Installation de traitement et de distribution d'eau de consommation De la qualité de l'eau dépend pour une part impor tante le maintien en bonne santé des populations, indé pendamment même des dangers dus à la propagation des épidémies dont l'eau est si souvent responsable.
Or, le cycle de l'eau est bien connu, c'est toujours la même masse d'eau qui est renouvelée et régénérée. Aux diverses étapes de ce cycle, tout ce qui vit sur terre puise l'eau nécessaire à sa vie.
Au fur et à mesure des développements de la civil- sation, une part toujours plus grande de cette masse d'eau est prélevée et détournée de son cycle naturel à des fins industrielles ou ménagères.
Parallèlement à la contamination des eaux par les souillures physiques, des eaux sont polluées par des ger mes pathogènes pour l'homme et les animaux. Il importe donc de mettre en oeuvre les moyens de stérilisation effi caces des eaux usées, afin d'éviter la pollution des rivières et obtenir les eaux de consommation.
Actuellement, l'épuration bactériologique des eaux de consommation est réalisée à l'aide de dérivés du chlore. L'action du chlore sur les populations bactériennes des eaux n'est pas exactement connue. On admet générale ment qu'il s'agit d'une oxydation, tout comme l'action du gaz ozone (03) utilisé égalent pour la stérilisation des eaux.
Cette stérilisation est toutefois sélective, car pour une quantité de chlore ou d'ozone additionné à l'eau, encore compatible avec la potabilité des eaux (de 1 à 1,5 milli gramme de chlore ou d'ozone par litre), les germes spo rulés des bactéries charbonneuses ne sont pas détruites. Vu l'analogie d'action, il n'y a aucune destruction possi ble des virus.
Par contre, à la suite de travaux scientifiques effec tués récemment, il semble que les eaux ozonées ou chlo rées soient cancérigènes. Dans une faible mesure, et dans certains pays seule ment, la désinfection des eaux a été tentée par la diffu sion dans l'eau d'ions argent. Quoique encore inexpli quée, l'action bactéricide des ions argent serait due à des phénomènes d'oxydation et ne s'exerce du reste que sur les germes adultes, tandis que les spores ne sont pas détruites.
Dans tous les cas exposés ci-dessus, il faut que l'eau à traiter soit exempte de produits organiques et de plus, la composition même de l'eau - éléments en dissolu tion - joue également un rôle. De plus, il est nécessaire de procéder à un mélange intime de l'eau avec le gaz ozone, le chlore ou les ions argent afin que le contact avec ces agents soit maintenu un certain temps avec tou tes les particules de l'eau.
Dès la plus haute antiquité, l'action stérilisatrice des rayons solaires est connue, mais ce n'est qu'en 1895 que Ch. Lambert reconnaît que cette action est due aux rayons violets et ultraviolets. Depuis lors, de nombreux inventeurs et auteurs ont proposé un traitement des eaux par irradiation à l'aide de lampes à vapeur de mer cure en quartz.
Les installations et appareils proposés peuvent être divisés en deux grands groupes, qui sont a) ceux dans lesquels les lampes à vapeur de mercure sont disposées dans l'air à proximité de la surface de l'eau à traiter, b) ceux dans lesquels les lampes à vapeur de mercure sont immergées dans l'eau à traiter.
Les divers appareils et installations connus ne per mettent pas une stérilisation réelle de l'eau, mais plus simplement une désinfection de celle-ci. Il reste en effet des germes pathogènes et selon les recherches effectuées, la stérilisation de l'eau se situe dans le meilleur des cas entre 99,5 et 99,99 %. Dans les eaux ainsi traitées, il sub siste des spores et des germes saprophytes. Il est également connu que pour les installations dans lesquelles les sources de rayons ultraviolets sont immer gées, la turbidité de l'eau réduit considérablement l'effi cacité de l'irradiation.
De plus, la température ambiante joue un très grand rôle sur la valeur de l'émission des rayonnements ultra violets. Ainsi, entre 15,1 C et 50 C, la variation de l'effi cacité du rayonnement varie de 30 % environ.
Niais une des principales raisons qui ont empêché le développement du traitement des eaux par irradiation est due à la réduction rapide du rendement provoqué par les souillures se déposant sur les sources de rayons ultra violets. Des dépôts se forment sur ces sources de rayons, non seulement lorsqu'elles sont immergées dans l'eau à traiter, mais également lorsqu'elles sont placées dans l'air car les rayons ultraviolets provoquent une ionisation du milieu ambiant, de sorte que des poussières ou des boues en suspension sont attirées et se déposent sur la surface des sources.
r, ces dépôts absorbent les rayons bactéri cides des lampes à vapeur de- mercure, de sorte que pour un dépôt formant une pellicule presque invisible à l'oeil nu, l'émission du rayonnement bactéricide peut être diminuée de 80 %.
