plaque basse. Le point de vidange est optionnel. En effet, selon certains modes de réalisation une vidange peut être mise en œuvre au niveau du point d’injection d’eau. Le point de récupération permet notamment de récupérer une eau filtrée lors d’un procédé de filtration ou d’injecter une eau de lavage lors d’un procédé de lavage.
Les éléments de filtration comprennent des fibres creuses dont la partie haute est ceinte d’un fourreau haut comprenant une collerette. Le fourreau haut de chaque élément de filtration peut comprendre une zone lisse comportant au moins une rainure dans laquelle est insérée un joint torique. L’insertion d’un joint torique permet d’assurer une bonne étanchéité au niveau de l’emboîtement entre l’extrémité haute d’un élément de filtration et le trou correspondant de la plaque haute. Ceci a pour avantage d’assurer que toute l’eau recueillie au niveau du point de récupération est bien une eau qui a été filtrée par les fibres creuses, et que celle-ci n’est pas contaminée, même de manière résiduelle, par une eau souillée.
Chaque trou de la plaque haute peut être prolongé par un guide débordant faisant saillie vers le bas et formant butée avec la collerette du fourreau haut de chaque élément de filtration. Ceci a pour avantage de réduire l’épaisseur de la plaque haute tout en assurant un bon maintien de l’extrémité haute de chaque élément de filtration.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, l’extrémité basse de chaque élément de filtration est ceinte latéralement d’un fourreau bas comprenant une collerette. La collerette du fourreau bas forme butée avec une surface supérieure de la plaque basse. Ce mode de réalisation entrave le mouvement en translation vers le bas de chaque élément de filtration. Selon ce mode de réalisation, chaque trou de la plaque basse peut être prolongé par un guide débordant faisant saillie vers le haut et formant butée avec la collerette du fourreau bas. La partie basse de chaque élément de filtration peut également comprendre au moins un joint torique permettant d’assurer une bonne étanchéité au niveau de l’emboîtement entre l’extrémité basse d’un élément de filtration et le trou correspondant de la plaque basse.
Chaque trou de la plaque basse est préférentiellement un trou débouchant. Alternativement, chaque trou de la plaque basse pourrait être borgne, et former dès lors uniquement une encoche dans laquelle l’élément de filtration reposerait.
L’extrémité basse de chaque élément de filtration peut comprendre des perforations. De telles perforations peuvent être destinées notamment au passage de l’air. L’utilisation de tels éléments de filtration est particulièrement recommandée avec des plaques basses dont les trous sont débouchants. Si de l’air est injecté dans la partie basse de l’enceinte, c’est-à-dire en dessous de la plaque basse, cet air passera au travers des perforations des éléments de filtration, entraînant la vibration des fibres creuses. De telles vibrations permettent une action de lavage mécanique des fibres creuses. L’air peut être injecté au niveau d’un point d’injection d’air disposé en dessous de la plaque basse et purgé grâce à au moins un purgeur d’air disposé entre la plaque haute et la plaque basse.
Préférentiellement, la plaque haute comprend plusieurs trous de même diamètre alignés un à un avec des trous correspondants de la plaque basse. Selon un mode de réalisation particulier, les plaques haute et basse comprennent chacune huit trous.
Dans un deuxième aspect, l’invention concerne aussi un procédé de filtration d’eau. Ce procédé comprend une étape de filtration dans un module selon l’invention comprenant :
- l’injection, en continu, de l’eau dans ledit module au niveau du point d’injection d’eau et,
- la récupération, en continu, d’une eau filtrée dans ledit module au niveau du point de récupération.
Du fait de l’utilisation d’éléments de filtration à fibres creuses, le procédé de filtration est du type microfiltration ou ultrafiltration. On entend par microfiltration, une filtration permettant de bloquer des particules de taille supérieure à une taille comprise entre 10 et 0,1 gm. On entend par ultrafiltration, une filtration permettant de bloquer des particules de taille supérieure à une taille comprise entre 0,1 mih et 0,01 mih. Selon un mode de réalisation particulier, les éléments de filtration à fibres creuses du module permettent de bloquer les particules de taille supérieure à 0,04 mih.
