Brevet FR2364181A1 — publié le 19780407

La présente invention a pour objet des procédés et dispositifs pour épurer de l'eau notamment d'un bassin. Le secteur technique de l'invention est celui de l'épuration de l'eau notamment de l'eau des bassins d'aquaculture marine. Pour épurer partiellement l'eau des bassins d'aquaculture dans lesquels sont élevés des animaux aquatiques tels que des poissons, des crustacés, des mollusques etc ..., on utilise des appareils comportant une colonne verticale ouverte à ses deux extrémités dans laquelle on injecte de l'air qui forme avec l'eau une émulsion de bulles qui produitune mousse ou une écume qui s'é- lève dans la colonne au-dessus du niveau de I'eau de sorte que l'on peut l'évacuer. On sait que ces appareils permettent d'oxygéner l'eau et de réduire la teneur de l'eau en azote due aux déchets rejetés parles poissons ainsi que la teneur en produits détergents, l'azote et les produits détergents se concentrant dans les écumes. L'efficacité de ces appareils dépend du volume d'écume qu ils peuvent produire c'est-à-dire essentiellement du débit d'air qu'ils sont capables de mettre en émulsion par unité de volume d'eau recyclé. A côté de petits appareils dits bulleurs ou micro-bulleurs qui équipent des aquariums ou de petits bassins de stockage ou de transport d'animaux aquatiques vivants, on connaît des appareils industriels destinés à équiper de grands bassins d'aquaculture qui comportent une colonne verticale ouverte à ses deux extrémités qui plonge dans l'eau du bassin et cette colonne comporte une dérivation latérale qui s'élève au-dessus du niveau de lteaujdans laquelle l'eau du bassin recyclée et mise en pression débouche sous forme d'un jet qui vient frapper la surface de l'eau et l'agitation qui en résulte conduit à la formation d'une mousse qui stéleve dans une cheminée surmontant la colonne. L'objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs d'épuration des eaux perfectionnés qui permettent de produire un volume d'écume plus important que les appareils connus et qui augmentent ie temps de contact des bulles d'air avec l'eau d'où une meilleure efficacité, De plus les résultats obtenus avec des appareils perfectionnés selon l'invention montrent que l'on obtient dans les écumes une concentration inattendue de certaines impuretés telles que certains ions métalliques et le carbone organique d'où un nouveau procédé d'épuration de l'eau de mer qui peut être utilisé non seulement pour régénérer l'eau des bassins d'aquaculture mais également pour épurer de l'eau de mer destinée par exemple à alimenter des piscines, des établissements de thaffiassothérapie ou des installations industrielles. Les procédés selon4?inV#ntion peuvent également servir à épurer des eaux douces, surtout si elles contiennent des agents moussants tels que détergents ou protéines. L'invention a pour objet de nouveaux procédés pour épurer l'eau en réduisant sa teneur en certaines impuretés, caractérisée en ce que l'on forme dans une colonne verticale une émulsion d'eau et de bulles d'air qui donne naissance à une écume qui s'élève dans ladite colonne et on évacue ladite écume qui est enrichie en impuretés. Les procédés selon l'invention sont utilisés pour réduire la concentration de l'eau notamment en fer, en cuivre, en zinc, en azote total,en matières en suspension, en phosphore et en carbone organique. Pour épurer l'eau d'un bassin, notamment d'un bassin d'aquaculture, on prélève de l'eau dans le bassin, on l'envoie dans un émulseur d'eau et d'air et on la recycle dans le bassin en injectant l'émulsion dans une colonne verticale dont la base plonge dans l'eau du bassin et comporte une évacuation d'eau et dont le sommet est ouvert et émerge au-dessusde la surface libre de l'eau. De préférence, on injecte l'émulsion d'eau et d'air tangentiellement dans la colonne qui est cylindrique et avantageusement avec une vitesse descendante. Un dispositif pour la mise en oeuvre des procédés selon l'invention est composé, de façon connue, d'une colonne verticale dont la base plonge dans l'eau du bassin et comporte une évacuation d'eau et dont le sommet est surmonté d'une cheminée qui émerge au-dessus de la surface de l'eau. Cette colonne comporte une dérivation latérale, qui débouche dans la colonne