Brevet FR2234031A1 — publié le 19750117

La présente invention a pour objet un procédé et des appareils perfectionnés pour l'utilisation optimale de l'appoint gazeux dans un système de mélange réactionnel liquide-gaz. Elle se rapporte plus particulièrement à l'injection d'un gaz oxygéné, oxygène pur ou air enrichi en oxygène, dans une masse d'eaux soumises à un traitement d'épuration biologique. On connais des systèmes dans lesquels le gaz d'appoint est injecté dans la partie basse du récipient contenant le liquide. Dans ces systèmes, il est possible d'augmenter le contact entre liquide et gaz par un brassage mécanique du à l'action d'un agitateur immergé. En général, le gaz pur et le gaz recirculé sont injectés par le même diffuseur; le gaz pur est en fait directement ajoute au gaz recirculé et le mélange enrichi est comprimé et injecté au fond du bassin. Ces systèmes connus présentent de nombreux inconvénients dont le plus important est précisément, dans le cas d'injection par le bas, de nécessiter une forte compression du gaz pour vaincre la pression hydrostatique, et de n'impliquer qu'un passage unique, du bas vers le haut, des gaz employés. Ils présentent en outre l'inconvénient de ne pas assurer l'utilisation optimale de l'appoint en gaz riche et en outre d'impliquer le mélange du gaz pur et du gaz de recirculation. La présente invention permet d'obvier aux inconvénients des procédés et installations connus#llerend possible l'utilisation optimale de l'appoint en gaz, le parcours du gaz d'appoint au sein du liquide étant maximum, et d'éviter une forte compression du gaz d'appoint, ce qui entraîne une économie énergétique réelle.Elerend en fait possible un contact de plus grande durée entre eaux à épurer et gaz oxygéné. La présente invention a pour objet un procédé pour l'utilisation optimale de l'appoint gazeux dans un système de mélange réactionnel liquide-gaz, dans lequel le gaz pur ou gaz d'appoint est injecté dans le liquide, au voisinage de la surface du liquide, selon une direction descendante, et dans lequel des moyens sont prévus pour la reinjection dans le liquide de la fraction gazeuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide. Selon une forme d'exécution de l'invention, la fraction gazeuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide est réinjectée dans le liquide par le bas selon une direction ascendante, après compression suffisante pour vaincre la pression hydrostatique. Il est ainsi nécessaire de ne comprimer qu'une partie du gaz destine à réagir avec le liquide. De préférence, le gaz pur ou gaz d'appoint est-injecté dans le liquide en une ou plusieurs zones d'injection proches de la périphérie de la masse liquide. Selon un mode de réalisation de l'invention, le gaz pur ou gaz d'appoint est injecté dans le liquide en une seule zone d'injection et la fraction gazeuse précitée est réinjectée dans le fond de la masse liquide par une seule zone d'injection, située de l'autre côté de la zone d'injection du gaz pur ou gaz d'appoint. Selon un mode de réalisation-de l'invention, le gaz pur ou gaz d'appoint est injecte dans le liquide en plusieurs zones d'injection réparties à proximité de la périphérie de la masse liquide et la fraction gazeuse précitée est réinjectée dans le fond de la masse liquide par des moyens disposés approximativement selon l'axe de symétrie de ladite masse. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens disposés approximativement selon l'axe de symétrie de ladite masse sont des éléments d'injection telle couronne ou rampe, et sont éventuellement combinés à des moyens de brassage, immergés ou non. Selon une autre forme d'exécution de l'invention, la fraction gazeuse qui s accumule au-dessus de la surface liquide est réinjectée dans le liquide par le haut selon une direction descendante par l'intermédiaire de moyens assurant un brassage de la partie supérieure médiane de la masse liquide. Selon une autre forme encore d'exécution de l'invention, la fraction gazeuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide est reinjectée dans le liquide par le bas selon une direction ascendante, le brassage de la masse liquide étant effectué à l'aide de moyens immerges tels agitateurs et similaires. La présente invention a également pour objet des appareils perfectionnés pour la mise en oeuvre des procédés précités. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre non limitatif. Les figures 1 à 4 correspondent à-quatre installations différentes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans ces figures, les mêmes numéros de référence ont été attribués aux éléments ou organes similaires. La figure 1 représente un bassin d'épuration 1 des eaux, Ce bassin contient un certain volume d'eau à traiter. La surface liquide est représentée par la référence 2. Le bassin est clos et contient au-dessus de la surface 2 une fraction gazeuse ou atmosphère gazeuse 3. Le gaz pur ou gaz d'appoint est amené par la conduite 4 et injecté dans le liquide par l-'element de distribution 5. Une partie de la fraction gazeuse 3 est ramenée par la conduite 6, le compresseur 7, la conduite 8 en cuve du bassin 1 et réinjectée dansxle liquide par l'élément 9. Une autre partie de la fraction 3 est rejetée dans l'atmosphère par la conduite 10. Dans le bassin représenté sur la figure 2, la réinjection de la fraction gazeuse réinjectée se fait en position centrale par des