L’eau est préférentiellement injectée à une pression relative comprise entre 0.1 et 1.5 bars, de préférence à une pression relative comprise entre 0.3 bar et 1,2 bar. Le procédé peut ainsi être mis en œuvre avec des pompes usuelles et est peu consommateur en énergie. Selon un mode de réalisation particulier, les fibres creuses de chaque élément de filtration sont des fibres creuses qui bloquent les particules de taille supérieure à 0,04 mih. Ce mode de réalisation présente comme avantage d’être mis en œuvre à faible pression tout en garantissant un bon débit de filtration et une bonne qualité de filtration.
Le procédé peut comprendre au moins une étape de filtration clarifiante avant l’étape de filtration dans le module. On entend par filtration clarifiante, une filtration permettant de retenir des particules de taille supérieure à une taille comprise entre 450 gm et 10 gm. L’étape de filtration clarifiante permet de retirer les particules de plus grosse taille afin de limiter l’encrassement du module de filtration et donc la fréquence de lavage des éléments de filtration. Selon un mode de réalisation particulier, ladite étape de filtration clarifiante permet de retenir les particules de taille supérieure à 130 gm. Ce mode de réalisation a pour avantage de permettre une filtration clarifiante efficace tout en garantissant une faible perte de charge.
Le procédé peut comprendre une étape de filtration sur charbon actif après l’étape de filtration dans le module. L’étape de filtration sur charbon actif permet de piéger certaines substances colorantes et/ou olfactives non retenues par les éléments de filtration. En effet, bien que ces substances ne présentent pas de réel danger sanitaire, il est préférable de les retirer de l’eau afin d’obtenir une eau aussi incolore et inodore que possible pouvant être identifiée comme « une eau saine ». L’étape de filtration sur charbon actif permet aussi éventuellement de piéger certains polluants chimiques.
Dans un troisième aspect, l’invention concerne aussi un procédé de lavage d’un module selon l’invention. Ce procédé comprend une injection d’une solution de lavage dans le module, une injection d’air au niveau du point d’injection d’air, l’air mettant en vibration les fibres creuses et, une récupération de la solution de lavage au niveau du point d’injection d’eau du module et/ou le cas échéant au niveau du point de vidange. L’air injecté permet de créer des écoulements fortement turbulents entre les fibres creuses afin de décrocher les particules qui s’accumulent sur la surface externe des parois des fibres creuses.
Avec un compresseur d’air usuel, l’air peut notamment être injecté à une pression comprise entre 0 et 8 bars. En particulier, l’air peut être injecté à une pression supérieure à 1 bar, une pression supérieure à 2 bars, une pression supérieure à 3 bars, une pression supérieure à 4 bars, une pression supérieure à 5 bars, une pression supérieure à 6 bars, une pression supérieure à 7 bar, ou encore une pression égale à 8 bars.
Dans un quatrième aspect, l’invention concerne une installation mobile de filtration d’eau comprenant :
- un module selon l’invention ;
- des moyens de pompage adaptés pour déplacer une eau à traiter depuis une source jusqu’au point d’injection du module;
- des moyens de raccordement entre la source d’eau à traiter, lesdits moyens de raccordement et ledit module.
L’installation mobile peut comprendre en outre des moyens complémentaires de filtration placés avant ou après le module, notamment des moyens de dégrillage, de filtration clarifiante, de filtration sur charbon actif, des moyens de contrôle du débit placés avant ou après le module, des moyens de contrôle de la qualité de l’eau entrant ou sortant du module, des moyens d’alimentation en énergie et des moyens de stockage d’eau placés avant ou après le module.
L’installation mobile peut également comprendre un compresseur d’air permettant d’injecter, le cas échéant, de l’air comprimé au niveau du point d’injection d’air du module.
Ce type d’installation peut être facilement monté et démonté et déplacé en fonction du besoin. De plus ce type d’installation peut être mis en œuvre de manière autonome et ne nécessite pas d’infrastructure préexistante. 5. Liste des figures
L’invention, ainsi que les différents avantages qu’elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre d’un mode non limitatif de réalisation de celle-ci, donnée en référence aux Figures suivantes :
La Figure IA représente une vue de face d’un module de filtration selon l’invention. Comme il a déjà été mentionné plus haut, une convention d’un écoulement vertical du bas vers le haut de l’eau a été adoptée.
La Figure IB représente une vue en coupe du module de filtration selon la Figure IA, pour lequel le couvercle a été retiré. Parmi les éléments de filtration, seul l’élément de filtration central est représenté par souci de clarté.
