Brevet FR2124331A1 — publié le 19720922

212^331 ! La présente invention se rapporte à la dissolution d'un gaz dans un liquide, par exemple de l'oxygène dans l'eau, et à une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans les procédés connus de dissolution d'un gaz dans un 5 liquide, le rendement est généralement très bas, c'est-à- dire qu'il est difficile de dissoudre de grandes quantités du gaz considéré dans le liquide considéré par un traitement susceptible de mise en oeuvre pratique et raisonnablement économique. Le problème exposé ci-dessus présente actuellement un inté-10 rêt immédiat dans son application à l'oxygénation des eaux polluées. A ces eaux, qui peuvent être par exemple des eaux vannes ou résiduai-res, ou l'eau d'un cours d'eau pollué, on observe une déficience en" ■ oxygène, à laquelle il est nécessaire de remédier pour que l'eau puisse être à nouveau utilisable pour diverses applications. Un pro-15 cédé connu d'oxygénation de ces eaux est le procédé de barbotage de bulles d'air, dans lequel on fait sortir l'air en bulles par un tuyau placé à une profondeur donnée dans l'eau. Lorsque les bulles d'air s'élèvent vers la surface, elle cèdent de l'oxygène à l'eau. Toutefois, en même"temps, ce mouvement engendre un intense courant 20 ascendant d'eau, d'où il résulte que l'eau oxygénée subit une rapide diminution de pression. Il se produit alors un dégagement spontané d'une grande partie de l'oxygène qui avait été dissous dans l'eau. Par ailleurs , le temps de contact entre les bulles d'air et l'eau est très court. 25 Un autre procédé connu est le procédé dit d'aération par la surface, ce qui signifie que l'air est mis en contact avec l'eau à la pression atmosphérique. En agitant en même temps ion mélange d'air et d'eau, on a pu obtenir des résultats nettement supérieurs à ceux du procédé de barbotage des bulles d'air mais le rendement est nëan-30 moins relativerent bas. On a également effectué des essais de procédés de dissolution des gaz, par exemple de l'oxygène, sous haute pression dans une petite quantité de liquide. En raison de la diminution de pression qui se produit au moment où la solution gaz-liquide est introduite dans 35 une masse du liquide, on observe un dégagement spontané de gaz qui réduit considérablement le rendement. Le but de l'invention est de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et de réaliser un procédé et une installation de dissolution d'un gaz dans un liquide, par exemple d'oxygène dans l'eau 40 d'une façon propre à permettre d'obtenir tan rendement très élevé par 72 03253 2 2124331 1 des moyens simples et peu coûteux. Le procédé suivant l'invention de dissolution d'un gaz dans un liquide est essentiellement caractérisé en ce qu'on mélange le gaz avec un liquide, par exemple avec le liquide considéré dans lequel il s'agit de dissoudre le gaz, ou 5 dans une partie de ce liquide et en ce qu'on expose le mélange gaz-liquide pendant un temps donné, de préférence pendant plus de trois minutes, à l'action d'une pression considérablement supérieure à la pression régnant à la surface dudit liquide considéré, de façon à obtenir une solution gaz-liquide, après quoi on introduit cette so-10 lution sans variation notable de la pression dans ledit liquide considéré. Le haut rendement que l'on peut obtenir par le procédé suivant l'invention résulte de la présence simultanée des trois caractéristiques suivantes : 15 1) On-met le gaz en contact avec le liquide pendant un temps prolongé ; 2) On expose le mélange gaz-liquide à l'action d'une pression considérablement supérieure à la pression qui règne à la surface libre de la masse de liquide où, par exemple, règne la pres- 20 sion atmosphérique. On peut mentionner à titre d'exemple que, si la pression est doublée, on peut en général dissoudre une quantité de gaz deux fois plus grande dans ce liquide. 3) La solution gaz-liquide ne subit pas de variation considérable de la pression au moment où elle est introduite dans la mas- 25 se de liquide. Il ne se produit donc pas de dégagement spontané de gaz ni de détérioration du résultat obtenu. Pour garantir .l'obtention du rendement élevé, on doit injecter dans le liquide une quantité de gaz supérieure à celle qui. peut s'y dissoudre. Toutefois, il peut alors se produire que la solution 30 gaz-liquide contienne du gaz qui n'est pas dissous et qui s'élève dans la masse de liquide sous la forme de bulles. Ceci détermine un courant ascendant de liquide qui, à son'tour, entraîne une diminution relativement rapide de la pression intérieure de la solution gaz-liquide, de sorte qu'il se produit un dégagement spontané de gaz. Au contraire, dans le procédé suivant 35 l'invention, on supprimer cet inconvénient en éliminant le gaz qui ne s'est pas dissous dans le liquide, avant que la solution gaz-liquide n'ait été introduite dans la masse de liquide, c'est-à-dire dans le liquide considéré. Dans le procédé suivant l'invention, on peut produire la pression nécessaire à l'aide de moyens très simples et peu coûteux 40 et, à cet effet, le procédé est de préférence caractérisé en ce que 72 03253 3 2124331 le mélange gaz-liquide est introduit, par exemple pompé, dans une zone de retard ou de maintien placée à une profonduer suffisante au-dessous de la surface libre du premier liquide mentionné pour qu'il règne la pression voulue dans cette zone, pour que la totaltité du gaz 5 introduit accompagne le liquide jusqu'à, cette profondeur, le mélange gaz-liquide doit être transporté à une vitesse supérieure à la vitesse d'élévation des bulles de gaz contenues dans le mélange. Cette vitesse est avantageusement supérieure à 40 cm/s. Naturellement, le gaz peut être amené à la zone de retard d'une autre façon et, par 10 exemple, être, mélangé au liquide dans ladite zone ou à proximité de cette zone. