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FR2954174A1 - Procede de potabilisation et/ou d'epuration d'eau comprenant l'elimination d'un compose cible et une filtration au sein d'un tambour filtrant - Google Patents

Procede de potabilisation et/ou d'epuration d'eau comprenant l'elimination d'un compose cible et une filtration au sein d'un tambour filtrant Download PDF

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FR2954174A1
FR2954174A1 FR0959091A FR0959091A FR2954174A1 FR 2954174 A1 FR2954174 A1 FR 2954174A1 FR 0959091 A FR0959091 A FR 0959091A FR 0959091 A FR0959091 A FR 0959091A FR 2954174 A1 FR2954174 A1 FR 2954174A1
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water
active particulate
drum
active
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Hugues Humbert
Philippe Breant
Pierre Girodet
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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'une eau chargée en matières polluantes en vue de sa potabilisation, ledit procédé comprenant : - une étape d'élimination consistant à mettre en contact dans une cuve de contact agitée (2) ladite eau chargée en matières polluantes avec un matériau particulaire actif (19) selon une concentration prédéterminée de matériau particulaire actif (19) dans ladite eau ; - une étape d'extraction consistant à extraire en continu de ladite cuve de contact (2) un mélange constitué d'eau et de matériau particulaire actif (19) ; - une étape de séparation consistant à séparer en continu dudit mélange ledit matériau particulaire actif (19). Selon l'invention, l'étape de séparation consiste notamment à introduire le mélange d'eau et de matériau particulaire actif dans un tambour filtrant (4).

Description

Procédé de potabilisation et/ou d'épuration d'eau comprenant l'élimination d'un composé ciblé et une filtration au sein d'un tambour filtrant 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des procédés de traitement d'eaux en vue de leur épuration et/ou de leur potabilisation. L'invention concerne notamment l'épuration de tout type d'eau (eaux résiduaires urbaines, eaux industrielles) et/ou la potabilisation de tout type d'eau (eau douce de surface ou souterraine, eau usée urbaine traitée, eau industrielle, eau de mer...) contenant tout type de polluant (matière organique d'origine naturelle, micropolluants organiques tels que par exemple des pesticides, micro-polluants non-organiques tels que par exemple des bromates, polluant chimique...). 2. Art antérieur et inconvénients de l'art antérieur Des procédés de traitement d'eau sont couramment utilisés en vue de 15 produire notamment de l'eau potable. Ces procédés, encore appelés procédés de potabilisation, comprennent généralement une étape d'élimination qui consiste à mettre en contact l'eau à traiter avec un matériau particulaire actif dans une cuve agitée. Cette étape d'élimination est nécessairement suivie d'une étape de séparation au cours de 20 laquelle le matériau particulaire actif est séparé du mélange d'eau/matériau particulaire actif provenant de la cuve agitée, et une eau traitée est recueillie. Le matériau particulaire actif est ensuite réacheminé dans la cuve agitée. L'eau traitée recueillie est le cas échéant acheminée vers des unités de filtration placées en aval afin d'en abattre la turbidité résiduelle. 25 On connaît une telle technique de potabilisation dans laquelle l'étape d'élimination met en oeuvre du CAP (Charbon Actif en Poudre). Dans ce cas, la séparation du CAP et de l'eau traitée est obtenue par décantation. Cela suppose d'injecter préalablement un polymère dans le mélange de CAP et d'eau de façon à lester le CAP et à faciliter sa décantation.
On connaît une autre technique de potabilisation, qui est décrite dans la demande internationale de brevet WO-Al-96/07615, dans laquelle l'étape d'élimination met en oeuvre des résines magnétiques échangeuses d'ions lestées par des oxydes métalliques. Dans ce cas, la séparation des résines, d'une partie des fines résultant de l'attrition des résines, et de l'eau traitée est obtenue par décantation. Le reste des fines n'ayant pas été séparées par décantation est ultérieurement récupéré par aimantation. La décantation mise en oeuvre dans ces techniques est influencée par de nombreux paramètres (température, à coups hydrauliques...) compliquant d'autant plus la maîtrise de cette étape de séparation liquide/solide. En outre, cette technique de séparation présente les inconvénients de ne pas permettre une séparation aussi absolue et rapide qu'une barrière physique, telle que formée par un tamis. Par conséquence, la décantation peut éventuellement entraînée une perte en matériau particulaire actif et des réactifs apportés initialement.
Ces pertes éventuelles en matériau particulaire actif et le cas échéant en polymère participent, en autres, à augmenter la vitesse de colmatage des unités de filtration placées en aval. La demande internationale de brevet WO-Al-96/07615 enseigne la possibilité de mettre en oeuvre un tamis de manière à séparer les résines échangeuses d'ions du mélange d'eau traitée et de résines. Il est vrai que cette technique permet de limiter les pertes en matériau particulaire actif dans les eaux traitées. Elle est toutefois particulièrement contraignante à mettre en oeuvre. Elle suppose en effet de procéder régulièrement au nettoyage du tamis qui se colmate rapidement. Ces nettoyages imposent de stopper la production d'eau traitée ce qui nuit à la productivité et augmente les coûts d'exploitation. La demande de brevet japonais JP-A-55157333 décrit une technique permettant d'éviter la fuite de matériau particulaire actif dans l'eau traitée. Cette technique consiste à introduire l'eau à traiter dans une cuve. Une partie inférieure d'un cylindre rotatif poreux contenant des résines échangeuses d'ions barbotte dans cette cuve. L'eau à traiter entre dans le cylindre, vient au contact des résines échangeuses d'ions qui y sont logées, puis ressort du cylindre et est recueillie, alors que les résines échangeuses d'ions subsistent à l'intérieur du cylindre. Les résines échangeuses d'ions sont extraites en continu du cylindre en vue d'être régénérées avant d'être de nouveau introduites en continu dans le cylindre.