La Figure IC est un agrandissement de la Figure IB au niveau de la plaque basse.
La Figure 1D est un agrandissement de la Figure IB au niveau de la plaque haute.
Les Figures 2A et 2B représentent l’extrémité haute, respectivement l’extrémité basse, d’un élément de filtration utilisé dans le module selon la Figure IA.
Les Figures 3A et 3B représentent la plaque haute de positionnement en perspective, respectivement vue de face, du module selon la Figure IA.
La Figure 4 représente schématiquement une installation comprenant le module selon la Figure IA.
6. Description détaillée d'un mode de réalisation
6.1 - Module de filtration
En référence aux Figures IA, IB, IC et 1D, le module 1 de filtration comprend une enceinte 10 et huit éléments de filtration 50 à fibres creuses 55.
L’enceinte 10 comprend un carter 11, de forme principalement cylindrique. Le carter 11 est terminé en son extrémité basse par une base 12 et en son extrémité haute par une collerette 13.
L’enceinte 10 est fermée en sa partie haute par un couvercle 14, amovible, muni d’une collerette 15. Le couvercle 14 a une forme d’ellipsoïde aplati.
L’enceinte 10 comprend également une plaque basse 20 de positionnement et une plaque haute 30 de positionnement, sensiblement horizontales. La plaque basse 20 a un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du carter 11. Elle est fixée au fond de l’enceinte 10 sans toutefois toucher la base 12. Elle peut notamment être soudée ou collée aux parois latérales du carter 11.
La plaque haute 30 a un diamètre supérieur au diamètre intérieur du carter 11. Elle repose en appui sur la collerette 13 du carter 11.
Un ensemble de boulons 18 est disposé uniformément selon une géométrie circulaire, lesquels boulons traversant la collerette 15 du couvercle 14, la plaque haute 30 et la collerette 13 du carter 11. Les boulons 18 permettent ainsi de serrer entre eux la collerette 15 du couvercle 14, la plaque haute 30 et la collerette 13 du carter 11. Des joints circulaires plats (non représentés) peuvent être insérés entre la collerette 15 du couvercle 14 et la plaque haute 30, et/ou entre la collerette 13 du carter 11 et la plaque haute 30. Ceci permet de garantir la bonne étanchéité entre l’intérieur et l’extérieur de l’enceinte 10.
Comme il sera décrit plus en détail ci-dessous, les éléments de filtration 50 viennent s’emboîter en leur extrémité haute 51 et basse 52 dans des trous 31 de la plaque haute 30, respectivement de la plaque basse 20.
L’enceinte 10 présente un point d’injection d’une eau 41, un point de vidange 47 et un point d’injection pour lavage chimique 48, disposés tous les trois entre la plaque basse 20 et la plaque haute 30, en partie basse. Comme il sera décrit plus en détail dans les sections dédiées au procédé de filtration et aux procédés de lavage, le point d’injection d’une eau 41 permet d’injecter une eau à filtrer lors d’un procédé de filtration et le point de vidange 47 permet de récupérer une eau de lavage chargée en particules solides lors des procédés de lavage. A noter que le point de vidange 47 est facultatif puisque l’eau de lavage chargée en particules solides pourrait éventuellement être récupérée au niveau du point d’injection d’une eau 41. Comme il sera également décrit plus en détail dans la section dédiée aux procédés de lavage, le point d’injection pour lavage chimique 48 permet d’injecter une eau chlorée dans un procédé de lavage. A noter que le point d’injection pour lavage chimique 48 est facultatif puisque l’eau chlorée pourrait éventuellement être injectée au niveau du point d’injection d’une eau 41.
L’enceinte 10 présente aussi un point de récupération 42, disposé sur le couvercle 14. Le point de récupération 42 permet de récupérer une eau filtrée ou d’injecter une eau de lavage. A noter, qu’un point d’injection d’une eau de lavage pourrait également être disposé sur le couvercle 14 séparément du point de récupération 42.