En résumé, pour les raisons indiquées ci-dessus et bien qu'il soit possible de fabriquer des sources efficaces de rayonnement bactéricide, les solutions proposées jus qu'à ce jour pour la stérilisation des liquides à l'aide de telles sources sont insuffisantes pour donner satisfaction.
La présente invention a pour objet une installation de traitement et de distribution des eaux de consommation, qui obvie aux inconvénients des installations connues ou proposées, par le fait qu'elle comporte un dispositif de filtration sur sable, un dispositif complémentaire de fil tration et de désodorisation-sur charbon actif, des cellules de traitement par irradiation à des rayons ultraviolets qui comprennent chacune une enceinte étanche, traversés par un faisceau tubulaire parcouru par l'eau à traiter sortant des filtres, et des sources de rayons ultraviolets irradiant de manière homogène, grâce à des miroirs plans disposés dans cette enceinte, toute la surface de chaque tube du faisceau tubulaire,
et un réservoir d'accumula tion de l'eau traitée sortant des cellules de traitement, et par le fait qu'une pompe à vide crée à l'intérieur des cellules de traitement un vide partiel et qu'un surpres- seur refoule l'air riche en ozone soutiré de ces cellules dans l'espace supérieur du réservoir afin de maintenir dans celui-ci une atmosphère bactéricide, ce réservoir ali mentant un réseau de distribution d'eau potable.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention.
La fig. 1 en est une vue de profil. La fig. 2 en est une vue en bout.
La fig. 3 est une vue en coupe axiale et à plus grande échelle d'une cellule de traitement.
Les fig. 4 et 5 sont respectivement des vues en coupe transversale et en bout d'une cellule de traitement. L'installation de traitement représentée comporte une conduite d'alimentation 1 en eau à traiter munie d'une vanne d'arrêt électromagnétique 2 et débouchant à l'inté rieur de la partie inférieure d'un filtre 3 de sable de type bien connu. Une conduite 4 relie la partie supérieure de ce filtre 4. à la partie inférieure d'un filtre 5 de charbon actif de type connu. Chaque filtre 3 et 5 présente d'une part une trémie 6 de remplissage en matériau filtrant -et d'autre part une soupape d'évacuation 7 permettant la vidange, ainsi que d'une portette 8 pour l'évacuation du matériau filtrant usé.
Une conduite 9 munie d'une pompe de circulation 10 relie la partie supérieure de ce filtre 5 à des conduites de raccordement 11 munies chacune d'une vanne d'arrêt 13 et alimentant les cellules d'une batterie de cellules de traitement 15. Des collecteurs 14 relient par l'intermé diaire de vannes à trois voies 17 lesdites cellules de trai tement à une conduite 18 munie d'un clapet de retenue 21 et débouchant dans la partie inférieure d'un réservoir 19. Ce réservoir alimente une conduite de distribution 20 munie d'une vanne de vidange 21.
Ce réservoir est encore muni d'un dispositif de réfri gération 16 situé dans la partie inférieure du réservoir. Dans la forme d'exécution illustrée, ce dispositif de réfri gération est du type à évaporation et comporte des ailet tes 22 creuses baignant dans l'eau du réservoir 19 et par courues par le fluide réfrigérant. A cet effet, ces ailettes creuses sont reliées d'une part à une conduite d'alimen tation 23 en fluide réfrigérant et d'autre part à un collec teur 24. Cette conduite 23 et ce collecteur 24 sont reliés à un groupe frigorifique 25 de type connu.
La fig. 3 illustre schématiquement à plus grande échelle une cellule de traitement 15. Une telle cellule comprend une enceinte étanche, formée d'un cylindre 26 fermé à ses extrémités par deux flasques 27. Des tubes 28 reliés aux conduites de raccordement 11 et formant un faisceau de tubes de traitement sont disposés à l'inté rieur de cette enceinte parallèlement à l'axe du cylindre et traversant les flasques 27. Des joints 29 assurent l'étan chéité aux gaz entre l'espace interne de l'enceinte et l'atmosphère.
Des sources de rayons ultraviolets 31 constituées par des lampes à vapeur de mercure sont disposées à l'inté rieur de l'enceinte parallèlement au faisceau tubulaire et sont alimentées en énergie électrique par l'intermédiaire d'un transformateur 30 branché sur un réseau de distri bution d'énergie électrique.
Dans la forme d'exécution illustrée, la cellule de trai tement comporte huit tubes 28 disposés symétriquement par rapport à deux plans diamétraux orthogonaux a et b dont l'un contient deux sources de rayons ultraviolets (fig. 4).
