Brevet FR2249703A1 — publié le 19750530

a présente invention a pour objet une disposition pour réaliser des échanges gaz-liquide, et en particulier l'echange eau-oxygene QU il est generale- ment nécessaire de traiter d'importantes quantités d'eau, par exemple dans les lacs, les fleuves ou les stations d'épuration de grandes villes. On est alors conduit à envisager des systèmes à faible dépense energetique et, dans la mesure du possible, faible encombrement. En we d'atteindre ces conditions, l'invention consiste à prendre le liquide à traiter à un niveau choisi dans la masse de liquide, à lui faire effectuer dans au moins deux tuyaux verticaux des parcours descendant dans l'un des tuyaux et ascendants dans l'autre tuyau, ces parcours se faisant en contact avec des bulles de gaz introduites de préférence à la partie supéreure des tuyaux, la longueur des -tuyaux étant telle que ces parcours comportent des zones de fortes pressions vers leurs bases, l'eau tritée étant reietee à un niveau choisi dans la masse du liquide. elon les conditions d'exploitation, l'eau pourra être prise et rejetée sensiblement au même niveau ou à des niveaux différents dans lamasse de liquide traiter. Les zones de forte pression à la base des tuyaux sont fonction de la hauteur des colonnes d'eau pratiquement equilibrees dans les tuyaux verticaux mais sont quasiment indépendantes de la pression de pompage. Dans ces conditions, L'énergie mise en jeu dans le système se limite, d'une part aux pertes de charges de l'ecoulement dans les tuyaux, et d'autre part à la compression de la portion de gaz qui se dissout dans le liquide au cours de ltechange gaz-liquide. Si l'on n'introduisait pas le gaz à la partie supérieure du dispositifs mais à une certaine profondeur, on depenserait de lTenergie supplémentaire. on peut ainsi, avec une consommation d'énergie réduite, réaliser des facteurs favorables à ltefficacíte de l'échange liquide-gaz, à savoir un long temps de parcours du compose liquide-gaz et des zones à pression elevee. I1 en résulte une efficacité accrue de l'echange liquide-gaz de sorte que lton peut réduire la quantité de gaz introduite à une valeur minimum, ce qui présente un intérêt économique dans le cas d'un gaz coûteux. De plus, l'inJection de gaz en faible quantité permet la formation de petites bulles isolées, limitant les risques de coalescence, augmentant encore 'efficacité du procédé. Dans le cas de traitement de l'eau d'un lac, par oxygénation, ltappareil pour la mise en oeuvre de l'invention peut consister en deux tuyaux verticaux concentriques, relies à leur base et à leur extrémité supérieure, portes par des flotteurs, la prise d'eau et le rejet de l'eau traitée se faisant sensiblement au même niveau dans l'un et l'autre tuyau, ees niveaux étant convenablement choisis en fonction des conditions d'exploitation dans le lac, une circulation montante et descendante de l'eau étant assurée dans ces deux tuyaux entre la prise et le rejet, l'air nécessaire à ltoxygénation étant aspiré par le haut du tuyau à circulation descendante. On pourra, dans le cas de conditions d'exploitation particulières dans le lac, par exemple pour créer des courants ascendants en vue d'un brassage de l'eau favorable à des réactions bactériologiques, décaler de la valeur nécessaire les niveaux de la prise d'eau et de son rejet. Dans le cas d'une installation d'épuration d'eau d'une ville dans un bassin de faible profondeur, les deux tuyaux concentriques verticaux seront disposes dans un puits prealablement fore, l'eau et l'air pénétrant alors la partie supérieure de l'un des tuyaux pour descendre au fond de celui-ci et remonter à la partie supérieure de l'autre tuyau ou lteau traítee est rejetée à la base du bassin. On voit que dans ces deux cas de réalisation, on peut obtenir un long parcours d'échange et une zone de forte pression à la base des tuyaux verticaux simplement en donnant à ceux-ci une longueur convenable, ce qui dans un lac ne pose aucun problème, puisque l'on dispose en général de la profondeur nécessaire et ce qui dans une station de traitement d'eau se réduit au coût du forage relativement peu élevé du puits dans lequel seront disposes les tuyaux. Ci-ap{es, à titre d'exemples, deux formes de réalisation de l'invention en référence aux figures annexées - la figure I est une vue en coupe verticale d'une installation pour ltoxygénation de l'eau d'un lac, - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'une installation poùr l'epuration de l'eau d'un bassin. En référence à la figure 1, on voit la surface 3 d'un lac dont on veut traiter 'eau par oxygénation. Le dispositif selon l'invention consiste en une tour flottante ou l'eau à traiter est prise dans le lac selon la flèche F par ltorifice annulaire 2 pour monter dans les tuyaux concentriques 3 et 4 suivant les flèches Fl sous l'action d'une pompe 5 entraînée en rotation par un moteur 6. Sous l'action de la pompe 5 l'eau descend dans le tuyau central 7 suivant les flèches F2 en aspirant de l'air sous forme de bulles par effet de dépression par le tube 8 muni d'une vanne 9 de réglage de débit, pour arriver avec les bulles d'air à la base du tuyau central 7 et remonter dans le tuyau annulaire 10 avec ces bulles, pour être rejetée apres oxygénation par les bulles d'air dans le lac par ltorifice 11 selon la fleche F3, les bulles d'air continuant à monter dans le tuyau annulaire 3 en passant par la buse annulaire 3' de section réglable ou elles commencent le