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné plus haut, dans le procédé -suivant l'invention, la solution gaz-eau est introduite dans le liquide considéré à alimenter en oxygène, sans modification notable de 15 la pression. L'élimination du gaz non dissous dans le liquide peut alors être considéré comme une mesure de sécurité. Une mesure de sécurité supplémentaire, qu'il est nécessaire de prendre, consiste à éviter que la solution gaz-liquide ne soit introduite dans un courant concentré et violent. Dans le procédé suivant l'invention, on a ré-20 solu ce problème en répartissant la solution dans une large zone du vol une de liquide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, 25 la Pig. 1 représente la forme préférée de réalisation de 11 installation ; la Pig. 2 est une coupe d'un récipient qui fait partie de cette installation. Sur la Fig. 1 la référence 10 désigne une masse de liquide, 30 par exemple un lac, tandis que la référence 11 désigne la surface libre de cette mase de liquide. Une pompe à liquide 13., une pompe à air 14 sont prévues à la surface de la masse de liquide, par exemple montées sur des flotteurs 12. La pompe à liquide 13 est munie d'un tuyau d'aspiration 15 et d'un tuyau de refoulement 16. Le tuyau 15 35 peut aspirer le liquide en n'importe quel point de la masse de liquide, par exemple au fond. La flèche tracée le long du tuyau 15 sur la Fig. 1 montre la direction de l'écoulement du liquide. La pompe à liquide 13 et du tuyau 15, peuvent également transporter un liquide autre que celui qui peut être prélevé dans la mas-40 se du liquide 10. Par exemple, à la place de l'eau polluée aspirée dans 72 03253 2124331 ! la masse de liquide, on peut utiliser de l'eau pure, fournie par une autre source. L'eau transportée par la pompe 13 est envoyée, par le tuyau 16, à un récipient 1J situé à une profondeur donnée au-dessous de 5 la surface 11. En même temps, la pompe 14 aspire de l'air, comme indi qué par la flèche tracée au niveau de la pompe, et injecte cet air, à travers un tuyau 18, au point 19 du tuyau 16. De là, un mélange d'air et de liquide est introduit dans le récipient 17. pour faire en sorte que l'air accompagne le liquide dans son mouvement descen-10 dant en direction du récipient, la pompe à liquide 13 est agencée pour donner à cet air une vitesse qui est de préférence supérieure à 40 cm/s. Le récipient 17 représenté en coupe sur la Fig.2. Ainsi qu'il ressort de cette Fig., le tuyjcu 16 débouche à proximité du 15 fond du récipient, de sorte que le mélange air-liquide peut s'élever dans le récipient 17. La surface externe du tuyau 16 et la surface interne du récipient 17 portent des ailettes 20 et le récipient 17 se comporte donc comme un mélangeur. Le transport du mélange air-liquide dans le tuyau 16 se 20 produit tellement rapidement que le temps pendant lequel l'air et le liquide sont en contact dans ce tuyau peut être négligé. Par contre, le récipient 17 est dimensionné de façon que le mélange demande un temps considérable, par exemple au moins trois minutes, pour s'élever de l'extrémité inférieure du récipient jusqu'aux tuyaux de sortie 25 21. Ceci signifie, en bref, que le récipient 17 possède un volume suffisamment grand, comparativement au volume du mélange air-liquide, qui est transporté par unité de temps dans le tuyau 16. Ce mélange air-liquide s'écoule donc très lentement de bas en haut à l'intérieur du récipient 17 et la solution air-liquide 30 formée dans ce récipient est ensuite introduite dans la masse de liquide 10, par les tuyaux 21 avec une vitesse d'écoulement très lente. Les extrémités de sortie des tuyaux 21 sont situées dans le liquide à peu près à la même profondeur que le récipient 17, ce qui signifie que l'écoulement de liquide dans lequel l'oxygène est dissous ne su-35 bit aucune variation notable de pression lorsqu 1 il est introduit dans la masse de liquide 10. Ceci signifie également qu'il se forme dans la masse de liquide 10 une couche de liquide qui contient plus d'oxygène dissous que les parties adjacentes de ce liquide. Cette cou ehe de liquide sert donc de réserve d'oxygène à 1'intérieur de la mas-segénérale du liquide. Toutefois, une condition à remplir pour obte* 72 03253 5 2124331 nir ce résultat est que le liquide ne soit pas parcouru par des courants ascendants rapides et on doit donc éviter qu'il ne se forme dans le liquide des courants ascendants qui pouraient être dûs à la présence d'air ou d'oxygène non dissous dans la masse du liquide. 