Cette technique présente l'avantage d'éviter la fuite de résines échangeuses d'ions dans l'eau traitée et permet d'obvier les inconvénients qui en résultent (colmatage d'unités de filtration avales, surcoût d'exploitation lié à l'emploi de matériau particulaire actif neuf ou régénéré pour compenser les pertes...). Cette technique présente toutefois l'inconvénient de limiter l'efficacité du contact entre l'eau à traiter et les résines échangeuses d'ions du fait d'une agitation non satisfaisante du matériau particulaire actif à l'intérieur du cylindre. Cela induit des temps de traitement relativement longs. Augmenter la vitesse de rotation du cylindre pourrait permettre d'améliorer le contact entre l'eau à traiter et les résines échangeuses d'ions. Les résines échangeuses d'ions sont toutefois sujettes au phénomène d'attrition. En d'autres termes, ces résines ont tendance à s'user progressivement lorsqu'elles sont soumises à frottement. Augmenter la vitesse de rotation du cylindre provoquerait donc une dégradation rapide des résines. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique de potabilisation incluant au moins une étape de mise en contact de l'eau à traiter avec un matériau particulaire actif et une étape de séparation du matériau particulaire actif d'un mélange de matériau particulaire actif et d'eau, qui permette à la fois de maximiser le contact entre le matériau particulaire actif et l'eau à traiter et d'éviter les pertes en matériau particulaire actif dans l'eau traitée. En particulier, un objectif de la présente invention est de procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de séparer totalement le matériau particulaire actif de l'eau traitée.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de garantir une bonne stabilité du processus de traitement d'eau. En particulier, l'invention poursuit l'objectif de maintenir tout le long de la filière de traitement une concentration en matériau particulaire actif sensiblement constante. L'invention a encore pour objectif de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette d'accroître la productivité. Notamment l'invention vise à réduire les temps morts au cours desquels la production d'eau traitée est stoppée.
L'invention vise également la fourniture, dans au moins un mode de réalisation, d'une telle technique qui permette de limiter la dégradation du matériau particulaire actif par exemple en billes ou grains. Un objectif de l'invention est également, dans au moins un mode de réalisation, de procurer une telle technique qui conduise à réduire les coûts d'exploitation inhérents à la potabilisation de l'eau, notamment par l'absence d'utilisation de réactifs coagulant et/ou floculant. Encore un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui soit fiable et efficace et dont l'impact sur l'environnement soit relativement faible, particulièrement du fait de l'absence d'utilisation de réactifs coagulant et/ou floculant. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un procédé de traitement d'une eau chargée en matières polluantes en vue de sa potabilisation et/ou de son épuration, ledit procédé comprenant : - une étape d'élimination consistant à mettre en contact dans une cuve de contact agitée ladite eau chargée en matières polluantes avec un matériau particulaire actif selon une concentration prédéterminée de matériau particulaire actif dans ladite eau ; - une étape d'extraction consistant à extraire en continu de ladite cuve de contact un mélange constitué d'eau et de matériau particulaire actif ; - une étape de séparation consistant à séparer en continu dudit mélange ledit matériau particulaire actif. Ladite étape de séparation en continu consiste à : - introduire ledit mélange à l'intérieur d'un tambour rotatif filtrant, - filtrer ledit mélange au travers dudit tambour rotatif filtrant de façon à piéger ledit matériau particulaire actif à l'intérieur dudit tambour, - récupérer une eau filtrée à l'extérieur dudit tambour, dans la partie inférieure de celui-ci, et, - évacuer ladite eau filtrée. Ledit procédé comprend également des étapes de lavage dudit tambour rotatif filtrant, lesdites étapes de lavage consistant à : - injecter à contre courant de l'eau filtrée sous pression formant eau de lavage à la surface extérieur d'une partie supérieure dudit tambour filtrant pour décoller les résidus accumulés à l'intérieur de celui-ci, et , - à récupérer ladite eau de lavage et lesdits résidus à l'intérieur dudit tambour filtrant sans les mettre en contact avec ledit mélange introduit à l'intérieur dudit tambour filtrant ; lesdites étapes de lavage étant mises en oeuvre selon un cycle prédéterminé.
Ladite eau de lavage et lesdits résidus récupérés lors desdites étapes de lavage sont stockés momentanément dans une cuve de recirculation agitée avant d'être renvoyés essentiellement dans leur intégralité dans ladite cuve de contact de manière à maintenir ladite concentration prédéterminée en matériau particulaire actif essentiellement constante dans ladite cuve de contact.
