Brevet FR2338072A1 — publié le 19770812

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs d'aération de liquides et plus particulièrement d'eau destinée à constituer un milieu riche en oxygène permettant le développement d'organismes vivants Le dispositif selon l'invention sera notamment utilisé pour l'aération d'eau dans des bassins de pisciculture ; mais il pourra également etre utilisé dans les dispositifs d'oxygénation utilisés dans les installations de traitement d'eaux résiduaires par boues~activées, les particules en suspension étant digérées par les colonies de bactéries se développant dans des conditions aérobies au sein du liquide traité Dans tous ces cas il est nécessaire d'apporter au milieu liquide c'est-à-dire à l'eau itoxygène nécessaire à la vie et au développement des organismes vivants au sein du milieu liquide . On connalt divers dispositifs procédant généralement par émulsion, lteau étant soumise à agitation par une turbine ou rotor, divisant l'eau en une infinité de gouttelettes projetées violemment dans l'atmosphère et retombant au sein du milieu liquide ; cette division de l'eau en gouttelettes permet d'accroftre la surface des échanges entre l'eau et l'air atmosphérique en permettant par conséquent la dissolution d'air au sein du liquide ; parallèlement le brassage crée une émulsion liquide ;( gaz emprisonnant au sein des cellules de l'émulsion ainsi formée une quantité appréciable de gaz qui est entrainé dans la phase liquide sous forme de bulles et enrichit le milieu liquide en oxygène. Il est donc nécessaire de provoquer d'une part un brassage actif permettant des échanges importants entre le liquide et l'air mais également d'assurer une recirculation de la phase liquide vers l'aérateur ou turbine d'aération de façon à obtenir un mélange homogène en évitant ainsi que des zones du liquide ne stagnent sans bénéficier de l'apport régulier d'oxygène atmosphérique A cet effet il est connu de disposer l'aérateur ou turbine d'aération à la verticale d'une cheminée formée d'un cylindre dans lequel l'eau est aspirée depuis la base du réservoir vers le dispositif d'aération;; 1' eau est ensuite projetée par la force centrifuge des palettes de l'aérateur vers la périphérie de la cuve L'invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs de ce type et dans lesquels un aérateur est disposé à la verticale d'une cheminée de recir culation des liquides, en développant le rendement de cet ensemble A cet effet l'invention concerne un dispositif d'aération et d'oxygénation de liquides constituant un milieu biologique, du type dans lequel une turbine d'aération est disposée à la verticale d'une cheminée se prolongeant vers la base du réservoir contenant le liquide, la cheminée guidant la recirculation de la phase liquide depuis la base du réservoir vers la turbine d'aération, caractérisé en ce que l'arbre d'entrafnement de la turbine d'aération se prolonge à l'intérieur de la cheminée et est associé à son extrémité inférieure à un dispositif de circulation rotatif provoquant une circulation forcée du liquide au sein de la cheminée par remontée du liquide depuis la base vers la turbine d'aération. Selon une forme de réalisation particulière le dispositif de circulation forcée monté sur l'arbre de la turbine est constitué par une hélice à palettes Selon une forme de réalisation la cheminée de guidage du liquide de recirculation émerge au dessus du fil de l'eau à l'état de repos, la remontée de l'eau dans la cheminée s'effectuant sous l'action du dispositif de circulation et l'eau étant ainsi projetée depuis la turbine d'aération d'une certaine hauteur jusqu'à ce qu'elle retombe dans la réserve d'eau en accroissant ainsi le temps de passage des gouttelettes d'eau dans la phase atmosphérique et la hauteur de chute de l'eau entrafnant ainsi une émulsion plus importante De préférence la turbine d'aération est constituée par un disque plan disposé horizontalement et perpendiculairement par rapport à l'arbre de rotation vertical, ce disque comportant sur sa face inférieure des palettes radiales Selon un autre développement important de l'invention la base de la cheminée communique, par au moins une conduite, avec l'air atmosphérique Par exemple la cheminée est associée à des conduites annexes débouchant à la base de ladite cheminée, en dessous du niveau du dispositif de circulation, ces conduites étant ouvertes à leur partie supérieure à l'air libre et permettant l'introduction d'air additionnel à la base de la cheminée Selon une variante les dites conduites sont alimentées en air comprimé ainsi insufflé au sein de la phase liquide au niveau de la base de la cheminée D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation particulière présentée à titre d'exemple non limitatif et en se référant à la figure annexée La figure unique représente une vue schématique en coupe d'un dispositif d'aération conforme à l'invention On voit que le dispositif est immergé partiellement dans un bassin, cuve ou réservoir (non représenté au dessin ) et contenant une certaine quantité d'eaul jusqu'au plan supérieur 2 représentant le fil de l'eau . Cette réserve d'eau 1 constitue un milieu biologique par exemple en pisciculturne; il doit donc être oxygéné de façon à apporter aux organismes vivant au sein de ce milieu l'oxygène nécessaire . A cet effet le dispositif d'aération comporte une cheminée de type connu 3 dont la base est immergée dans le réservoir ou la cuve contenant le liquide et cette base 4 est située à faible distance du fond de ce réservoir La partie supérieure 5 de la cheminée émerge largement au dessus du fil de l'eau 2 A l'aplomb de la cheminée la turbine d'aération 6 montée sur l'arbre d'entrat- nement 7 reçoit les eaux remontant depuis le fond de la cuve par la cheminée 3 et les palettes 8,8' projettent violemment les gouttelettes d'eau selon les flèches 9, 9' vers la périphérie où elles retombent dans la masse du milieu