Brevet FR2471212A1 — publié le 19810619

La présente invention est relative à un dis- positif de traitement de milieux liquides par gazéifi- cation. Une application d'un tel dispositif se fait dans la gazéification de milieux liquides contenant des matières organiques dégradables sous l'action de gaz, par exemple l'aération ou l'oxygénation des eaux d'égout ou d'autres eaux résiduaires. Dans le brevet britannique n0 1.482.191, on a décrit un dispositif de gazéification de liquides, com- prenant un élément annulaire creux présentant un passage central pour liquide et un dispositif d'admission de gaz. Une partie de la surface orientée vers le passage présente des ouvertures de manière qu'en fonctionnement le gaz puisse s'introduire depui-s la zone creuse dans le liquide se trouvant dans le passage. La section transversale du passage pour liquide est de dimen- sions croissantes depuis la zone comportant les ou- vertures. En fonctionnement, ce dispositif est immergé dans un liquide de manière que l'axe longitudinal du passage pour liquide se situe essentiellement en posi- tion verticale. Le gaz forme 'des bulles lorsqu'il pé- nètre par les ouvertures dans le liquide se trouvant dans le passage, les bulles s'élevant à travers ce li- quide pour provoquer une circulation ascendante du li- quide à travers le passage. La circulation de liquide ainsi provoquée exerce, en passant le long des ouvertu- res, un effet de cisaillement sur les bulles de gaz au fur et à mesure qu'elles quittent l'élément annulaire, en produisant de la sorte des bulles de gaz plus peti- tes que dans les dispositifs antérieurs et en augmen- tant, en conséquence, l'aire interfaciale-globale entre le gaz et le liquide pour un volume donné de gaz, ce qui augmente de la sorte le taux de transfert du gaz vers le liquide. On a constaté que de tels dispositifs sont très efficaces en pratique, en particulier pour l'aéra- tion d'eaux résiduaires contenant des matières organi- ques dégradables par voie aérobie, par exemple les eaux d'égout. Ces dispositifs atteignent un taux élevé de transfert de gaz vers la solution avec de faibles exi- gences en énergie et ils sont également très efficaces pour établir et entretenir une circulation intense dans la masse de liquide que l'on traite. Ceci est important lorsque le milieu liquide comprend une proportion impor- tante de matières solides en suspension sujettes à se déposer en une masse potentiellement anaérobie dans une zone quelconque du milieu,non soumise à un bon courant de circulation. Le modèle britannique n0 987.313 de la société demanderesse présente une forme particulière de disposi- tif qui s'est montrée efficace.en pratique. Une forme de réalisation pratique de ce dispositif est faite en matière plastique, la hauteur étant d'environ 40 cm et le diamètre d'environ 40 cm également, ce dispositif étant suspendu pour l'utilisation par des chaînes dans un récipient de traitement. Ce dispositif est lesté en introduisant de façon appropriée du-béton (par exemple à 40 kg) par le dispositif d'admission de gaz, ce béton durcissant dans la partie inférieure de l'encein- te creuse pour donner au dispositif une densité moyenne dans l'air, supérieure à celle de l'eau, et un centre de gravité raisonnablement bas. Dans cette forme de réalisation, le dispositif est suspendu par des chaînes individuelles attachées directement en des points dia- métralement opposés d'une bande d'acier entourant la ceinture du dispositif. Une autre forme de réalisation de dispositif approprié a été décrite dans la demande-de brevet bri- tannique n0 79-01809 de la société demanderesse, cette demande de brevet décrivant "un dispositif pour la ga- zéification de liquides, qui comprend un élément annu- laire creux comportant une admission de gaz dans la zone creuse et une surface interne, délimitant un passage central de circulation de liquide, s'étendant entre une entrée inférieure et une sortie supérieure, ce passage comportant une partie inférieure convergente, une par- - tie intermédiaire formant gorge ou étranglement, et une partie supérieure divergente, la partie convergente ne comportant pas d'ouvertures en communication avec la zone creuse, la partie formant gorge comportant une sé-; rie de premières ouvertures s'étendant suivant une cir- conférence d'allure générale horizontale, la