Brevet FR2128364A1 — publié le 19721020

La présente invention est relative à un dispositif d'aération pour liquides, doté d'une toupie d'aération à axe vertical, entraînée, à aspiration axiale et refoulement radial; l'invention vise également un procédé permettant de faire 5 fonctionner ce dispositif, Les dispositifs connus de ce type sont (contrairement aux dispositifs d'aération par air comprimé) des aérateurs dits de surfaceo Dans ces dispositifs, la toupie d'aération est agencée plus ou moins au niveau de la surface du liquide 10 à aérer, son côté d'aspiration étant immergé. Le côté de refoulement est agencé dans les dispositifs connus au-dessus de la surface du liquide» Le mode de fonctionnement des dispositifs connus consiste à refouler le liquide aspiré - en partie en introduisant préalablement un agent d'aération pendant le 15 passage à travers la toupie d'aération - au-dessus de la surface du liquide. Le liquide refoulé est ainsi amené, finement divisé, en contact intime avec l'air ambiant et retombe ensuite, saturé d'air, sur la surface du liquide, pour regagner la circulation de liquide„ 20 Bien qu'ils aient des débits relativement intéres sants, ces dispositifs présentent néanmoins quelques inconvénients . Aux températures ambiantes situées au-dessous de zéro, il se forme sur la toupie un dépôt de glace qui (à la 25 suite du balourd formé) nécessite la plupart du temps un arrêt immédiat de la toupie, Cela a pour effet non seulement d'interrompre le processus dvaération,'mais également de permettre éventuellement le gel immédiat de la surface de liquide, ce qui rend ensuite impossible toute aération super-30 ficielle supplémentaire. Les aérateurs de surface connus sont en outre passablement bruyants. Par ailleurs, "l'action en profondeur" des aérateurs de surface connus, même lorsqu'un tuyau ascendant est rattaché à leur côté d'aspiration, est limitée. Par 35 suite, on les utilise uniquement dans des bassins relativement peu profonds, dans la mesure où l'on accorde de l'importance à une circulation intensive du liquide» Enfin, on doit également mentionner une autre particularité des aérateurs de surface connus; comme mentionné 40 ci-dessus, les toupies d'aération connues entraînent le liquide 72 06453 2 2128364 vers le haut. Le travail d'élévation est donc réalisé par l'entraînement et, par suite, la toupie est exposée au cours de son entraînement à une force de réaction verticale dirigée vers le bas, force qui doit être réduite par un montage par-5 ticulier de la toupie ou compensée par une force ascensionnelle (par exemple, en conformant la toupie en flotteur). Bien que relativement peu sensibles à l'action du gel, les dispositifs connus, qui fonctionnent selon le principe de l'aération par air comprimé, présentent d'autres in-10 convénients. Pour assurer une aération satisfaisante du liquide, il est nécessaire d'utiliser, dans les dispositifs connus mentionnés, des bassins d'aération aux formes complexes, ainsi que des systèmes de production et de distribution d'air comprimé de grande capacité, ce qui entraîne des prix de revient 15 élevés. En outre, il faut prendre des mesures particulières pour empêcher la contamination des points de sortie de l'air comprimé. Par suite, vin objet de la présente invention réside dans un dispositif du type mentionné ci-dessus, qui tire pro-20 fit non seulement de l'avantage des aérateurs de surface, mais également de ceux des aérateurs à air comprimé, sans pour autant devoir s'accommoder des inconvénients présentés par ces différents dispositifs, La présente invention se propose donc de conformer 25 le dispositif en sorte que la toupie d'aération puisse être à même de fonctionner complètement immergée (aucune influence néfaste due à des dépôts de glace, aucune formation d'un fin brouillard et bruit moindre) et que les forces de réaction dues à l'entraînement de la toupie se neutralisent. 