En outre l’enceinte 10 présente un point d’injection d’air 43, disposé entre la base 12 et la plaque basse 20. Le point d’injection d’air 43 permet d’injecter de l’air dans l’enceinte 10, utile notamment lors d’un procédé de lavage. Enfin l’enceinte 10 présente un purgeur d’air 45 en haut du volume situé entre les plaques basse 20 et haute 30 permettant de purger l’air introduit dans l’enceinte 10. L’enceinte 10 présente également un purgeur d’air 46 en haut du couvercle 14 permettant de purger l’air se trouvant le cas échéant dans l’enceinte 10 au-dessus de la plaque haute 30. 11 est à noter cependant que les fibres creuses 55 sont normalement imperméables à l’air.
L’enceinte 10 peut être construite en différents matériaux en fonction des propriétés des eaux à filtrer. L’enceinte peut notamment être en matière plastique, en acier inoxydable ou revêtu, ou encore en matériau composite.
Le dimensionnement du module 1 de filtration est spécifiquement adapté au transport par fret aérien sur palettes. En effet, il a un encombrement adapté pour avoir une emprise au sol maximum de 1200mm x 800mm (« dimension palette ») et une hauteur maximale de 1600mm. Plus précisément, la hauteur du module 1 (hauteur du carter 11 + hauteur du couvercle 14) fait exactement 1600mm. Le carter 11 a un diamètre interne de 502mm. Le volume interne de la partie du carter 11 comprise entre la plaque haute 30 et la plaque basse 20 a un volume de 227 Litres à vide (sans élément de filtration 50) et de 214L une fois les éléments de filtration 50 mis en place.
En référence aux figures 2A et 2B, les éléments de filtration 50 sont de forme sensiblement cylindrique et comprennent un ensemble de fibres creuses 55 maintenues entre elles par une grille (non représentée) les ceinturant. Au niveau de l’extrémité haute 51 d’un élément de filtration 50, les fibres creuses 55 voient leur extrémité émerger d’un bloc d’enrobage rigide 510. Le bloc d’enrobage rigide 510 est fait d’une résine imperméable à l’eau. Au niveau de l’extrémité basse 52 d’un élément de filtration 50, l’extrémité des fibres creuses 55 est noyée dans un bloc d’enrobage rigide 520. Le bloc d’enrobage rigide 520 est également imperméable à l’eau. Ainsi, les fibres creuses 55 sont ouvertes en leur extrémité haute et fermées en leur extrémité basse. Ceci permet de récupérer une eau filtrée au niveau de l’extrémité haute 51 de l’élément de filtration 50. En outre, le bloc d’enrobage rigide 520 présente des perforations 58 permettant de laisser passer l’air de part et d’autre de la plaque basse 20 entre les fibres creuses 55.
Un fourreau haut 60 ceint l’extrémité haute 51. Le fourreau haut 60 comprend de bas en haut, une collerette 62 et une zone lisse 61 comportant deux rainures dans lesquelles sont introduits deux joints toriques 63. Les joints toriques 63 permettent d’assurer une bonne étanchéité entre le volume à l’intérieur de l’enceinte 10 compris entre les plaques basse 20 et haute 30 et, le volume à l’intérieur de l’enceinte 10 situé au dessus de la plaque haute 30.
Un fourreau bas 70 ceint l’extrémité basse 52. Le fourreau bas 70 comprend une collerette 71. Un joint torique 73 est disposé autour du bloc d’enrobage rigide 520 de l’extrémité basse 52.
Les éléments de filtration 50 ont une hauteur de 1195 mm et un diamètre de 130 mm au niveau de leur extrémité haute 51.
En référence aux Figures 3A et 3B, la plaque haute 30, comprend huit trous 31 débouchants de même diamètre. Le diamètre d’un trou 31 est adapté pour permettre l’emboitement de l’extrémité haute 51 d’un élément de filtration 50. Un guide débordant 33 de même diamètre qu’un trou 31 prolonge chaque trou 31, faisant saillie vers le bas. L’extrémité basse des guides débordants 33 forme butée contre la collerette 62 du fourreau haut 60 des éléments de filtration 50. Les guides débordants 33 permettent d’assurer un bon maintien de l’extrémité haute 51 des éléments de filtration 50 tout en réduisant l’épaisseur de la plaque haute 30. La plaque basse 20 comporte les mêmes éléments que la plaque haute 30, notamment huit trous débouchants en alignement avec les trous 31 débouchants de la plaque haute. La collerette 71 du fourreau bas 70 des éléments de filtration 50 forment butée contre une surface supérieure de la plaque basse 20, cette surface supérieure pouvant également éventuellement être formée par des guides débordants en saillie vers le haut.
