Brevet FR2003383A1 — publié le 19691107

La présente invention concerne un appareil servant à mélanger un gaz avec un liquide et convenant*, pour le traitement des eaux d'égout. Au cours au traitement des eaux d'égout dans les in-5 stallations municipales habituelles, les matières solides sont séparées par tamisage et sédimentation. Les matières colloïdales et les matières solides dissoutes sont ensuite extraits du liquide par action bactérienne, par exemple dans un lit bactérien, ou par passage du liquide à travers une boue activée. Tans chaque cas, 10 les microbes adsorbent et absorbent des matières solides et sont donc séparés du liquide par sédimentation. Par suite du grand volume mis en circulation,de la complexité des réactions chimiques, du facteur temps-et de l'économie d'exploitation, les microbes ne sont principalement utilisés que pour recueillir et faire déposer de 15 solides en suspension et non pair convertir toutes les matières vo- 1 latiles en des composés simples et stables pouvant être renvoyés au cycle biologique naturel. } L'utilisation de bactériesanaérobies crée de grands volumes de boue et de gaz malodorants. De plus, la sédimentation 20 n'est pas toujours le processus le plus satisfaisant à moins que la matière soit complètement inerte. Lorsqu'une matière organique se dépose, elle est bientôt privée d'oxygène et devient septique, seules les bactéries anaérobies pouvant survivre dans ces conditions. La fermentation ordinaire en fosse septique est un proces-25 sus anaérobie dans lequel 35'A environ seulement des eaux d'égout ' sont décomposes dans la fosse,comparé à la décomposition à 95'1 et plus dans la fosse utilisant le procédé suivant l'invention. One difficulté particulière que l'on rencontre avec d'autres processus aérobies,en particulier les petites"installations autono-30 mes" est que du floc monte à la surface, par suite d'un déplacement hydraulique et d'une gazéification qui se produisent dans les diverses phases de la décomposition. Ce floç comprend essentiellement une masse gélatineuse de colonies de microbes contenant une grande quantité de matières organiques absorbces et adsorbées. La 35 surface de la section aérobie recueille le floc et,lorsque cette surface sèche, elle devient un excellent•terrain pour les mouches et les moustiques. Ce risque d'hygiène est donc supérieur au risque éventuel de la présence de bactéries pathogènes dans l'effluent, même sans chloration. h.0 Suivant l'invention, il est prévu un appareil .pour aé- bad origine 69 05842 2 2003383 langer un gaz avec un liquide qui comprend une cuve dans laquelle une paroi annulaire interne est montée à distance du couvercle et du fond de cette cuve, une paroi annulaire externe espacée ce la paroi interne et disposée autour de celle-ci pour former un pas-5 sage annulaire, la paroi externe étant espacée du fond de la cuve et s'étendant au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi interne, une entrée de liquide dans la cuve, une arrivée de gaz située près de l'extrémité inférieure du passage annulaire et une sortie de liquide disposée de manière à maintenir un niveau 10 de liquide dans la cuve au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi annulaire interne. . . Cet appareil peut être utilisé pour le traitement des eaux d'égout domestiques qui sont introduites par l'entrée de liquide dans un endroit situé à l'intérieur de la paroi annulaire 15 interne. Le niveau du liquide est maintenu au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi annulaire interne et de l'air est introduit par l'arrivée de gaz. Pour bien faire comprendre l'invention, on la décrira ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés 20 dans lesquels : la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une forme d'exécution d'un appareil suivant l'invention, en partie brisé pour la clarté; la Fig. 2 est une vue en plan de l'appareil dont le 25 couvercle est enlevé et qui est représenté en partie brisé pour montrer des détails; la Fig. 3 est une vue en coupe, à plus grande échelle, du chenal de trop-plein d'effluent et de la valve de rinçage; la Fig. 4 est une vue suivant la ligne IV-IV de la 30 Fig. 3; la Fig. 5 est une vue suivant la ligne V-V de la Fig.2, et la Fig. 6 est une vue suivant la ligne VI-VI de la Fig.2. 