Brevet FR2299903A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne les dispositifs de dissolution de gaz dans les liquides et plus particulièrement le traitement des eaux par aération, ozonisation, oxygènation, chloration, etc... Dans les dispositifs connus de ce genre, le gaz divisé en bulles dans le liquide s'y dissoud mais entraine dans son ascension le liquide ainsi chargé en gaz; de ce fait, le taux de dissolution maximum qu'il soit possible d'obtenir est celui correspondant à la saturation à la pression de la surface du liquide. Dans un réservoir de traitement, de par le mouvement de convection ainsi créé dans le liquide, la concentration des gaz dans les couches profondes ne peut être supérieure à celle correspondant à la saturation du liquide à sa surface et se trouve vite très éloignée de la concentration de saturation pour la pression correspondant à la profondeur des cou ehes liquides. Le même phénomène se produit dans la dissolution par division en pluie du liquide dans le gaz. Or le rapport : concentration / concentration de saturation conditionne les réactions biochimiques dans les traitements des eaux par réactions bactériennes. Les fermentations aérobies cessent pratiquement dès une certaine profondeur au bénéfice des fermentation anaérobies putrides (phénomène d'envasement). Ce phénomène oblige à des bassins très étendus et peu profonds. ( En pisciculture, les truites n'acceptent de vivre que dans les 50 cm supérieurs des bassins, car elles ne peuvent vivre que pour un rapport C/Cs supérieur à 0,5 ). Jusqu'à présent, les méthodes employées ne permettent d'aérer efficacement (dans le cas des traitements par l'air) que la couche de surface des eaux. Le dispositif suIvant l'invention permet non seulement d' éviter ces inconvenients mais de plus d'envisager des applications nouvelles à la diffusion des gaz dans les liquides, et plus parti culièrament de l'air dans 1'eau. Ce dispositif amène le liquide de surface au fond de l'enceinte, et le rejette, au fond, avec une con ieyltration de gan dissout très troche de la concentration de saturation a cette profondeur. - Un perler rz étant est que le liquide de surface ani.en au on est avide de gaz dont la dlsiolution est rapide et efficace. - Un deuxième résultat est que le liquide, en remontant dans le bassin de traitement, de par ce mouvement de convection inverse de ce qu'il est d'ordinaire, se trouve en saturation de gaz; que toute la masse du liquide est bioceimisuerrienb active quelle que soit la profondeur du réservoir. - Un troisième résultat est de pouvoir utiliser l'action du liquide saturé sur le fond même du bassin, à l'oxydation des vases par exemple, dont la fermentation devient aérobie et qui de ce fait disparaissent en tant que telles. - Un quatrième résultat est d'obtenir un dispositif très efficace immergé, à l'abri du gel et esthétiquement satisfaisant. - Un cinquième résultat est de pouvoir associer plusieurs dispositifs pour obtenir un traitement modulaire de grands volumes d'eau en deux étapes : désenvasement, puis simple satisfaction de la Demande Biochimique en Oxygène (DBO). Le dispositif objet de l'invention fonctionne immergé et comporte un bac de diffusion du baz, placé au fond du bassin de trai tement. Ce bac est intérieurement équité de diffuseurs poreux alimentés en gaz, répartis sur toute la surface utile. Ce bac est alimenté en liquide venant de la surface par un conduit débouchant au fond du bac sous le niveau des diffuseurs. L'autre orifice du conduit est situé juste sous la surface du liquide dans le réservoir de traitement. Le bac est coiffé très largement par un bac déflecteur ouverture dirigée vers le bas, retenant le gaz remontant du bac de diffusion, ne le laissant s'échapper que dans la mesure où un volume suffisant de gaz reste emprisonné, créant ainsi une surface profonde de séparation gaz-liquide. Ce déflecteur, en ménageant une hauteur suffisante de liquide entre le bord supérieur du bac de diffusion et la surface de séparation gaz-liquide , guide l'évacuation du liquide traité parallèllement au fond du réservoir de traitement. Pour fixer le niveau de la surface de séparation gaz/liquide, le déflecteur est équipé dans sa partie supérieure d'un dispositif de régulation de l'évacuation du gaz résiduel Les diffuseurs sont placés