Brevet FR2124330A1 — publié le 19720922

La présente invention se rapporte à une installation pour l'épuration des liquides par flottation, notamment pour l'épuration de l'eau et elle a pour objet une installation comprenant une cuve de flottation et des moyens qui dissolvent un gaz, de préférence de 5 l'air, sous pression, dans l'eau et dégagent cet air à basse pression sous la forme de petites bulles. Il est important dans les installations de flottation de ce type que les bulles d'air ou de gaz qui entraînent et remontent vers la surface du liquide les particules solides ou équivalents consti-10 tuant les éléments polluants soient aussi petites que possible. Ceci résulte du fait que seules les très petites bulles peuvent adhérer suffisamment aux particules. Avec l'accroissement de la dimension des bulles, l'adhérence diminue considérablement. En outre, les bulles de grand diamètre provoquent l'apparition de courants ascendants 15 qui désintègrent les flocons qui ont été formés par exemple sous l'effet de l'addition d'agent de floculation. Pour obtenir une flottation efficace, il est également important de former ton grand nombre de petites bulles, ce qui signifie que l'on doit dissoudre la plus grande quantité de gaz possible dans l'eau polluée. 20 Dans les installations de flottation déjà connues, on n'a pas réussi à satisfaire les conditions mentionnées ci-dessus dans une mesure suffisante. Par exemple, il est habituel d'introduire dans l'eau polluée ce qu'on appelle une dispersion d'air dans l'eau. Ceci signifie que l'on fait intervenir dans le traitement de flot-25 tation, dès le départ, non seulement de l'air dissous mais également de l'air sous la forme de petites bulles et de grosses bulles. Suivant un. autre procédé habituel, on dissout de l'air dans l'eau à une pression relativement élevée, après quoi on injecte cette solution dans l'eau polluée, l'injection étant accompagnée d'une forte dimi-"50 nution de la pression. Ceci provoque un dégagement spontané de l'air dissous et les bulles d'air se forment explosivement. Le résultat de la flottation est extrêmement mauvais, pour les raisons citées ci-dessus. Le but de l'invention est d'éliminer les déficiences men-35 tionnées plus haut et de réaliser une installation de flottation qui, permette d'obtenir par des moyens très simples et peu coûteux, un traitement de flottation beaucoup plus efficace que ceux qu'on pouvait obtenir jusqu'à présent. L'installation suivant l'invention est principalement caractérisée en ce qu'elle comprend au moins vin ré-cipient qui est sous pression et est adapté pour recevoir vin mélange 72 Û3252 2 2124330 d'air et d'eau, cette eau étant de préférence l'eau à épurer et, après un temps donné, de préférence non inférieur à trois minutes, et sans variation notable de la pression, injecter la solution air-eau formée dans l'eau contenue dans la cuve de flottation, le réci-5 pient étant équipé de moyens permettant d'éliminer l'air non dissous dans l'eau avant que la solution ne soit injectée dans la cuve. Cette installation suivant l'invention présente plusieurs avantages. Du fait que le mélange d'air et d'eau est soumis à l'effet de la pression pendant un temps considérable, il se dissout une 10 grande quantité d'air dans l'eau. Le fait que le récipient est équipé de moyens qui éliminent l'air non dissous dans l'eau garantit que le récipient ne débite dans la cuve qu'une solution d'air dans l'eau. En outre, étant donné que la solution est introduite sous une pression pratiquement inchangée, il ne peut pas se produire de for-15 mation spontanée de bulles d'air. Dans la première phase on n'observe absolument aueune formation de bulles d'air, mais l'eau s'élève lentement dans la cuve, jusqu'à ce que la pression ait atteint progressivement une valeur réduite à laquelle il se produit une formation lente de bulles d'air. Du fait de la lenteur de cette progres-20 sion, les bules sont très petites et en outpe, étant donné qu'une grande quantité d'air a été dissoute dans l'eau il se forme une grande quantité de bulles. Tous ces facteurs contribuent à donner au traitement de flottation une efficacité que l'on avait pas encore pu atteindre dans la technique antérieure. