Brevet FR2399386A1 — publié le 19790302

La présente invention concerne un dispositif perfectionné d'aération pour l'épuration biologique des eaux résiduaires d'origine urbaine ou industrielle. Le procédé le plus courant de traitement des eaux résiduaires est le procédé aux "boues activées". Selon ce procédé on commence par soumettre les eaux résiduaires à un premier traitement destiné à les débarrasser des solides susceptibles de dépôt par tamisage ou décantation. On injecte alors dans le liquide obtenu une boue porteuse de bactéries aérobies ou activée provenant d'un stade ultérieur du traitement des eaux résiduaires. Puis pour stimuler le développement des bactéries introduites par la boue dans les eaux résiduaires on soumet ces dernières à une oxygénation par aération. On provoque ainsi la floculation des substances en suspension et leur décomposition partielle en anhydride carbonique et méthane. On prélève une fraction des boues activées ainsi obtenues et on la mélange aux eaux résiduaires à traiter. Le reste des boues activées est traité par décantation pour séparer une eau purifiée, de boues ou gadoues. Pour effectuer aération des eaux résiduaires on peut utiliser de façon connue des installations ayant la forme d'un chenal fermé, circulaire par exemple. Les eaux résiduaires sont introduites en un point du circuit et une quantité correspondante de boues activées est soutirée en un autre point. On dispose dans le chenal un aérateur capable d'assurer d'une part 1 t aération des eaux et d'autre part leur circulation en circuit fermé dans le chenal pour effectuer le transfert de l'oxygène dans la totalité du volume à traiter et le recyclage des boues activées. Le courant de circulation doit également maintenir en suspension les boues floculées et éviter toute décantation sous peine d'asphyxie de celles-ci Il est connu d'utiliser comme aérateurs des rotors de type cloisonné constitues par un arbre horizontal sur lequel sont fixées des pales, des aubes ou des augets de façon qu'en marche elles frappent sur et dans l'eau à grande vitesse. Dans ces aérateurs l'oxygénatìon se fait par mise en contact de l'air avec de fines gouttelettes d'eau obtenues par soulèvement et pulvérisation de lteau par les pales, aubes ou augets.La mise en circulation des eaux est obtenue par frottement laminaX; di > hs ~ aux. On cherche à obtenir l'oxygénation et la vitesse de circulation les plus élevées possible pour une dépense d'énergie donnée. Pour obtenir le soulèvement de la masse d'eau il est nécessaire et indispensable qu'il y ait une vitesse différentielle entre la vitesse périphérique du rotor et la vitesse linéaire du plan d'eau. Pour améliorer le soulèvement de la masse d'eau et par conséquent, l'oxygénation, certains constructeurs ont proposé de disposer un écran solide en aval du rotor afin d'abaisser la vitesse linéaire de l'eau au niveau du rotor. Mais on diminue également la vitesse de circulation de l'eau et par conséquent la vitesse de transfert de l'oxygène. De plus au niveau de l'écran il y a formation de mouvements turbulents qui sont consommateurs d'énergie. La présente invention concerne un perfectionnement aux dispositifs d'aération dans les installations d'épuration biologique des eaux résiduaires qui permet d'améliorer le taux d'oxygénation et la vitesse de circulation sans augmenter la dépense d'énergie. La présente invention concerne un dispositif perfectionné d'aération pour l'épuration biologique des eaux résiduaires comportant un ou plusieurs aérateurs constitués par un rotor de type cloisonné dans un bassin de type chenal caractérisé par le fait que sous au moins un rotor est immergée une cloison horizontale parallèle à l'axe du rotor ayant pour dimension au moins la projection perpendiculaire du rotor dans son plan. La comparaison des figures schématiques I et Il permettra de mieux comprendre les avantages de la présente invention. La figure I représente l'action d'un rotor fonctionnant sans cloison et la figure Il l'action d'un rotor sous lequel est immergé une cloison selon l'invention. Comme le montre la figure I en l'absence de cloison le système de rotor à pales n'effectue le pompage volumétrique que dans la zone (a) dont le niveau a été relevé par contre-pression aval Dans la zone (b) l'action des pales ne sert qu'à engendrer des courants verticaux (c) vers le fond du chenal, freinant ainsi la vitesse du courant en amont (d). Sur la figure Il la cloison (a) isole lssaction du rotor des couches profondes du chenal. Le courant amont (b) ne rencontre par conséquent aucun freinage. D'autre part la cloison (a) provoque 1 t abaissement du niveau de l'eau par cavitation en (d). Dans ces conditions toutes les pales immergées du rotor contribuent au pompage volumétrique de lleau à aérer. De plus l'augmentation de la vitesse du courant par la chute due à la profondeur de la cavi tation contrivue à l'effort de rotation du rotor.Par conséquent pour une vitesse donnée