au-dessous du niveau de l'eau et dans laquelle on injecte de l'eau prélevée dans le bassin et de l'air. L'objectif de l'invention est atteint au moyen d'un perfectionnement de ce dispositif suivant lequel la dérivation latérale comporte un convergent divergent muni d'orifices d'aspiration d'air situés à proximité du col. De préférence, cette dérivation débouche tangentiellement dans la colonne qui est cylindrique et au-dessous du niveau de l'eau. Avantageusement cette dérivation latérale débouche dans la colonne avec une inclinaison descendante. La canalisation d'évacuation d'eau située à la base de la colonne est connectée tangentiellement à celle-ci et elle est orientée dans le sens de la vitesse de rotation de l'eau due à l'arrivée tangentielle de celle-ci dans la colonne. L'invention a pour résultat une meilleure épuration de l'eau, notamment de l'eau destinée à des bassins d'aquaculture. L'injection de l'eau recyclée à travers un convergent-divergent qui aspire de l'air permet pour un débit égal d'eau, d'aspirer un débit d'air beaucoup plus important. La quantité d'écume produite est évidemment proportionnelle à la quantité d'air aspiré. Un autre avantage des dispositifs selon l'invention réside dans le fait que l'injection tangentielle dirigée. vers le bas fait que les bulles d'air en émulsion dans l'eau suivent à l'intérieur de la colonne un trajet en hélice descendant, avant de remonter verticalement pour former l'écume. Il en résulte que le temps de contact entre les bulles et l'eau est beaucoup plus long que dans les appareils de ce type connus et l'efficacité de l'épu- ration beaucoup plus grande. Des analyses montrent par exemple que la teneur en cuivre passe de 5. 10'9 dans l'eau non épurée à 77. 10-9 dans l'écuma. La teneur en fer passe de 4. 10-9 dans l'eau à 189. 10-9 dans l'écume. La teneur en zinc passe de 42. 10-9 dans l'eau à 158. 10-9 dans l'écume. La teneur en phosphore total passe de 0,25. 10-6 dans l'eau à 3,36. 10-6 dans l'écume. La teneur en carbone organique passe de 7,4. 10-6 dans l'eau à 140. 10-6 dans l'écuma. La teneur en azote total passe de 3,52. 10-6 dans l'eau à 10,72. 10-6 dans l'é- cume. La demande chimique en oxygène (D.C.O.) passe de 19,2 dans l'eau à 372 dans l'écume.Les matières en suspension dans l'eau passent de 19mol1. dans l'eau après filtrage biologique à 63,8mg/1. dans l'écume. Si l'épuration de l'eau par ce procédé d'écumage était déjà connue en ce qui concerne les produits azotés, l'enrichissement de l'écume en ions métalliques ou en certains métalloidas tels que le phosphore et le carbone organique est un résultat nouveau et inattendu. Cet enrichissement montre que l'on peut utiliser le procédé de recyclage de l'eau en formant une émulsion d'eau et d'air comme procédé d'épuration de l'eau pour diminuer la teneur de celle-ci en certains ions métalliques tels que le cuivre, le zinc, le fer ainsi que la teneur en phosphore, en carbone organique et la teneur en matières en suspension. Il est probable que d'autres ions métalliques ou tétalloldes pour lesquels aucune mesure n'a été effectuée sont également entratnés par les écumes. Ce résultat est particulièrement intéressant pour les applications qui nécessitent une eau très pure, notamment de l'eau de mer et en particulier pour épurer l'eau des bassins d'aquaculture oh un enrichissement en certains éléments nocifs risque de se produire à la longue. Un autre avantage des dispositifs perfectionnés selon l'invention réside en ce que le convargent-div#ergent peut être alimenté en eau à faible pression, par exemple 1 à 2 bars d'où une économie d'énergie. Un autre avantage réside dans le fait que le procédé selon l'invention n'exige l'apport d'aucun additif dans l'eau de mer et utilise le pouvoir naturellement moussant de celle-ci. