filtres à débit constant et à compensation de colmatage

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On recherche, en même temps, que le niveau de l’eau sur les filtres soit fixe ou varie peu et que l’eau filtrée restituée 2 à 3 mètres plus bas garde un débit constant et égal au débit total entrant, divisé par le nombre de filtres.

Le maintien du débit constant, quel que soit le degré d’encrassement des filtres, est assuré par un régula­teur, placé à la sortie de chacun d’eux, qui agit soit en régulateur de débit, soit en régulateur de niveau, avec une équirépartition préliminaire. Cet organe crée une perte de charge auxiliaire qui est importante lorsque le filtre est propre et s’annule quand le filtre est totalement colmaté ; le régulateur compense ainsi le colma­tage du lit filtrant.

En comparaison avec les filtres à encrassement, les filtres à compensation de colmatage présentent l’avantage de la stabilité de la qualité de l’eau traitée et de la fiabilité de l’exploitation, même en cas de débit rapidement variable.

régulation d’une batterie de filtres

Deux types de régulation sont en général utilisés : la régulation avec mesure du débit et la régulation avec maintien d’un niveau constant.

régulation avec mesure de débit

Chaque filtre est équipé d’un débitmètre et d’un organe de réglage de débit (vanne papillon, vanne à diaphragme, siphon) disposés sur la sortie d’eau filtrée. Un régulateur reçoit le signal du débitmètre, et agit sur l’organe de réglage pour ajuster le débit à une valeur de consigne.

Les écarts inéluctables entre la somme des débits de consigne des filtres et le débit global imposé à la batterie se traduiraient par des variations de niveau du plan d’eau sur les filtres. Une régulation supplémen­taire ajuste donc ce niveau en modifiant les consignes individuelles de débit en fonction d’une mesure de niveau prise en amont de la batterie (si le débit imposé est le débit entrant), complétée d’une mesure de niveau en aval (si le débit imposé est le débit sortant).

Dans les deux cas, la variation du plan d’eau dans la goulotte et les filtres peut atteindre 30 cm.

régulation avec maintien d’un niveau constant

Pour obtenir de chaque filtre un débit constant, on peut aussi passer par l’intermédiaire d’un niveau cons­tant. Dans ce cas, on commence par effectuer une équirépartition du débit total entre les filtres, dont l’organe de sortie est asservi à la cote du niveau constant amont, ou éventuellement aval, pris comme référence.

En régulation amont (figure 19) le débit entrant dans la station est d’abord équiréparti à l’entrée de chaque filtre qui reçoit ainsi un débit égal au débit entrant divisé par le nombre de filtres.

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Figure 19. Équirépartition et régulation des filtres Aquazur par l’amont (maintien d’un niveau constant)

Chaque filtre est équipé d’un organe régulateur détectant le niveau amont, qu’il maintient constant en agissant sur l’organe de réglage du débit de sortie. Grâce à ce maintien, le débit de sortie est égal au débit entrant et le colmatage est compensé.

Dans ce mode de régulation à niveau constant, l’équirépartition du débit est assurée de façon simple et fiable par des dispositifs statiques (diaphragmes, déversoirs). Elle évite les écarts qui peuvent se produire entre débit total filtré et débit entrant comme cela se produit dans les régulations utilisant la mesure du débit. Ces raisons nous font préférer ce type de régulation. De plus, lorsque l’on arrête un filtre, le débit total entrant est automatiquement réparti sur les filtres restant en service.

régulateurs de filtres

contrôle de niveau par siphon

Le siphon concentrique degremont® et sa boîte de partialisation (figure 20) permettent de réaliser une régulation de niveau, dont la boîte de partialisation est l’organe de détection et de commande, et le siphon l’organe de régulation.

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Figure 20. Régulation par siphon partialisé

siphon

Il est constitué de deux tubes concentriques, l’écoulement s’effectuant de la branche intérieure vers la branche extérieure.