Ainsi, l'invention repose sur une approche originale qui consiste, dans une technique de potabilisation incluant une mise en contact d'une eau à traiter avec un matériau particulaire actif, à séparer le matériau particulaire actif de l'eau traitée au moyen d'un tambour rotatif filtrant. Au sens de l'invention, un tambour filtrant est un élément creux de forme 30 globalement cylindrique dont les parois délimitant sa surface extérieure sont au moins en partie poreuses. Un tel tambour filtrant présente une forme globalement cylindrique signifie qu'il est cylindrique ou susceptible d'être inscrit dans un cylindre. La mise en oeuvre d'une cuve agitée dans laquelle l'eau à traiter est mise en contact directement avec du matériau particulaire actif permet d'accroître le contact entre ces deux éléments et d'améliorer le rendement du traitement tout en limitant sa durée. Le fait d'introduire le mélange d'eau à traiter et de matériau particulaire actif à l'intérieur d'un tel tambour filtrant permet, alors qu'il est mis en rotation, de séparer intégralement le matériau particulaire actif, qui reste piégé à l'intérieur du tambour, de l'eau traitée qui s'écoule en dehors du tambour à travers les pores qui le traversent. L'eau traitée recueillie à la sortie du tambour filtrant est ainsi totalement exempte de matériau particulaire actif. Ceci contribue à prévenir le colmatage d'unités de filtration qui pourraient être placées en aval afin d'éliminer la turbidité résiduelle de l'eau traitée produite. Cette technique permet donc à la fois d'améliorer le contact entre l'eau à traiter et le matériau particulaire actif et d'éviter les pertes en ce matériau. Le lavage du tambour permet de récupérer la totalité du matériau particulaire actif tout en poursuivant la filtration de l'eau à travers le tambour. Cette mise en oeuvre permet donc d'éviter les temps morts et d'augmenter la productivité. Le mélange d'eau de lavage et de matériau particulaire actif est recirculé essentiellement dans son intégralité dans la cuve de contact agitée en sorte que la concentration en matériau particulaire actif à l'intérieur de cette cuve est maintenue constante. Ceci permet de garantir la stabilité du traitement de l'eau et de réduire les coûts inhérents à la consommation en matériau particulaire actif. En outre, le nettoyage du tambour avec de l'eau sous pression ne nécessite pas l'emploi de solution nettoyante. Ceci limite l'impact sur l'environnement de la potabilisation de l'eau.
Le lavage du tambour est mis en oeuvre selon un cycle prédéterminé. Les étapes de lavages peuvent par exemples être mises en oeuvre selon une fréquence prédéterminée, ou bien à chaque fois que le niveau maximum d'eau dans le tambour est atteint ou encore chaque fois que le seuil maximum de colmatage du tambour est atteint ou encore en tenant compte de deux ou trois de ces informations. Ledit matériau particulaire actif présente préférentiellement une granulométrie comprise entre 20 micromètres et 500 micromètres et avantageusement un coefficient d'uniformité compris entre 1,0 et 1,5. De manière préférentielle, le coefficient d'uniformité sera compris entre 1 et 1,2. Préférentiellement, ledit matériau particulaire actif présente une granulométrie égale à 350 micromètres. Le coefficient d'uniformité est égal au rapport entre l'ouverture de maille d'un tamis permettant le passage de 60% de particules d'une taille donnée et l'ouverture de maille d'un tamis permettant le passage de 10% desdites particules. Plus le coefficient d'uniformité d'un matériau particulaire actif est proche de 1, plus ce matériau est monodisperse, c'est-à-dire plus la dispersion de la taille des particules qui le constituent est faible. Inversement, plus le coefficient d'uniformité d'un matériau particulaire actif est éloigné de 1, plus ce matériau est hétérodisperse, c'est-à-dire plus la dispersion de la taille des particules qui le constituent est importante. Le fait, selon l'invention, d'utiliser un matériau particulaire actif dont le coefficient d'uniformité est compris entre 1 et 1,5 et préférentiellement entre 1 et 1,2 permet de garantir que la taille des particules qui le compose varie très peu. I1 est ainsi possible d'utiliser un tambour filtrant présentant un seuil de coupure plus haut. Ceci permet de limiter le colmatage du tambour filtrant et de réduire la fréquence des étapes de nettoyage de celui-ci. Le fait d'utiliser un matériau particulaire actif dont la taille des particules est supérieure ou égale à 20 micromètres permet d'assurer une filtration gravitaire du mélange d'eau et de matériau particulaire actif à travers le tambour filtrant.
Ceci permet d'éviter la mise en oeuvre de pompe pour contraindre ce mélange à traverser les pores du tambour filtrant. Selon une caractéristique avantageuse, un procédé selon l'invention comprend des purges de matériau particulaire actif saturé à partir de ladite cuve de recirculation en vue de leur élimination ou de leur régénération et des apports d'appoint de matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré dans ladite cuve de contact, les quantités desdites purges étant essentiellement identiques aux quantités de matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré. Lorsque le matériau particulaire actif particulaire est saturé, il n'est plus efficace en sorte qu'il doit être remplacé par un matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré. Le matériau particulaire actif saturé est alors extrait de la cuve de recirculation puis une quantité égale de matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré est injecté dans la cuve de contact agitée. Ceci permet de conserver une concentration constante en matériau particulaire actif à l'intérieur de la cuve de contact agitée et ainsi de garantir la stabilité du traitement. Du matériau particulaire actif neuf est du matériau qui n'a jamais été utilisé. Du matériau particulaire actif régénéré est du matériau qui a déjà été mis en oeuvre pour traiter de l'eau après quoi il a été réactivé de façon à recouvrer, à tout le moins en grande partie, ses propriétés actives d'origine.