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un exemple de réalisation de l'invention sans aucun caractère limitatif. - la figure 1 est une coupe verticale axiale d'un dispositif selon l'invention. - la figure 2 est une coupe horizontale suivant Il Il de la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 1 d'épuration de l'eau 2 d'un bassin, par exemple d'un bassin ou d'un bac d'aquaculture. Le repère 3 représente la surface libre de l'eau dans le bassin. Le dispositif d'épuration comporte une colonne cylindrique verticale 4, d'axe ZZI. La base de:cette colonne est plongée dans l'eau du bassin. Elle comporte par exemple un lest en béton 5 et elle repose sur le fond du bassin. En variante, la colonne 4 peut être accrochée à une paroi du bassin de sorte que la base de la colonne soit située au-dessus du fond du bassin. La base de la colonne comporte une évacuation d'eau 6 qui est raccordée tan gantiellement à la colonne. La colonne 4 est surmontée d'une cheminée 7 qui émerge au-dessus de la surface 3 et qui est raccordée à la colonne 4 par un cône 8. La cheminée 7 est coudée et se déversa dans une goulotte d'évacuation 9. La colonne 4 comporte une dérivation latérale 10 qui lui est raccordée tangentiellement au-dessous du niveau 3a de L'eau dans la colonne. Cette dérivation est alimentée en eau par une pompe 11 qui aspire dans le bassin à travers une crépine 12 de sorte que l'eau traverse la colonne et est recyclée dans le bassin par la canalisation 6.Ce circuit de recyclage est généralement plus complexe et comporte différentes installaotions notamment des filtres qui ne sont pas représentés car ils ne font pas partie de l'invention. La dérivation 10 comporte un convergent-divergent 13 ou Venturi à travers lequel circule l'eau refoulée par la pompe. Ce venturi est muni d'un ou plusieurs orifices d'aspiration d'air 14 qui sont situés au voisinage du col du Venturi et qui sont connectés par des tubes 15 à l'air libre de sorte que la dépression qui prend naissance au col du Venturi aspire de l'air qui se mélange à l'eau en formant avec celle-ci une émulsion. On peut faire varier le débit d'air aspiré en étranglant plus ou moins au moyen d'une pince 16, le tube déformable 15. La dérivation 10 débouche dans la colonne 4 avec une inclinaison descendante de sorte que l'eau suit à l'intérieur de la colonne un trajet hélicoidal, représenté par des flèches et des pointillés pour sortir par la canalisation 6 après avoir effectué trois à cinq tours. La canalisation 6 est orientée dans le sens de la vitesse de rotation de l'eau. Les bulles d'air, représentées par des ronds, suivent une partie de ce trajet hélicoïdal puis remontent verticalement à la surface comme le représentent les flèches verticales et #lles forment une mousse ou une écume 17 qui a une force ascensionnelle et qui s'élève dans la cheminée 7 pour se déverser dans la goulotte d'évacuation 9. On voit que la durée de contact des bulles d'air avec l'eau est allongée par suite du trajet hélicoïdal et de la vitesse initiale descendante et cet allongement du temps de contact améliore beaucoup les performances d'épuration. En effet, les bulles entraînent avec elles certaines impuretés contenues dans l'eau et la quantité entraînée est liée au temps et à la surface de contact. L'émulsion obtenue grâce au Venturi 13 est une émulsion très fine, donc qui présente une plus grande surface de contact et le débit d'air aspiré et mis en solution pour un débit d'eau déterminé est nettement plus élevé que dans les appareils connus, ce qui améliore également l'efficacité d'épuration du procédé. Le tableau I indique des résultats d'analyse de l'eau du bassin et des écumes et montre clairement la concentration de certains éléments dans les écumes d'où résulte une épuration de l'eau telle que la présente invention procure un nouveau procédé pour épurer l'eau en réduisant la concentration de certains éléments tels que les ions métalliques ( Cu, Zn, Fer) le phosphore, le carbone organique et les matières en suspension et en augmentant le taux d'oxygène dans l'eau épurée. TABLEAU I Eau Ecume Fer 4. î0-9 189. Cuivre 5. 10-9 77. 10-9 Zinc 42. 10-9 158. ì lo-9 Chrome 0,13. 10-9 0,65 Plomb 1. 10-9 1. 10-9 Détergents anioniques 92. 10 9 258. 