FR2958929A1 - Procede de traitement d'eau en vue de son dessalement incluant une filtration a grande vitesse, et installation correspondante. - Google Patents

Procede de traitement d'eau en vue de son dessalement incluant une filtration a grande vitesse, et installation correspondante. Download PDF

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Abstract

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de traitement d'eau en vue de son déssalement, ledit procédé étant constitué : d'une étape (i) de coagulation de ladite eau ; d'une étape (ii) de floculation de l'eau provenant de ladite étape (i) de coagulation ; d'une étape (iii) de filtration granulaire de l'eau provenant de ladite étape (ii) de floculation à travers au moins un filtre granulaire comprenant une masse filtrante constituée d'au moins une couche d'au moins un matériau filtrant ; d'une étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres de l'eau provenant de ladite étape (iii) de filtration granulaire ; d'une étape (v) de filtration par osmose inverse de l'eau provenant de ladite étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres ; d'une étape (vi) de récupération d'une eau au moins en partie déssalée provenant de ladite étape (iv) de filtration pas osmose inverse ; ladite étape (iii) de filtration granulaire consistant à faire transiter l'eau provenant de ladite étape (ii) de floculation à travers ledit filtre granulaire à une vitesse comprise entre 15 et 25 m/h.

Description

Procédé de traitement d'eau en vue de son dessalement incluant une filtration à grande vitesse, et installation correspondante. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui du traitement de l'eau en vue de son dessalement. Plus précisément, l'invention concerne un tel procédé qui comprend la mise en oeuvre d'une étape de filtration par osmose inverse. 2. Art antérieur Le dessalement de l'eau (eau de mer, eaux d'estuaires, eaux industrielles fortement chargées en sels, eaux souterraines contaminées par des sels, eaux saumâtres...) inclut généralement une étape de filtration sur une ou plusieurs membranes d'osmose inverse. Les fabricants de ce type de membranes de filtration ne garantissent contractuellement la durée de vie de leurs membranes que dans la mesure où les eaux qui traversent ces membranes présentent un certain niveau de qualité. Ainsi, afin de prévenir un colmatage trop rapide des membranes, les eaux alimentant ces membranes doivent présenter une très bonne qualité. Le SDI (Silt Density Index en anglais), qui est un paramètre représentatif du pouvoir colmatant de l'eau, est généralement utilisé pour caractériser le niveau de qualité d'une eau devant être traitée à travers des membranes d'osmose inverse. Le SDI15 est la valeur de SDI d'une eau mesurée en se conformant à la méthode standardisée ASTM D4189-95 (15 juin 2007). La mesure du SDI15 est réalisée de la manière suivante. Une eau est filtrée à une pression constante de 2,1 bar à travers un filtre dont le seuil de coupure est égal à 0,45 micromètres. Le temps TO nécessaire à la filtration de 500 ml d'eau ainsi que le temps T15 nécessaire à la filtration de 500 ml d'eau après que de l'eau a été filtrée en continu pendant 15 minutes à travers le filtre sont mesurés. Le SDI15 est ensuite calculé selon la formule suivante : SDI15=(100/15).(1-(TO/T15)) L'indice SDI15 varie entre 0 et 6,67 étant entendu que plus sa valeur est importante, plus le pouvoir colmatant de l'eau qu'il caractérise est élevé. Pour les eaux dont le pouvoir colmatant est très important, il est impossible d'en déterminer le SDI15 selon cette méthode normalisée. Dans ce cas, des indices alternatifs peuvent être calculés en mesurant le temps nécessaire à la filtration de 500 ml d'eau après que de l'eau ait été filtrée en continu à travers le filtre non plus pendant 15 minutes mais pendant 3, 5 ou 10 minutes selon la nature de l'eau à traiter. Les fabricants de membranes d'osmose inverse recommandent généralement que les eaux destinées à être filtrées au travers de membranes d'osmose inverse présentent, selon la méthode indiquée ci-dessus, un SDI15 dont la valeur est comprise entre 3 et 3,5. La filtration sur membranes d'osmose inverse nécessite donc la mise en oeuvre d'un prétraitement des eaux d'alimentation de manière à leur conférer le niveau de qualité requis par les fabricants de membranes d'osmose inverse. Dans le but de produire une eau dont la valeur de SDI15 est le plus proche possible des valeurs comprises dans cet intervalle, plusieurs techniques sont actuellement mises en oeuvre. Une première technique consiste à filtrer une eau préalablement coagulée 20 et floculée : - dans un filtre granulaire comprenant une masse filtrante d'environ 1,6 mètres de haut constituée d'une couche d'anthracite et d'une couche de sable, à une vitesse de l'ordre de 7,5 m/h, puis - dans une cartouche filtrante de 5 micromètres. 25 Les cartouches filtrantes (par exemple celles qui sont fournies par Pall, Sartorius,...) sont utilisées en amont des membranes d'osmose inverse ou de nanofiltration comme protection vis-à-vis de particules (de dimensions supérieures à 5 µm) qui pourraient créer des dysfonctionnements au sein des membranes d'osmose inverse. Le milieu filtrant intégré dans ces cartouches 30 comprend une membrane organique (polysulfone, polyethersulfone, polypropylène...). Ces cartouches permettent également une élimination des micro-organismes qui ont des dimensions supérieures au seuil de coupure de la cartouche. La mise en oeuvre de cette technique ne permet la production d'une eau dont le SDI15 est compris entre 3 et 3,5 que si l'eau brute à traiter présente un SDI3 compris entre 15 et 20. La mise en oeuvre d'un traitement de ce type ne permet donc la plupart du temps pas de produire une eau dont la qualité est suffisante pour être filtrée ultérieurement de manière optimale au travers de membranes d'osmose inverse.