35 Comme indiqué à la Fig. 1, l'appareil 10 est placé dans une cuve circulaire 12 en natière résistant à la corrosion comportant un côté 14 et un fond 16 qui est percé d'un orifice de sortie central 18 comportant une crépine appropriée 20, toute la cuve étant montée sur un socle 24. Le fond 16 s'incline progressi-40 vexent vers la sortie 18 qui est entourée par une paroi annulaire BAD ORiGINAL 49 05842 3 2003333 verticale 22; dans cette figure, la paroi 14 est représentée comme étant verticale, mais elle peut converger vers le bas. Trois ouvertures 26, 28 et 30 sont prévues à des- niveaux-différents delà paroi latérale. One conduite d'évacuation 32 est raccordée à 5 la sortie 18 par une conduite 34 et deux robinets 36 et 38. One colonne verticale est raccordée entre les robinets 3ô et 38 et comprend trois sections 42, 46 et 50 auxquelles les ouvertures 26, 28 et 30 sont raccordées par une pipe 48, un robinet 44 et un robinet 40 respectivement. One paroi supérieure 52 est montée sur 10 les parois latérales 14 et présente une ouverture centrale 54 traversée par une conduite d'alimentation de liquide 56. One paroi annulaire externe tronconicue 58a et une paroi annulaire interne tronconique 64a sont disposées concentrique-ment dans la cuve 12, ces parois formant entre elles un passage 15 annulaire 70 dont la section va en diminuant vers le haut. L'ex-trmmité supérieure de la paroi 64a se trouve en dessous de l'extre mite supérieure de la paroi 58a qui, dans la forme d'exécution représentée est reliée à la paroi supérieure 52. Le bas 62 de la • paroi 58a et le bas 66 de la paroi 64a sont tous deux espacés du 20 fond 16 de la cuve. Plusieurs cornières 60 sont disposées avec leurs ailes horizontales fixées à la paroi interne 64a et leurs ailes verticales supportant la paroi externe 58a de manière à espacer les deux rois l'une de l'autre. Près de son bord inférieur, la paroi in-25. terne 64a est pliée de manière à former une partie verticale annulaire 68 qui donne, au passage 70, une extrémité inférieure évasée dans laquelle est disposée une rampe annulaire en matière plastique 72 alimentée par une arrivée de gaz 74. Comme indiqué à la Fig. 6, la rampe 72 est fixée aux ailes hori-30 zontales des cornières 60 par des rivets 61. Ces parties verticales identiques 76 et 78 sont formées dans la paroi 64a et reçoivent d'autres rampes de gaz annulaires en matière plastique 84 et 86. Dans la construction représentée, deux autres parois 35 tronconiques annulaires 58b et 64b sont prévues dans la paroi annulaire interne et sont de construction sensiblement identique, ces parois étant séparées par un passade tronconique annulaire. Le bord supérieur de la paroi 22 se trouve au-dessus des bords inférieurs de chacune des parois annulaires 58a, 58b, 64a et 64b. 40 Comme indiqué clairement à la Fig. 2, deux parois verti- f QAO ORIGINAL 69 Û5342 4 2003383 cales radiales 92 et 94 s'étendent entre la paroi annulaire externe 58a et la paroi latérale 14 de la cuve pour délimiter, avec un fond intermédiaire 96, une chambre 98.A- l'extrémité supérieure de cette chambre, un' chenal 114 est accessible de la c'nara-5 bre 90 formée par la paroi annulaire externe 14, à l'extérieur des ..-arois 92 et 94. L'accès au chenal H4 s'effectue par des ouvertures de trop-plein 100 et 102 qui peuvënt être réglées par des seuils de trop-plein I04 et 106 présentant des boutonnières verticales 108 dans lesquelles sont engagés des boulons 110 por-10 tant des écrous 112 afin de fixer les seuils 104 et 106 dans la position voulue. One conduite de descente 116 part du milieu du chenal II4 et traverse un treillis 113. Au-dessus du treillis 118 se trouve un siphon 120 comportant une sortie 122 raccordée à l'ou-15 verture 28 et, par conséquent, au robinet 44 et à la conduite d'évacuation 32. On treillis de support 126 est placé dans la chambre 90 en dessous du niveau normal 67 du liquide déterminé par le siphon 120. Ce treillis supporte un filtre biologique 128 qui comprend 20 une couche 130 de particules de roche poreuse supportant les organismes formant le filtre tandis que le treillis 118 supporte une couche de sable 124 pour former un filtre final. Au-dessus du chenal 114 sont disposées des sources 132 de lumière- ultraviolette intense à ondes courtes oui sont fixées au 25 couvercle 52. On bouchon 134 monté sur une tige I36 vissée dans un écrou I38 fixé au couvercle 52 est dispose de manière à obturer l'extrémité supérieure de la descente 116. Les Fig. 2, 5 et 6 montrent que la rampe d'alimentation d'air 72 est percée d'un grand nombre d'ouvertures I40 fermées par 30 une vis lâche I42 afin de déterminer un trajet d'échappement pour un petit filet d'air. Plusieurs ouvertures plus grandes I44 sont réparties à de plus grands intervalles toutle long des rampes 72 et contiennent chacune un boulon I40 muni d'un