10 9 Azote total 3,52 mg/1 10,72 mg/1 Carbone organique (hydrocarbures) 7,4 mgjl 140. mg/l Matières en suspension 19. mg/1 63,8 mg/1 Phosphore total 0,250 mg/l 3,36 mg/l Demande chimique en oxygène (D.C.O.) 19,2 372 Les autres procédés utilisés pour épurer l'eau d'un bassin d'aquaculture sont basés soit sur la rétention mécanique des particules sur un filtre, soit sur la destruction du matériel organique par des processus métaboliques bactériens. Comparé au filtrage, les procédés et dispositifs selon l'invention présentent l'avantage d'éliminer des ions en solution et d'être autonettoyant car tous les déchets sont éliminés en continu dans les mousses d'où suppression de tout décoùnatage périodique des filtres. Comparé aux procédés d'épuration par action bactérienne, les procédés selon l'invention présentent l'avantage de ne pas introduire dans l'eau des scories provenant de l'oxydation des impuretés telles que nitrates, phosphates, phénols, carbonates etc ..... Le prototype d'un dispositif d'épuration selon l'invention a été expérimenté sur un bassin d'aquaculture contenant environ 180 m3 d'eau de mer. La quantité d'eau épurée journellement était d'environ 300m3. Le prototype a fonctionne pendant un an et les animaux marins ont grandi et se sont reproduits de manière très satisfaisante dans l'eau ainsi épurée et oxygénée. La transparence de l'eau, le pH, le taux d'oxygène dissous se sont maintenus à des valeurs compatibles avec une bonne survie des poissons malgré un taux de recyclage de l'eau élevé et supérieur à 95% pendant les mois d'hiver. Les procédés et appareils selon 1 invention permettent à la fois d'extraire de l'eau des substances dissoutes et d'entralner par flottation des particules en suspension dans l'eau. Un avantage important des procédés et appareils selon l'invention réside dans le fait que la mousse présente une force ascensionnelle grâce à laquelle elle s'élève naturellement au-dessus du niveau de l'eau pour se déverser ensuite dans une goulotte d'évacuation de telle sorte que l'évacuation des mousses chargées de résidus ne nécessite aucun dispositif spécial. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour épurer de l'eau en réduisant sa teneur en certaines impuretés caractérisé en ce que l'on forme dans une colonne verticale une émulsion d'eau et de bulles d'air qui donne naissance à une écume qui s'élève dans ladite colonne et on évacue ladite écume qui est enrichie en impuretés. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réduit la con centration de liteau notamment en fer, en cuivre, en zinc, en azote total, en matières en suspension, en phosphore et en carbone organique. 3 - Procédé selon les revendications 1 et 2 pour épurer 11 eau d'un bassin, no notamment d'un bassin d'aquaculture, caractérisé en ce que l'on prélève de l'eau dans le bassin, on ltenvoie dans un émulseur d'eau et d'air et on la recycle dans le bassin en injectant l'émulsion dans une colonne verti cale dont la base plonge dans l'eau du bassin et comporte une évacuation d'eau et dont le sommet est ouvert et émerge au-dessus de la surface libre de l'eau. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on injecte lté- mulsion d'eau et d'air tangentiellement et au-dessous du niveau de l'eau dans ladite colonne qui est cylindrique. 5 - Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'on injec te l'émulsion d'eau et d'air dans ladite colonne avec une vitesse descen dante. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication4, composé d'une colonne cylindrique verticale dont la base plonge dans l'eau du bassin et comporte une évacuation d'eau et dont le sommet est surmonté d'une cheminée qui émerge au-dessus de la surface de l'eau, laquelle co lonne comporta une dérivation latérale qui débouche dans la colonne au-des sous de la surface de l'eau et dans laquelle on injecte de l'eau prélevée dans le bassin et de l'air, caractérisé en ce que ladite dérivation laté rale comporte un convergent-divergent muni d'orifices d'aspiration d'air situés à proximité du col. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé an ce que ladite dérivation est connectée tangentiellement à ladite colonne et débouche dans celle-ci au-dessous du niveau de l'eau dans la colonne. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la canalisation d'évacuation d'eau située à la base de la colonne est connectée tangentiel lament à celle-ci et est orientée dans le sens de la vitesse de rotation qui est communiquée à l'eau à la sortie de ladite dérivation latérale. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite dérivation latérale débouche dans ladite colonne avec une inclinaison descendante. 10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé an ce que ladite colonne comporte un lest au voisinage dela base.