30 Pour atteindre cet objectif, le dispositif proposé conformément à l'invention est caractérisé en ce que la toupie d'aération présente deux côtés d'aspiration agencés l'un au-dessus de l'autre et agissant dans des sens opposés, chacun de ces côtés d'aspiration étant raccordé par des canaux 35 directeurs aux côtés de refoulement, et en ce qu'au moins une conduite est prévue, qui achemine un agent d'aération aux canaux directeurs précités. Le procédé permettant de faire fonctionner le dispositif d'aération dans un bassin d'aération à la suite 40 duquel est intercalé un bassin d'une installation d'épu 72 06453 3 2128364 ration, est caractérisé selon l'invention en ce que de la boue activée est acheminée du bassin d'épuration à l'un des côtés d'aspiration de la toupie d'aération» D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-5 tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels la figure 1 et la figure 2 représentent deux formes de réalisation différentes, en vue latérale et partiellement en section axiale, d'un dispositif d'aération agencé dans un bas-10 sin. Dans le dispositif 1 représenté dans la figure 1, on peut reconnaître un bassin 2 comportant des parois latérales 3 et un fond 4, Le bassin 2 peut avoir une forme en plan quelconque. Sur les parois latérales 3 sont ancrées des colle-15 rettes de fixation 5 et, dans celles-ci, sont fixées des jambes de force 6 inclinées vers le haut, qui supportent une plate-forme centrale ?» La plate-forme 7 est entourée par un boîtier tubulaire 8, qui présente une section supérieure 9 et une section inférieure 10 qui se rétrécit vers le bas. Le boî-20 tier 8 est raccordé de manière étanche à une bague profilée 11 qui s'appuie sur la périphérie de la plate-forme 7, si bien que la section supérieure 9 du boîtier, ouverte dans le haut et recouverte d'un toit 12, entoure un espace sec 13> qui loge un moteur-réducteur 14, comportant un moteur à axe ver-25 tical blindé 15 ainsi qu'une transmission 16 bridée sur la plate-forme 7 à l'aide de boulons 17. L'arbre moteur 19 de la transmission 16 s'étend dans un palier 18 passant à travers la plate-forme 7 et se prolonge à travers la section inférieure 10 du boîtier; il 30 porte à son extrémité inférieure une toupie d'aération 20, Cette toupie d'aération 20 est constituée d'une roue d'alimentation supérieure 21 et d'une roue d'alimentation inférieure 22, Les roues d'alimentation 21, 22 sont en principe comparables à des roues de pompe aspirant axialement et re-35 foulant radialement, lesquelles roues sont montées l'une sur l'autre par leur côté opposé au côté d'aspiration. Par exemple, chacune des roues d'alimentation peut être plus ou moins conformée comme les roues d'alimentation décrites et illustrées dans les brevets suisses n° 463,409 40 ou 495,293, si bien qu'il est superflu d'en donner une expli 72 06453 4 2128364 cation plus détaillée. Il est simplement à remarquer que, dans le cas présent, la roue d'alimentation supérieure 21 présente une série de canaux directeurs 24 menant du côté d'aspiration supérieur 25 vers le côté de refoulement péri-5 phérique 27 selon un trajet d'égale courbure. De même, la roue d'alimentation inférieure 22 présente une série de canaux directeurs 23 menant du côté d'aspiration inférieur 26 vers le côté de refoulement périphérique 28 selon un trajet de même courbure. 10 La forme externe de la toupie d'aération 20 cor respond à un tronc de cône double. A l'une des jambes de force 6 est raccordée, par l'intermédiaire de brides 32, une conduite 31, qui relie par l'intermédiaire d'une conduite 43a tin compresseur d'air 43 15 qui est monté à l'extérieur du bassin 2 à'une bague 33 agencée au voisinage du côté d'aspiration supérieur 25, dans laquelle bague il a été prévu une série d'ajutages dirigés vers le bas 33a. Au fond 4 du bassin 2 est fixé, coaxialement avec 20 la toupie d'aération 20, un tuyau ascendant 34, qui comporte une section inférieure en forme de tronc de cône 35 et une section supérieure cylindrique 36 présentant plusieurs ouvertures de passage 37. Le tuyau ascendant 34 ouvert dans sa partie supé-25 rieure entoure l'extrémité 39 d'une canalisation 38, extrémité qui s'écarte perpendiculairement du fond 4 du bassin dans le sens ascendant. La canalisation mène à un bassin d'épuration (non représenté) intercalé à la suite du bassin représenté 2 et sert, dans le cas présent, à ramener dans le bassin 30 d'aération 2 la boue activée se déposant dans le bassin d'épuration. Dans la canalisation 38 pénètre une autre canalisation 40 raccordée au compresseur d'air 43, qui s'étend coaxialement dans la canalisation 38 et est dotée à l'extrémité 39 35 de la canalisation 38 d'un ajutage d'échappement autonettoyant 41. L'espace occupé par la toupie d'aération, à l'exception de l'espace nécessité par les canaux 23, 24 des roues d'alimentation et par les cloisons nécessaires, est formé soit 40 de corps creux étanchés, soit d'éléments de matière expansée 72 06453 5 2128364 29, 30. On procède ainsi de manière que la force ascensionnelle agissant sur la toupie d'aération immergée 20 soit à peu