Une deuxième technique consiste à mettre en oeuvre une étape de séparation par exemple par décantation en amont de l'étape de filtration granulaire. Une troisième technique consiste à combiner les deux premières en mettant successivement en oeuvre une coagulation, une floculation, une séparation par exemple une décantation, une filtration granulaire, une filtration sur cartouche filtrante puis une filtration par osmose inverse. La mise en oeuvre de ces deuxième et troisième technique peut permettre de produire une eau d'alimentation d'unité de filtration par osmose inverse de qualité satisfaisante. 3. Inconvénients de l'art antérieur La première des techniques actuellement mises en oeuvre dans le but de produire une eau d'alimentation de membranes de filtration par osmose inverse ne permet d'atteindre un niveau de qualité qui soit conforme avec les recommandations des fabricants de membranes de ce type que si le SDI3 de l'eau brute à traiter est compris entre 15 et 20. La filtration sur des membranes d'osmose inverse d'eaux ne présentant pas le niveau de qualité requis s'accompagne d'une augmentation rapide de la perte de charge au niveau des membranes. Ceci est essentiellement dû à un développement bactérien, à une adsorption des matières organiques, et à une accumulation de micro substances minérales et organiques sur les membranes.
Cette augmentation de perte de charge engendre la nécessité de mettre en oeuvre des nettoyages chimiques fréquents des membranes. De tels nettoyages sont en pratique mis en oeuvre avec des réactifs agressifs qui exercent un impact négatif sur la durée de vie des membranes. Il est donc nécessaire de procéder au remplacement des membranes régulièrement, ce qui représente un poste de coût important. Les deuxième et troisième de ces techniques peuvent permettre d'atteindre un niveau de qualité qui soit conforme avec les recommandations des fabricants de membranes de ce type. Elles présentent néanmoins l'inconvénient d'être relativement complexes et donc coûteuses à mettre en oeuvre. 4. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. L'invention a pour objectif de fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une technique de traitement d'eau en vue de son dessalement par osmose inverse qui permette de prolonger la durée de vie des membranes d'osmose inverse mise en oeuvre à cet effet. L'invention vise également, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, à produire une telle technique qui conduise à réduire le temps de colmatage des membranes d'osmose inverse et en conséquence à réduire la fréquence de leur lavage et de leur remplacement. Un objectif de l'invention est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une telle technique qui permette la production d'une eau présentant un SDI15 compris entre 3 et 3,5 (mesuré selon la méthode ASTM D4189-95) préalablement à sa filtration au travers de membranes d'osmose inverse. L'invention a encore pour objectif, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, de fournir une telle technique qui soit simple et peu coûteuse à mettre en oeuvre, à tout le moins comparativement aux techniques de l'art antérieur.
Encore un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une telle technique qui conduise à réduire la surface occupée par les installations mises en oeuvre pour le dessalement de l'eau. L'invention poursuit encore l'objectif, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, de réduire la quantité de réactifs nécessaire au dessalement de l'eau. 5. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de traitement d'eau en vue de son dessalement, ledit procédé étant constitué : - d'une étape (i) de coagulation de ladite eau ; - d'une étape (ii) de floculation de l'eau provenant de ladite étape (i) de coagulation ; - d'une étape (iii) de filtration granulaire de l'eau provenant de ladite étape (ii) de floculation à travers au moins un filtre granulaire comprenant une masse filtrante constituée d'au moins une couche d'au moins un matériau filtrant ; - d'une étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres de l'eau provenant de ladite étape (iii) de filtration granulaire ; - d'une étape (v) de filtration par osmose inverse de l'eau provenant de ladite étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres ; - d'une étape (vi) de récupération d'une eau au moins en partie dessalée provenant de ladite étape (iv) de filtration pas osmose inverse ; ladite étape (iii) de filtration granulaire consistant à faire transiter l'eau provenant de ladite étape (ii) de floculation à travers ledit filtre granulaire à une vitesse comprise entre 15 et 25 m/h. Ainsi, l'invention repose sur une approche originale qui consiste en la 30 combinaison d'une coagulation, d'une floculation, d'une filtration à travers un filtre granulaire à grande vitesse, c'est-à-dire