partie di- vergente comportant une série de secondes ouvertures- s'étendant suivant une circonférence d'allure générale horizontale, ces secondes ouvertures étant d'un diamè- tre non supérieur à la moitié de celui-des premières ouvertures". Dans une forme de réalisation particuliè- re, il peut y avoir une seule rangée de premières ou- vertures d'un diamètre de -6 mm et une seule rangée de secondes ouvertures d'un diamètre de 3 mm. Comme mentionné précédemment, de tels dispo- sitifs peuvent atteindre un taux élevé de transfert de gaz et entretenir une circulation intense dans la masse du liquide. On a maintenant constaté que l'intensité d'une telle circulation à la fois en elle-m8me et par rapport à la position d'autres dispositifs présents et des parois du récipient exerce des-forces considérables sur les dispositifs. En raison de la suspension par chaines, de telles forces quelconques de ce genre, qui ne sont pas directement équilibrées par la tension des cbaines,ont tendance à créer divers mouvements du dis- positif suspendu, ainsi qu'une usure et une traction par saccades à l'endroit des dispositifs de liaison. Ces mouvements peuvent comprendre des déplacements d'en- semble par rapport à la position normale, des mouvements globaux-de balancement et des oscillations angulaires autour de chacun de trois axes perpendiculaires entre eux. Dans certains cas, certains de ces mouvements peuvent se renforcer du fait de leur propre existence, ce qui peut mener à une rupture des courants désirés de circulation et peut donner des dispositifs dont les chaînes de suspension s'entremêlent ou se tordent de sorte que ces dispositifs ne sont plus à leur niveau approprié. Il serait possible d'augmenter, dans une cer- taine mesure, le poids de chaque dispositif pour amor- tir les oscillations mais ceci présenterait les désavan?-- ges d'une manipulation incommode et d'une présence de forces plus importantes d'usure aux points de suspension sans pour autantE résoudre le problème de base. Il se- rait également possible de prévoir une suspension à trois cbalnes ou plus mais ce système serait encore soumis à usure et serait encore instable et, de plus, il serait difficile et incommode de suspendre le disposi- tif de niveau en soi et de niveau avec les autres dis- positifs, en particulier dans des eaux résiduaires pra- tiquement opaques. D'autres désavantages des agencements tradi- tionnels de suspension sont le caractère incommode et le manque de souplesse d'utilisation.- On a constaté que la mise en place de tels dispositifs est importante pour obtenir une efficacité optimale, à la fois en ce qui concerne la profondeur d'immersion et l'espacement en direction horizontale entre les dispositifs et par rapport aux parois d'un'récipient de traitement d'eaux résiduaires. En outre les dispositifs de gazéification d'eaux résiduaires sont sujets à une obstruction des ouvertures d'introduction du gaz. Il est par conséquent nécessaire de temps en temps de soulever les dispositifs hors des eaux résiduaires pour leur nettoyage ou leur remplacement. Il est ensuite important de remettre le dispositif nettoyé ou de placer le dispositif de rem- placement à l'endroit initial correct en ce qui concer- ne la profondeur et l'espacement. Cette mise en place correcte et répétée des dispositifs à un endroit désiré dans des eaux résiduaires opaques crée un problème avec les agencements traditionnels de suspension. Suivant la présente invention, on prévoit un dispositif de gazéification de liquides, comprenant un élément annulaire creux délimitant un passage central de circulation de liquides cet élément comportant une admission de gaz dans sa zone creuse et une série d'ou- vertures tout autour du passage susdit pour permettre l'introduction de gaz depuis la zone creuse dans le li- quide circulant de manière ascendante à travers ce pas- sage pour former des bulles de gaz dans le liquide, une matière de lestage associée à l'élément annulaire creux susdit pour donner au dispositif une densité globale supérieure à celle du liquide, et des éléments de sus- pension permettant la suspension du dispositif dans une masse de liquide, ces éléments de suspension étantd'une manière générale, rendus rigides par rapport à l'élément annulaire creux et créant un point de suspension effec- tif, localisé au-dessus de cet