Brevet FR2242137A1 — publié le 19750328

La dissolution d'un gaz miscible dans un produit liquide fait intervenir deux facteurs principaux, à savoir la surface en contact et la pression imposée au produit liquide. les procédés de dissolution généralement mis en oeuvre pour tenir compte de ces deux facteurs font intervenir une injection de gaz dans un milieu liquide éventuellement soumis à un brassage dans le récipient gui le contient. Une telle technique ne donne pas entière satisfaction car la dissolution d'une forte proportion de gaz requiert une durée de traitement qui est incompatible avec la plupart des applications envisagées ou de-l'utilisation future du produit résultant obtenu.En outre, les procédés cidessus ne permettent pas d'assurer économiquemènt la dissolution dtun gaz miscible dans une grande quantité de produit liquide qui doit alors 8trie soumise à des phases de traitement successives faisant intervenir une dépense d'énergie importante. La présente invention vise # résoudre le problème ci-des- sus en crdant un nouvel appareil capable d'assurer, de façon économique et relativementrapide, la dissolution contrée d'un gaz miscible dans un produit liquide quelle que soit la quantité à traiter. Conformément à l'invention, l'appareil pour la dissolution d'un gaz miscible dans un produit liquide est caractérisé en ce qu'il comprend une pompe centrifuge comportant un dispositif d'alimentation en gaz miscible formant au moins une buse d'alimentation ouvrant à l'intérieur de la pompe à proximité d'une veine fluide présentant, lors du fonctionnement, une pression approximativement égale ou supérieure à zéro, le dispositif d'alimentation étant associé# à un contr & eur-régulateur#de débit appréciant l'un au moins des paramètres de fonctionnement de l'installation dans laquelle l'appareil est intégré. L'invention concerne également ltapplîcation particulière de l'appareil à la dissolution dtosygène, soit à poste fixe, soit à poste mobile, notamment pour le traitement des. eaux usées ou des eaux polluées. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe-élévation de l'appareil conforme à l'invention. La xig. 2 est une vue transversale schématique prise sensiblement selon la ligne Il-Il de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe-élévation partielle illustrant à plus grande échelle l'un des organes constitutifs de lappa- reil. La fig. 4 est une vue schématique montrant un exemple d'application de l'appareil. Selon la fig. 1, l'appareil est constitué par une pompe centrifuge 1 comprenant deux flasques latéraux 2 et 3 montés sur une bache spirale 4 comportant une tubulure de refoulement tangentielle 5. Le flasque 3 est associé à un palier multiple 6 supportant un arbre 7 qui traverse le flasque 3 au moyen d'un joint presse-étoupe 8. À l'intérieur de la cavité 9 ménagée par les flasques 2 et 3 et la boche 4, l'arbre 7 porte une roue à aubes 10 dont le diamètre d'entrée correspond sensiblement à la section d'une tubulure d'aspiration centrale il formée par le flasque 2. La tubulure il est munie d'une bride 12 pour son raccordement avec un conduit 13 plongeant dans un récipient de produit liquide 14.Le fonctionnement de la pompe centrifuge cidessus résulte, après amorçage, de la rotation de l'arbre 7 entraîné par tout organe moteur approprié. La mise en rotation de la roue à aubes 10 a pour effet d'aspirer, par la tubulure 11, le produit liquide qui est soumis par l'effet des aubes 10a à une centrifugation ainsi qu'à un refoulement dans la boche 4. Les pompes centrifuges du type ci-dessus présentent la particularité d'être traversées par un produit liquide soumis à trois variations de pression. En effet, dans la zone À schématisse à la fig. 2, règne une pression inférieure à celle imposée au produit liquide dans le récipient 14. la pression relative de la zone À décrott dans la zone B au niveau de laquelle l'action de centrifugation produit une détente du liquide. La zone B est bordée par une veine C dite neutre correspondant sensiblement à la périphérie de la roue à aubes 10 et dans laquelle le produit liquide commence à être soumis à une pression croissante due à sa projection dans la bâche spirale 4.En réalité, la veine C dite neutre occupe une position radiale dépendant de la pression de refoulement du produit liquide et aussi de la diffé rence de pression régnant entre le circuit -d'aspiration et le circuit de refoulement de la pompe. Cette veine o représente, en outre une zone de brassage intense ainsi qu'une zone au delà de laquelle la pression tend à croître au fur et à mesure de 1' éloignement radial. L'obået de l'invention est justement d'utiliser cette veine C pour assurer une alimentation en gaz miscible dont la dissolution est ainsi favorisée par une grande surface d'échange due au brassage des fluides en présence et par une compression--- croissante permettant d'atteindre des taux importants de dissolution.L'objet de l'invention consiste, par ailleurs à déterminer le point d'alimentation en gaz à dissoudre pour le situer le plus près possible de la tubulure de refoulement 5 à l'eneon- tre du sens de rotation de la roue à aubes figurée par la fli- che f de manière à disposer d'un trajet de circulation maximale à l'intérieur de la bâche spirale 4 pour favoriser la phase de dissolution du gaz miscible dans le liquide avant que ce dernier