entre 15 et 25 m/h, et d'une filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres d'une eau dans le but de produire une eau d'alimentation d'une filtration par osmose inverse. L'étape de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres pourra mettre en oeuvre une ou plusieurs cartouches filtrantes dont le seuil de coupure pourra être compris entre 1 et 101um et sera préférentiellement égal à 5µm. Elle pourra alternativement mettre en oeuvre une unité de filtration par ultrafiltration dont le seuil de coupure sera préférentiellement compris entre 10 nanomètres et 0,1 micromètres et dont la force motrice sera comprise entre 1 et 5 b ar, ou une unité de micro filtration dont le seuil de coupure sera préférentiellement compris entre 0,1 micromètres et 10 micromètres et dont la force motrice sera comprise entre 0,1 et 3 bar. Cette mise en oeuvre particulière permet aux flocs présents dans l'eau de pénétrer rapidement par diffusion en profondeur à l'intérieur de la masse filtrante du filtre granulaire et de venir combler, à tout le moins en partie, les interstices de vide laissés entre les grains de média filtrant essentiellement sur toute la hauteur de la masse filtrante. Par opposition aux techniques selon l'art antérieur, la technique selon l'invention permet de proscrire la mise en oeuvre d'une séparation par exemple par décantation ou par flottation en amont de la filtration granulaire lorsque le SDI3 de l'eau brute se situe entre 15 et 20 . En effet, compte tenu que la technique selon l'invention repose sur la mise en oeuvre d'une filtration granulaire à grande vitesse, les flocs présents dans l'eau sont retenus sur essentiellement toute la hauteur de la masse filtrante. Au contraire, lors de la mise en oeuvre des techniques de l'art antérieur, ces flocs pénètrent la masse filtrante essentiellement sur une faible hauteur. Il se forme alors une couche de flocs en surface de la masse filtrante. Cet encrassement en surface de la masse filtrante s'accompagne d'une augmentation rapide de la perte de charge à travers le filtre granulaire. Ceci impose de procéder à de fréquents lavages des filtres et nécessite d'augmenter la fréquence des nettoyages chimiques des membranes d'osmose inverse placées en aval. Au contraire, la mise en oeuvre de la technique selon l'invention prévient : - la formation d'une couche de flocs en surface de la masse filtrante, et - permet en revanche aux flocs d'être absorbés sur la quasi totalité de la hauteur de la masse filtrante. La technique selon l'invention permet donc de retenir une part importante des microparticules titrant en SDI présentes dans l'eau et de limiter la fréquence de nettoyage et de remplacement des membranes d'osmose inverse. Il est d'ailleurs noté qu'elle permet de retenir une part d'autant plus importante de ces particules compte tenu du fait que celles-ci viennent combler les interstices vides laissés entre les grains constituant la masse filtrante, ce qui permet de retenir des microparticules présentant une taille inférieure à la taille de ces interstices. L'ensemble de ces avantages permet à la technique selon l'invention de produire une eau d'alimentation des membranes d'osmose inverse dont le SDI15 est compris entre 3 et 3,5, c'est-à-dire qui est conforme aux recommandations des fabricants de membranes. L'étape de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres est mise en oeuvre entre l'étape de filtration granulaire et l'étape de filtration par osmose inverse. Cette filtration, qui agit comme un fusible, permet, par exemple lorsque la nature de l'eau à traiter varie fortement, de s'assurer que l'eau d'alimentation des membranes d'osmose inverse placées en aval présente un niveau de qualité suffisant pour prévenir leur endommagement. Cette mise en oeuvre permet de prolonger la durée de vie de ces membranes d'osmose inverse qui sont très coûteuses. Il est rappelé que dans un ouvrage de traitement d'eau en général, la vitesse de séparation liquide solide à travers un filtre est égale au volume d'eau traitée par heure divisé par la surface du filtre. Il est ainsi possible de déterminer la surface d'un filtre connaissant le 30 volume d'eau à traiter par heure et la vitesse de filtration. Le volume total de matériau filtrant peut ensuite être calculé selon la relation suivante : Volume de matériau filtrant = Surface du filtre x Hauteur du filtre. Dans certains cas, la hauteur d'un filtre peut être déterminé en connaissant la vitesse de filtration et le temps de contact nécessaire pour effectuer une réaction chimique donnée (par exemple adsorption...) par la relation suivante : Hauteur du filtre = vitesse de filtration x temps. Préférentiellement, ladite étape (iii) de filtration granulaire met en oeuvre un filtre granulaire dont la masse filtrante présente une granulométrie décroissante.