Quatre tubes 28 situés sur l'un des côtés du plan a et de part et d'autre du plan b sont enveloppés par des miroirs plans 32 constitués par une feuille de métal, pré sentant un bon pouvoir de réflection des rayons ultra violets, pliée de manière à former un cylindre de section transversale rectangulaire ouvert sur son côté interne. Ces miroirs plans assurent une irradiation pratiquement homogène de chaque tube 28 sur tout son pourtour.
Une conduite 33 relie l'espace interne de l'enceinte à une pompe à vide 34 créant dans cette enceinte un vide partiel. Un manostat 35 (fig. 1) indique à tout instant la valeur du vide partiel à l'intérieur de l'enceinte. La pipe d'échappement de cette pompe à vide est reliée par une conduite 36 à un surpresseur 37.
Ce surpresseur aspire d'une part de l'air atmosphéri que par l'intermédiaire d'un dispositif de filtration et de stérilisation 38 de type connu et d'autre part de l'air ozone en provenance de la pompe à vide 34 et refoule de l'air surpressé ozone dans la partie supérieure du réservoir afin de créer un coussin d'air ozone sous pres- Sion sur la surface de l'eau traitée refoulée dans ce réser voir par la motopompe 10 à travers les cellules de trai tement.
Un manomètre 54 fixé sur l'une des faces frontales du réservoir permet de contrôler visuellement le niveau de l'eau traitée accumulée dans le réservoir.
Chaque cellule de traitement est munie d'un dispositif de contrôle du vieillissement des sources de rayons ultra violets. Ce dispositif comporte une fenêtre pratiquée dans le cylindre 1 et obturée de manière étanche par une pla que 38 en une matière perméable aux rayons ultraviolets telle que du quartz, et une plaque 39 en une matière per- niéable aux rayons lumineux telle que du verre. Entre ces deux plaques 38 et 39 est disposée une matière 40 fluorescente qui lorsqu'elle est frappée par les rayons ultraviolets, émet des rayons lumineux d'une longueur d'onde de 4000 à 7000 angstraems. En regard de cette fenêtre, une cellule photoélectrique 41 est fixée qui capte une partie au moins de ces rayons lumineux émis par la matière fluorescente.
Cette cellule photoélectrique sensible aux rayons lumineux est reliée électriquement à un relais électroni que 43 qui commande d'une part l'ouverture d'un dis joncteur 44 inséré dans le circuit d'alimentation des sour ces de rayons ultraviolets et d'une lampe témoin 45 et d'autre part le circuit d'alimentation des vannes électro magnétiques d'arrêt 2, 13 et 17.
Le fonctionnement de la cellule de traitement décrite est le suivant La cellule de traitement est mise en fonction par fer meture du disjoncteur 44 inséré dans le circuit d'alimen tation du transformateur 30 d'alimentation des sources de rayons ultraviolets. Ces sources se mettent progressi vement en fonction, puis, lorsque leur température de fonctionnement est atteinte et qu'en conséquence l'inten sité du rayonnement ultraviolet est normale et présente donc son efficacité bactéricide normale, la cellule photo électrique 41 capte un flux lumineux émis par la matière 40 d'une intensité suffisante pour faire fonctionner le relais 43 qui provoque l'alimentation des vannes d'arrêt électromagnétiques 2, 13 et 17.
Ces vannes s'ouvrent et la pompe de circulation 10 force à travers le faisceau tubulaire un courant d'eau à traiter fortement turbulent, c'est-à-dire supérieur à 5000 Reynolds de manière à assu rer une irradiation homogène de toutes les particules de l'eau circulant dans le faisceau tubulaire.
Ainsi donc l'eau ne peut circuler dans les tubes 28 avant que les sources de rayons ultraviolets aient atteint leur température normale de fonctionnement de sorte qu'aucune eau non correctement traitée n'est refoulée dans le réseau de distribution.
Les sources 31 de rayons ultraviolets disposées à une distance de 2 à 6 cm des tubes 28 assurent grâce aux miroirs plans 32 disposés à une distance de 1 à 3 cm des tubes 5 une irradiation homogène de toute la surface de chaque tube avec une intensité d'au moins 25 micro watts cm-' et pouvant atteindre 60 à 80 microwatts.
L'efficacité de l'activité stérilisante des rayons ultra violets est conditionnée également par la disposition géo métrique de la ou des sources par rapport aux tubes dans lesquels circule le liquide à stériliser. L'efficacité de la stérilisation est conditionnée par la distance entre la ou les sources qui émettent les rayonnements, et les tubes de circulation.
Cette distance est calculée, de telle sorte que la température du liquide qui circule dans les tubes n'influe -pas l'émission du rayonnement, c'est-à-dire que compte tenu que ces tubes 28 sont constitués en une ma tière perméable aux rayonnements, mais de faible con- ductibilité thermique, cette distance est suffisante pour que les lampes à vapeur de mercure soient isolées ther- miquement par rapport à la température de circulation du fluide dans les tubes.