Préférentiellement, les purges en matériau particulaire actif consistent à extraire en continu une petite quantité de matériau particulaire actif saturé ou non de la cuve de recirculation. Dans le même temps, une quantité identique de matériau, neuf et/ou régénéré, est introduite dans la cuve de contact. Les quantités mises en jeux dépendent des conditions d'exploitations.
Selon une caractéristique préférée, un procédé selon l'invention comprend une étape de régénération in situ dudit matériau particulaire actif saturé. Certains matériaux particulaires actifs saturés peuvent être régénérés directement au sein de l'installation utilisée pour la mise en oeuvre du procédé. Il s'agit par exemple des résines échangeuses d'ions. Le procédé comprend alors une étape de régénération correspondante.
Les différents types de régénération mis en oeuvre sont propres à chaque matériau particulaire actif régénérable et sont bien connus de l'homme du métier. Si le matériau particulaire actif est une résine échangeuse d'ions, la régénération pourra par exemple consister en une régénération à co-courant, ou une régénération à contre courant. Certaines techniques de régénération sont assez complexes en sorte qu'elles ne peuvent pas être mises en oeuvre directement au sein du procédé selon l'invention. Si le matériau particulaire actif est du charbon actif, la régénération pourra 10 être mise en oeuvre de façon ex-situe. D'autres matériaux particulaires actifs ainsi que d'autres techniques de régénération peuvent bien sûr être mis en oeuvre. Dans ce cas, ledit matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré apporté dans ladite cuve de contact lors de ladite étape d'apport provient de ladite étape de 15 régénération in situ dudit matériau particulaire actif saturé. Préférentiellement, ladite eau filtrée évacuée subit ensuite une étape de filtration finale visant à abattre sa turbidité résiduelle. Ladite filtration finale est avantageusement une filtration classique sur média filtrant granulaire tel que du sable. 20 Sa mise en oeuvre permet de réduire de manière significative la turbidité et les éventuelles fines issues de l'attrition des billes ou grains de matériau particulaire actif. Ladite filtration finale est avantageusement une filtration membranaire. Dans ce cas, ladite filtration membranaire est préférentiellement une 25 ultrafiltration. Sa mise en oeuvre permet de réduire de manière significative, voire totale, la turbidité, les virus, les bactéries et les éventuelles fines issues de l'attrition des billes ou grains de matériau particulaire actif. 5. Liste des figures 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 illustre une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention mettant en oeuvre un matériau particulaire actif régénérable in situ ; - la figure 2 illustre une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention mettant en oeuvre un matériau particulaire actif non régénérable in situ ; - les figures 3 et 4 illustrent une variante d'un tambour filtrant mettant en oeuvre des disques filtrants. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention 6.1 Rappel du principe de l'invention Le principe général de l'invention consiste, dans une technique de potabilisation et/ou d'épuration incluant une mise en contact d'une eau à traiter avec un matériau particulaire actif, à séparer le matériau particulaire actif de l'eau traitée au moyen d'un tambour rotatif filtrant. Le fait de mettre en contact directement l'eau à traiter avec du matériau particulaire actif dans une cuve agitée permet d'améliorer le rendement du 20 traitement tout en limitant sa durée. La mise en oeuvre d'un tambour filtrant permet de séparer intégralement le matériau particulaire actif, qui reste piégé à l'intérieur du tambour, de l'eau traitée qui s'écoule en dehors du tambour à travers les pores qui le traversent. Ceci permet de prévenir la perte de matériau particulaire actif dans l'eau 25 traitée et le colmatage d'unités de filtration qui pourraient être placées en aval. Les lavages du tambour consistent à injecter à contre courant de l'eau filtrée sous pression formant eau de lavage à la surface extérieur d'une partie supérieure dudit tambour filtrant pour décoller les résidus accumulés à l'intérieur de celui-ci, et à récupérer ladite eau de lavage et lesdits résidus à l'intérieur dudit 30 tambour filtrant sans les mettre en contact avec ledit mélange introduit à l'intérieur dudit tambour filtrant. Ces lavages ne requièrent donc pas l'arrêt de la production ce qui permet d'éviter les temps morts et d'augmenter la productivité. En outre, ces lavages permettent la récupération de la totalité du matériau particulaire actif. Le mélange d'eau de lavage et de matériau particulaire actif est alors recirculé essentiellement dans son intégralité, c'est-à-dire en quasi totalité dans la cuve de contact agitée en sorte que la concentration en matériau particulaire actif à l'intérieur de cette cuve est maintenue constante. Ceci permet de garantir la stabilité du traitement de l'eau et de réduire les coûts inhérents à la consommation en matériau particulaire actif.