liquide en formant une émulsion On obtient donc ainsi un effet d'oxygénation d'une part en brisant la phase liquide en une infinité de gouttelettes qui traversent pendant une course prolongée la phase gazeuse atmosphérique et recevant, grace à la multiplication des surfaces d'échange , de l'air atmosphérique dissous dans l'eau ; en second lieu l'eau en retombant, et grace par ailleurs au mouvement de rotation entrainée au sein de la réserve d'eau, forme une émulsion c'est-à-dire une mousse dans laquelle de 1 'air est occlu sous forme de cellules et ces dernières sont ensuite entrathées du fait de la circulation de l'eau au sein de la phase liquide en formant une infinité de bulles assurant ainsi des échanges importants entre l'air et l'eau et en permettant d'obtenir une dissolution importante d'oxygène au sein de la phase liquide ce qui est le but de l'opération Selon l'invention la circulation de l'eau est accélérée dans le dispositif d'oxygénation par un circulateur à hélices 10 monté à l'extrémité du prologement 11 de l'arbre 7 plongeant à l'intérieur de la cheminée 3 ; on obtient ainsi une circulation forcée de l'eau qui remonte dans la cheminée jusqu'au niveau de la turbine d'où elle est projetée vers la périphérie On notera que dans les systèmes antérieurement connus la cheminée ne remonte pas au dessus du fil de l'eau et la circulation à l'intérieur de la cheminée est obtenue par l'appel que crée la turbine projetant vers la périphérie l'eau située à la partie supérieure de la cheminée ; à cet effet pendant la phase de repos l'aérateur ou turbine 6 (selon les techniques antérieures), est situé sensiblement au niveau du fil de l'eau 2, au contraire dans le dispositif conforme à l'invention il est possible de remonter sensiblement la turbine d'aération 6 par rapport au fil de l'eau en sorte que l'on augmente considérablement le trajet suivi par les gouttelettes d'eau projetées vers la périphérie ainsi que leur hauteur de chute en accroissant par conséquent le temps de contact des gouttelettes dans la phase gazeuse et en obtenant un brassage plus énergique lorsque les gouttelettes retombent à la surface de l'eau ce qui accroft l'effet d'émulsification air/eau L'arbre 7 est raccordé par un dispositif d'entralnement de type connu à un moteur, soit directement soit par un ensemble de démultiplication ;; la vitesse de rotation, de meme que la forme et la dimension des pales de. l'hélice de circulation 10 sont calculées de façon à régler une vitesse ascensionnelle optimale de l'eau au sein de la cheminée 3 en fonction de la quantité d'oxygène nécessaire à introduire au sein du milieu Selon une autre forme de réalisation de l'invention on a prévu deux conduites 12 et 12' qui débouchent à la base de la cheminée.3 et dont l'extrémité opposée est ouverte à l'air libre en permettant ainsi un apport d'air et d'oxygène atmosphérique additionnel depuis l'extérieur jusqu'à la base de la cheminée facultativement l'ouverture supérieure des conduites 12 et 12' pourrait être raccordée à un dispositif formant surpresseur et introduisant de l'air comprimé au sein du milieu liquide par les dites conduites 12 et 12' La description qui précède n'ayant été donnée qu'à titre d'exemple d'une forme de réalisation de l'invention n'a aucun caractère limitatif et l'on pourra sans franchir les limites de l'invention réaliser à partir des éléments décrits plusieurs variantes ou formes de réalisation de l'invention REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'aération et d'oxygénation de liquides constituant un milieu biologique , du type dans lequel une turbine d'aération est disposée à la verticale d'une cheminée se prolongeant vers la base du réservoir contenant le liquide, la cheminée guidant la recirculation.de la phase liquide depuis la base du réservoir vers la turbine d'aération, caractérisé en ce que l'arbre d'entrathement de la turbine d'aération se prolonge à l'intérieur de la chemi;; née et est associé à son extrémité inférieure à un dispositif de circulation rotatif provoquant une circulation forcée du liquide au sein de la cheminée par remontée du liquide depuis la base vers la turbine d'aération 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe de circulation forcée monté sur l'arbre de la turbine est constitué par une hélice à palettes 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la turbine d'aération et la cheminée de guidage du liquide de recirculation émergent au dessus du fil de l'eau et à l'état de repos, la remontée de l'eau dans la cheminée s'effectuant sous l'action du dispositif de circulation et l'eau étant ainsi projetée depuis la turbine d'aération d'une certaine hauteur jusqu'à ce qu'elle retombe dans le bassin d'eau en accroissant ainsi le temps de passage des gouttelettes d'eau dans la phase atmosphérique et la hauteur de chute de l'eau entraidant ainsi une émulsion importante 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la turbine d'aération est constituée par un disque plan disposé horizontalement et perpendiculairement par rapport à l'arbre de rotation vertical, ce disque comportant sur sa face inférieure des palettes radiales 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la base de la cheminée communique, par au moins une conduite, avec l'air atmosphérique 6 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cheminée est associée à des conduites auxiliaires débouchant dans ladite cheminée, ces conduites étant ouvertes à leur partie supérieure à l'air libre et permettant une introduction d'air additionnel dans l'eau circulant dans la cheminée 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que lesdites conduites auxiliaires d'arrivée d'air débouchent à la base de la cheminée au dessous du circulateur 8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que lesdites conduites sont alimentées en air comprimé ainsi insufflé au sein de la phase liquide au niveau de la base de la cheminée