5 A cet.-effet, la partie supérieure du récipient 17 est équipée d'un tuyau de sortie 22 dont l'orifice 23 est située au-dessus de la surface 11 de l'eau. L'air en excédent qui est contenu dans le récipient 17 est évacué par le tuyau 22. Ceci présente une importanèe particulièrement grande lorsque, ainsi qu'on le désire fréquemment, on in-10 troduit dans le tuyau 16 une quantité d'air supérieure à celle qui peut se dissoudre dnas le liquide. La vitesse de l'écoulement qui parcourt le tuyau 16 et le volume du récipient 17 peuvent être calculés de manière qu'il se forme constamment un volume d'air libre dans la partie supérieure 15 du récipient 17. Si l'on désire entretenir ces conditions ,1e récipient 17 peut être équipé en outre d'un trop-plein de sécurité, par exemple constitué par tin tuyau de sortie supplémentaire, non représenté sur le dessin, qui est relié dans la région de la partie supérieure du récipient. 20 Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, l'installation sui vant l'invention permet de mettre le procédé mentionné plus haut en oeuvre avec des moyens simples et peu coûteux, tout en assurant en même temps un rendement extrêmement élevé. En outre, cette installation peut être adaptée à des conditions extrêmement variables sans 25 cependant demander de grandes modifications. Par exemple, si la profondeur de la masse de liquide le permet, le récipient 17 peut être placé à une grande profondeur, de sorte qu'il règne dans ce récipient une pression élevée sans que l'obtention de cette pression n'exige un accroissement important de la capacité de la pompe à liquide 16. 72 03253 6 2124331 REVENDICATIONS 1. Procédé de dissolution d'un gaz dans un liquide par exemple de dissolution de l'oxygène dans l'eau, caractérisé en ce qu'on mélange le gaz à un liquide, qui peut être par exemple le liquide précité dans lequel il s'agit de dissoudre le gaz, ou à une partie 5 du volume de ce liquide, on expose le mélange gaz-liquide pendant un temps donné, qui est de préférence supérieur'à trois minutes, à l'action d'une pression considérablement supérieure à la pression régnant à la surface libre dudit liquide, de sorte qu'on obtient une solution gaz-liquide, après quoi on introduit cette solution- dans ledit liqui- TO de sans modification notable de la pression. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fournit au mélange gaz-liquide, une quantité de gaz supérieure à celle qui peut être- dissoute dans le liquide. 3. Prpcédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 15 2, caractérisé en ce qu'on élimine le gaz qui n'a pas été dissous dans le liquide avant que la solution gaz-liquide ne soit introduite dans le liquide considéré. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange gaz-liquide est transpor- 20 té, par exemple par pompage, dans une zone de retard ou de maintien placée à une profondeur au-dessous de la surface libre du liquide considéré calculée de façon à faire régner la pression désirée dans cette zone. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce 25 que le mélagne gaz-liquide est transporté à une vitesse supérieure à la vitesse d'élévation des bulles de gaz contenues dans le mélange par exemple à une vitesse supérieure à 40 cm/s. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la solution gaz-liquide est introdui- "50 te dans ledit liquide de façon à être répartie sur une large zone de ce liquide. 7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs pompes ou autres machines analogues 35 destinées au transport du gaz ou du liauide, qui sont reliées par une ou plusieurs conduites à un récipient ayant des orifices de sortie de la solution gaz-liquide, ce récipient étant sous pression et pré-sentant'une capacité adaptée aux débits de gaz et de liquide de manière que le temps de passage du gaz et du liauide à travers le ré 72 03253 7 2124331 cipient soit relativement important, de préférence supérieur à trois minutes. 8. installation suivant la revendication 7.» caractérisée en ce que le récipient est agencé de manière à constituer une chambre 5 de mélange dont la partie supérieure présente un orificç pour la sortie de l'excédent de gaz. Q. Installation suivant l'une quelconaue des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les pompes sont placées à la surface d'une masse de liquide et agencées de manière à envoyer le gaz et le 10 liquide, par une conduite commune, au récipient qui est disposé à une profondeur considérable dans la masse de liquide. 10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce qu'au moins l'une des pompes est munie d'une conduite d'aspiration dont l'entrée peut être placée en n!importe quel endroit voulu T5 de préférence dans la masse du liquide considéré. 11. Installation suivant la revendication Q, caractérisée en ce qu'une ou plusieurs conduites sont reliées à la sortie du récipient et débouchent dans la masse de liquide à une certaine distance du récipient, à peu près à la même profondeur que ce dernier. 20