élément. En localisant le point de suspension effectif au-dessus de l'élément annulaire creux, le moment d'iner- tie du dispositif autour d'un axe horizontal passant par le point de suspension est nettement augmenté, ce qui réduit ainsi la probabilité d'une oscillation du dispo- sitif dans une mesure indésirable autour de cet axe ho- rizontal lors de l'utilisation. Le point de suspension effectif se situe de préférence à 20-40 cm au-dessus de l'élément annulaire creux. Les éléments de suspension comportent de pré- férence un premier-et un second point de suspension ef- fectifs, ces points étant espacés en direction horizon- tale, de manière à réduire la probabilité d'une oscil- lation du dispositif dans une mesure indésirable autour d'un axe vertical lors de l'utilisation. Les éléments de suspension consistent de pré- férence en un tube d'allure générale horizontale ou en un premier et en un second oeillet, ces oeillets étant espacés en direction horizontale. Lors de l'utilisation, un seul élément de suspension, par exemple un fil, une chaîne ou un càble, passe librement dans le tube ou les oeillets et cet élément est fixé en deux points es- pacés au-dessus de la surface de la masse du liquide. Un fil peut ainsi âtre enfilé dans le dispositif. au-des- sur du niveau du liquide; on peut laisoe descende le spDsitf dans le liquide et lui permettre d'atteindre sa profon- deur correcte par glissement le long du fil jusqu'au point le plus bas de la boucle de ce fil. Comme le point de suspension effectif est localisé au-dessus de l'élément annulaire creux, celui-ci aura ainsi tendance à se mettre lui-même automatiquement de niveau. Les éléments de suspension peuvent consister en une bride entourant une ceinture externe de l'élément annulaire creux, et en une poignée qui, d'une manière générale, est rendue rigide par rapport à la bride et s'étend vers le haut et par-dessus l'élément annulaire creux, depuis un point de la bride jusqu'en un point diamétralement opposé. Le tube ou les oeillets seraent fixésà la partie supérieure de la poignée ou formé d'une pièce avec celle-ci. La poignée pourrait également ser- vir de poignée de transport pour sortir le dispositif hors de l'eau. Dans ce cas, la poignée pourrait égale- ment comporter une pince pour rendre stable un.tuyau d'alimentation de gaz, relié, lors de l'utilisation, au dispositif d'admission de gaz à-la zone creuse de l'élé- ment annulaire. Bien qu'elle soit, d'une manière géné- rale, rendue rigide par rapport à la bride, la poignée peut présenter une flexibilité limitée dans un sens bien déterminé, afin de réduire encore les forces d'usure lors de l'utilisation. Une forme de réalisation de l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence - aux dessins non limitatifs annexés. La Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de gazéification sans ses dispositifs de suspension. La Figure 2 est une vue en coupe verticale, prise suivant les lignes X-X de la Figure-1 et mon- trant une forme de réalisation de dispositifs de suspen- sion. La Figure 3 est une vue fragmentaire d'une variante de dispositif de suspension.- La Figure 4 est une vue fragmentaire d'une autre variante de dispositif de suspension. Les Figures 1 et 2 illustrent un dispositif - de gazéification comprenant un élément annulaire creux délimitant un passage central 11 pour liquide. Cet élément comporte une admission de gaz 12 vers la zone creuse 13 et une série d'ouvertures 14 tout autour du passage 11. Ce dernier comporte une entrée inférieure et une sortie supérieure 16 et il comporte une par- tie inférieure convergente 17, une partie intermédiaire 18 formant gorge ou étranglement, et une partie supé- rieure divergente 19. Les ouvertures 14 sont prévues essentiellement au centre de l'étranglement ou gorge 18. Ces ouvertures 14 se présentent de préférence sous for- me d'une seule rangée, elles sont identiques et elles sont espacées régulièrement. Elles peuvent présenter un diamètre de 6 mm. En vue d'une gazéification ren- forcée, la partie divergente 19 peut comporter de plus petites ouvertures supplémentaires, comme on l'a décrit dans la demande de brevet britannique 79-01809 citée précédemment. - L'élément 10 est moulé de façon appropriée en une matière plastique, par exemple en polyéthylène, et il est conçu de manière que la facilité