Brevet FR2444494A1 — publié le 19800718

DISPOSITIF PERMETTANT DE DISSOUDRE ET/OU DE MELANGER UN FLUI DE DANS UN LIQUIDE, ET POUVANT ETRE NOTAMMENT UTILISE POUR L'AERATION DES EAUX RESIDUAIRES. La présente invention concerne un dispositif permettant de dissoudre et/ou de mélanger un fluide dans un liquide, et pouvant être notamment utilisé pour l'aérationdes eaux résiduaires dans un bassin d'activation. On sait, en effet, d'une manière générale, que les liquides contenus dans les bassins d'activation utilisés pour ltépuration des eaux résiduaires doivent être aérés de façon à accélérer la croissance du milieu bactériologique et, par suite, entretenir la digestion chimique des matières organiques contenues dans les liquides. Dans ce but, il est usuel de mettre en oeuvre, au fond du bassin d'activation,un agitateur creux pourvu de pales, entraidé en rotation autour de son axe de manière à créer une dépression provoquant une circulation des liquides et un contact renouvelé avec l'air amené par l'agitateur lui-meme. Ainsi, le brevet français 1 576 162 décrit un aérateur constitué par un tube creux pourvu de pales creuses et d'une jupe, dont la rotation détermine a son endroit un mouvement dirigé vers le bas de la masse de liquide et une dépression permettant l'aspiration de l'air à ltextérieur du bassin, air rejeté par une série de trous ménagés dans les pales de façon a assurer la dispersion de l'air avec formation de bulles dont l'échappement est freiné par le mouvement descendant du liquide à l'endroit du tube,de manière à prolonger le contact de l'air avec ce liquide. Ce dispositif présente l'inconvenient d'être peu efficace dans les stations d'épuration des eaux usées à cause du fait qu'il utilise un air déjà affaibli en oxygène puisqu'il est aspiré à proximité immédiate de la surface du liquide dans le bassin et, de plus, en faible quantité puisqu'il est aspiré à l'aide de la dépression naturelle provoquée par l'appel d'eau. La solution proposée dans la demande de brevet français déposée sous le n0 77.36708 obvie à ces inconvénients. En effet, ce dispositif comporte, au fond du bassin, une roue helîcoidale creuse constituée par un moyeu creux à axe vertical, sur la périphérie duquel sont reparties des ailettes creuses dont l'intérieur communique avec la cavité du moyeu et dont la surface est percée de trous, une virole cylindrique fixe entourant les ailettes de la roue et prolongée à chaque extrémité par une tubulure évasée, et, à l'ex- térieur du bassin, un moteur entrainant la roue et un compresseur du gaz à injecter, le compresseur étant relié par une tuyauterie à la cavité du moyeu. Ainsi, une plus grande quantité d'air peut être fournie au système et les bulles d'air libérées par les ailettes de la roue sont freinées dans leur mouvement naturel ascendant par le mouvement descendant de lteau,de façon à prolonger leur contact; en outre, l'eau ainsi traitée est refoulée à l'aide de gaines d'évacuationvers la périphérie du bassin d'activation,de façon à assurer le brassage permanent de L'ensemble du liquide contenu et non un brassage partiel. Ces dispositifs mettant en oeuvre des pales ou des ailettes creuses à la surface desquelles des ouvertures sont ménagées pour permettre la libération des bulles d'air dans le liquide brassé, présentent l'inconvénient d'être coûteux. En effet, d'une part la réalisation de telles pales ou ailettes galbées, creuses et étanches, sauf au droit des ouvertures ménagées, est extrêmement délicate d'autant plus qu'elles sont soumises à une certaine pression en fonctionnement; d'autre part, comme le moyeu dans lequel le gaz circule doit également être étanche et ne présenter que des fuites négligeables, bien qu'étant en rotation, des joints d'étanchéité spéciaux sont nécessaires. La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvéu nients et de réduire le coût de tels dispositifs. Selon l'invention, le fluide à mélanger et/ou à dissoudre dans le liquide