En outre, le nettoyage du tambour avec de l'eau sous pression ne nécessite pas l'emploi de solution nettoyante. Ceci limite l'impact sur l'environnement de la potabilisation de l'eau. 6.2 Exemple d'une installation selon l'invention 6.2.1 Cas d'un matériau particulaire actif régénérable in situ On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'une installation de traitement d'eau selon l'invention. Une telle installation comprend une canalisation 1 d'amenée d'eau à traiter. Cette canalisation débouche dans une cuve de contact 2, logeant un moyen d'agitation 3, par exemple un agitateur, à l'intérieur de laquelle de l'eau à traiter est mise en contact avec un matériau particulaire actif 19 régénérable in situ. La cuve de contact 2 présente une sortie qui est reliée à une canalisation 20 qui débouche à l'intérieur d'un tambour filtrant 4. Le tambour filtrant 4 présente la forme d'un cylindre creux dont la surface extérieure est poreuse. Dans ce mode de réalisation, la surface extérieure du tambour filtrant est constituée par un tamis. Le diamètre des pores du tamis sont choisis de manière telle qu'ils permettent de retenir le matériau particulaire actif avec lequel l'eau à traiter est mise en contact. Le tambour filtrant 4 est monté à rotation à l'intérieur d'une enceinte 5. Un moteur 6 est susceptible d'entraîner à rotation le tambour filtrant 4.
Une goulotte 9 est logée à l'intérieur du tambour filtrant 4 dans une partie supérieure de celui-ci. Une rampe d'injection 7 d'eau comprenant des buses est logée à l'extérieur du tambour filtrant 4 à proximité de sa surface extérieure. Elle fait approximativement face à la goulotte 9. La rampe d'injection 7 est reliée au fond de l'enceinte 5 contenant de l'eau traitée 21 par une canalisation sur laquelle est montée une pompe 8. Des moyens de commande (non représentés) permettent d'activer selon une fréquence prédéterminée réglable l'activation de la pompe 8. Dans ce cas, un cycle de lavage du tambour pourra être mis en oeuvre selon une fréquence prédéterminée. Dans une variante, une installation selon l'invention pourra comprendre un capteur tout ou rien comprenant deux électrodes placées à l'entrée du tambour. La résistance entre ces deux électrodes pourra être mesurée afin de déterminer si le niveau maximum d'eau dans le tambour, défini par la hauteur du capteur, a été atteint. Un cycle de lavage du tambour pourra dans ce cas être déclenché chaque fois que le niveau maximum d'eau dans le tambour est atteint. Selon encore une autre variante, une installation selon l'invention pourra comprendre un capteur analogique de type piézoélectrique permettant de déterminer le niveau de colmatage du tambour. Un cycle de lavage du tambour pourra dans ce cas être déclenché chaque fois qu'un seuil maximum de colmatage du tambour sera atteint. La goulotte 9 est reliée au moyen d'une canalisation à une cuve de recirculation 10 logeant un moyen d'agitation 11, par exemple un agitateur. Une canalisation de recirculation 12 lie la cuve de recirculation 10 à la cuve de contact 2. Une canalisation d'extraction de matériau particulaire actif saturé 13 lie la cuve de recirculation 10 à une unité de régénération 15. L'unité de régénération 15 est reliée à la cuve de contact 2 au moyen d'une canalisation de matériau particulaire actif régénéré 14.
Le fond de l'enceinte 5 présente une sortie d'évacuation d'eau traitée qui est reliée via une canalisation 17 à une unité de filtration 16. L'unité de filtration 16 présente une sortie reliée à une canalisation d'évacuation d'une eau traitée et filtrée 18. 6.2.2 Cas d'un matériau particulaire actif non régénérable in situ La figure 2 illustre une variante d'une installation de traitement selon l'invention destinée à être mise en oeuvre lorsque le matériau particulaire actif injecté à l'intérieur de la cuve de contact 2 n'est pas régénérable in situ. Dans ce cas, aucune unité de régénération n'est mise en oeuvre in situ. La canalisation d'extraction de matériau particulaire actif saturé 13 débouche alors dans une zone d'élimination ou de traitement ex-situ. L'installation comprend alors une canalisation 14' de matériau particulaire actif neuf ou régénéré qui débouche dans la cuve de contact 2. 6.2.3 Variante Les figures 3 et 4 illustrent une variante d'un tambour filtrant selon l'invention. Selon cette variante, le tambour filtrant comprend un tube 31 dont la surface est traversée par des perforations 32 réparties de manière telle qu'elles forment des anneaux distants les uns des autres autour de la périphérie du tube 31.
Des portions de disque 35 sont rapportées tout autour de certains des anneaux pour former des disques filtrant 36 qui sont solidarisés au tube 31. Chacune des portions de disque 35 constitue un châssis logeant des éléments filtrants 37. De cette manière, de l'eau introduite dans le tube 31 s'écoule à travers les perforations 32 jusque dans les portions de disque 35 et en ressort alors que les impuretés qu'elle contenait restent piégées dans les éléments filtrants 37 qu'ils portent. Des rampes d'injection d'eau 38 sont placées à proximité de la surface extérieure des disques 35, dans une partie supérieure du tambour filtrant. Dans ce mode de réalisation, les disques filtrant 36 présentent un contour extérieur de type polygonal. Les rampes d'injection sont montées mobiles en rotation selon un axe parallèle à l'axe de rotation du tambour. Elles peuvent ainsi être animées d'un mouvement de balancier synchronisé avec la rotation des disques 36 afin couvrir la surface totale de chaque portion de disque 35. Une goulotte 9 est logée à l'intérieur du tambour filtrant en dessous des rampes d'injection 38. 6.3 Exemple d'un procédé selon l'invention 6.3.1 Cas d'un matériau particulaire actif régénérable in situ Un procédé de traitement selon l'invention est à présent décrit en référence à la figure 1.