La plaque haute 30 comprend également des éléments de préhension 32 disposés sur sa surface supérieure. Les éléments de préhension 32 permettent de retirer la plaque haute 30, notamment lorsque des éléments de filtration 50 doivent être changés. Les plaques haute 30 et basse 20 ont une épaisseur de 150 mm. Les trous 31 qui y sont disposés ont un diamètre égal à 132 mm. La plaque haute 30 a de plus un diamètre de 590 mm, supérieur au diamètre interne du carter 11. 6.2 - Installation de filtration
En référence à la Figure 4, une installation mobile 100 comprenant un module de filtration 1 selon l’invention peut être déployée à proximité d’une source d’eau à traiter 105. La source d’eau à traiter 105 est une eau non potable, notamment du fait des microparticules et/ou micro-organismes qu’elle contient. L’installation 100 permet d’obtenir une eau potable 106 en sortie d’installation.
L’installation mobile 100 comprend en amont du module 1 une ou plusieurs unités de filtration clarifiante 2 ; 5. L’installation 100 peut notamment comprendre une unité de dégrillage 2 disposé au niveau du prélèvement de l’eau à traiter 105. Le moyen de dégrillage 2 peut par exemple comprendre une crépine permettant de retenir les particules de taille supérieure à 500 gm. L’installation peut aussi comprendre une unité de pré-filtration 5. Le moyen de pré-filtration 5 peut par exemple être un filtre permettant de retenir les particules de taille supérieure à 130 gm. L’unité de dégrillage 2 et l’unité de pré-filtration 5 permettent de limiter l’encrassement trop rapide du module 1. L’installation 100 comprend également une pompe 3 permettant de transporter l’eau à traiter depuis sa source 105 jusqu’au module 1 et des éléments permettant de contrôler l’injection d’eau dans le module î, incluant notamment une ou plusieurs vannes 4, un ou plusieurs réducteurs de pression 6 et un ou plusieurs débitmètres 7. Les débitmètres 7 peuvent être des compteurs munis d’une tête émettrice, permettant par exemple de piloter via un module de contrôle (non représenté) l’adjonction de produits chimiques comme le chlore en fonction du débit ou encore de simples rotamètres permettant de contrôler le débit à l’œil nu .
L’installation 100 comprend en parallèle, en amont du module 1, un compresseur d’air 9 permettant d’introduire dans e module 1 de l’air comprimé, utile lors du lavage de ce dernier.
L’installation 100 comprend en aval du module 1 une unité de filtration sur charbon actif 8. L’unité de filtration sur charbon actif 8 permet de retenir une éventuelle pollution chimique et/ou certaines substances colorantes et/ou olfactives non retenues par le module 1. Une unité d’adjonction de chlore (non représentée) peut également être disposée en aval du module 1 afin de limiter toute nouvelle contamination. Des moyens de raccordement 9, tels des tuyaux, permettent de raccorder les différents éléments de l’installation 100 entre eux. Des moyens d’alimentation en énergie (non-représentés), tel un groupe électrogène, permettent d’alimenter en énergie la pompe 3 ou le compresseur d’air 9 lorsque ceux-ci ne sont pas autoalimentés. Des moyens de stockage de l’eau (non représentés) peuvent être disposés en amont du module 1 pour stocker de l’eau à traiter et/ou en aval pour stocker l’eau potable 106.
Ainsi l’ensemble des éléments constituant l’installation 100 peut être transporté par cargo aérien. L’installation 100 est facilement montable, démontable et déplaçable. Elle est de plus complètement autonome et ne nécessite pas d’infrastructure préexistante.
6.3 - Procédé de filtration d'un module
Une eau à filtrer est injectée au niveau du point d’injection d’eau 41 d’un module 1. L’eau à filtrer remplit le volume de l’enceinte 10 compris entre la plaque basse 20 et la plaque haute 30. Les fibres creuses 55 des éléments de filtration 50 laissent passer les molécules d’eau et retiennent les particules de taille supérieure à une valeur de coupure des fibres creuses. L’eau ainsi filtrée à l’intérieur des fibres creuses 55 ressort de l’extrémité haute 51 des éléments de filtration 50 et se déverse dans le volume de l’enceinte 10 situé au dessus de la plaque haute 30. L’eau filtrée est récupérée au niveau du point de récupération 42.