Cette caractéristique permet de favoriser la pénétration des flocs présents dans l'eau sur la quasi-totalité de la hauteur du filtre granulaire. En effet, les flocs de taille les plus importantes sont retenus en premier laissant les flocs de taille plus faible progressivement pénétrer au coeur de la masse filtrante. Un procédé selon l'invention est en outre préférentiellement constitué 15 d'une étape de tamisage précédent ladite étape (i) de coagulation. Dans ce cas, ladite étape de tamisage est réalisée à un seuil de coupure compris entre 50 et 500 micromètres. Cette étape est mise en oeuvre de façon à retenir les algues et/ou les microparticules présentent dans l'eau à traiter de façon à prévenir la formation de 20 flocs de taille très importante qui viendraient obturer la surface du filtre granulaire. La présente technique concerne également une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement d'une eau en vue de son dessalement selon l'invention, ladite installation étant constituée : 25 - d'une zone de coagulation de ladite eau ; - d'une zone de floculation de l'eau provenant de ladite zone de coagulation ; - d'un filtre granulaire comprenant une masse filtrante constituée d'au moins une couche d'au moins un matériau filtrant ; 30 - de moyens de soutirage de ladite eau provenant de ladite zone de floculation à travers ledit filtre granulaire à une vitesse comprise entre 15 et 25 m/h, - des moyens de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres de l'eau provenant dudit filtre granulaire (15), et - d'une unité de filtration par osmose inverse de l'eau provenant dudit filtre granulaire. Les filtres utilisés sont des filtres à flux descendant ou des filtres gravitaires.
Les moyens de soutirage de l'eau provenant de la zone de floculation à travers le filtre granulaire à une vitesse comprise entre 15 et 25 m/h peuvent être des moyens naturels lorsque l'eau s'écoule de manière gravitaire à travers le filtre ou mécanique lorsque l'eau est pompée à travers le filtre. Les moyens de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres agissent comme un fusible pour protéger les membranes de l'unité de filtration par osmose inverse ainsi que cela a été indiqué plus haut. Ces moyens de filtration peuvent comprendre une cartouche filtrante dont le seuil de coupure peut être compris entre 1 et 101um et sera préférentiellement égal à 51um. Ils pourront alternativement comprendre une unité de filtration par ultrafiltration dont le seuil de coupure sera préférentiellement compris entre 10 nanomètres et 0,1 micromètres et dont la force motrice sera comprise entre 1 et 5 bar, ou une unité de microfiltration dont le seuil de coupure sera préférentiellement compris entre 0,1 micromètres et 10 micromètres et dont la force motrice sera comprise entre 0,1 et 3 bar.
Préférentiellement, ladite masse filtrante présente une hauteur totale comprise entre 2,5 et 4 mètres. Une telle hauteur de masse filtrante est suffisante pour permettre la production d'une eau dont le SDI15 est conforme aux recommandations évoquées plus haut.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit premier filtre granulaire comprend un empilement de deux couches d'un premier matériau filtrant et d'un deuxième matériau filtrant, lesdits premier et deuxième matériau filtrant présentant des granulométries décroissantes. Le matériau situé en haut présente une granulométrie supérieure et une densité inférieure à celles du matériau situé en bas. Cette configuration est particulièrement intéressante. Au cours de la filtration de l'eau, les flocs qu'elle contient s'accumulent progressivement au sein de la couche de matériau en grains située en haut du filtre. Ils comblent les interstices initialement vides qui existent entre les grains.
Ce matériau permet donc d'emmagasiner les flocs présents dans l'eau, qui ont eux-mêmes piégé les matières colmatantes, ainsi que les matières en suspension. Le matériau le plus haut agit comme un réservoir de flocs, un filtre de maturation, et permet l'élimination du SDI. Ce mécanisme survient au bout de quelques heures c'est-à-dire une fois que le filtre a commencé à accumuler suffisamment de flocs.
La seconde couche de matériau située plus bas dans le filtre joue un rôle d'affinage et permet de retenir des flocs qui ont pu s'échapper de la première couche. C'est la raison pour laquelle la granulométrie du matériau de la seconde couche est toujours inférieure à celle de la première. Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit premier matériau présente une granulométrie comprise entre 0,8 et 2,5 mm, et en ce que ledit deuxième matériau présente une granulométrie comprise entre 0,5 et 0,9 mm. Dans ce cas, la hauteur dudit premier matériau représente avantageusement entre 50 et 80% de la hauteur totale de ladite masse filtrante. La mise en oeuvre de cette caractéristique permet à une grande partie des flocs de diffuser à l'intérieur de la couche de premier matériau et d'éviter ainsi la formation d'un gâteau sur cette couche. La vitesse de colmatage du filtre granulaire est par conséquent réduite ce qui permet de diminuer la fréquence de rétrolavage de celui-ci. Le fait que ces flocs diffusent à l'intérieur de la première couche, c'est-à-dire qu'ils sont piégés dans les espaces interstitiels laissés entre les grains de la première couche de matériau, sans pour autant colmater le filtre permet également de retenir d'autres particules dont la taille est inférieure à celle de ces interstices. Ainsi, cette première couche de matériau permet de retenir l'essentiel des particules titrant en SDI initialement contenues dans l'eau à traiter tout en limitant le colmatage du filtre granulaire.
Selon une caractéristique préférentielle, ledit premier matériau est de l'anthracite et ledit deuxième matériau est constitué par des grains de sable ou de grenat. Selon une autre caractéristique préférentielle, ledit premier matériau est de la pierre ponce et ledit deuxième matériau est constitué par des grains de sable ou de grenat. Selon un autre mode de réalisation particulier ledit premier filtre comprend un empilement de trois couches d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième matériau filtrant, lesdits premier, deuxième et troisième matériaux filtrant présentant des granulométries décroissantes.