contre-écrou I48, le boulon I46 présentant une fente longitudinale par laquelle de 35 l'air peut s'échapper par la rampe 72. On peut régler les dimensions du passage et le débit d'injection de l'air en agissant sur le boulon I46. Pour mettre l'appareil en route, on débite de l'eau d'égout par la conduite d'alimentation 56, on remplit la cuve 40 d'eau jusqu'à un niveau correspondant à la ligne pointlllée 67,et c-nïGiNAL 69 05842 5 2003333 on laisse les eaux d'égout s'accumuler pendant plusieurs jours pour constituer une charge. On introduit de l'air comprimé une pression d'environ 0,07 à 0,21 kg/cm^ dans la concuite 74 et par la rampe 72 dans l'espace annulaire 70. De 5 plus, de l'air est débité par les rampes 84 et 86 dans le liquide qui passe par les ouvertures 80 et 82 de la paroi 64a- le barbota-ge des bulles d'air dans l'espace 70 entre les chicanes entraîne l'air et le liquide vers le haut à la manière d'un éjecteur à air comprimé, pour produire une turbulence hydraulique élevée dans la 10 zone 152 située à l'intérieur de la paroi 64a afin de réduire le calibre des matières solides et de mélanger les microbes et l'oxygène dissous aux eaux d'égout fraîches entrant par la conduite 56. Le ilquide qui s'écoule sur la paroi 64a converge vers un petit cercle et est soumis à une poussée dirigée vers le bas 15 qui force le liquide à s'évaser sur le fond de la cuve vers la périphérie de celle-ci, la paroi verticale 22 retenant une fraction des matières solides qui se déposent surle fond. Ces solides sont soumis à une érosion continue par la poussée exercée vers le bas par la zone convergente 154 directement surjacente. Les 20 autres solides d'un calibre légèrement supérieur perdent leur inertie vers le bas et sont entraînés,vers le haut ,vers la zone convergente 154 située à la partie supérieure de l'appareil, ceci se poursuivant jusqu'à ce que le calibre des solides soit suffisamment réduit pour leur permettre de s'échapper sous le bord infé-25trieur de la paroi 64a. Les solides qui s'échappent remontent entre les cônes pour subir une réaération et une recirculation, ou passent sous l'extrémité inférieure du cône externe et pénètrent dans la zone calme 90. La poussée exercée vers le bas par la zone de convergence du liquide 154 entraîne les bulles d'air vers le 30 fond de la cuve et les maintient dans la zone 152 avec une turbulence considérable^qui est responsable de l'efficacité de l'absorption d'oxygène_exceptionnellement élevée de l'appareil conforme à l'invention. Le cycle est continu et agit à la manière d'un processus de décomposition de bactéries aérobies très effi-35 cace, les bactéries saprophytes aérobies et les protozoaires étant prolifiques dans ce milieu car la quantité de matière toxique pour ces organismes a été réduite au .uinimun; la matière organique a été finement divisée et maintenue en suspension par action hydraulique et une alimentation abondante d'oxygène dis-40 sous est fournie par une aération de Darbotage par insufflation BAD ORDINAL 69 05842 6 2 0 0 3 3 8 3 d'air avec une circulation rapide et continue, produisant ainsi un milieu moins favorable pour tuer les bactéries parasites peuvent être pathogènes. La température de-l'eau dans l'installation d'épu-5 tion des eaux d'égout est maintenue relativement stable et _ approximativement égale à la température du point de rosée dr-l'air ambiant par suite d'un refroidissement aaiabatique au veau de la surface de la zone de convergence de liquide 154 Le déplacement hydraulique produit un courant asc 10 dans la zone calme 90 entre la paroi 14 et la chicane conique terne 58a.Les particules de matière organique, avec des _>yriad oaottries et de protozoaires ainsi que d'autres solides en pension et dissous qui s'échappent de l'acoiission 70 de l'é; teur à air comprimé sont entraînés vers le haut vers le fil. 15 biologique 128, à une vitesse décroissant de manière réguli^.. -pour favoriser le dépôt des solides qui se séparent -lu filt:. leur adsorption avec les solides qui tendent à monter.. Le filtre 128 diffère sensiblement du lit bactérie" bituel du fait que la circulation est renversée, les passages a-' 20 coulement sont nettement plus petits et il est complètement "" mergé» Le filtre est une masse zooglée formée de bactéries _ .. prophytes aérobies, de champignons, d'algues, ' de protozoair" de crustacés, de rotifères et de vers. Cette masse d'orge^.