Cette disposition a pour résultat d'éviter une modifi cation de la puissance d'émission des lampes à vapeur de mercure. Le vide partiel à l'intérieur de l'enveloppe est inférieur à 50 mm de mercure de manière que la densité du gaz ozone formé par les rayons ultraviolets soit suffi samment faible pour que l'atmosphère interne de l'en ceinte reste perméable aux rayons ultraviolets.
Ainsi, l'eau circulant dans le faisceau tubulaire est irradiée dans toutes ses parties d'une manière homogène pendant une durée de 3 à 10 sec avec des rayons d'une longueur d'onde de 2537 angstrcems qui sont des rayons bactéricides très efficaces. Les analyses effectuées ont démontré qu'effectivement l'eau ainsi traitée ne présente pratiquement plus de germes pathogènes.
Lorsque, par suite du vieillissement des sources de rayons ultraviolets, l'intensité des rayons ultraviolets diminue en dessous d'une valeur définie à l'avance de sorte que l'irradiation des tubes devient inférieure à 10 microwatts cmL>, l'intensité des rayons lumineux émis par la matière fluorescente 40 diminue rapidement de sorte que la cellule photoélectrique 41 émet alors un courant électrique inférieur à une valeur déterminée à l'avance de sorte que le relais électronique 43 s'inverse et provoque automatiquement la fermeture des vannes électromagnétiques d'arrêt 2,
13 et 17 ainsi que l'ouver ture du disjoncteur 44 qui provoque à son tour l'inter ruption de l'alimentation de la lampe témoin 45 et des sources 31 de rayons ultraviolets.
De bons résultats ont été obtenus avec des lampes à vapeur de mercure constituées chacune par un tube lon gitudinal en matière perméable aux rayonnements ultra violets de courte longueur d'onde, notamment de raies voisines de celles de la résonance de mercure, 2537 angstroems, fonctionnant sous basse pression et haute tension et dont les extrémités sont munies d'électrodes activées.
Cette source est caractérisée par la puissance de son activité stérilisante due au choix judicieux de l'inten sité du courant, et du diamètre du tube, qui peut varier entre 4 et 8 mm de diamètre intérieur pour une tension de fonctionnement de 400 à 600 volts par mètre de lon gueur linéaire et une puissance de 100 milliampères, avec une pression intérieure de 1 mm de mercure.
Etant donné le temps nécessaire au chauffage des électrodes avant que l'émission stérilisante soit optimum, on peut dans une variante du dispositif de contrôle du vieillissement des sources de rayons ultraviolets, ajouter à la charge nor male du gaz rare d'argon une trace de gaz néon repré sentant environ 1 mm de la charge de gaz argon, ce qui a pour résultat l'émission de rayonnements rouges dans la bande de 7000 à 8000 angstroems. Aussitôt la tempéra ture de régime atteinte cette bande de rayonnements s'efface, ce qui permet de contrôler par le sens de la vue, ou par le moyen d'un oeil électrique sensible à ce rayonnement et provoquant l'actionnement à distance du relais électronique 43,
le bon fonctionnement des sources de rayons ultraviolets. Dans ce cas, les plaques 38 et 39 sont toutes deux en verre ou autre matière perméable aux rayons lumineux et la matière fluorescente 40 est supprimée. La cellule de traitement est encore munie d'un dispo sitif de sécurité contre des fuites de liquide à l'intérieur de l'enceinte. Ce dispositif de sécurité comporte un conduit 46 reliant l'espace interne de l'enceinte à une chambre d'accumulation 47 munie d'un flotteur 48. Ce flotteur actionne un bras 49 de commande d'un interrupteur 50 inséré dans le circuit d'alimentation de l'enroulement du disjoncteur électromagnétique 44. Une conduite 51 munie d'une vanne 52 permet la vidange de la chambre 47.
Ainsi, lorsqu'une fuite se produit à l'intérieur de l'en ceinte, le liquide s'écoule par le conduit 46 et s'accumule dans la chambre 47. Le flotteur 48 actionne le bras 49 qui agit sur l'interrupteur 50 et provoque sa fermeture. Dès lors, l'enroulement du disjoncteur électromagnéti que 44 alimenté en énergie électrique provoque l'ouver ture du disjoncteur et donc l'interruption de l'alimenta tion des sources de rayons ultraviolets, et de la lampe témoin.
Au cours de l'extinction des sources de rayons ultra violets, la cellule photoélectrique 41 commande par l'in termédiaire du relais électronique 43 la fermeture des vannes d'arrêt électromagnétiques 2, 13 et 17.
Afin que lors de la mise en fonction de la cellule de traitement, les lampes à vapeur de mercure restent ali mentées en énergie électrique bien que les vannes d'arrêt soient en position de fermeture pendant toute la durée de la mise en température des sources de rayons ultraviolets, le relais 43 est relié au disjoncteur électromagnétique 44 par une liaison mécanique 53 à un seul sens d'action- nement.