n'empreinte la tubulure 5 Selon l'invention, le dispositif d'alimentation en gaz miscible,, désigné dans son ensemble par la référence 15 aux fig. 2 et 3, comprend un bottier 16 s'élevant à partir de la bâche spirale 4 de manière à border un trou 17 pratiqué dans cette dernière.Le bottier 16 est fermé par un fond 18 muni d'une douille 19 de centrage et de guidage axial pour un tube 20 formant, à l'iatérieur de la boche 4, une buse 21 dirigée dans le sens de rotation de la-roue à aubes 10. Un soufflet d'étanchéité 22 est rendu solidaire du tube 20 et de la douille 19 pour isoler le volume interne de la bâche 4 du bottier 16 qui est fermé par un couvercle 23 entourant le tube 20. Ce dernier porte un plateau 25 délimitant#à l'intérieúr du bottier 16 deux chambres à volume variable dont l'une communique avec le milieu ambiant par un tube de mise à l'air libre 26 et dont l'autre est maintenue par une canalisation 27 en relation permanente avec le pression de refoulement de la pompe. Le dispositif d'alimentation est astreint à occuper une position neutre stable par l'intermédiaire d'un ressort de rappel 28, par exemple, un ressort hélicoïdal travaillant à la compression, interposé entre le fond 18 et le plateau 25 pour maintenir le tube 20 dans une position d'extension radiale minimale à l'intérieur de#la bache spirale 4. Au-delà du couvercle ou chape 23 le tube 20 est relié par un soufflet 29 à une canalisation 30 issue d'un contrôleur 31 du débit de gaz miscible introduit ou prélevé par une canalisation d'admission 32. Selon la forme de réalisation schématique illustrée par la fig. 2, le contrôleur 31 comporte entre les canalisations 30 et 32 un siège 3 pour un obturateur 34 dont la position est commandée à distance par un détecteur appréciant un paramètre de fonctionnement de l'installation par exemple le débit de refoulement de la pompe, la pression différentielle entre l'entrée et la sortie du liquide ou encore le pH du produit liquide résultant. L'appareil décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante Si l'on considère que les conditions de fonctionnement de la pompe centrifuge sont telles que le pression de refoulement est faible, on conçoit que la veine C dite neutre occupe la position radiale la plus éloignée par rapport à roue à aubes 10. Pans ces conditions, l'action du ressort 28 est prépondérante à celle de la pression captée par la tuyauterie 27, de sorte que le dispositif d'alimentation en gaz miscible est placé dans l'd- tat de fonctionnement illustré par la fig. 3. Dans cet état, la buse 21 occupe une position radiale correspondant sensiblement à celle de la veine C, de sorte que le produit liquide refoulé crée, par dépression au droit de l'orifice de la buse 21, une aspiration du produit gazeux qui est soumis à une forme d'atomisation ayant pour effet de faire croître la surface d'échange entre le gaz miscible et le liquide. Le produit gazeux atomisé est pris en charge par le produit liquide refoulé et suit alors une direction résultant de la composante de la vitesse angulaire et de la force centrifuge imposées au produit liquide.Le produit gazeux atomisé est par conséquent soumis au fur et à mesure de son déplacement vers la paroi périphérique de la bâche 4 à une pression criSQante qui favorise-Ag sz dissolution' dans le produit liquide avant d'atteindre la tubulure de refoulement 5. Si les conditions de fonctionnement de la pompe varient et font naître dans la bâche spirale 4 une pression de refoulement supérieure, la veine C dite neutre subit un déplacement radial tendant à la rapprocher de la roue à aubes 10. La pres sion de refoulement supérieure est captée dans la tubulure de refoulement par la tuyauterie 27 pour être appliquée sur le plateau 25à l'encontre de l'action du ressort de rappel 28. Le tube 20 est ainsi déplacé axialement dans le sens de la flèche f1, d'une mesure suffisante pour que la buse 21 reste en relation avec la veine# fluide C de manière à-bénéficier des conditions optimales d'atomisation et de dissolution du#produit gazeux miscible. Comme cela ressort de ce qui précède, la mise en oeuvre des moyens selon l'invention permet de réaliser, pour un prix de revient et d'exploitation intéressants, un appareil réunissant les conditions optimales de dissolution d'un gaz miscible à savoir : la pression imposée au produit liquide et-la surface d'échange entre ce dernier et le produit gazeux. Par ailleurs, la ónstitution particulière de l'objet de l'invention est prévue pour que l'admission de produits gazeux soit située au niveau du circuit de refoulement de la pompe, ce qui permet de supprimer totalement les risques de désamorçage de cette dernière. De plus, les conditions de dissolution optimales sont maintenues de façon automatique par l'intermédiaire du dispositif d'alimentation asservissant la position radiale de la buse 21 aux déplacements relatifs de la veine C. Pans ce qui précède, on indique que les conditions de fonctionnement de la pompe créent-par dépression une aspiration du produit gazeux miscible prélevé à partir d'un réservoir ou également dans certains cas du milieu ambiant. On peut également envisager de relier la canalisation 32 à une réserve de gaz sous pression notamment dans le cas où la pompe comporte une alimentation ou charge. Dans-un tel cas, la buse 21 se conduit alors comme un injecteur et la