Un affinage encore plus poussé peut être obtenu en mettant en oeuvre une troisième couche de matériau encore plus dense et plus fin que le matériau de la deuxième couche. Un tel affinage permet d'augmenter l'élimination des particules en suspension et de réduire la valeur du SDI15 de l'eau traitée de 0,2 à 0,5. Dans ce cas, la hauteur desdits premier, deuxième et troisième matériaux représentent respectivement entre 40 et 75%, entre 7,5 et 40% et 7,5 et 20% de la hauteur totale de ladite masse filtrante. Selon une caractéristique préférée, les grains desdits matériaux (17, 18, 17', 18', 22) desdites couches dudit filtre granulaire (15) présentent des densités croissantes depuis la couche supérieure vers la couche inférieure dudit filtre.
Le fait que la densité des grains des matériaux constituant les différentes couches du filtre granulaire soit plus importantes à partir de la couche inférieure vers la couche supérieure permet, après que le filtre est lavé, aux différentes couches le constituant de se reformer de manière naturelle. En effet, après que l'agitation des couches de matériaux due au rétrolavage du filtre a cessé, les grains de matériaux les plus denses constituant la couche inférieure se déposent en premier alors que les autres grains se déposent par ordre de densité décroissante. Une installation selon l'invention est en outre optionnellement constituée d'une unité de tamisage placée en amont de ladite zone de coagulation. 6. Liste des figures 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 présente un schéma d'une installation de traitement d'eau selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 présente un schéma d'une installation de traitement d'eau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une courbe qui illustre l'évolution du SDI15 d'une eau filtrée selon l'art antérieur dans un filtre bi-couche (anthracite-sable) de 1,6 mètres de haut à 7,5 m/h ; - la figure 4 est une courbe qui illustre l'évolution du SDI15 d'une eau filtrée selon l'art antérieur dans un filtre bi-couche (anthracite-sable) de 1,6 mètres de haut à 9,5 m/h ; - la figure 5 est une courbe qui illustre l'évolution du SDI15 d'une eau filtrée selon l'invention dans un filtre bi-couche (anthracite-sable) de 3 mètres de haut à 15 m/h. 7. Description d'un mode de réalisation de l'invention 7.1. Principe général de l'invention Le principe général de l'invention repose sur la combinaison d'une coagulation, d'une floculation, d'une filtration à travers un filtre granulaire à grande vitesse, c'est-à-dire entre 15 et 25 m/h, et d'une filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres d'une eau dans le but de produire une eau d'alimentation d'une filtration par osmose inverse. Compte tenu de la haute vitesse de filtration de l'eau, une part importante 30 des flocs titrant en SDI15 présents dans l'eau est rapidement absorbée dans la masse filtrante essentiellement sur toute sa hauteur sans observation d'un encrassement de la surface de la masse filtrante. La mise en oeuvre de la technique selon l'invention permet donc de produire une eau dont le SDI15 est compris entre 3 et 3,5. Cette eau peut ensuite être filtrée de manière optimale à travers des membranes d'osmose inverse en vue d'être dessalée. Par opposition aux techniques selon l'art antérieur, la technique selon l'invention permet de proscrire la mise en oeuvre d'une séparation par exemple par décantation ou par flottation en amont de la filtration granulaire lorsque le SDI3 de l'eau brute se situe entre 15 et 20. 7.2. Exemple d'un premier mode de réalisation d'une installation de traitement selon l'invention On présente, en relation avec la figure 1, un premier mode de réalisation d'une installation de traitement d'eau selon l'invention.
Tel que cela est représenté sur cette figure 1, une installation selon ce premier mode de réalisation comprend une canalisation 10 d'amenée d'une eau à traiter dans une zone de coagulation 11 à l'intérieur de laquelle est injecté un agent coagulant qui dans ce mode de réalisation est du chlorure ferrique (FeC13). La zone de coagulation 11 est reliée par une canalisation 12 à une zone de floculation 13 à l'intérieur de laquelle est injecté un agent floculant qui dans ce mode de réalisation est le polymère floculant synthétique FLOPAM AN905. Dans une variante, un polymère floculant naturel pourra être mis en oeuvre. La zone de floculation 13 est reliée par une canalisation 14 à un filtre 15. Le filtre 15 est un filtre granulaire ouvert à travers lequel l'eau à traiter préalablement coagulée et floculée circule sous l'effet de la gravité. Dans une variante, ce filtre 15 pourra être un filtre granulaire sous pression à travers lequel l'eau à traiter circule sous pression par la mise en oeuvre de moyens de soutirage comme une pompe. Dans ce mode de réalisation, il comprend une masse filtrante 16 qui est constituée par un empilement de deux couches 17, 18 de deux matériaux filtrants granulaires. Les couches 17 et 18 constituent respectivement la couche supérieure et la couche inférieure du filtre. Les matériaux constituant les couches 17, 18 présentant des granulométries décroissantes et des densités croissantes depuis la couche supérieure 17 vers la couche inférieure 18. La première couche 17 est constituée par de l'anthracite dont la granulométrie est comprise entre 0,8 et 2,5 millimètres. La deuxième couche 18 est constituée par du sable dont la granulométrie est comprise entre 0,5 et 0,9 millimètres. Dans ce mode de réalisation, la hauteur de chacune des couches de matériau représente environ 50% de la hauteur totale de la masse filtrante 16.