En examinant la fi-. 1 du dessin annexé, on remar que a) que lors du fonctionnement de l'installation, l'eau à traiter amenée par la conduite d'alimentation 1 est tout d'abord filtrée dans les filtres 3 et 5 et n'est donc refoulée dans les cellules de traitement 15 que lors qu'elle est parfaitement limpide et ne contient plus de matières en suspension qui s'opposent à la pénétra tion des rayons ultraviolets, b) du fait que l'enceinte des cellules de traitement est étanche et qu'il règne dans cette enceinte un vide partiel, seule une quantité très faible de poussières sont en suspension dans l'atmosphère raréfiée de l'en ceinte.
En conséquence, les surfaces des sources de rayons ultraviolets, des tubes de traitement 28 et des miroirs 32 ne se salissent que très lentement, c) l'air ozoné des enceintes soutiré par la pompe à vide 34 est refoulé dans le surpresseur 37. Cet air ozoné mélangé avec de l'air ambiant purifié et stérilisé par le dispositif 38 est refoulé dans le vide supérieur du réservoir 19.
En conséquence, l'eau accumulée dans ce réservoir est maintenue en contact avec un air ozoné qui, ainsi qu'il est bien connu, est fortement bactéricide, d) chaque cellule de traitement peut être isolée du cir cuit de l'eau à traiter afin de permettre sa révision, son nettoyage et son entretien, sans nécessiter l'arrêt de toute l'installation de traitement. L'installation décrite peut encore être équipée de dis positifs de nettoyage des filtres 3 et 5 soit par inversion du courant d'eau, soit à l'aide de produits chimiques. Pour de telles opérations de nettoyage, ces filtres doi vent bien évidemment être isolés des cellules de traite ment afin d'éviter toute contamination de leurs faisceaux tubulaires.
L'installation décrite satisfait aux exigences les plus sévères. De plus dans une variante, un même réservoir 19 peut être alimenté en eau par plusieurs unités d'épu ration et de traitement, des vannes d'arrêt pouvant être prévues pour permettre d'isoler chacune de ces unités par rapport aux autres en vue de son nettoyage ou de sa révision. Les calculs ont prouvé qu'il est aisé, à l'aide d'installations du type décrit, de traiter en continu les eaux de consommation avec des débits de 1000 m3/h, c'est-à-dire suffisants pour l'alimentation en eau de con sommation d'une agglomération de 100000 habitants.
Rien n'empêche du reste de prévoir plusieurs installations de traitement et d'accumulation d'eau de consommation telles que celles décrites branchées sur une même con duite de distribution d'eau de consommation.
Installation for the treatment and distribution of drinking water The quality of the water depends to a large extent on the maintenance of good health of the populations, even independently of the dangers due to the propagation of the epidemics of which water is so often responsible.
However, the water cycle is well known, it is always the same body of water that is renewed and regenerated. At the various stages of this cycle, everything that lives on earth draws the water necessary for its life.
As civilization develops, an ever greater part of this body of water is withdrawn and diverted from its natural cycle for industrial or household purposes.
Along with the contamination of water by physical contamination, water is polluted by germs pathogenic to humans and animals. It is therefore important to implement effective means of sterilization of wastewater, in order to avoid pollution of rivers and obtain drinking water.
Currently, the bacteriological purification of drinking water is carried out using chlorine derivatives. The action of chlorine on bacterial populations in water is not exactly known. It is generally accepted that it is an oxidation, just like the action of ozone gas (03) used also for the sterilization of water.
This sterilization is however selective, because for a quantity of chlorine or ozone added to the water, still compatible with the drinkability of the water (from 1 to 1.5 milli grams of chlorine or ozone per liter), the germs spoiled anthrax bacteria are not destroyed. Considering the analogy of action, there is no possible destruction of viruses.
On the other hand, following scientific work carried out recently, it seems that ozonated or chlorinated water is carcinogenic. To a small extent, and only in some countries, water disinfection has been attempted by the diffusion of silver ions into the water. Although still unexplained, the bactericidal action of silver ions is due to oxidation phenomena and is only exerted on adult germs, while the spores are not destroyed.
In all the cases described above, the water to be treated must be free from organic products and, moreover, the actual composition of the water - elements in dissolution - also plays a role. In addition, it is necessary to carry out an intimate mixture of the water with the ozone gas, chlorine or silver ions so that contact with these agents is maintained for a certain time with all the particles of the water.
From the earliest times, the sterilizing action of solar rays is known, but it was not until 1895 that Ch. Lambert recognizes that this action is due to violet and ultraviolet rays. Since then, many inventors and authors have proposed a treatment of water by irradiation using quartz sea vapor cure lamps.