de moulage cone- titue un facteur important. Lorsque le dispositif est prêt à l'installation, par exemple sur un lieu d'utili- sation, il est partiellement rempli de béton ou d'une autre matière dense de lestage 20 pour lui donner une densité moyenne dans l'air, sensiblement supérieure à 20. celle de l'eau. L'agent de lestage est de préférence un mélange de résine et de grenailles de fer, que l'on peut couler à froid et qui présente une densité, sous une forme disponible dans le commerce,d'environ 5500 kg/m, ce qui est approximativement trois fois la den- sité du béton. Le centre de gravité global du dispo- sitif lesté est ainsi nettement plus bas que si on uti- lisait du béton seul comme agent-de lestage. Le disposi- tif peut avoir une hauteur d'environ 30 cm et un diamè- tre d'environ 30 cm également, et dans ce cas il suffit de 20 kg d'agent de lestage ou même moins. L'élément comporte une ceinture 29 formée par un surplomb circonférentiel 31 au point du diamètre maximum, se situant aux environs des deux tiers de la hauteur de l'élément. La surface externe de l'élément diminue de diamètre à la fois au-dessus et en dessous du surplomb 31 pour faciliter le moulage de l'élément en matière plastique. Le surplomb est interrompu à l'endroit de deux cavités diamétralement opposées 32. Le dispositif comporte des moyens de suspension, tels qu'illustrés par la Figure 2, comprenant une bride 30 entourant étroitement la ceinture 29 de manière à se disposer tout autour de la circonférence en dessous du surplomb 31. On prévoit une poignée 33 qui est prévue ri- gide par rapport à la bride et s'étend vers le haut et par-dessus l'élément annulaire creux, depuis un point 34 de la bride 30 jusqu'en un point 35 diamétralement opposé. La poignée 33 comprend deux larges bandes 36 disposées à leurs extrémités inférieures dans les cavi- tés correspondantes 32. La bride 30 et les bandes 36 sont de préférence réalisées en polypropylène et sont soudées ensemble aux points 34 et 35. Les extrémités supérieures des brides 36 sont reliées entre elles par un tube horizontal rigide en polypropylène 37 créant un lieu de suspension s'étendant horizontalement pour l'en- semble du dispositif, et ce à au moins 20 cm au-dessus de la surface supérieure de l'élément creux 10. La bri- de 30 s'adapte à montage étroit et les bandes 36 sont localisées dans les cavités 32, de sorte que le disposi- tif de suspension est ainsi rendu rigide, d'une manière générale, par rapport à l'élément annulaire creux. Les bandes 36 sont également rigides en travers de leur lar- geur, perpendiculairement au plan de la Figure 2, mais admettent une légère flexibilité ou un léger degré de liberté suivant une direction horizontale bien détermi- née dans le plan de la Figure 2. Lors de l'utilisation, un seul élément de suspension, de préférence un fil enrobé de matière plas- tique 38,traverse librement le tube 37. Le fil 38 peut ainsi être enfilé dans le dispositif au-dessus du ni- veau de l'eau à traiter,à côté du récipient de traite- ment, puis on le laisse descendre et on le laisse glis- ser le long du fil 38 jusqu'au point le plus bas de la boucle du fil. Ce dernier aura préalablement été mesu- ré de manière que le dispositif trouve sa profondeur correcte dans les eaux résiduaires et se mette automa- tiquement lui-même de niveau du fait de son moment éle- vé d'inertie autour du tube formant poignée 37. Les deux brins du fil divergent, de façon convenable, de à 600 pour réduire la probabilité d'une oscillation angulaire autour d'un axe vertical. Pour la même rai- son, le tube devrait de préférence être d'une longueur d'au moins 10 cm, par exemple de 15 cm. Pour l'enlève- ment du dispositif en vue dtune inspection ou d'un rem- placement, ou bien on peut tirer le fil vers le haut, ou bien on peut attacher un autre fil au dispositif pour permettre de tirer celui-ci vers le haut le long du fil de suspension proprement dit. La partie supérieure de la zone divergente 19 est creusée en 40 suivant un arc limité. Un dispositif fileté 12 d'admission de gaz dans la zone creuse est monté à la base de la cavité 40. Lors de l'utilisation, un raccord pour tuyau est adapté dans le dispositif d'admission 12 et est relié à un conduit flexible d'alimentation de gaz 42. La mise en place du disposi- tif d'admission de gaz dans la cavité 40 