moyens 11 permettant une distribution en couronne, ou en rampe. Dans le bassin représenté figure 3, on emploie un aérateur de surface 23 dont on distingue une pale 22; cet aérateur est entraîné par un moto-réducteur 21. Dans ce mode de réalisation, les moyens de recirculation 6-7 et 8 sont supprimés, l'aérateur de surface assurant un brassage suffisant de la masse liquide pour assurer l'oxygénation de cette masse. En fait, l'énergie de brassage et l'énergie de recompression de la fraction gazeuse- à réinjecter sont à peu près équivalentes. Le bassin représenté figure 4 comporte des moyens d'injection 32 et de brassage immergés 31i ces moyens #ont situés centralement en cuve de la masse et leur action est combinée. Dans tous ces bassins, l'injection du gaz d'appoint se fait dans la masse liquide à proximité de sa surface, selon une direction descendante. De cette façon, il n'est nécessaire de fournir au gaz d'appoint que l'énergie suffisante pour vaincre la contre-pression résiduelle correspondant à la hauteur d'eau au-dessus du point d'injection. Par ailleurs, le fait d'injecter a proximité de la surface liquide et selon la direction descendante permet au gaz d'appoint de parcourir dans la masse liquide un chemin pratiquement de l'ordre du double de celui qu'il parcourt lorsqu'on l'injecte par le bas et, partant, d'obtenir une durée de contact gaz-liquide plus grande et donc une oxygénation meilleure de la masse liquide. L'énergie nécessaire à la circulation du gaz d'appoint vers le bas est puisée dans le rouleau (figure 1) ou les rouleaux (figure 2) créés par la réinjection du gaz recirculé, dans la masse liquide, par le fond du bassin selon une direction ascendante. De même, dans le mode de réalisation de la#flgure 3, qui correspond au cas de l'injection du gaz d'appoint selon la périphérie du bassin, le rouleau est créé par le brassage par aération de surface, au contact d'une atmosphère non épuisée, et le brassage central de la masse liquide à-proximité de sa surface. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le brassage par aération et le brassage immergé provoquent également la formation de rouleaux. Dans tous les cas, le gaz d'appoint étant délivré à basse pression, les rouleaux dans lesquels le gaz est injecte correspondent à une certaine forme de récupération de l'énergie car ils contribuent à l'injection à coeur de la masse liquide d'un gaz sans appoint d'énergie pour son injection. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. Ainsi, le perfectionnement selon l'invention peut être appliqué à des installations à multi-étages, après quelques modifications qui apparaîtront évidentes à lihomme de l'art. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour l'utilisation optimale de l'appoint gazeux dans un système de mélange réactionnel liquide-gaz, caracterisé en ce que le gaz pur ou gaz d'appoint est injecté dans le liquide, au voisinage de la surface du liquide, selon une direction descendante et en ce que des moyens sont prévus pour la réinjection dans le liquide de la fraction gazeuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction gazeuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide est réinfectée dans le liquide par le bas sel-on une direction ascendante, après compression suffisante pour vaincre la pression hydrostatique. 3.-- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz pur ou gaz d'appoint est injecté dans le liquide en une ou plusieurs zones d'injection proches de la périphérie de la masse liquide. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que le gaz pur ou gaz d'appoint est injecté dans le liquide en une seule zone d'injection et la fraction gazeuse-pécitée est réinjectée dans le fond de la masse liquide par une seule zone d-'injection située de l'autre côté de la zone d'injection du gaz pur ou gaz d'appoint. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz pur ou gaz d'appoint est injecté dans le liquide en plusieurs zones d'injection réparties a proximité de la périphérie de la masse liquide et la fraction gazeuse précitée est reinjectée dans le fond de la masse liquide par des moyens disposés approximativement selon l'axe de symétrie de ladite masse. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens disposés approximativement selon l'axe de symétrie de ladite-masse sont des éléments d'injection telle couronne ou rampe. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens sont combinés a des moyens de brassage immerges ou non 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction gazeuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide est réinjectée dans le liquide par le haut selon une direction descendante par l'intermédiaire de moyens assurant un brassage de la partie supérieure médiane de la masse liquide. 9.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction gazéuse qui s'accumule au-dessus de la surface liquide est réinjectée-dans le liquide par le bas selon une direction ascendante, le brassage de la masse liquide étant effectué à l'aide de moyens immerges tels agitateurs et similaires. 10.- Appareils pour la mise en oeuvre des procédés précités selon une quelconque des rev#endications 1 à 9. 11.- Application du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 9 au traitement par un gaz oxygéné consistant en oxygène pur ou air enrichi en oxygène, d'eaux souillées soumises à une épuration biologique.