Dans des variantes, la hauteur des première 17 et deuxième 18 couches de matériau pourront varier dans des proportions telles que la hauteur de la première couche 17 pourra atteindre jusqu'à environ 80% de la hauteur totale de la masse filtrante 16. Dans une variante, l'anthracite pourra être remplacé par de la pierre ponce 15 présentant une granulométrie comprise entre 0,8 et 2,5 millimètres. Dans tous les cas, le sable, avantageusement roulé ou concassé, pourra être remplacé par des grains de grenat ou de tout autre matériau équivalent. La hauteur totale de la masse filtrante 16 peut varier entre 2,5 et 4 mètres selon les conditions d'exploitation. 20 Le filtre 15 est relié, à sa sortie, à l'entrée d'une cartouche filtrante 24 au moyen d'une canalisation 20. L'unité d'osmose inverse 19 présente une sortie d'eau traitée 21. Cette cartouche filtrante 24 a un seuil de coupure égal à 5 micromètres. La sortie de cette cartouche filtrante 24 est reliée à l'entrée d'une unité de filtration par osmose inverse 19 par une canalisation 25. 25 7.3. Exemple d'un deuxième mode de réalisation d'une installation de traitement selon l'invention La figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation qui ne diffère du premier mode de réalisation qui vient d'être décrit qu'en ce qui concerne la structure du filtre 15.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le filtre 15 comprend une masse filtrante 16' qui est constituée par l'empilement de trois couches 17', 18' et 22 de trois matériaux filtrants granulaires présentant des granulométries décroissantes. La première couche 17', ou couche supérieure, est constituée d'une épaisseur de 1,6 à 3 mètres d'anthracite dont la granulométrie est comprise entre 1.0 et 2.5 mm. La deuxième couche 18', ou couche intermédiaire, est constituée d'une épaisseur de 0,3 à 1 mètre de sable dont la granulométrie est comprise entre 0,6 et 0,9 mm.
La troisième couche 22, ou couche inférieure, est constituée d'une épaisseur de 0,3 à 0,5 mètre de grenat ou de sable dont la granulométrie est comprise entre 0,3 et 0,55 mm. Les matériaux constituant les couches 17', 18' et 22 présentant des granulométries décroissantes et des densités croissantes depuis la couche supérieure 17' vers la couche inférieure 22. La hauteur de la première couche 17' de matériau représente entre environ 40 et 75% de la hauteur totale de la masse filtrante 16'. La hauteur de la deuxième couche 18' de matériau représente entre environ 7,5 et 40% de la hauteur totale de la masse filtrante 16', et la hauteur de la troisième couche 22 de matériau représente environ 7,5 à 20% de la hauteur totale de la masse filtrante 16'. La hauteur totale de la masse filtrante 16' est comprise entre 2,5 et 4,5 mètres. 7.4. Variantes des premier et deuxième modes de réalisation d'une installation de traitement selon l'invention Dans une variante des premiers et deuxième modes de réalisation (non représentée), une installation selon l'invention sera en outre constituée d'une unité de tamisage placée en amont de la zone de coagulation 11. Cette unité de tamisage comprendra préférentiellement des éléments permettant de retenir les algues et/ou les microparticules présentes dans l'eau à traiter ayant une taille supérieure à 500 micromètres.
Dans une autre variante, le filtre granulaire 15 pourra être composé d'une seule couche de sable présentant une granulométrie comprise entre 0,5 et 1,5 mm. Dans d'autres variantes, la cartouche filtrante pourra être remplacée par : - une unité de filtration par ultrafiltration dont le seuil de coupure sera préférentiellement compris entre 10 nanomètres et 0,1 micromètres et dont la force motrice sera comprise entre 1 et 5 bar, ou - une unité de microfiltration dont le seuil de coupure sera préférentiellement compris entre 0,1 micromètres et 10 micromètres et dont la force motrice sera comprise entre 0,1 et 3 bar.