Si l’on introduit de l’air à sa partie supérieure, cet air est entraîné par l’eau dans la branche aval où la den­sité du mélange air-eau s’abaisse, diminuant ainsi le vide au col. Sans air de partialisation, le vide au col est égal, à la perte de charge près dans la branche aval, à la hauteur « H » de chute entre le plan d’eau sur le filtre et le plan d’eau dans la vasque aval de restitution. Avec la partialisation par de l’air, ce vide est réduit à la hauteur « h1 », égale au produit de « H » par la densité du mélange eau-air. La différence H – h1 = h2 représente la perte de charge ainsi créée par l’apport d’air (figure 21).

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Figure 21. Principe d’un siphon partialisé

Si h1 représente la perte de charge, filtre propre, due au passage du débit à filtrer à travers le lit filtrant, le plancher et la tuyauterie d’évacuation d’eau filtrée jusqu’au col du siphon, h2 représente la hauteur de col­matage disponible pour le lit filtrant.

Il suffit donc d’introduire, filtre propre, une quantité d’air suffisante pour créer une perte de charge h2 et, au fur et à mesure que le lit filtrant va s’encrasser, de réduire ce débit d’air jusqu’à l’annuler pour faire accroî­tre h1 jusqu’à H.

boîte de partialisation (photo 10)

Cet appareil permet d’introduire l’air au sommet du siphon pour en régler le débit. L’air traverse un orifice dont la section est modifiée par le déplacement d’un équipage mobile comportant un flotteur et un ressort de rappel (figure 21).

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Photo 10. Boîte de partialisation

contrôle de niveau par vanne : le Régulazur

Le Régulazur (figure 22) est une régulation développée par SUEZ sur automate programmable industriel : l’automate actionne une vanne papillon (2) installée sur la tuyauterie de sortie d’eau filtrée, créant une perte de charge auxiliaire compensant l’encrassement du filtre. Régulazur définit les mouve­ments de la vanne en fonction des signaux fournis par un capteur de niveau (6) et un capteur (8) de recopie de position de la vanne, afin que :

  • en régime établi, le niveau d’eau du filtre soit maintenu au voisinage de sa valeur de consigne, et ce quel que soit le débit ;
  • lors des démarrages après lavage, ou lors d’un changement de débit, le filtre monte progressivement en vitesse, sans à-coup, pour minimiser les pointes de turbidité en sortie.
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Figure 22. Régulation Régulazur. Schéma de principe

Le Régulazur est également informé du niveau de colmatage du lit filtrant via le capteur (7), et peut ainsi déclencher un lavage lorsque le colmatage maximal est atteint.

Chaque filtre est muni d’un Régulazur ; les Régulazur de la batterie filtrante sont normalement reliés à un réseau de communication (Unitelway, Modbus…), auquel est également relié un automate principal.

Dans ce cas :

  • les équipements propres à chaque filtre (vannes, capteurs…) sont raccordés au Régulazur correspon­dant, qui transmet à l’automate principal, via le réseau, les informations délivrées par les capteurs qui lui sont raccordés ;
  • les vannes et capteurs des équipements de lavage et annexes communs à la batterie sont raccordés à l’automate principal.

L’automate principal assure la gestion du fonctionnement et des lavages de l’ensemble de la batterie filtrante : il commande la régulation et les vannes de chaque filtre en transmettant ses ordres via le Régula­zur, ce dernier pilotant la position de la vanne de régulation.

Le Régulazur réunit tous les principes qui caractérisent une bonne régulation de filtre, et constitue ainsi la solution la plus aboutie en la matière :

  • débit instantané stable, et variations de débit lentes à chaque changement de régime de la station, donc une qualité régulière de l’eau filtrée ;
  • régulation par l’amont, à niveau constant : la stabilité de la hauteur d’eau au-dessus du lit filtrant évite les risques de dépression occasionnelle dans celui-ci ;
  • fiabilité : emploi de capteurs peu nombreux, simples et fiables, et d’automates en réseau, à la technolo­gie éprouvée ;
  • gestion optimale de la batterie, intégrant régulation et gestion des lavages.