de sorte que les bulles ne puissent remonter dans le conduit d'amenée du liquide à traiter. Il n' est pas nécessaire de forcer la circulation du liquide à traiter dans le dispositif, celle-ci se faisant d'elle-mêne de par la nliffé- rence de densité lobale existant entre le liquide environnant et le mélange -liquide-gaz au dessus des diffuseurs.La diffusion du gaz dans ce dispositif peut être obtenue également par injecteur de liquide entrainant le gaz de surface; cette introduction gaz-liquide se fait par le conduit d'amenée, il suffit que les bulles de gaz ne puissent remonter dans le conduit d'amenée. Cette technique n'est possible et E téressa-nte que si le bac de diffusion est à faible profondeur. Dans sa réalisation la plis simple, le dispositif ne comporte rien d'autre. La régulation d'évacuation des gaz résiduels se fait par un simple ajutage, la pression du gaz résiduel au-dessus de la surface de séparation gaz-liquide augmentant si le niveau de cette surface s'abaisse. D'une manière générale, la différence de pression entre l'intérieur des conduits d'amenée du gaz et l'intérieur des conduits d'évacuation du gaz résiduel correspond à la différence de pression dans le liquide entre le niveau des diffuseurs et le niveau de séparation gaz-liquide. Le gaz résiduel sous pression peut entre utilisé comme force motrice, ou, de par sa détente comme fluide réfrigérant (application utile en pisciculture) Comme exemple chiffré, dans un dispositif utilisé à 20 mO- tres de profondeur, paur une différence de niveau diffuseur - surface de séparation de 3 mètres, la pression du gaz d'arrivée est de l'ordre de 2 w #cm2 et la pression du gaz d'évacuation de 1,7 #cm2. l'énergie de ce fluide sous pression peut Outre #tilisée en complé- ment à l'énergie nécessaire à la compression du gaz neuf. La dépense d'énergie est alors relativement indépendante de la profondeur à laquelle est placé le dispositif. Selon une autre réalisation de l'invention, le déflecteur se prolonge vers le bas jusqu a un niveau correspondant au fond du bac de diffusion afin de permettre, par interruption de l'évacuation du gaz résiduel, que celui-ci occupe la presque totalité du bac de diffusion, mettant ainsi les diffuseurs hors liquide; résultat à obtenir lors d'un arrêt de l'alimentation en gaz, ou pour intervention par plongeurs sur les dits diffuseurs. Selon une autre réalisation de l'invention, le conduit d'a menée du liquide à traiter est réalisé en plusieurs parties, coulis sant l'une dans l'autre, les parties supérieures étant retenues par flotteur afin que l'orifice supérieur reste toujours sous la surface du liquide quand le niveau de celui-ci varie; cet orifice est taillé en sifflet afin de profiter avantageusement des courants de surface. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention en application à l'aération de l'eau profonde d'un lac pollué. Tel qu'il est représenté, le dispositif comporte un bac de diffusion A maintenu sur le fond, légèrement surélevé par rapport à celui-ci. Le fond du bac A est légèrement conique et équipé à sa base d'un dispositif (5) d'évacuation des boues qui pourraient s'accumuler. Ce dispositif (5) est une simple trappe ou une petite turbine à moteur pneumatique actionné par le gaz de traitement. Au centre du bac A débouche le conduit B amenant les eaux de surface; le dispositif de fixation de B sur A n'a pas été représenté. La partie supérieure du conduit B est constituée d'un conduit B coulissant sur B, et maintenu à un niveau constant sous la surface des eaux par un dispositif à flotteurs F. L'orifice supérieur du conduit E est taillé en sifflet pour profiter de l'effet des courants de surface; le dispositif d'orientation (empenage) n'est pas représenté. Autour du conduit B est fixé le bac déflecteur C dont le bord inférieur descend plus bas que le fond du bac A. Dans sa partie supérieure le déflecteur C est équipé d'un dispositif (1) de régulation d'échappement de l'air résiduel; ce dispositif, ici à flotteur et pointeau, détermine la formation d'une surface de séparation de l'air et de l'eau à un niveau (a) par retenue du volume d'air adequat. L'air résiduel est évacué par le conduit (2) pour utilisation annexe. Le niveau (a) est déterminé suffisemment au-dessus du bord supérieur du bac A pour que l'eau puisse circuler