La mise en oeuvre d'une cartouche filtrante présente toutefois l'avantage de nécessiter une force motrice et donc une consommation énergétique inférieure à celles requises par l'ultrafiltration ou la microfiltration. 7.5. Exemple d'un procédé de traitement selon l'invention On présente en relation avec la figure 1, un procédé de traitement d'eau en vue de son dessalement selon l'invention. Un tel procédé consiste à acheminer une eau brute via la canalisation 10 dans la zone de coagulation 11 de façon telle qu'elle y subisse une étape de coagulation. L'eau coagulée provenant de la zone de coagulation 11 est ensuite 20 introduite via la canalisation 12 dans la zone de floculation 13 de façon telle qu'elle y subisse une étape de floculation. L'eau floculée provenant de la zone de floculation 13 est ensuite introduite via la canalisation 14 dans le filtre granulaire 15. L'eau coagulée et floculée traverse alors la masse filtrante 16 à une vitesse 25 comprise entre 15 et 25 m/h. Les flocs 23 présents dans cette eau pénètrent alors rapidement par diffusion en profondeur à l'intérieur de la masse filtrante 16 et viennent combler, à tout le moins en partie, les interstices de vide laissés entre les grains de média filtrant essentiellement sur toute la hauteur de la masse filtrante. Dans ces 30 circonstances, le filtre granulaire arrive à maturation beaucoup plus rapidement.
Compte tenu du fait qu'une partie de ces flocs vient combler les interstices vides laissés entre les grains constituant la masse filtrante, les microparticules présentant une taille inférieure à la taille de ces interstices sont également retenues dans la masse filtrante.
La combinaison selon l'invention d'une coagulation, d'une floculation et d'une filtration granulaire à grande vitesse permet en outre de prévenir la formation d'une couche de flocs en surface de la masse filtrante ce qui conduit à diminuer la fréquence de lavage du filtre granulaire. La mise en oeuvre de cette étape de filtration granulaire conduit à la production d'un effluent dont le SDI15 a une valeur comprise entre 3 et 3,5. Cet effluent présente donc un niveau de qualité qui est conforme aux recommandations des fabricants de membranes d'osmose inverse. Cet effluent peut alors constituer une eau d'alimentation des membranes de l'unité de filtration par osmose inverse 19.
Néanmoins, il peut arriver, de manière tout à fait exceptionnelle, que cet effluent présente un SDI15 dont la valeur est légèrement supérieure à 3,5. Ceci peut par exemple être lié au fait que la qualité de l'eau brute se soit dégradée. Pour cette raison, l'effluent est dirigé vers l'entrée d'une cartouche filtrante 24. Cette cartouche filtrante 24 agit comme un fusible qui retient, le cas échéant, les particules présentes dans l'effluent en sortie du filtre granulaire de manière que l'eau d'alimentation de l'unité d'osmose inverse 19 présente en toute circonstance un SDI15 dont la valeur est comprise entre 3 et 3,5. Cet effluent est alors systématiquement dirigé vers des moyens de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres, qui dans ce mode de réalisation comprennent l'unité de filtration par osmose inverse 19 de manière à en soustraire, à tout le moins en partie, les sels qu'il contient et à produire une eau dessalée. Dans des variantes, la cartouche filtrante pourra être remplacée par une unité de filtration par ultrafiltration ou par microfiltration.
Dans une variante, l'eau coagulée et floculée sera filtrée à travers un filtre tri couches selon le deuxième mode de réalisation. Dans une autre variante, l'eau brute subira une étape de tamisage avant l'étape de coagulation. 7.6. Autres avantages La mise en oeuvre d'un filtre granulaire selon les techniques de l'art antérieur est insuffisante pour produire une eau présentant les qualités requises afin d'être ultérieurement filtrée au travers de membranes d'osmose inverse. Il est donc nécessaire de multiplier les équipements mis en oeuvre de manière à atteindre le niveau de qualité requis. Ceci engendre une augmentation de la taille des installations. L'invention permet au contraire de produire de l'eau présentant la qualité requise notamment au moyen d'un filtre granulaire fonctionnant à grande vitesse et en amont duquel il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre de moyen de séparation comme par exemple un décanteur ou des moyens de flottation. Sa mise en oeuvre permet donc de réduire la taille globale et notamment la surface au sol occupée par une installation de dessalement. La technique selon l'invention permet également de réduire les coûts liés au dessalement de l'eau. D'une part, les installations nécessaires au dessalement selon l'invention sont moins complexes, moins encombrantes et donc moins coûteuses. D'autre part, la technique selon l'invention permet de réduire les fréquences de lavage et de remplacement des membranes d'osmose inverse. Le fait de réduire la fréquence de lavage des membranes d'osmose inverse permet en outre de réduire les pertes en eau employée à cet effet. La mise en oeuvre de l'invention contribue également à réduire les volumes de réactifs employés pour le dessalement de l'eau. En effet, la maturation progressive d'un filtre selon l'invention, qui se caractérise par le fait qu'il accumule des flocs au sein de sa masse filtrante au cours de la filtration, permet de maintenir les cinétiques d'adsorption des matières colmatantes (et donc du SDI) même si on réduit le dosage de coagulant initialement injecté. Cette réduction progressive de la quantité de coagulant injectée pendant un cycle de filtration, permet de réduire la consommation globale de réactifs. 7.7. Essais Des essais ont été réalisés afin de démontrer l'efficacité d'un procédé de traitement d'eau selon l'invention. Une première série d'essais a consisté à filtrer, selon l'art antérieur, une eau dans une colonne de filtration contenant une couche de 0,8 mètre d'anthracite et une couche de 0,8 mètre de sable, à une vitesse de 7,5 m/h puis dans une cartouche filtrante à 5 micromètres. La figure 3, qui illustre les résultats de ces essais, permet de constater que le SDI15 de l'eau filtrée au cours de ces essais était généralement supérieur à 3,5.