The proposed installations and devices can be divided into two large groups, which are a) those in which the mercury vapor lamps are arranged in the air near the surface of the water to be treated, b) those in which the Mercury vapor lamps are immersed in the water to be treated.
The various known devices and installations do not allow actual sterilization of the water, but more simply disinfection thereof. There are indeed pathogens left and according to the research carried out, the sterilization of water is in the best case between 99.5 and 99.99%. In the water thus treated, there are spores and saprophytic germs. It is also known that for installations in which sources of ultraviolet rays are immersed, the turbidity of the water considerably reduces the efficiency of the irradiation.
In addition, the ambient temperature plays a very large role in the value of the emission of ultraviolet radiation. Thus, between 15.1 C and 50 C, the variation in the effectiveness of the radiation varies by approximately 30%.
However, one of the main reasons which have prevented the development of water treatment by irradiation is due to the rapid reduction in efficiency caused by the dirt deposited on the sources of ultraviolet rays. Deposits form on these sources of rays, not only when they are immersed in the water to be treated, but also when they are placed in the air because the ultraviolet rays cause an ionization of the ambient medium, so that suspended dust or sludge is attracted and settles on the surface of the sources.
r, these deposits absorb the bactericidal rays from mercury vapor lamps, so that for a deposit forming a film almost invisible to the naked eye, the emission of bactericidal radiation can be reduced by 80%.
In summary, for the reasons indicated above and although it is possible to manufacture efficient sources of bactericidal radiation, the solutions proposed heretofore for the sterilization of liquids using such sources are insufficient. give satisfaction.
The present invention relates to an installation for the treatment and distribution of drinking water, which obviates the drawbacks of the known or proposed installations, by the fact that it comprises a device for filtration on sand, an additional device for filtration and deodorization on activated carbon, treatment cells by irradiation with ultraviolet rays which each comprise a sealed enclosure, crossed by a tube bundle traversed by the water to be treated leaving the filters, and sources of ultraviolet rays irradiating in a homogeneous manner, thanks to plane mirrors arranged in this enclosure, the entire surface of each tube of the tube bundle,
and a tank for accumulating the treated water exiting the treatment cells, and by the fact that a vacuum pump creates a partial vacuum inside the treatment cells and that a booster pressurizes the pressure. air rich in ozone withdrawn from these cells in the upper space of the reservoir in order to maintain a bactericidal atmosphere therein, this reservoir supplying a drinking water distribution network.
The appended drawing illustrates, schematically and by way of example, one embodiment of the installation according to the invention.
Fig. 1 is a side view. Fig. 2 is an end view.
Fig. 3 is an axial sectional view on a larger scale of a treatment cell.
Figs. 4 and 5 are cross-sectional and end views of a treatment cell, respectively. The treatment installation shown comprises a supply pipe 1 with water to be treated, provided with an electromagnetic shut-off valve 2 and opening out inside the lower part of a sand filter 3 of well-known type. A pipe 4 connects the upper part of this filter 4 to the lower part of an activated carbon filter 5 of known type. Each filter 3 and 5 has on the one hand a hopper 6 for filling with filter material - and on the other hand an evacuation valve 7 for emptying, as well as a port 8 for evacuating the used filter material.
A pipe 9 provided with a circulation pump 10 connects the upper part of this filter 5 to connection pipes 11 each provided with a shut-off valve 13 and supplying the cells of a battery of treatment cells 15. manifolds 14 connect said treatment cells via three-way valves 17 to a pipe 18 provided with a check valve 21 and opening into the lower part of a reservoir 19. This reservoir supplies a distribution pipe 20 fitted with a drain valve 21.
This tank is also provided with a refrigeration device 16 located in the lower part of the tank. In the embodiment illustrated, this refrigeration device is of the evaporative type and comprises hollow fins 22 bathing in the water of the reservoir 19 and by running through the refrigerant. For this purpose, these hollow fins are connected on the one hand to a supply pipe 23 with refrigerant fluid and on the other hand to a manifold 24. This pipe 23 and this manifold 24 are connected to a refrigeration unit 25 of known type.
Fig. 3 schematically illustrates on a larger scale a treatment cell 15. Such a cell comprises a sealed enclosure, formed of a cylinder 26 closed at its ends by two flanges 27. Tubes 28 connected to the connection pipes 11 and forming a bundle of Treatment tubes are arranged inside this enclosure parallel to the axis of the cylinder and passing through the flanges 27. Gaskets 29 ensure the gas tightness between the internal space of the enclosure and the atmosphere.
Sources of ultraviolet rays 31 formed by mercury vapor lamps are arranged inside the enclosure parallel to the tube bundle and are supplied with electrical energy by means of a transformer 30 connected to a distribution network. bution of electrical energy.
In the embodiment illustrated, the treatment cell comprises eight tubes 28 arranged symmetrically with respect to two orthogonal diametric planes a and b, one of which contains two sources of ultraviolet rays (FIG. 4).