n'est pas véhiculé dans une partie mobile du dispositif. Ce dernier est constitué essentiellement d'une pompe dont la fonction est d'engendrer le mouvement descendant du liquide autour de son moyeu, d'un moyen canalisateur dont la fonction est de diriger le liquide brassé vers la pompe puis vers les extrémités du bassin d'activation, et d'un moyen immobile d'introduction du fluide combiné au moyen canalisateur, dont la fonction est d'assurer l'introduction du fluide dans le liquide ainsi pompé, de telle façon que le mouvement du liquide tende à freiner le mouvement naturel d'échappement du fluide pour augmenter le temps de contact entre le fluide et le liquide, et par con séquent,assurer le mélange et/ou la dissolution du fluide dans le liquide. Plus précisément, le dispositif permettant de dissoudre et/ou de mélanger un fluide dans un liquide et pouvant être notamment utilisé pour l'aération des eaux résiduaires dans un bassin d'activation, comporte à l'extérieur du liquide, un compresseur du fluide à introduire dans le liquide et un groupe motoreducteur entrainant en rotation, à une vitesse de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de tours par minute, les pales d'une pompe disposée à l'intérieur du liquide, de façon à provoquer la circulation dudit liquide du haut vers le bas, conjointement à un moyen canalisateur constitué par au moins une virole cylindrique entourant lesdites pales et prolongée à chaque extrémité par une tubulure évasée à laquelle sont fixées des aubes directrices ou redresseuses au moyen d'ailerons, et à un moyen d'introduction du fluide dans ledit liquîde,ledit moyen d'introduction étant combiné au moyen canalisateur, de façon à ne comporter que des pièces immobiles. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à l'aide d'un exemple particulier de réalisation et des des sins annexés, relatif à un bassin d'activation d'une station d'épuration d'eaux usées dans lequel le fluide introduit est un gaz. - La figure i représente une vue en perspective d'un dispositif permettant l'aération des eaux usées, situé au fond d'un bassin d'activation. - La figure 2 représente une vue schématisée en perspective des aubes directrices du moyen canalisateur, pourvues d'un moyen d'introduction du fluide, conformément à la présente invention. - La figure 3 représente en perspective un aileron par exemple mis en oeuvre dans le moyen d'introduction du fluide illustré figure 2, et - La figure 4 représente, d'une part en coupe par rapport à l'axe de l'arbre, les éléments fixes et, d'autre part en perspective les éléments mobiles du dispositif, conformément à la présente invention. Sur la figure 1, le bassin d'activation est un bassin de forme parallélépipédique dont on n'aperçoit sur le dessin que trois arêtes : l'une verticale 1, les deux autres 2 et 3 limitant le fond 4 du bassin dans sa partie la plus éloignée de l'observateur. Le dispositif d'aération repose sur ce fond 4. Son arbre d'entrainement 5 est vertical et pivote dans un palier inférieur 6, posé sensiblement au centre de la plaque 20 du fond 4. L'arbre 5 est entrainé dans le sens de la flèche 7 par un motoréducteur, non représenté sur le dessin, mais placé à la partie supérieure de l'arbre 5, hors de l'eau polluée à traiter que contient le bassin. Sur l'arbre 5, est montée une poupe 8 constituée par un moyeu 9, sur la périphérie duquel sont réparties des pales 10. La pompe 8, solidaire de l'arbre 5, tourne dans le sens de la flèche 7, à l'intérieur d'une virole métallique cylindrique fixe 124 prolongée à chaque extrémité par une tubulure métallique évasée, àsavoir vers le haut par la tubulure 13 et vers le fond du bassin par la tubulure 14, celles-ci étant soudées sur la virole 12, l'ensemble 12-13-14 étant par exemple renforcé mécaniquement par des nervures verticales telles que 15. Sur la figure 1, 11 ensemble 12-13-14 a été échancré sur sa partie avant pour que la pompe 8 soit visible. Sur la tubulure supérieure 