pression d'injection est par exemple choisie en fonction de la pression, de préférence réglable, ata- limentation de la pompe en produit liquide. Le fonctionnement de l'appareil, est par ailleurs, réglé par l'intermédiaire du eontr81eur 31 dont l'obturateur 34 est amené à faire varier ou interrompre le débit du produit gazeux miscible en fonction de conditions de régulation propres prélevées par le détecteur chargé de commander, à distance, la position de l'obturateur 34. L'appareil de dissolution selon l'invention peut recevoir de nombreuses applications dans des domaines excessivement variés Une application préférée consiste à utiliser l'appareil pour assurer l'oxygénation ou la réoxygénation des eaux usées ou polluées ou même de cours d'eau en disposant l'appareil sur un poste mobile de manière à bénéficier du déplacement de ce dernier pour assurer simultanément une oxygénation locale. L'appareil selon l'invention permet de réduire les durées et coût de traitement des eaux usées et polluées, en particulier lorsqu'il est utilisé pour assurer le transfert des eaux d'un poste de production 35 vers un bassin 36 de traitement mettant en oeuvre par exemple un lit 37 bactériologique (fig. 4).En effet, une telle disposition permet d'oxygéner de façon contrôlée les eaux usées au moment de leur transfert, ce qui réduit à la valeur minimale la turbulence créée dans le bassin 36 dans lequel l'efficacité du lit bactériologique 37 est alors maximale. L'exemple de la fig. 4 montre que l'installation de transfert prévoit la prise en charge de l'ensemble de la production des eaux usées entre le poste 35 et le bassin 36. Pans certains cas, il est possible d'envisager simplement la prise en charge partielle des eaux usées puis, après oxygénation, leur réintroduction dans le circuit de transfert en amont du bassin de décantation 36. La mise en oeuvre de l'appareil selon la fig. 4 permet d'obtenir un bassin de décantation à faible courant et par conséquent de réaliser un traitement efficace et rapide par l'intermédiaire du lit bactériologique en réduisant voire en supprimant les produits de précipitation, de floculation ou de catalyse normalement utilisés. Il est évident qu'il est possible aussi d'incorporer directement la pompe au bassin 36 lorsqu'il est souhaitable d'interrompre la liaison entre les postes de production et de traitement. il y a lieu de noter que l'appareil présente un autre avantage non négligeable en assurantune hydro-flottaison des boues légères qui peuvent ainsi être prélevées par simple écrémage pour obtenir rapidement des eaux claires débarrassées des boues lourdes précipitées. REVENDIOAXIONS 1 - Appareil pour la dissolution d'un gaz miscible dans un produit liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe centrifuge comportant-un dispositif d'alimentation en gaz miscible formant au moins une buse d'alimentation ouvrant à l'intérieur de la pompe à proximité d'une veine fluide présentant, lors du fonctionnement, une pression approximativement égale ou supérieure à zéro, le dispositif d'alimentation étant associé à un con trôleur-régulateur de débit appréciant l'un au moins des paramètres de fonctionnement de l'installation dans laquelle l'appareil est intégré. 2 - Appareil suivant la revendication i, caractérisé en ce que la pompe centrifuge est associée à un dispositif d'alimentation en gaz miscible comportant une buse d'alimentation portée par un organe de réglage de sa position par rapport à la veine fluide présentant lors du fonctionnement une pression voisine de zéro. - 3 - Appareil suivant la revendication i ou 2, caractérisé en ce outil comprend une pompe centrifuge comportant un dispositif d'alimentation en gaz miscible placé le plus près possible de la tubulure de refoulement de la pompe à l'encontre du sens de rotation de la roue à aubes et formant une buse d1alimenta- tion associée à un organe de -réglage sensible aux- variations de pression régnant dans l'installation de circulation comprenant la pompe. 4 - Appareil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation comprend un boîtier monté sur la bâche spirale de la pompe le plus près possible de la tubulure de refoulement dans le sens contraire au sens de rotation de la roue à aubes, ledit boitier étant traversé par un tube d'admission de gazfimiscible formant, à l'intérieur de la boche spirale, une buse dirigée dans le sens de rotation de la roue à aubes et normalement sollicitée en extension radiale minimale à l'intérieur de la bâche par l'intermédiaire d'un organe élastique agissant sur un piston rendu solidaire du tube pour délimiter dans le boîtier deux chambres à volume variable dont l'une, contenant -l'organe élastique, communique avec le milieu ambiant et dont l'autre est en relation constante avec la pression de refoulement de la pompe. 5 - Appareil suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation prolongé par la buse est relié par un manchon souple à une canalisation issue d'un contr3leur-régulateur de débit comportant un obturateur commandé à distance par un détecteur de l'un des paramètres de fonctionnement de l'installation. 6 - Application de l'appareil suivant l'une des revendica tions 1 à 5 à une installation de traitement des eaux comprenant au moins un bassin de traitement dont l'eau est soumise à une ôxy- génation par l'intermédiaire dudit appareil.