Four tubes 28 located on one side of plane a and on either side of plane b are enveloped by plane mirrors 32 formed by a sheet of metal, having good reflectance power for ultra violet rays, folded so as to form a cylinder of rectangular cross section open on its inner side. These flat mirrors ensure practically homogeneous irradiation of each tube 28 over its entire periphery.
A pipe 33 connects the internal space of the enclosure to a vacuum pump 34 creating a partial vacuum in this enclosure. A pressure switch 35 (fig. 1) indicates at any time the value of the partial vacuum inside the enclosure. The exhaust pipe of this vacuum pump is connected by a pipe 36 to a booster 37.
This booster sucks on the one hand atmospheric air by means of a filtration and sterilization device 38 of known type and, on the other hand, ozone air coming from the vacuum pump 34 and discharges air pressure ozone in the upper part of the tank in order to create a cushion of ozone air under pressure on the surface of the treated water discharged into this tank see by the motor pump 10 through the treatment cells.
A manometer 54 fixed to one of the front faces of the tank makes it possible to visually check the level of treated water accumulated in the tank.
Each treatment cell is fitted with a device for controlling the aging of the sources of ultraviolet rays. This device comprises a window formed in the cylinder 1 and sealed off by a plate 38 made of a material permeable to ultraviolet rays such as quartz, and a plate 39 of a material permeable to light rays such as glass. Between these two plates 38 and 39 is disposed a fluorescent material 40 which when struck by ultraviolet rays emits light rays with a wavelength of 4000 to 7000 angstraems. Opposite this window, a photoelectric cell 41 is attached which captures at least part of these light rays emitted by the fluorescent material.
This photoelectric cell sensitive to light rays is electrically connected to an electronic relay 43 which on the one hand controls the opening of a circuit breaker 44 inserted in the supply circuit of the sources of ultraviolet rays and of a pilot lamp. 45 and on the other hand the supply circuit of the electromagnetic shut-off valves 2, 13 and 17.
The operation of the treatment cell described is as follows. The treatment cell is put into operation by turning off the circuit breaker 44 inserted in the supply circuit of the transformer 30 for supplying the sources of ultraviolet rays. These sources gradually come into operation, then, when their operating temperature is reached and that consequently the intensity of the ultraviolet radiation is normal and therefore exhibits its normal bactericidal efficiency, the photoelectric cell 41 captures a luminous flux emitted. by the material 40 of sufficient intensity to operate the relay 43 which causes the supply of the electromagnetic shut-off valves 2, 13 and 17.
These valves open and the circulation pump 10 forces a highly turbulent stream of water to be treated through the tube bundle, that is to say greater than 5000 Reynolds so as to ensure uniform irradiation of all the particles. water circulating in the tube bundle.
Thus, the water cannot circulate in the tubes 28 before the sources of ultraviolet rays have reached their normal operating temperature so that no water that is not correctly treated is returned to the distribution network.
The sources 31 of ultraviolet rays arranged at a distance of 2 to 6 cm from the tubes 28 ensure, thanks to the plane mirrors 32 arranged at a distance of 1 to 3 cm from the tubes 5, a homogeneous irradiation of the entire surface of each tube with an intensity of 'at least 25 micro watts cm-' and up to 60 to 80 microwatts.
The effectiveness of the sterilizing activity of ultraviolet rays is also conditioned by the geometrical arrangement of the source or sources relative to the tubes in which the liquid to be sterilized circulates. The effectiveness of sterilization depends on the distance between the source or sources which emit the radiation, and the circulation tubes.
This distance is calculated so that the temperature of the liquid which circulates in the tubes does not influence the emission of radiation, that is to say that taking into account that these tubes 28 are made of a permeable material. to radiation, but of low thermal conductivity, this distance is sufficient for the mercury vapor lamps to be thermally insulated from the temperature of the fluid circulating in the tubes.
This arrangement has the result of avoiding a modification of the emission power of mercury vapor lamps. The partial vacuum inside the enclosure is less than 50 mm of mercury so that the density of the ozone gas formed by the ultraviolet rays is low enough so that the internal atmosphere of the enclosure remains permeable to the rays. ultraviolet.
Thus, the water circulating in the tube bundle is irradiated in all its parts in a homogeneous manner for a period of 3 to 10 sec with rays of a wavelength of 2537 angstroms which are very effective bactericidal rays. The analyzes carried out have shown that the water thus treated does not contain almost any pathogenic germs.
When, as a result of the aging of the sources of ultraviolet rays, the intensity of the ultraviolet rays decreases below a value defined in advance so that the irradiation of the tubes becomes less than 10 microwatts cmL>, the intensity of the light rays emitted by the fluorescent material 40 decrease rapidly so that the photoelectric cell 41 then emits an electric current lower than a value determined in advance so that the electronic relay 43 is reversed and automatically causes the closing of the electromagnetic valves d 'stop 2,
13 and 17 as well as the opening of the circuit breaker 44 which in turn causes the interruption of the power supply to the indicator lamp 45 and the sources 31 of ultraviolet rays.