Pour des fibres creuses retenant les particules de taille supérieure à 0,04 gm, une pression relative d’injection allant de 0,3 bar à 1,2 bar peut être utilisée. En particulier, à une pression relative d’injection comprise entre 0,3 et 1,2 bars, un débit de filtration de module de 7,5 m3/h est obtenu avec la plupart des eaux brutes 105.
6.4 - Procédés de lavage d'un module
De manière générale dans les procédés de lavage du module 1, une solution de lavage est introduite dans le module 1. En outre, de l’air est introduit au niveau du point d’injection d’air 43. Du fait des perforations 58 dans le bloc d’enrobage rigide 520 de l’extrémité basse 52 des éléments de filtration 50, l’air diffuse entre les fibres creuses 55 créant ainsi des écoulements fortement turbulents permettant de décrocher les particules fixées sur la surface externe des fibres creuses 55. La solution de lavage chargée en particule est récupérée au niveau du point de vidange 47 du module 1.
Plus précisément, il existe deux types de procédés de lavage.
Le premier type de procédé de lavage est un procédé simple effectué très régulièrement, par exemple quotidiennement. Ce procédé comprend le remplissage du volume intérieur du carter 11 compris entre la plaque haute 30 et la plaque basse 20 par injection d’une eau non filtrée au niveau du point d’injection d’eau 41. Puis de l’air est injecté au niveau du point d’injection d’air 43 pendant environ 2 minutes. Enfin de l’eau filtrée est injectée au niveau du point de récupération 42 pendant 3 à 5 minutes à un débit égal à environ 1,5 fois le débit de filtration. L’eau filtrée injectée au niveau du point de récupération pénètre à l’intérieur des fibres creuses 55 puis traverse leur paroi favorisant ainsi le décrochement des particules fixées sur la surface externe des fibres creuses 55. On parle parfois de « rétrolavage », ce procédé de lavage se faisant à partir d’un écoulement d’eau en sens inverse par rapport au procédé de filtration. Une solution chargée en particule est finalement récupérée au niveau du point de vidange 47 du module 1.
Le deuxième type de procédé de lavage est un procédé chimique effectué plus rarement, notamment en cas de non-récupération des performances du module 1 malgré le lavage simple mis en œuvre selon le premier type de procédé. Ce procédé comprend le remplissage du volume intérieur du carter 11 compris entre la plaque haute 30 et la plaque basse 20 par injection d’une eau filtrée chlorée au niveau du point du point d’injection pour lavage chimique 48. Puis de l’air est injecté au niveau du point d’injection d’air 43 pendant environ 2min toutes les 30 minutes sur une durée totale de 2 heures. Enfin, le module 1 est vidé au niveau du point de vidange 47.
6.5 - Maintenance d'un module
L’entretien du module 1 ne nécessite pas d’expertise particulière.
De manière périodique, par exemple quotidiennement, le module 1 doit être lavé selon le procédé de premier type décrit dans la section précédente. En fonction des caractéristiques de l’eau à traiter, un lavage selon le procédé du deuxième type est également nécessaire de manière plus ou moins fréquente, par exemple de manière hebdomadaire, mensuelle ou trimestrielle.