traitement de l'eau qui arrive en 3. L'eau introduite en 2 est d'abord oxygenee dans le tuyau 3 par les bulles d'air de reprise appauvries provenant du tuyau 10 par ltintermediaire du decan- teur à air 12 et de la buse 3'. L'air appauvri en oxygène passe dans un deuxième décanteur à air 13 et sort dans l'atmosphere selon la flèche F7 par le tube 14 muni d'une vanne 15. L'eau continue à monter dans le tube 4 puis est à nouveau traitée par l'air frais aspire par le tube 8, au cours de sa descente dans le tuyau 7 et sa remontez dans le tuyau 10. L'échange oxygene-eau se fait dans les conditions les plus favorables vers le bas des tuyaux 7 et 10 ou la pression est la plus élevée. On réalise ainsi les facteurs d'echange les plus favorables de pression elevee et de long parcours en ayant à fournir de l'énergie de pompage correspondant aux pertes de chargas de l'Ecoulement dans les tuyauteries 7, 10, 3, 4 et la compression de la portion de l'air qui se dissout dans l'eau au cours de ltoxygenation de celle-ci. La tour constituant cet ensemble est maintenue en flottaison au moyen d'un flotteur annulaire immerge 16 convenablement calcule pour donner à la tour la profondeur d'immersion voulue. Lors de la première mise en place de la tour, ou lorsquton arrête son fonctionnement, ctest- -dire lorsqu'elle ne contient que de l'eau, sans air, elle se place à une profondeur dtimsersion telle que le bord 17 du tuyau 7 se trouve immergé, de sorte qu'il est alors noyé et que l'amorçage de la pompe 5 est automatique. Lorsque l'installation fonctionne, avec introduction d'air en 8, le mélange air-eau à l'interieur de la tour est moins dense que l'eau seule, de sorte que la tour se relève pour prendre la position indiquée dans la figure 1. La figure 2 se rapporte au traitement de l'eau par oxygénation dans un bassin 18 de faible profondeur ou l'on voit que l'entree d'eau se fait en 19 elon la flèche F6 et l'entrée d'air par la conduite 8 sous l'action de la pompe 5 entrînée par le moteur 6, l'eau descendant sous l'action de cette pompe avec les bulles d'air dans le tuyau central 2Q selon la flèche P2, pour remonter dans le tuyau annulaire 21 selon la fleche F4, pour être reJetée apres traitement dans le bassin 18 par les tuyauteries 22 selon la flèche F5, ces tuyauteries étant disposées de façon que ce rejet puisse provoquer un brassage dans le bassin pour bien mélanger l'eau epuree avec la masse d'eau dans ce bassin. Le traitement d'oxygenation de l'eau s'effectue dans les mêmes conditions que celles de l'exemple de la figure 1, seuls les niveaux d'entrée et de rejet d'eau ont varie. Bien entendu, ltensemble des deux tuyaux 2Q-21 sera installe dans un puits préalablement fore dans le fond ou à côté du bassin. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour réaliser des échanges gaz-liquide, caractérisé en ce que lton prend le liquide à traiter à un niveau (2) prédéterminé dans la masse (1) du liquide pour lui faire effectuer, dans au moins deux tuyaux verticaux, des parcours descendants dans l'un des tuyaux (7) et ascendants dans l'autre tuyau (10), ces parcours se faisant en contact avec des bulles de gaz introduites dans l'un au moins des tuyaux, la longueur des tuyaux étant telle que ces parcours comportent des zones de fortes pressions vers leurs bases, le liquide traité étant rejeté à la fin du parcours à un niveau prédéterminé (11) dans la masse du liquide. 2/ Disposition pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bulles de gaz sont introduites vers la partie supérieure (8) des tuyaux (7). 3/ Disposition pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que le liquide traite est rejeté sensiblement au même niveau (11) que celui (2) de la prise de liquide. 4/ Disposition pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée et ce que le liquide traité est rejeté à un niveau (22) différent de celui (19) de la prise d'eau. 5/ Disposition pour la mise en oeuvre du procede selon la revendication 1 pour ltoxygénation de l'eau d'un lac (1), caracterisee en ce qu'elle comporte deux- tuyaux verticaux concentriques (7, 10, 3, 4) relies à leur base et à leur extrémité supérieure, portes par des frotteurs (16), la prise d'eau (2) et le rejet (11) de 'eau fraitee se faisant sensiblement au même niveau dans l'un et l'autre tuyau, ces niveaux étant convenablement choisis en fonction des conditions d'exploitation dans le lac, une circulation montante et descendante de l'eau étant assurée dans ces deux tuyaux entre la prise et le rejet, l'air nécessaire à ltoxygenation étant aspire par le haut (8) du tuyau (7) à circulation escendante. 6/ Disposition pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 pour ltoxygénation de l'eau d'un bassin (18) de faible profondeur, caracterisee en ce que deux tubes concentriques verticaux (2Q, 21) sont disposes dans un puits prealablement fore, la prise d'eau et d'air se faisant à la partie supérieure du bassin dans le haut de l'un des tuyaux (20) pour descendre au fond de celúi-ci et remonter à la partie supérieure de l'autre tuyau (21) ou l'eau traitée est rejetée à la base (22) du bassin. 7/ Disposition selon la revendication 5, caractérisée en ee que le tuyau à circulation montante comprend une première section (10) comportant, à sa partie supérieure, un décanteur à bulles (12) introduisant le gaz dans une deuxième section (3), laquelle comporte à sa partie supérieure un deuxieme décanteur à bulles (13? assurant ltévacuation du gaz non dissout.