13, est soudée par des ailerons 16, une aube directrice 17 destinée à canaliser le flux du liquide vers la pompe 8 qui aspire celui-ci du haut vers le bas. De même, sur la tubulure inférieure 14, peut être soudée, par des ailerons (non visibles sur la figure), une aube redresseuse 21 (fiv.4) destinée à canaliser le flux du liquide refoulé vers les gaines d'évacuation22. L'ensemble incluant les éléments fixes 12-13-14, 16-17 21-22 constitue le moyen canalisateur du liquide à traiter. Zn effet, ces éléments ont pour fonction de diriger le liquide vers la pompe, puis de le diriger vers la périphérie du bassin, en évitant de créer un remous à la surface du bassin. Selon l'invention, le moyen dtintroduction du gaz est combiné avec le moyen canalisateur, de manière à ne comporter aucune pièce mobile. A cet effet, selon un mode préféré de réalisation de l'invention, plus particulièrement repré senté figure 2, le moyen d'introduction est combiné avec les ailerons 16 assurant la fixation de l'aube directrice 17 à la tubulure supérieure 13. Ces ailerons, comme représenté figure 3, sont creux; de fines ouvertures sont ménagées latéralement, de manière à laisser s'échapper dans le liquide le gaz qui doit y être introduit. De façon préférée, une grande ouverture 19 peut être ménagée sur la paroi latérale des ailerons, cette ouverture 19 étant alors refermée a l'aide d'un matériau poreux, par exemple une plaque de bronze ou d'acier obtenue par frittage de façon à présenter une certaine porosité, les pores ainsi obtenus ayant alors un diamètre de l'ordre de 100 microns. Le gaz est amené JUSqU'aUx ailerons par l'in termédiaire d'une tuyauterie 18 (fig.1) à une pression suffisante pour s'échapper par les ouvertures ainsi ménagées dans les ailerons.Ainsi, dans un bassin d'environ 5 mètres de profondeur, la pression du gaz doit être légèrement supérieure à 1,5 fois la pression atmosphérique. En effet, une trop faible pression empêche le gaz de s'échapper alors qu'une trop forte pression le pousse à s'échapper trop vite, le mélange et/ou la dissolution dans le liquide s'effectuant alors difficilement. Du fait que dans ce premier mode de réalisation, le gaz sous pression est libéré à l'entrée du dispositif, c'est-àdire, dans les ailerons fixés sur l'aube directrice, à un niveau où le liquide est aspiré vers le bas, donc où la pression est inférieure à celle qui régnerait sans la présence de la pompe 8, la pression appliquée au gaz est inférieure à celle qui serait appliquée si le gaz était libéré,comme dans un second mode de réalisation de l'invention, par des ailerons identiques fixés entre l'aube redresseuse 21 et la tubulure inférieure 14. D'autres modes de réalisation de l'invention peuvent également être décrits. Comme représenté figure 4, le moyen d'introduction du gaz peut être constitué par une tubulure, par exemple 14, du moyen canalisateur, cette tubulure étant alors réalisée en forme de jante creuse sur la surface de laquelle sont ménagées des ouvertures Il ou disposées des plaquettes de matériau poreux. Le moyen d'introduction du gaz peut également être constitué par la virole 12 réalisée en forme de jante creuse sur laquelle les ouvertures sont ménagées. D'autre part, au moins deux des différents modes ciavant décrits peuvent, bien évidemment, être mis en oeuvre ensemble. Dans ce cas, il peut être prévu de connecter le tuyau 18 d'amenée du gaz à un ou plusieurs détendeurs,euxmemes reliés aux différents éléments, d'où s'échappera le gaz comprimé, de façon à pallier les différences de pression régnant dans le liquide aux différents points d'échappement. Le mouvement de rotation des pales 10 de la pompe 8 engendre un mouvement descendant du liquide autour du moyeu 9 guidé par le moyen canalisateur, le liquide étant refoulé par les gaines d'évacuation 22. De ce fait, les bulles de gaz libérées par. les ouvertures 11 sont entraînées par le mouvement du liquide dans un sens opposé à leur mouvement naturel. Il