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raîtront au cours de la description. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une forme de réalisation d'une installation suivant l'invention ; 3° ia Fig. 2 représente un détail de cette installation ; la Fig. 3 représente une variante de l'installation suivant l'invention qui est particulièrement bien appropriée pour être utilisée dans les cas où le débit d'eau polluée injectée est variable. Sur les dessins, la cuve de flottation est désignée par la 35 référence 10 et le récipient par la référence 11. Une pompe à liquide 12 munie d'une entrée 13 pour l'arrivée d'eau polluée, et une pompe à air 14, refoulent un mélange d'eau polluée et d'air, par une conduite 15, dans un récipient 11 qui est placé dans la cuve de flottation à une profondeur telle que le mélange d'air et d'eau soit do-sé à l'effet de la pression désirée. En outre, le volume de ce réci- 72 03252 3 2124330 Dient est calculé , en fonction de la auantité d'air et d'eau qui est transDortée car unité de temps, de manière que le temps de séjour de ce mélange dans le récipient soit suffisamment long, de préférence non inférieur à trois minutes. En choisissant des valeurs 5 appropriées pour la pression et le temps de contact entre l'air et l'eau, on peut dissoudre dans l'eau une quantité d'air suffisante. A titre d'exemple, on peut mentionner que, si l'on double la pression, on peut généralement doubler la quantité d'air dissoute dans l'eau. Le transport du mélange d'air et d'eau par la conduite 15 10 doit s'effectuer à une vitesse qui garantisse que les bulles d'air atteingnent la cuve 11. La vitesse du transport doit donc être supérieure à la vitesse de l'élévation des bulles et elle est avantageusement supérieure à 40 cm/s. Naturellement, l'air peut être introduit dans le récipient d'une autre façon. 15 La construction du récipient apparait avec plus de détails sur la Fig. 2. Ainsi qu'il ressort de cette Fig., la conduite 15 débouche à proximité du fond du récipient 11. La surface externe du tube 15 et la surface interne du récipient 11 sont munies d'ailettes 16, de sorte que le récipient 11 joue le rôle d'un mélangeur. A sa 20 partie supérieure, le récipient présente des ouvertures 17 à travers lesquelles la solution air-eau s'échappe de ce récipient. La solution s'écoule ensuite de haut en bas à travers un canal annulaire 18 et elle est injectée dans l'eau de la cuve de flottation en passant par l'ouverture 19 située dans la région de la partie inférieure 25 du récipient. La solution sort du récipient suivant tin écoulement très calme et pratiquement sans que sa pression ne subisse de variation pour atteindre la valeur de celle qui règne dans la cuve. Pour faire en sorte que la solution soit injectée dans l'eau de la cuve de flottation sans être accompagnée de bulles d'air, le récipient 30 11 est muni d'un tube de sortie 20 à travers lequel l'air en excès est évacué. L'utilisation de ce tube présente une importance particulièrement grande lorsque, ainsi qu'on le désire fréquemment on introduit par la conduite 15 une quantité d'air supérieure à celle qui sera dissoute avec certitude dans l'eau. 3^ Normalement, il se forme un volume ou coussin d'air dans la partie supérieure du récipient 11. S'il existe un risque d'introduire par la conduite 15 une quantité de mélange si grande que ce coussin d'air soit expulsé, on peut équiper le récipient 11 d'un tuyau de sortie supplémentaire qui joue le rôle de trop-plein de sécurité. Le canal annulaire 18 peut être remplacé par un ou plu 72 03252 4 2124330 sieurs conduits séparés reliés aux ouvertures 17. Dans ce cas, l'installation peut être construite de manière que le récipient 11 ne soit pas nécessairement placé à l'intérieur de la ouve de flottation. 10. 