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.