Un volume donné d'eau à traiter en vue de sa potabilisation, préalablement décantée, est introduit en continu à l'intérieur de la cuve de contact 2 au moyen de la canalisation 1. L'eau y est mélangée au moyen du moyen d'agitation 3 avec un matériau particulaire actif régénérable in situ selon une concentration donnée. Le fait que la concentration en matériau particulaire actif dans la cuve de contact 2 est essentiellement constante permet d'assurer une meilleure stabilité et une meilleure maîtrise du traitement de l'eau. L'eau à traiter subit alors une étape d'élimination au cours de laquelle a lieu l'élimination du ou des polluants ciblés. Dans ce mode de réalisation, le matériau particulaire actif est constitué par des résines échangeuses d'ions 19 ayant une granulométrie égale à 350 micromètres et un coefficient d'uniformité égale à 1,2. Le mélange d'eau et de résines échangeuses d'ions contenu dans la cuve de contact 2 est introduit à l'intérieur du tambour filtrant 4, essentiellement en dessous de son axe de rotation, au moyen de la canalisation 20. La taille des pores du tamis du tambour filtrant 4 est choisie de manière telle qu'il permet de retenir la totalité du matériau particulaire actif. Le tambour filtrant 4, animé d'un mouvement de rotation au moyen du moteur 6, permet donc de filtrer ce mélange et de séparer l'eau et les résines échangeuses d'ions. Les résines échangeuses d'ions sont piégées par le tamis du tambour filtrant 4 et restent à l'intérieur de celui-ci, alors que l'eau traitée 21, exempte de matériau particulaire actif, s'écoule à travers les pores du tamis dans le fond de l'enceinte 5. L'eau traitée 21 est acheminée via la canalisation 17 dans une unité de filtration 16 de façon à en abattre la turbidité résiduelle. L'eau traitée et filtrée est ensuite évacuée via la canalisation 18. L'unité de filtration 16 est une unité de filtration membranaire par exemple de type ultrafiltration. Sa mise en oeuvre permet de réduire de manière significative, voire totale, la turbidité, les virus, les bactéries et les éventuelles fines issues de l'attrition des résines échangeuses d'ions.
Dans une variante, l'unité de filtration pourra être une unité de filtration sur média, comme par exemple du sable. Sa mise en oeuvre permettra de réduire de manière significative la turbidité et les éventuelles fines issues de l'attrition des résines échangeuses d'ions. Au fur et à mesure que le mélange d'eau et de résines échangeuses d'ions est filtré dans le tambour filtrant 4, celui-ci est colmaté par les résines échangeuses d'ions. À l'issue de chaque cycle de traitement, une étape de lavage est mise en oeuvre. Au sens de l'invention, un cycle de traitement débute dès qu'un volume donné d'eau à traiter est introduit dans la cuve de contact 2, et s'achève dès que le volume donné d'eau à traiter a subi une élimination dans la cuve de contact 2 puis une filtration dans le tambour filtrant 4. Dans ce mode de réalisation, les étapes de lavage sont déclenchées selon une fréquence prédéterminée correspondant approximativement à la durée d'un cycle. Dans une variante, elles pourront être déclenchées chaque fois que le niveau maximum d'eau pouvant être présent dans le tambour filtrant est atteint ou qu'un seuil prédéterminé de colmatage maximum du tambour est atteint. Une telle étape de lavage consiste à injecter sous pression un volume constant d'eau traitée 21 à contre-courant à la surface extérieure du tambour filtrant 4. Pour cela, la pompe 8 est mise en oeuvre de manière à puiser de l'eau traitée 21 dans le fond de l'enceinte 5 et à l'injecter via la rampe 7 à la surface extérieure du tambour filtrant 4. Les résines échangeuses d'ions accumulées sur la surface intérieure du tambour filtrant 4 s'en décollent. Un mélange d'eau de lavage et de résines échangeuses d'ions se déverse dans la goulotte 9. Il n'est donc pas mis en contact avec le mélange d'eau et de matériau particulaire actif introduit à l'intérieur du tambour filtrant 4 via la canalisation 20. À l'issue de l'étape de lavage, la totalité des résines échangeuses d'ions qui s'étaient accumulées à l'intérieur du tambour filtrant 4 au cours du cycle de traitement en ont été décollées. Le mélange d'eau de lavage et de résines échangeuses d'ions se déverse depuis la goulotte 9 dans la cuve de recirculation 10.