5 Ainsi qu'il ressort des Pig. 1 à 3.» la cuve de flottation 10 s'évase de bas en haut. Cette cuve est de préférence construite de manière à s'élargir encore davantage à partir d'un niveau 21 auquel la réduction de la pression oblige l'air dissous dans l'eau à se dégager de l'eau sous la forme de très petites bulles d'air qui 10 adhèrent aux flocons formés. On peut obtenir ce résultat en ajoutant à l'eau polluée, en amont de la pompe à liquide 12, ion agent de séparation ou de dégagement ("agent de précipitation") et de préférence en introduisant également dans le conduit uryàgent normalement appelé un coagulant, fourni par un réservoir 22 et introduit au moyen 15 d'une pompe dcrseuse 23. Etant donné que l'agent de dégagement et le coagulant ont la possibilité d'agir sur le mélange contenu dans le récipient 11 pendant un temps relativement long, la floculation sera très efficace. En outre , étant donné qu'il ne se forme pas de courants rapides dans la cuve de flottation et que les petites bulles 20 d'air se forment très calmement, les' flocons ne sont pas désintégrés. Etant donné que, dans ce procédé, on dissout une grande quantité d'air dans l'eau et que les bulles d'air ne sont pas seulement très petites mais également très nombreuses, la précipitation de la boue se produit avec une très grande efficacité. 25 A son extrémité supérieure, la cuve de flottation 10 pré sente une ouverture 24 et un segment élargi 25. Dans la partie inférieure 26 du segment élargi, est branché un tuyau 27 de sortie de l'eau épurée. La boue précipitée monte à la surface de l'eau , qui est située au niveau de l'ouverture 24, elle passe sur le bord 28 30 de cette ouverture et se déverse sur la surface externe 29 du segment élargi pour se rassembler dans une rigole 30 qui encercle le segment élargi . Un tuyau 31 de sortie de la boue est relié à cette rigole. L'utilisation du dispositif de séparation 28, 29,30, 31 35 permet une évacuation continue de la boue. Toutefois, il est également possible d'obtenir une évacuation discontinue de la boue en intercalant une vanne 32 dans le tuyau 27 de sortie d'eau.Dans ce cas, on peut fermer la vanne 32 entièrement ou partiellement par in-termittance, de manière à faire monter le niveau d'eau dans la cuve 40 de flottation 10, la boue séparée étant évacuée par le tuyau 31. 72 03252 5 2124330 L'installation de flottation suivant l'invention peut être utilisée pour différentes applications. Par exemple, dans le cas de l'épuration de l'eau des lacs ou cours d'eau, l'installation peut être construite de manière à former une station d'épuration flot-5 tante. En outre, cette installation peut être aussi bien de grandes que de petites dimensions, par exemple pour épurer les eaux usées des industries. Dans ce dernier cas, le débit d'eau polluée peut varier considérablement. Toutefois, il n'est pas nécessaire de donner à la cuve 11 des dimensions qui correspondent au débit maximum d'arrivée 10 d'eau. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig. 3,\la cuve de flottation 10 peut au contraire être équipée de plusieurs-récipients 11. Suivant la quantité d'eau introduite, un dispositif distributeur 33 peut être relié à un ou plusieurs récipients il,respectivement par une ou plusieurs conduites 15.Dans ce cas, l'installation est de pré- l ~ ~ ~ ~ 15 férence équipée d'un dispositif capteur automatique qui commande le distributeur " en fonction du débit d'arrivée d'eau. Dans le cas où l'alimentation en eau polluée cesse entièrement, il est souhaitable qu'il ne reste pas dans la cuve de flottation 10 d'eau non épurée par flottation parce que, dans ce cas, les 20 flocons formés risquent de tomber au fond et de provoquer des perturbations du fonctionnement. A cet effet, et comme on l'a représenté sur la Fig. 3* l'installation peut être équipée d'une vanne supplémentaire 34 et d'une conduite de retour 35 par laquelle l'eau épurée peut être renvoyée à l'arrivée d'eau polluée, une autre vanne 36 25 étant placée au niveau de cette arrivée. Les vannes 34 et 36 peuvent être commandées par le dispositif capteur automatique mentionné plus haut. Ce dispositif doit alors fonctionner de telle façon que, en cas d'interruption de 1'alimentatior^fen eau polluée, la cuve de flottation soit à nouveau alimentée en eau pure, jusqu'à ce qu'elle soit entiè-30 rement ou partiellement remplie d'eau épurée. Il ressort nettement de la description ci-dessus que l'installation de flottation suivant l'invention présente un rendement considérablement supérieur à celui qu'on pouvait obtenir dans la technique antérieure. Un fait qui contribue à cette élévation du ren-35 dement consiste en ce que, dans l'installation suivant l'invention, l'air est dissous dans la totalité du débit d'eau polluée et non pas seulement dans une petite partie de ce débit, comme c'est généralement le cas dans les installations de flottation connues. 