-se développe comme une succession écologique naturelle da. 25 milieu réglé. La masse est maintenue immergée par la roche 130 dans son milieu aqueux naturel afin d'éliminer toute de cation et toute attaque par les insectes. De plus, le déplac-hydraulique, au bas, fournit des aliments ainsi que des se. des finement divisés en suspension, colloïdaux et dissous. 30 aération continue par le bas apporte l'oxygène dissous assu. un processus aérobie complet en vue d'une opération sans ocji ■ L'écoulement de l'eau vers le haut à "travers la ?.~ ■ et le filtre 128 permet aux résidu s, y compris le gaz carbonic„ l'eau non fixée, les sels minéraux, les cellules mortes et c 35 matières inorganiques d'être déplacés, l'eau pénétrant dans ! chenal de trop-plein II4 et passant ensuite par une chambre dans laquelle une température optimum est maintenue par un çl„: chauffant électriaue 156 commanae par un Aquastat. Lorsqu-'elle passe dans le chenal 114» l'eau 4.O c;éoinfectee par les sources de rayons ultraviolets 132 sous BAD ORIGINAL 69 05842 7 2003383 quelles elle s'écoule de manière uniforme en une nappe mince. Lorsque l'effluent dans la chambre 98 atteint un niveau prédéterminé indiqué par la ligne polntillée 67, le siphon 120 évacue rapidement l'effluent jusqu'à un niveau inférieur prédé-5 terminé qui est normalement situé au-dessus de la surface supérieure du lit filtrant 124. Le robinet 40 est normalement fermé. One exposition prolongée aux rayons-ultraviolets peut être obtenue en forçant l'eau à s'écouler du seuil dans une gouttière périphérique, tout autour de la circonférence de la cuve, dans la-10 quelle un volume d'eau accru est retenu pendant une période de temps prolongée, des lampes à rayons ultraviolets supplémentaires étant placées au-dessus de la gouttière périphérique. Dans la- chambre 98, l'eau est exposée à du chlore ou à du permanganate de potassium qui peut être débité par une mèche 15 poreuse introduite dans un petit tube en matière plastique afin d'offrir une certaine résistance à l'écoulement et de permettre une action capillaire sans évaporation. One extrémité du tube et de la mèche est enfoncée d'une manière étanche au gaz dans une bouteille en matière plastique contenant une solution de chlore 20 et est placée près d'une source de chaleur, cette source de chaleur élevant la pression de vapeur de la solution de chlore et refoulant une très faible quantité de vapeur à travers la mèche. L'extrémité exposée de la mèche est introduite dans le tube-116 sous la surface du liquide. Le mécanisme goutte à goutte connu 25, ou la pompe doseuse est sujet à obstruction et utilise plus de chlore qu'il n'en faut, même lorsqu'on le règle pour un débit minimum. Bien qu'il soit douteux que les colibacilles puissent survivre à la température relativement basse et au taux d'aération élevé des parois 58a et 64a, aux protozoaires voraces conte-30 nus dans le filtre 128 et au temps de séjour relativement long dans un .milieu ennemi, le processus de désinfection est nécessaire pour rendre l'effluent potable. L'installation de traitement des eaux d'égout suivant l'invention peut être enterrée ou installée clans les sous-sols 35 d'une résidence ou d'un bâtiment industriel ordinaires. La cuve peut être fermée par un couvercle 52 et peut être mise à l'atmosphère par la conduite d'amenée ou d'alimentation 56. Environ 80Jô de la matière traitée sont des matières organiques et sont transformés en gaz carbonique et en eau dans 40 l'installation. Le reste comprend des matières inorganiques que BAC- ORïGiNAL 69 05842 8 2003383 l'on trouve dans la structure de base des organismes contenus dans le filtre 128 qui passent finalement dans l'effluent ainsi que dans les matières abrasives et les sels minéraux qui s'accumulent en une' très faible quantité au fond de la cuve. 5 Lorsqu'il faut enlever les matières.solides accumulées du fond de la cuve 12, on peut à cet effet utiliser l'orifice d'évacuation inférieur 20 et la conduite 34. La conduite 34 sert à 'fixer le niveau 67 du liquide. L'agent filtrant 130 peut être lavé au reflux pendant une période de"non circulation 10 c'est-à-dire que l'on peut introduire de l'eau par le haut et permettra aux solides de se déposer sur - la périphérie inférieure du cône 58a d'où ils sont refoulés dans la section interne 152. L'installation d'épuration des eaux d'égout suivant l'Invention permet de traiter les eaux d'égout domestiques d'une maison uni-15 familiale,d'un building à appartements ou d'un bâtiment analogue en vue de régir la qualité de l'effluent. On évite ainsi de polluer les eaux souterraines et les fleuves par des effluents provenant de fosses septiques anaérobies et il n'est plus nécessaire de prévoir les longues conduites de