La concentration en résines échangeuses d'ions dans la cuve de contact 2 est constante. Une nouvelle étape de lavage est déclenchée après chaque cycle de traitement, c'est-à-dire après qu'un volume donné constant d'eau a été traité. La quantité d'eau employée au cours de chaque étape de lavage est constante. Un lavage permet de récupérer en intégralité les résines échangeuses d'ions piégées dans le tambour filtrant 4 au cours d'un cycle de traitement. La concentration en résines échangeuses d'ions dans la cuve de recirculation 10 est donc constante. Le mélange d'eau de lavage et de résines échangeuses d'ions contenu dans la cuve de recirculation 10 en fin de lavage est essentiellement dans son intégralité réinjecté dans la cuve de contact 2 tout au long du cycle de traitement suivant.
Il est noté qu'un nouveau cycle de traitement est mis en oeuvre au début de chaque étape de lavage. En effet, le mélange d'eau et de résines échangeuses d'ions est filtré dans le bas du tambour filtrant 4 alors que son lavage est effectué dans sa partie haute. En d'autres termes, la production d'eau n'est pas arrêtée pendant les étapes de lavage. Par ailleurs, le fait que le tambour soit essentiellement cylindrique et rotatif permet d'améliorer l'efficacité du lavage, et donc de réduire sa durée et la quantité d'eau nécessaire à sa mise en oeuvre. Le lavage n'engendre donc aucun ajout ni aucune perte d'eau. Les résines échangeuses d'ions saturées contenues dans la cuve de recirculation 10 en sont extraites par la mise en oeuvre de purges au moyen de la canalisation 13. Ces résines échangeuses d'ions saturées sont acheminées dans l'unité de régénération 15 en vue d'être régénérées. Les résines échangeuses d'ions peuvent par exemple être régénérées au sein de l'unité de régénération 15 de la manière suivante.
L'unité de régénération 15 comprend une cuve d'accumulation (non représentée) dans laquelle les résines échangeuses d'ions saturées sont acheminées depuis la cuve de recirculation 10. Cette cuve d'accumulation comprend, à sa base, un tamis filtrant. Les résines échangeuses d'ions y sont stockées, concentrées et accumulées au cours du temps (filtration de l'eau interstitielle au travers du tamis filtrant pour concentrer les résines échangeuses). Après une durée prédéterminée par l'opérateur correspondant à l'accumulation d'une quantité connue de résines échangeuses d'ions, le mélange d'eau et de résines, concentré, est orienté vers une cuve de réaction, également équipée d'un tamis filtrant dans sa partie inférieure.
La régénération des résines échangeuses d'ions à proprement parler est alors initiée. Le volume (ou lit) de résines échangeuses d'ions accumulées est dans un premier temps mesuré. Une solution de régénération est dans un deuxième temps introduite dans la cuve de réaction. Le volume de solution de régénération injecté est généralement fonction du volume de résines échangeuses d'ions à régénérer. La solution de régénération est préparée préalablement à l'étape de régénération au sein d'une cuve de préparation (préparation à la concentration désirée à partir d'eau du réseau et d'une solution de régénération concentrée).
Une percolation de la solution de régénération au travers du lit de résines échangeuses d'ions a alors lieu à un débit fixe. De la saumure usée est ensuite soutirée de la cuve de réaction et évacuée vers les égouts ou conservée en vue d'être réutilisée. Les résines échangeuses d'ions sont ensuite rincées avec de l'eau du 30 réseau en percolant cette eau au travers du lit de résines à un débit fixe.
L'eau de rinçage est soutirée et évacuée vers un traitement ultérieur adapté. Les résines échangeuses d'ions régénérées sont alors récupérées. Elles sont mélangées avec de l'eau du réseau de façon à former une barbotine. Une certaine quantité de résines échangeuses d'ions neuves peut être intégrée dans la barbotine. Les résines échangeuses d'ions régénérées sous forme de barbotine provenant de l'unité de régénération 15 sont injectées dans la cuve de contact 2 via la canalisation 14. La quantité de résines échangeuses d'ions saturées extraites de la cuve de recirculation 10 et sensiblement égale à la quantité de résines échangeuses d'ions régénérées introduites dans la cuve de contact 2 via la canalisation 14. Ainsi, la concentration en résines échangeuses d'ions à l'intérieur de la cuve de contact 2 est maintenue constante. Le lavage du tambour est obtenu de manière efficace sans ajout de tout produit chimique de lavage. Par ailleurs, le traitement de l'eau ne nécessite pas l'emploi de coagulant. En outre, le fait de mettre en oeuvre un tambour filtrant prévient la mise en oeuvre d'une étape de décantation qui nécessite le plus souvent d'injecter du polymère dans le mélange d'eau et de matériau particulaire actif pour faciliter sa décantation. La technique selon l'invention a donc un impact limité sur l'environnement.
Les techniques de séparation de l'art antérieur requièrent le plus souvent de concentrer le matériau particulaire actif dans une cuve d'accumulation après qu'il a été séparé de l'eau traitée, avant de le réinjecter dans la cuve de contact. Selon l'invention, la mise en oeuvre du tambour filtrant permet d'obtenir directement un mélange d'eau de lavage et de matériau particulaire actif très concentré en matériau particulaire actif (environ entre 200m1 et 500 ml de matériau particulaire actif par litre de mélange). L'invention prévient donc la mise en oeuvre d'une étape de concentration, ce qui permet de réduire la durée du traitement et d'augmenter la productivité. 6.3.2 Cas d'un matériau particulaire actif non régénérable in situ Un procédé de traitement selon l'invention est à présent décrit en référence à la figure 2. Seules les différences entre le procédé décrit en référence à la figure 1 et le procédé décrit en référence à la figure 2 sont décrites ci-après.