72 03252 6 2124330 REVENDICATIONS 1. Installation pour l'épuration des liquides par flottation, notamment pour l'épuration de l'eau, du type comprenant une cuve de flottation et des moyens pour dissoudre un gaz, de préférence de l'air, sous pression dans l'eau, et qui provoquent le dégage- 5 ment de l'air à une plus faible pression sous.la forme de bulles, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un récipient qui est sous pression et est adapté pour recevoir un mélange d'air et d'eau, cette eau étant de préférence l'eau à épurer, et pour après un temps donné, de préférence non inférieur à trois 10 minutes, efc sans variation notable de pression, injecter la solution air-eau formée, dans l'eau contenue dans la cuve de flottation, le récipient étant équipé de moyens qui évacuent l'air non dissous dans l'eau, avant que la solution ne soit injectée dans la cuve. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en 15 ce qu'elle comprend une ou plusieurs pompes ou autres machinés analogues appropriées prévues pour l'introduction de l'air et de l'eau, et qui sont reliées au récipient par une ou plusieurs conduites, le volume de ce récipient étant calculé en fonction des quantités d'air et d'eau introduites de manière que le mélange d'air et d'eau puisse 20 séjourner dans le récipient pendant ledit temps donné. 3. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le récipient constitue une chaabre de mélange qui comporte à sa partie supérieure une sortie pour l'élimination de l'air en excès. 25 4. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cuve de flottation est constituée par une cuve ouverte à son extrémité supérieure , qui est de préférence plus large dans sa partie supérieure que dans sa partie inférieure, ledit récipient étant agencé à l'intérieur de la cuve, 3° dans la partie inférieure de celle-ci, et la cuve comportant à sa partie supérieure au moins une sortie pour l'évacuation de l'eau épurée et une sortie pour l'évacuation de la boue séparée par flottation. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le récipient présente des sor- 35 ties qui introduisent la solution air-eau dans la cuve à peu près au niveau dudit récipient. 6. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la sortie d'évacuation de l'eau épurée comporte une vanne qui peut être entièrement ou partiellement fermée pour faire monter le 72 03252 7 2124330 niveau de l'eau dans la cuve, cette dernière comportant m dispositif de séparation adapté pour conduire la boue séparée par flottation à la sortie prévue pour la boue. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une pompe doseuse ou autre machine analogue au moyen de laquelle on peut ajouter des additifs, par exemple un coagulant, au mélange d'air et d'eau. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif qui recycle 10 l'eau épurée à la ou aux conduites qui sont reliées au récipient, et quiijkmènent l'air et l'eau à ce dernier. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif détecteur automatique qui, en cas d'interruptior^Ûe l'alimentation de la cuve en eau polluée, met 15 en action le dispositif de recyclage de l'eau pendant le temps nécessaire pour remplir entièrement ou partiellement la cuve d'eau épurée. 10. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cuve renferme plusieurs récipients, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un disposi- 20 tif distributeur, par exemple à fonctionnement automatique, au moyen duquel, en particulier dans 1* cas d'ion débit d'arrivée variable d'eau polluée, cette eau peut être envoyée à vin ou plusieurs desdits récipients.