De plus, après une longue utilisation d’un module 1, certains éléments de filtration 50 doivent être remplacés suite à la rupture de fibres creuses 55. 11 suffit alors de retirer le couvercle 14 et la plaque haute 30. Les modules de filtration 50 jugés défectueux peuvent alors être remplacés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module (1) pour la filtration d’eau, notamment pour la microfiltration d’eau ou l’ultrafiltration d’eau, comprenant une enceinte (10) fermée par un couvercle (14) et au moins un élément de filtration (50) à fibres creuses (55),
ladite enceinte (10) comprenant un point d’injection d’eau (41) à filtrer, un point de récupération (42) d’eau filtrée et optionnellement un point de vidange (47);
ledit au moins un élément de filtration (50) présentant une extrémité haute (51) où les fibres creuses (55) sont ouvertes, l’eau ne pouvant s’écouler au travers de ladite extrémité haute (55) que par l’intérieur des fibres creuses, et une extrémité basse (52) où les fibres creuses sont fermées ;
ledit module (1) étant caractérisé en ce que :
ladite enceinte (10) comprend une plaque haute (30) de positionnement et une plaque basse (20) de positionnement disposées à l’horizontale, ladite plaque haute (30) comprenant au moins un trou (31), débouchant, et étant amovible par simple retrait après ouverture dudit couvercle (14) et ladite plaque basse (20) comprenant au moins un trou, débouchant ou borgne, en alignement avec le trou (31) correspondant de ladite plaque haute (30);
ledit point d’injection d’eau (41) est disposé entre lesdites plaques haute (30) et basse
(20) ;
ledit point de vidange (47) est, le cas échéant, disposé entre lesdites plaques haute (30) et basse (20) ;
ledit point de récupération (42) d’eau est disposé au dessus de ladite plaque haute (30); l’extrémité haute (51) dudit au moins un élément de filtration (50) est ceinte latéralement d’un fourreau haut (60) comprenant une collerette (62), ledit fourreau haut (60) comprenant une zone lisse (61) comportant au moins une rainure dans laquelle est insérée un joint torique (63); et,
ledit au moins un élément de filtration (50) s’emboîte en ses extrémités haute (51) et basse (52) dans respectivement ledit au moins un trou (31) de la plaque haute (30) et ledit au moins un trou de la plaque basse (20), ladite collerette (62) dudit fourreau haut (60) formant butée avec une surface inférieure (33) de ladite plaque haute (30).
2. Module (1) pour la filtration d’eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’extrémité basse (52) dudit au moins un élément de filtration (50) est ceinte latéralement d’un fourreau bas (70) comprenant une collerette (71), ladite collerette (71) dudit fourreau bas (70) formant butée avec une surface supérieure de ladite plaque basse (20).
3. Module (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit couvercle (14) et ladite plaque haute (30) sont amovibles.
4. Module (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce ledit au moins un trou de ladite plaque basse (20) est un trou débouchant,
ladite enceinte (10) comprend un point d’injection d’air (43) disposé en dessous de ladite plaque basse (20) et au moins un purgeur d’air (45) disposé entre ladite plaque haute (30) et ladite plaque basse (20), et
ladite extrémité basse (52) dudit au moins un élément de filtration (50) comprend des perforations (58) destinées à laisser passer de l’air de part et d’autre de ladite plaque basse (20) entre les fibres creuses (55) dudit au moins un élément de filtration (50).
5. Module (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un trou (31) de ladite plaque haute (30) est prolongé par un guide débordant (33) faisant saillie vers le bas et formant butée avec la collerette (62) dudit fourreau haut (60) dudit au moins un élément de filtration (50).
6. Procédé de filtration d’une eau comprenant une étape de filtration dans un module selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ladite étape de filtration dans ledit module comprenant :
- l’injection, en continu, de l’eau dans ledit module au niveau du point d’injection d’eau et,
- la récupération, en continu, d’une eau filtrée dans ledit module au niveau du point de récupération.
7. Procédé de filtration selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fibres creuses dudit au moins un module de filtration permettent de bloquer des particules de taille supérieure à une taille comprise entre 0,1 mih et 0,01 mih ; de préférence les fibres creuses dudit au moins un module de filtration permettent de bloquer des particules de taille supérieure à 0,04 mih.
8. Procédé de filtration selon l’une des revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que ladite eau est injectée au niveau du point d’injection à une pression relative comprise entre 0.1 et 1.5 bars, de préférence à une pression relative comprise entre 0.3 bar et 1,2 bar.
9. Procédé de filtration selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de filtration clarifiante avant l’étape de filtration dans ledit module, ladite étape de filtration clarifiante permettant de retenir les particules de taille supérieure à 130 mih.
10. Procédé de filtration selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de filtration sur charbon actif après l’étape de filtration dans ledit module.
11. Procédé de lavage d’un module selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, ledit procédé comprenant une injection d’une solution de lavage,
une injection d’air au niveau du point d’injection d’air, l’air injecté mettant en vibration les fibres creuses et,
la récupération de la solution de lavage au niveau du point d’injection d’eau et/ou, le cas échéant, du point de vidange dudit module.
12. lnstallation mobile (100) de filtration d’eau comprenant:
- un module (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 ;
- des moyens de pompage (3) adapté pour déplacer une eau à traiter depuis une source (105) jusqu’au point d’injection dudit module (1);
- des moyens de raccordement (9) entre la source d’eau à traiter, lesdits moyens de raccordement et ledit module.
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