protège le raccordement du tuyau contre des chocs accidentels. La bande formant poignée 36 peut comporter une pince 43 pour rendre stable le tuyau d'alimentation de gaz au voisinage du raccordement de ce tuyau. La Figure 3 présente une variante de réalisa- tion de la poignée. Suivant cette forme. de réalisation, des bandes 36' formant poignée (semblables aux bandes 36) sont fixées aux parois latérales opposées d'un tube rigide 37' (semblable au tube 37). La Figure 4 présente une autre variante suivant laquelle une seule bande for- mant poignée 36" passe d'un côté à l'autre de l'élément en formant une boucle, et un tube rigide 37" (semblable au tube 37) est fixé à la face inférieure centrale de la bande 36".. Suivant une autre forme de réalisation non illustrée, le tube 37 peut être remplacé par deux oeillets de suspension espacés en direction horizontale pour créer un effet technique similaire. Dans'chacun des. agencements modifiés, le dispositif apporte les mê- mes caractéristiques techniques que l'agencement des Figures 1 et 2, à savoir le point de suspension ef- fectif se situe au-dessus de l'élément 10, le point de suspension effectif s'étend en direction horizontale, le centre de gravité est bas, et le dispositif peut glisser le long d'un fil de suspension, et ce de maniè- re automatique jusqu'à se mettre lui-même de niveau -et à trouver sa profondeur désirée. Les conséquences et les avantages de ces caractéristiques ont été plus com- plètement expliqués précédemment. REVENDICATIONS 1. Dispositif de gazéification de liquides, comprenant un élément annulaire creux (10O) délimitant un passage central (11) de circulation de liquide, cet élément (10) comportant un dispositif (12) d'admission de gaz dans la. zone creuse (13) et une série d'ouvertu- res (14) prévues tout autour du passage susdit pour permettre l'introduction de gaz depuis la zone creuse dans le liquide circulant, lors de l'utilisation, de manière ascendante à travers le passage pour créer des bulles de gaz dans le liquide, une matière de lestage (20) associée à cet élément annulaire (10) pour lui donner une densité globale supérieure à celle du liqui- de, et des éléments de suspension (30,33,37) permettant la suspension du dispositif dans une masse de liquide, ce dispositif étant caractérisé en ce que les éléments de suspension (30,33,37) sont rendus rigides par rap- port à l'élément (10) et présentent un point de suspen- sion effectif (37) se situant au-dessus de l'élément (10). 2. Dispositif suivant la-revendication 1, ca- ractérisé en ce que les éléments de-suspension (30,33, 37) sont conçus pour recevoir, à glissement libre, un élément de suspension (38) passant à travers le point de suspension effectif. 3. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de suspension (37) crée un premier et un second point effectifs de suspension, ces deux-points étant espacés en direction horizontale. 4. Dispositif suivant la revendication 3, ca- ractérisé en ce que le dispositif de suspension comprend un tube d'allure générale horizontale (37) permettant le libre passage d'un élément de suspension (38). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les élé- ments de suspension comprennent une bride (30) entou- rant une ceinture externe (29) de l'élément annulaire (10), et une poignée (33) rendue rigide, d'une manière générale, par rapport à la bride et s'étendant vers le haut et par-dessus l'élément annulaire creux, depuis un point (34) de la bride jusqu'en un point (35) diamé- tralement opposé de celle-ci. 6. Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la bride (30) s'adapte circonféren- tiellement en dessous d'un surplomb circonférentiel (31) formé sur l'élément (10). 7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des re- vendications 5 et 6, caractérisé en ce que la poignée (33) présente une flexibilité limitée dans un sens bien déterminé. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la poignée (33) comporte une pince (43) destinée à supporter la connexion d'un tuyau d'alimentation de gaz (42) au dis- positif d'admission de gaz (12). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le point de suspension effectif (37) se situe essentiellement à une distance aussi éloignée, au-dessus de la surface supérieure de l'élément (10), que la hauteur elle-même de cet élément.