en résulte une augmentation notable du temps de contact entre le gaz et le liquide, et un meilleur mélange et/ou une meilleure dissolution du gaz dans le liquide. En reliant la tubulure inférieure 14 à des gaines d'éva- cuation 22 horizontales, disposées radialement sur le fond du bassin, on assure le refoulement de l'eau vers la périphérie du bassin, ce qui allonge encore le temps pendant lequel les deux fluides sont en contact, car d'une part on allonge le trajet suivi par les deux fluides (flèches 23 et 24), d'autre part, on obtient à la périphérie du bassin une vitesse de circulation du liquide plus lente. Par la même occasion on assure, dans le bassin, un brassage plus complet et plus efficace. Des orifices convenablement distribués le long des gaines 22 permettent d'assurer une répartition plus homogène du liquide traité dans le bassin. Une autre disposition sensiblement en spirale des gaines d'évacuation 22 selon la figure 1 permet encore d'allonger le trajet des deux fluides à la périphérie du bassin et de provoquer dans le bassin, une rotation du liquide favorisant encore le mélange et/ou la dissolution. L'invention n'est bien sur pas limitée à l'application qui vient d'être décrite. Par exemple, elle peut également être utilisée pour une ozonisation de l'eau. Le gaz comprimé peut être de l'air, de l'ozone, de l'oxygène ou même un mélange de gaz. Le gaz peut également être remplacé par un fluide quelconque lorsqu'un simple brassage combiné à un mélange intime de deux fluides est requis. REVENDICATIONS 1.- Dispositif permettant de dissoudre et/ou de mélanger un fluide dans un liquide et pouvant être notamment utilisé pour l'aération des eaux résiduaires dans un bassin d'activation, ledit dispositif comportant,à l'extérieur du liquide, un compresseur du fluide à introduire dans le liquide et un groupe motoréducteur entraînant en rotation les pales(10) d'une pompe(8) disposée à l'intérieur du liquide, de façon à provoquer la circulation dudit liquide du haut vers le bas, conjointement à un moyen canalisateur constitué par au moins une virole cylindrique(12) entourant lesdites pales (10) et prolongée à chaque extrémité par une tubulure éva- sée (13-14) à laquelle sont fixées des aubes directrices (17) ou redresseuses (21) au moyen d'ailerons (16) et à un moyen d'introduction du fluide dans ledit liquide, caracté risé en ce que ledit moyen d'introduction du fluide dans le liquide est combiné au moyen canalisateur de façon à ne comporter que des pièces immobiles. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'introduction est constitué par les aile rons creux (16) reliant chaque aube (17-21) à la tubulure évasée adjacente (13-14), de fines ouvertures étant ménagées sur la paroi latérale des ailerons de façon à permettre l'introduction dans le liquide du fluide sous pression qui y est amené. 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'introduction est constitué par la tubulure (13-14) dont la forme est celle d'une jante creuse sur la surface de laquelle sont ménagées de fines ouvertures (11), de façon à permettre l'introduction dans le liquide du fluide sous pression qui y est amené. 4.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'introduction est constitué par ladite virole cylindrique (12) dont la forme est celle d'une jante creuse sur la surface de laquelle sont ménagées de fines ouvertures (11) de façon à permettre l'introduction dans le liquide du fluide sous pression qui lui est amené. 5.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'introduction est constitué par une aube (17-21) dont la forme est celle d'une jante creuse sur la surface de laquelle sont ménagées de fines ouvertures (ici) de façon à permettre l'introduction dans le liquide du gaz sous pression qui y est amené. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2,3,4 et 5, caractérisé en ce que les fines ouvertures sont constituées par les pores d'une plaquette d'un matériau poreux.