Dans ce mode de réalisation, le matériau particulaire actif mis en oeuvre n'est pas régénérable in situ. Il est constitué par du charbon actif en grains (CAG). Dans ce cas, le CAG saturé contenu dans la cuve de recirculation 10 en est extrait par la mise en oeuvre de purges au moyen de la canalisation 13. Ce CAG saturé est acheminé vers une zone de traitement ex-situ, c'est-à-dire située en dehors de l'installation utilisée pour la mise en oeuvre du procédé. Du CAG neuf est injecté dans la cuve de contact 2 via la canalisation 14. La quantité de CAG saturé extrait de la cuve de recirculation 10 est sensiblement égale à la quantité de CAG neuf introduite dans la cuve de contact 2 via la canalisation 14. Ainsi, la concentration en CAG à l'intérieur de la cuve de contact 2 est maintenue constante. 6.3.3 Variante Différents types de matériaux adsorbant particulaires, régénérables ou non in situ, peuvent être mis en oeuvre comme par exemple des résines échangeuses d'ions, du CAG, du CAP (Charbon actif en Poudre), des particules composites...
Les procédés décrits en référence avec les figures 1 et 2 peuvent être mis en oeuvre au sein d'une installation dans laquelle le tambour filtrant comprenant un tamis pourra être remplacé par un tambour filtrant tel que celui qui a été précédemment décrit en référence aux figures 3 et 4. Dans ce cas, le lavage du tambour consiste à injecter de l'eau traitée à contre courant contre la surface extérieure des disques 36 au moyen des rampes 38. Le mélange d'eau de lavage et de matériau particulaire actif est alors recueilli dans la goulotte 9. Les techniques selon l'invention qui ont été décrite peuvent être mis en oeuvre pour traiter une eau en vue de sa potabilisation et/ou en vue de son épuration.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'une eau chargée en matières polluantes en vue de sa potabilisation et/ou de son épuration, ledit procédé comprenant : - une étape d'élimination consistant à mettre en contact dans une cuve de contact agitée (2) ladite eau chargée en matières polluantes avec un matériau particulaire actif (19) selon une concentration prédéterminée de matériau particulaire actif (19) dans ladite eau ; - une étape d'extraction consistant à extraire en continu de ladite cuve de contact (2) un mélange constitué d'eau et de matériau particulaire actif (19) ; - une étape de séparation consistant à séparer en continu dudit mélange ledit matériau particulaire actif (19) ; caractérisé en ce que ladite étape de séparation en continu consiste à : - introduire ledit mélange à l'intérieur d'un tambour rotatif filtrant (4), - filtrer ledit mélange au travers dudit tambour rotatif filtrant (4) de façon à piéger ledit matériau particulaire actif (19) à l'intérieur dudit tambour (4), - récupérer une eau filtrée (21) à l'extérieur dudit tambour (4), dans la partie inférieure de celui-ci, et, - évacuer ladite eau filtrée (21) ; en ce que ledit procédé comprend des étapes de lavage dudit tambour rotatif filtrant (4), lesdites étapes de lavage consistant à : - injecter à contre courant de l'eau filtrée (21) sous pression formant eau de lavage à la surface extérieur d'une partie supérieure dudit tambour filtrant pour décoller les résidus accumulés à l'intérieur de celui-ci, et , - à récupérer ladite eau de lavage et lesdits résidus à l'intérieur dudit tambour filtrant (4) sans les mettre en contact avec ledit mélange introduit à l'intérieur dudit tambour filtrant ; lesdites étapes de lavage étant mises en oeuvre selon un cycle prédéterminé ; et en ce que ladite eau de lavage et lesdits résidus récupérés lors desdites étapes de 30 lavage sont stockées momentanément dans une cuve de recirculation (10) agitéeavant d'être renvoyées essentiellement dans leur intégralité dans ladite cuve de contact (2) de manière à maintenir ladite concentration prédéterminée en matériau particulaire actif (19) essentiellement constante dans ladite cuve de contact (2).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau particulaire actif (19) présente une granulométrie comprise entre 20 micromètres et 500 micromètres et un coefficient d'uniformité compris entre 1,0 et 1,5.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau particulaire actif (19) présente une granulométrie égale à 350 micromètres.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des purges de matériau particulaire actif saturé à partir de ladite cuve de recirculation (10) et des apports d'appoint de matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré dans ladite cuve de contact (2), les quantités desdites purges étant essentiellement identiques aux quantités de matériau particulaire actif neuf et/ou régénéré.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régénération in situ dudit matériau particulaire actif saturé.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau particulaire actif régénéré apporté dans ladite cuve de contact (2) lors de ladite étape d'apport provient de ladite étape de régénération in situ dudit matériau particulaire actif saturé.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite eau filtrée (21) évacuée subit ensuite une étape de filtration finale visant à abattre sa turbidité résiduelle.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite filtration finale est une filtration classique sur média filtrant granulaire tel que du sable.
  9. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite filtration finale est une filtration membranaire.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite filtration membranaire est une ultrafiltration.
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