près du même ordre de grandeur que le poids de la toupie, A cet effet, on doit faire remarquer que, avec cette 5 conformation de la toupie d'aération, il ne s'agit pas de compenser les forces de réaction axiales apparaissant au cours du fonctionnement de la toupie, mais simplement de faire en sorte que la toupie d'aération 20 complètement immergée apparaisse pratiquement sans poids, Par suite, le montage de l'arbre 19 10 ne subit même pas la charge due au poids de la toupie 20» v Les forces de réaction axiales apparaissant au cours du fonctionnement de la toupie se compensent elles-mêmes pratiquement. La force de réaction dirigée vers le haut, apparaissant au cours du fonctionnement de la roue d'alimentation su-15 périeure 21, s'oppose à la force de réaction dirigée vers le bas, apparaissant dans la roue d'alimentation inférieure 22„ Ces deux composantes de force s'annihilent dans la mesure où les capacités d'alimentation dépendant de la dimension des deux roues d'alimentation sont d'un ordre de grandeur plus ou 20 moins similaire. Dans le cas présent, il ne se produit donc pas de charge axiale appréciable ni lorsque la toupie est au repos, ni lorsqu'elle fonctionne» Comme cela apparaît dans les dessins, les ouvertu-25 res 33 et 41 des deux conduites d'acheminement d'air 31 et 40 sont agencées au voisinage des deux côtés d'aspiration 25 et 26 de la toupie 20. En service, ces conduites expulsent des bulles d'air relativement grosses 42, qui sont immédiatement entraînées dans le courant vers les côtés d'aspiration 25, 30 26, puis sont soumises dans les canaux 23, 24 avec le liquide entraîné à une très grosse accélération. Cela a pour effet de diviser les grosses bulles d'air 42 en d'innombrables bulles minuscules, qui sont mêlées intimement au liquide entraîné. Cela assure une aération optimum. 35 En outre, l'air sortant de l'ajutage 41 produit un autre effet. Cet effet est comparable à celui d'une pompe à jet et produit une aspiration efficace de la boue activée s'écoulant dans la canalisation 38. La boue d'épuration sortant de l'extrémité 39 de la canalisation 38 et accélérée 40 par les bulles d'air a en outre encore un effet d'aspiration 72 06453 6 2128364 dans le tuyau montant 34 sur le contenu du bassin, qui pénètre par les ouvertures 37 à l'intérieur du tuyau ascendant 34 et se mêle immédiatement à la boue d'épuration, et ce avant même que ce liquide ne pénètre sur le côté d'aspiration 26 5 de la toupie 20. La toupie d'aération 20 est encore alimentée en air à titre d'agent d'aération l'une autre manière» A l'intérieur d'une des jambes de force 6' s'étend une conduite représentée en pointillé 49, qui est reliée par 10 l'intermédiaire d'une canalisation 43b au compresseur d'air 43, s'étend à travers la plate-forme 7 et à l'intérieur de l'arbre d'entraînement creux 19 et se termine dans un espace creux 44 situé au centre de la toupie d'aération 20. Cet espace creux 44 est relié par des passages 45 15 aux canaux directeurs 23 de la roue d'alimentation inférieure 22 et par des passages 46 aux canaux directeurs 24 de la roue d'alimentation supérieure 21. Lorsque la toupie d'aération 20 tourne, le liquide des canaux directeurs 23 et 24 est acheminé des côtés d'aspi-20 ration 25, 26 vers les côtés de refoulement ou d'expulsion 27, 28 et aspire donc par les passages 45 et 46 l'air issu de l'espace creux 44. Si l'on augmente le nombre de tours de la toupie d'aération, on augmente également l'effet d'aspiration du 25 liquide dans les canaux directeurs 23, 24. La dépression ainsi produite dans l'espace creux 44 assiste ainsi le compresseur 43 dans l'acheminement de l'air à l'espace creux 44. On peut ainsi, pour une puissance donnée du compresseur 43, acheminer plus d'air aux canaux 23, 24 qu'avec un ajutage 30 d'expulsion d'air stationnaire agencé sous la surface de l'eau. Le dispositif d'aération 1 représenté dans la figure 2 correspond pour l'essentiel au dispositif illustré dans la figure 1, si bien que 1'on a utilisé pour des éléments de 35 construction correspondants les mêmes notations de référence. Contrairement au dispositif de la figure 1, il n'y a pas, dans le dispositif représenté dans la figure 2, de tuyau ascendant 34 agencé sur le fond 4 du bassin, ni même de canalisation 38 et de conduite d'air 40. 