Une deuxième série d'essais a consisté à filtrer, selon l'art antérieur, les eaux d'une première station (St 1) et d'une deuxième station (St 2) dans une colonne de filtration contenant une couche de 1,5 mètres d'anthracite et une couche de 1,5 mètres de sable, à une vitesse de 9,5 m/h puis dans une cartouche filtrante à 5 micromètres. La figure 4, qui illustre les résultats de ces essais, permet de constater que le SDI15 de l'eau filtrée au cours de ces essais était en moyenne compris entre 4 et 5. Une troisième série d'essais a consisté à filtrer, selon l'invention, une eau dans une colonne de filtration contenant une couche de 1,5 mètres d'anthracite et une couche de 1,5 mètres de sable, à une vitesse de 15 m/h puis dans une cartouche filtrante à 5 micromètres. La figure 5, qui illustre les résultats de ces essais, permet de constater que le SDI15 de l'eau filtrée au cours de ces essais était toujours inférieur à 3,5.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'eau en vue de son dessalement, ledit procédé étant constitué : - d'une étape (i) de coagulation de ladite eau ; - d'une étape (ii) de floculation de l'eau provenant de ladite étape (i) de coagulation ; - d'une étape (iii) de filtration granulaire de l'eau provenant de ladite étape (ii) de floculation à travers au moins un filtre granulaire comprenant une masse filtrante constituée d'au moins une couche d'au moins un matériau filtrant ; - d'une étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres de l'eau provenant de ladite étape (iii) de filtration granulaire ; - d'une étape (v) de filtration par osmose inverse de l'eau provenant de ladite étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanométres et 10 micromètres ; - d'une étape (vi) de récupération d'une eau au moins en partie déssalée provenant de ladite étape (v) de filtration pas osmose inverse ; ladite étape (iii) de filtration granulaire consistant à faire transiter l'eau provenant de ladite étape (ii) de floculation à travers ledit filtre granulaire à une vitesse comprise entre 15 et 25 m/h.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (iii) de filtration granulaire met en oeuvre un filtre granulaire (15) dont la masse filtrante (16) présente une granulométrie décroissante.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est en outre constitué d'une étape de tamisage précédent ladite étape (i) de coagulation.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape de tamisage est réalisée à un seuil de coupure compris entre 50 et 500 micromètres.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite étape (iv) de filtration à un seuil de coupure compris entre 10nanomètres et 10 micromètres met en oeuvre une cartouche filtrante ou une unité d'ultrafiltration ou une unité de microfiltration.
  6. 6. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement d'une eau en vue de son dessalement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ladite installation étant constituée : - d'une zone de coagulation (11) de ladite eau ; - d'une zone de floculation (13) de l'eau provenant de ladite zone de coagulation (11) ; - d'un filtre granulaire (15) comprenant une masse filtrante (16, 16') constituée d'au moins une couche d'au moins un matériau filtrant ; - de moyens de soutirage de ladite eau provenant de ladite zone de floculation (13) à travers ledit filtre granulaire (15) à une vitesse comprise entre 15 et 25 m/h ; - des moyens de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres de l'eau provenant dudit filtre granulaire (15), et - d'une unité de filtration par osmose inverse (19) de l'eau provenant dudit filtre granulaire (15).
  7. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit filtre granulaire (15) comprend un empilement de deux couches (17, 18) d'un premier matériau filtrant et d'un deuxième matériau filtrant, lesdits premier et deuxième matériau filtrant présentant des granulométries décroissantes.
  8. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la hauteur dudit premier matériau (17) représente entre 50 et 80% de la hauteur totale de ladite masse filtrante (16, 16').
  9. 9. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit filtre granulaire (15) comprend un empilement de trois couches d'un premier (17'), d'un deuxième (18') et d'un troisième (22) matériau filtrant, lesdits premier, deuxième et troisième matériaux filtrant présentant des granulométries décroissantes.
  10. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la hauteur desdits premier (16'), deuxième (17') et troisième (22) matériaux représentent respectivement entre 40 et 75%, entre 7,5 et 40% et 7,5 et 20% de la hauteur totale de ladite masse filtrante (16').
  11. 11. Installation selon l'une quelconque des revendication 6 à 10, caractérisé en ce que les grains desdits matériaux (17, 18, 17', 18', 22) desdites couches dudit filtre granulaire (15) présentent des granulométries croissantes depuis la couche supérieure vers la couche inférieure dudit filtre.
  12. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée 10 en ce qu'elle est en outre constituée d'une unité de tamisage placée en amont de ladite zone de coagulation (11).
  13. 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que lesdits moyens de filtration à un seuil de coupure compris entre 10 nanomètres et 10 micromètres appartiennent au groupe comprenant : 15 - les cartouches filtrantes (24) ; - les unités de filtration par ultrafiltration ; - les unités de filtration par microfiltration.
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