au-dessus de ce bord. Une rampe circulaire (3) de diffuseurs D est placée en couronne autour du conduit B au-dessus du bord inférieur de ce conduit. Les diffuseurs sont placés près les uns des autres, ne ménageant entre eux que l'espace ncessaire à la circulation de l'eau. les diffuseurs D sont alimentés en air sous pression par la rampe (3), ellemême alimentée en air par le conduit d'amenée (4). les diffuseurs sont avantageusement réalisés en petites billes de verre fritté. Quand les diffuseurs sont alimentés, tout le volume compris entre le bac de diffusion A et le conduit d'amenée B, et entre les diffuseurs D et la surface de séparation (a), est rempli d'un mélange air-eau de densité inférieure à l'eau environnante, ce qui se traduit par une différence de pression entre le dessous et le dessus des diffu seurs. Cette différence de pression provoque le mouvement de l'eau de bas en haut dans le volume"aéré", mouvement alimenté par l'eau provenant et ne pouvant provenir que du fond du bac A, eau ne pou vant provenir que du conduit B, partant de la surface. Durant son mouvement ascendant au-dessus des diffuseurs, l'eau dissoud un ma ximum d'air, et, guidée par le déflecteur C, est dirigée vers le fond, quasiment saturée en air à la profondeur correspondante; les flèches indiquent le mouvement de l'eau. En interrompant l'évacuation de l'air résiduel, celui-ci va constituer une vaste bulle jusqutà ce que le niveau de l'eau à l'in térieur descende jusqu'à l'orifice inférieur du conduit B, après quoi cet air s'échappera vers le haut dans le conduit B. Ce résultat est à atteindre pour mettre les diffuseurs hors eau, quand on veut inter rompre l'alimentation en air, afin que l'eau ne pénètre pas dans les diffuseurs, ce qui nuirait à leur bon fonctionnement ultérieur. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où on désire dissoudre un maximum de gaz dans un volume de liquide, et où l'on ne veut ou ne peut utiliser des bacs de trai tement étendus de faible profondeur; notamment, dans le traitement biochimique des eaux, les organismes actifs étant tués en surface par les rayonnements ultra-violets. Il peut être immergé dans des bacs ou retenues existants, ou incorporé dans une chaine de traiter ment. Des applications intéressantes sont: - l'assainissement des lacs pollués; - l'assainissement de retenues d'eau destinées à la consommation; - le traitement d'eaux résiduelles industrielles; - la constitution de lits bactériens à circulation ascendante anti colmatage; - le traitement des eaux ferrugineuses, etc... - l'aération d'eau en bac de pisciculture profond. Dans tous les cas, la superstructure est minimum. REVENDICATIONS 1. Dispositif immergé permettant de dissoudre un maximum de gaz dans les couches profondes d'une masse liquide, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen d'amenée du liquide de surface en profondeur, un moyen de diffusion du gaz dans le liquide amené à cette profondeur, un moyen de séparation du gaz du liquide à cette profondeur, un moyen d'évacuation séparée des deux fluides et natamment d'évacuation du liquide quasi-saturé à cette profondeur sans qu'il soit entrainé vers le haut par le gaz résiduel. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la diffusion du gaz se fait dans un bac de diffusion profond alimenté en liquide de surface par un conduit et totalement coiffé d'un large bac de retenue renversé, retenant un volume sensiblement constant de gaz résiduel et laissant s'évacuer le liquide traité. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de régulation d'évacuation du gaz résiduel est un orifice d'évacuation de gaz calibré. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de régulation d'évacuation du gaz résiduel est un orifice à pointeau actionné par la variation du niveau de séparation gaz/liquide dans le bac de retenue. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de circulation du liquide de la surface vers le fond est un puissant jet de liquide entrainant également le gaz de surface, ceci dans un conduit d'amenée au bac de diffusion. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de circulation du liquide de surface vers le fond est un cloisonnement dans le bac de diffusion de manière à utiliser la différence de densité entre le liquide et le mélange liquide-gaz.