Good results have been obtained with mercury vapor lamps each consisting of a longitudinal tube made of material permeable to short-wavelength ultraviolet radiation, in particular lines close to those of the mercury resonance, 2537 angstroms, operating under low pressure and high voltage and the ends of which are fitted with activated electrodes.
This source is characterized by the power of its sterilizing activity due to the judicious choice of the intensity of the current, and of the diameter of the tube, which can vary between 4 and 8 mm internal diameter for an operating voltage of 400 to 600 volts. per linear meter and a power of 100 milliamperes, with an internal pressure of 1 mm of mercury.
Given the time necessary for the heating of the electrodes before the sterilizing emission is optimum, it is possible, in a variant of the device for controlling the aging of the sources of ultraviolet rays, to add to the normal charge of the rare gas of argon a trace of Neon gas representing approximately 1 mm of the argon gas charge, resulting in the emission of red radiation in the 7000 to 8000 Angstroms band. As soon as the operating temperature is reached, this band of radiation is erased, which makes it possible to control by the direction of sight, or by means of an electric eye sensitive to this radiation and causing the remote actuation of the electronic relay 43,
the proper functioning of the sources of ultraviolet rays. In this case, the plates 38 and 39 are both made of glass or other material permeable to light rays and the fluorescent material 40 is omitted. The treatment cell is also provided with a safety device against liquid leaks inside the enclosure. This safety device comprises a duct 46 connecting the internal space of the enclosure to an accumulation chamber 47 provided with a float 48. This float actuates an arm 49 for controlling a switch 50 inserted in the circuit. power supply to the winding of the electromagnetic circuit breaker 44. A pipe 51 provided with a valve 52 enables the chamber 47 to be emptied.
Thus, when a leak occurs inside the enclosure, the liquid flows through the conduit 46 and accumulates in the chamber 47. The float 48 actuates the arm 49 which acts on the switch 50. and causes it to close. Consequently, the winding of the electromagnetic circuit breaker 44 supplied with electrical energy causes the opening of the circuit breaker and therefore the interruption of the supply of the sources of ultraviolet rays, and of the indicator lamp.
During the extinction of the sources of ultraviolet rays, the photoelectric cell 41 controls, via the electronic relay 43, the closing of the electromagnetic stop valves 2, 13 and 17.
So that when the treatment cell is put into operation, the mercury vapor lamps remain supplied with electrical energy although the stop valves are in the closed position for the duration of the heating of the sources of heat. ultraviolet rays, the relay 43 is connected to the electromagnetic circuit breaker 44 by a mechanical link 53 with a single direction of action.
By examining the fi-. 1 of the appended drawing, it will be noted that a) that during operation of the installation, the water to be treated supplied by the supply line 1 is first of all filtered in the filters 3 and 5 and is therefore not discharged in the treatment cells only when it is perfectly clear and no longer contains suspended matter which opposes the penetration of ultraviolet rays, b) the fact that the enclosure of the treatment cells is sealed and that 'there is a partial vacuum in this enclosure, only a very small amount of dust is in suspension in the rarefied atmosphere of the enclosure.
Consequently, the surfaces of the sources of ultraviolet rays, of the treatment tubes 28 and of the mirrors 32 become dirty only very slowly, c) the ozonated air from the enclosures withdrawn by the vacuum pump 34 is discharged into the booster 37. This ozonated air mixed with ambient air purified and sterilized by device 38 is discharged into the upper vacuum of reservoir 19.
Consequently, the water accumulated in this tank is kept in contact with an ozonated air which, as is well known, is strongly bactericidal, d) each treatment cell can be isolated from the circuit of the water to be treated. in order to allow its revision, cleaning and maintenance, without requiring the shutdown of the entire treatment installation. The installation described can also be equipped with devices for cleaning the filters 3 and 5 either by reversing the flow of water or using chemicals. For such cleaning operations, these filters must of course be isolated from the treatment cells in order to avoid any contamination of their tube bundles.
The installation described meets the most stringent requirements. In addition, in a variant, the same tank 19 can be supplied with water by several purification and treatment units, shut-off valves being able to be provided to make it possible to isolate each of these units from the others with a view to its cleaning or its revision. Calculations have shown that it is easy, using installations of the type described, to continuously treat drinking water with flow rates of 1000 m3 / h, that is to say sufficient for the supply. in drinking water for an agglomeration of 100,000 inhabitants.
Moreover, nothing prevents the provision of several drinking water treatment and accumulation installations such as those described connected to the same drinking water distribution pipe.