du rotor, on pourra avoir moins de dépense d'énergie, un débit de pompage plus élevé, donc une quantité d'eau à oxygéner en contact avec l'air plus importante et une meilleure oxygénation, D'autre part la vitesse de réintroduction de l'eau dans la masse sera plus élevée et par conséquent la vitesse de circulation de l'eau sera plus grande. La profondeur de la cavitation croit avec la vitesse de rotation du rotor. Elle ne peut être supérieure à la profondeur d'immersion des pales. D'autre part dans la pratique la vitesse de rotation ne peut pas dépasser 150t/mn, sinon il y a cisaillement des boues floculées qui ne sont plus décantables. Par conséquent dans la pratique pour des rotors ayant un diamètre compris entre 60 et 80cm, et une profondeur dtimmersion de 10 à 30cm, la cloison est immergée 5 à lOcm sous les pales. De préférence comme représenté sur la figure li, la cloison étanche comporte en amont une lame déversante (c) qui permet de mieux délimiter le courant entrant dans la zone séparée par la cloison. Le débit est alors contrôlé par la hauteur (h) d'immersion de la lame déversante dans l'eau. La cloison est également munie de préference en aval d'une lame de réintroduction (g). La présence de cette lame inclinée empêche que, comme on peut le voir sur la figure 1, la masse d'eau retombant dans la zone (e) constitue un écran en (f > au courant d'eau. L'angle de la lame de réintroduction et de la cloison étanche est calculée de façon à n'apporter aucun freinage au courant amont de retour (i). L'angle entre la lame de réintroduction et la cloison horizontale est en général de 20 à 300.: La figure III montre en perspective cavalière un aérateur construit selon l'invention. Il contient un rotor (1) muni d'un axe (2) et de pales (3). La flèche (4) indique le sens de rotation du rotor. Le rotor est enfermé dans un caisson (5) dont le fond comporte sous le rotor une cloison horizontale (a), une lame déversante (c) et une lame de réintroduction (g) Le caisson (5) est ouvert dans la partie située au dessus du rotor. Il peut cependant être muni d'un capot pour empêcher la formation d'un aérosol d'eau résiduaire. Les figures IV, V, VI et VII montrent l'application du procédé selon l1inv#ntIon aux aérateurs placés parallèlement au sens du courant. La figure IV est une coupe verticale perpendiculaire à l'axe du rotor, la figure V est une coupe verticale selon l'axe du tambour. Comme on peut le voir sur la figure V les pales sont fixéés sur le rotor et inclinées de façon à former un pas hélicoïdale de nature à permettre en même temps que le soulèvement dans l'air un mouvement d'avancement (f > . La cloison (a) provoque la cavitation sous 1 t action des pales (c). Cette cavitation engendre par variation de niveau un débit d'alimentation fonction de la hauteur (d). Les pales (e) ont pour fonction de soulever et de fragmenter l'eau. Le soulèvement satisfaisant (g > est obtenu grâce à la paroi verticale (h) du caisson formant un angle droit avec la cloison. Sur la figure IV est représentée une géométrie de rotor à pales rayonnantes. Cependant les pales peuvent être tangentielles. La figure VI montre en coupe verticale un aérateur en multicanal pour adaptation sur des ouvrages de grande largeur, et la figure VII est une vue en perspective cavalière de l'aérateur. Ces figures montrent également que l'énergie due à la hauteur de chute de l'eau préalablement soulevée par un premier rotor peut participer à l'effort de rotation d'un deuxième rotor parallèle. REVENDICATIONS 1) Dispositif perfectionné d'aération pour l'épuration biologique des eaux résiduaires comportant un ou plusieurs aérateurs constitués par un rotor de type cloisonné dans un bassin de type chenal caractérisé par le fait que sous au moins un rotor est immergée une cloison horizontale parallèle à l'axe du rotor ayant pour dimension au moins la projection perpendiculaire du rotor dans son plan 2) Dispositif selon la revendication I dans lequel le rotor a un diamètre de 60 à 80cm, la profondeur d'immersion du rotor est de 10 à 30cm et la cloison est immergée 5 à lOcm sous les pales. 3) Dispositif selon les revendications 1 ou 2 selon lequel la cloison étanche comporte en amont une lame déversante. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 selon lequel la cloison étanche comporte en aval 'une lame de réintroduction. 5) Dispositif selon la revendication 4 selon lequel la lame de réintroduction et la cloison horizontale font un angle de 20 à 300. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 selon lequel l'axe du rotor est perpendiculaire au sens -d'écou- lement de l'eau. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 å 5 selon lequel l'axe du rotor est parallèle au sens d'écoulement de l'eau. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 å 7 comportant au moins 2 rotors parallèles dans lequel l'eau préalablement soulevée par le premier rotor participe à l'effort de rotation du deuxième rotor