72 06453 7- 2128364 Par ailleurs, les jambes de force 6 de la forme de réalisation de la figure 2 ne s'appuient pas sur les parois latérales du bassin, mais sont suspendues à des flotteurs 47. Pour fixer la position de l'agencement entier, on 5 fixe aux jambes de force 6 des haubans 48, qui sont ancrés à leur autre extrémité» Le mode de fonctionnement du dispositif de la figure 2 correspond pour le restant au mode de fonctionnement décrit en se référant à la figure 1 » 10 Comme décrit, la toupie d'aération 20 est alimentée en agent d'aération par la conduite 31 et la bague d'injection 33 et/ou par la conduite d'air 49 agencée à l'intérieur d'une jambe de force 6' et reliée à l'espace creux central 44, Lorsque le tuyau ascendant 34 est présent, il est 15 également possible d'acheminer l'agent d'aération par la conduite 40 au côté d'aspiration de la toupie d'aération 20 tourné vers le tuyau ascendant 34. Les avantages de la forme de réalisation représentée seront évidents aux spécialistes, 20 La toupie 20 opère complètement immergée. Elle ne fait donc pratiquement aucun bruit et il ne se forme pas de fin brouillard. Par contre, elle produit deux courants de circulation ordonnés et intensifs, ce qui permet d'augmenter la profondeur des bassins. Cela apporte encore un avantage 25 dans la mesure où, pour un contenu donné d'un bassin et pour un courant de circulation intensif égal, l'espace nécessité par le bassin est plus faible. Dans le dispositif représenté, il ne se produit, pratiquement pas de charges axiales sur le roulement de 30 montage, si bien que l'énergie totale nécessaire à l'entraînement sert à faire circuler le liquide. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs que l'on vient de décrire uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans 35 sortir du cadre de l'invention. 72 06453 8 2128364 REVENDICATIONS 1 » Dispositif d'aération pour liquides, doté d'une toupie d'aération à axe vertical, entraînée, aspirant axiale-ment et refoulant radialement, caractérisé en ce que la toupie 5 précitée comporte deux côtés d'aspiration agencés l'un au-dessus de l'autre et agissant des sens opposés, chacun de ces côtés d'aspiration étant relié par des canaux directeurs aux côtés de refoulement, et en ce qu'au moins une conduite acheminant aux canaux directeurs un agent d'aération est prévue. 10 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la toupie d'aération est constituée de deux roues d'alimentation identiques ou similaires, qui sont montées l'une sur l'autre par leurs côtés opposés aux côtés d'aspiration. 15 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la toupie d'aération se présente sous la forme d'un flotteur hydrostatique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite acheminant l'agent d'aération se termine 20 dans la région d'au moins l'un des deux côtés d'aspiration. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on prévoit dans la région du côté d'aspiration supérieur de la toupie d'aération une bague entourant l'arbre d'entraînement de la toupie, cette bague comportant des aju~ 25 tages d'expulsion dirigés vers le côté d'aspiration précité, cette bague étant raccordée à l'une des conduites qui acheminent l'agent d'aération, 6. Dispositif selon la revendication 4, utilisé dans un bassin, caractérisé en ce que l'on associe au côté d'aspi- 30 ration inférieur de la toupie d'aération un tuyau ascendant fixe, qui comporte au moins un passage d'entrée pour le liquide du bassin et dans lequel est agencée l'extrémité d'une des conduites d'alimentation en agent d'aération, 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 35 en ce que l'on prévoit à l'intérieur de la toupie d'aération un espace creux, qui est relié par des ouvertures de passage aux canaux directeurs et dans lequel l'une des conduites d'alimentation en agent d'aération débouche. 72 06453 9 2128364 80 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'entraînement de la toupie est logé dans un boîtier en forme de cloche ouvert dans sa partie supérieure, le point de sortie de l'arbre d'entraînement de la toupie d'aération étant situé au-dessous de la surface du liquide à aérer» 9» Procédé permettant de faire fonctionner le dispositif d'aération selon la revendication 1 dans un bassin d'aération à la suite duquel est intercalé un bassin d'épuration d'une installation d'épuration, caractérisé en ce que de la boue activée est acheminée du bassin d'épuration à l'un des côtés d'aspiration de la toupie d'aération» 10» Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'agent d'aération est mêlé à la boue activée provenant du bassin d'épuration avant que cette boue ne soit captée par le côté d'aspiration de la toupie d'aération»