grand diamètre des appareils 20 connus, qui permettent aux eaux d'égout de se décomposer en produisant de l'hydrogène sulfuré, du méthane et d'autres gaz medodo-rants et toxiques. L'hydrogène sulfuré forme également des acides dans tous les tuyaux d'égout, ces acides étant toxiqûes pour les organismes biologiques utilisés dans l'installation et tendant 25 à attaquer les joints des tuyaux, avec pour résultat que des eaux d'égout contaminées par des virus et des bactéries pathogènes s'infiltrent dans les eaux souterraines ce qui est évidemment extrêmement antihygiénique. Ces microbes pathogènes sont extrêmement vulnérables à la durée de leur séjour dans un milieu ennemi 30 et, par conséquent, on peut maintenir des normes d'hygiène satisfaisantes en les traitant rapidement. La présente invention ne permet pas d'utiliser des tuyaux en cuivre en raison de leur corrosion très rapide, les produits de cette corrosion étant toxiques pour les organismes utilisés dans l'installation. BA O r ir" Si Vv'i il vj i 4 * 69 05842 9 2003383 REVEMDICAriûiiS . 1.- Appareil servant à mélanger un gas avec un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve dans laquelle est montée une paroi annulaire espacée du couvercle et du fond de la 5 cuve, une paroi annulaire externe espacée de la paroi interne et entourant cette paroi pour former un passage annulaire, la paroi externe étant espacée du fond de la cuve et s'étendant au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi interne, une entrée pour le "liquide dans la cuve, une arrivée de ga? située près de 10 l'extrémité inférieure au passage annulaire et une sortie pour le liquide située de manière à maintenir un niveau de liquide dans la cuve au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi annulaire interne. 2.- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce que l'entrée de liquide débite vers le bas dans la cuve à l'intérieur de la paroi annulaire interne. 3.- Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage annulaire a une section qui va en diminuant vers le haut. 20 Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les parois annulaires interne et externe sont tronconi-ques. 5.- Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi annulaire interne présente, à son extrémité 25 inférieure, une partie annulaire qui s'étend verticalement et 1'.arrivée d'air comprend une rampe perforée annulaire située dans le passage annulaire, radialement à l'extérieur de la dite •partie. 6.- Appareil suivant la revendication 5, caractérisé 30 en ce qu'au moins une autre rampe d'alimentation annulaire perforée est disposée dans le passage annulaire à un endroit situé au-dessus du fond de celui-ci. 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux parois verticales 35 s'étendent entre la paroi annulaire externe et les parois de la cuve pour former une chambre, un chenal à extrémités ouvertes s'étend- entre les parois, une décharge s'étend vers le bas à partir du chenal"jusqu'à un endroit situé en dessous d'un filtre,entre les parois verticales,et la sortie de liquide est placée au-40 dessus du filtre. BAD 69 05842 10 2003383 8.- Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'une source de rayons ultraviolets à onde courte de haute intensité est située au-dessus du chenal. 9.- Appareil suivant l'une quelconque des revendica- 5 tions précédentes, caractérisé en ce qu'un filtre est disposé entre la paroi annulaire externe et les parois de la cuve et un liquide traverse le filtre vers le haut après être passé en dessous de la paroi annulaire externe. 10.- Appareil suivant l'une quelconque des revendica-10 tions précédentes, caractérisé en ce que deux autres parois annulaires espacées son t. placées dans la. paroi annulaire interne et à distance de celle-ci et une autre arrivée de gaz est située près de 1'extrémité inférieure du passage annulaire intermédiaire 11.- Appareil servant à mélanger un gaz avec un liquide 15 construit et agencé en substance comme décrit avec référence aux dessins annexés. 12.- Procédé pour traiter des eaux d'égout, caractérisé en ce qu'on introduit des eaux d'égout par l'entrée de liquide de l'appareil suivant l'une quelconque des revendications précé- 20 dentes vers un endroit situé à l'intérieur de la paroi annulaire interne, on maintient le niveau de liquide au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi annulaire interne et on introduit de l'air :par l'arrivée de' gaz. 13.- Procédé pour traiter des eaux d'égout en substance 25 comme décrit avec référence aux dessins annexés. BAD ORJGiAiAL