Brevet FR2481142A1 — publié le 19811030

La présente invention se rapporte aux disposi- tifs de traitement de milieu: liquides par gazéification. L'une des applications de ces dispositifs est l'aération ou l'oxygénation des eaux d'égo t ou d'autres eaux rési- duaires, par exemple dans une installation de traitement des eaux d'égoût en bassin par oxydation, tandis qu'une autre application consiste en l'aération ou en l'oxygéna- tion de l'eau des installations de pisciculture ou des anguillères ou d'autres installations semblables. Le brevet du Royaume Uni de Grande-Bretagne et d'Irlande 1 482 191 décrit un dispositif pour la ga- zéification des liquides1qui comprend un élément creux annulaire ayant un passage central pour du liquide et une entrée pour du gaz. Une partie de la srface se&trou- vant en face du passage est ouverte, de manière à ce que, en fonctionnement, le gaz passe du creux dans le liquide se trouvant dans le passage. La section droite du passa- ge pour le liquide augmente progressivement au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la région ouverte. Au modèle déposé du Royaume Uni de GrandeBretagne et d'Irlande 987 313, on décrit une forme particulière de ce disposi- tif qui s'est révélé très efficace en pratique. Ces dispositifs sont habituellement lestés, par exemple par du béton introduit par l'entrée pour le gaz, de manière à ce qu'il se place dans la partie inférieure du creux, puis sont suspendus par exemple par des chaînes dans un liquide à traiter, de manière à ce que l'axle lon- gitudinal du passage destiné au liquide dans le disposi- tif soit sensiblement vertical. En fonctionnement, le gaz forme des bulles en passant par les ouvertures dans le liquide se trouvant dans le passage, les bulles s'élevant dans le liquide pour induire un courant ascendant de li- quide dans le passage. Le courant de liquide induit tra- versant les ouvertures exerce un effet de cisaillement sur les bulles de gaz lorsqu'elles quittent l'élément annulaire, ce qui produit des bulles de gaz plus petites et augmente 2 2481142 en conséquence l'interface globale gaz-liquide pour un volume de gaz donné, en augmentant donc la vitesse de transfert gaz à liquide. Ces dispositifs se sont révélés très efficaces en pratique, en particulier pour aérer de l'eau usée con- tenant de la matière organique pouvant être dégradée par voie aérobie, par exemple pour des eaux d'égoût. Ces dispositifs donnent une vitesse élevée de mise en solution du gaz, en nécessitant peu d'énergie et sont aussi très efficaces pour établir et pour maintenir une circulation importante dans le corps du liquide à traiter. Ces dispositifs sont généralement de révolution autour de leur axe vertical et donnent donc un trajet de circulation qui est lui aussi de révolution autour de l'axe-. Dans une installation de traitement, on peut disposer un, certain nombre des dispositifs suivant un certain motif. dans un plan horizontal, de manière à ce que chacun d'en- tre eux traite une étendue d'eau de dimension optimale, sans porter atteinte d'une manière significative au.motifs de circulation crééspar des dispositifs voisins. Ces installations peuvent fonctionner en continu ou en discon- tinu, mais dans les deux cas il est nécessaire de prévoir des équipements pour que l'eau à traiter passe dans l'ins- tallation de traitement. L'invention vise à fournir une solution effi- cace et réelle à cette nécessité. L'invention a donc pour objet un dispositif de gazéification de liquides comprenant un élément creux an- nulaire délimitant un passage central pour du liquide,,cet élément ayant une entrée pour du gaz dans le creux et plu- sieurs ouvertures entourant le passage et destinées à per- mettre l'introduction de gaz du creux dans le liquide s'é- coulant,,en utilisation,dans le passage,afin de former dans ce liquide des bulles de gaz, caractérisé en ce que des moyens de déviation du courant sont associés à l'extrémité 248 I 142 supérieure du passage pour donner.en utilisation-au cou- rant liquide gazéifié une composante de vitesse horizonta- le. L'extrémité inférieure du passage peut être agencée de manière à ce que, en utilisation, du liquide non gazéifié vienne uniformément de toutes les directions horizontales. En variante on peut prévoir des moyens qui sont destinés à arrêter le courant et qui sont associés à l'extrémité inférieure du passage afin d'avoir tendance à diminuer le débit volumique d'entrée provenant de la di- rection de la composante horizontale de vitesse. Suivant une variante préférée, l'élément creux annulaire est élancé latéralement de manière à ce que le passage ait une section droite élancée. De préférence, le passage est élancé d'une manière générale perpendiculai- rement à la direction de la composante horizontale de vi- tesse. Le passage peut avoir une section droite de forme générale elliptique ou de forme générale rectangulaire, avec ou sans extrémité arrondie et la partie élancée peut avoir une étendue telle que le passage prend une configuration semblable à une fente. On comprend qu'en utilisation, les dispositifs suivant l'invention tendent à provoquer un mouvement d'en- semble de l'eau à traiter suivant une direction horizon- tale devant les dispositifs. L'invention vise également un récipient de traitement dans lequel se trouve un de ces dispositifs ou plusieurs de ces dispositifs disposés suivant une orientation déterminée à l'avance par rapport au récipient. Les dispositifs n'ont pas besoin d'avoir - tous la même orientation. L'orientation déterminée à l'avance peut être telle qu'elle tend à faire se mouvoir le liquide progressivement dans les volumes d'influence des dispositifs successifs. Une cuve de pisciculture par exemple, peut être agencée de manière à donner un trajet important d'eau en mouvement, notamment pour simuler -les conditions d'une rivière à truites, et dans cette variante - 248I4'2 - on peut -disposer les dispositifs de manière à ce qu'ils tendent àfaire se mouvoir l'eau dans son ensemble, dans la même direction le long de ce trajet, lequel peut être - fermé. Quand on utilise des dispositifs élancés laté- ralement, on les dispose dans un trajet ou dans un canal d'écoulement, de manière à ce que la partie élancée s'é- tende transversalement au trajet ou au canal d'écoulement. Cela s'applique particulièrement aux installations de traitement d'eau d'égoût en bassin par oxydation, comme on l'expliquera ci-dessous. - Les moyens de déviation du courant peuvent ê- tre agencés de manière à donner une composante de vitesse horizontale relativement faible, par exemple quand on a besoin d'un courant d'ensemble relativement modéré dans une section de traitement d'une installation de traitement des eaux d'égoût. Suivant une autre variante, lés moyens de déviation du courant peuvent prendre une forme plus importante, par exemple celle d'un capot incurvé-important s'étendant sur 50% ou sur plus de 50% de la vue en plan du dispositif, de manière à donner une composante horizontale de vitesse importante. Cette variante peut être utilisée dans une cuve de pisciculture o l'eau peut avoir une bonne profondeur et o l'on a besoin d'un débit global'im- portant suivant un trajet fermé. Dans certaines variantes, par exemple dans celles qui viennent d'être mentionnées, la poussée horizontale du jet du courant dévié peut nécessiter d'autres agence- ments de support que le lestage et les chaînes de suspen- sion. C'est ainsi par exemple que le lestage et la suspen- sion par chaine avec des points de suspension au voisinage du dispositif de déviation du courant, peuvent être suffi- sants. En variante, on peut se dispenser du lestage en tout ou'partie et l'on. peut fixer le dispositif ou le main- tenir en position par des entretoises ou par un réseau de tuyaux provenant des côtés ou du-fond d'un récipient de traitement. 2481142 Les moyens de déviation du courant peuvent être d'un seul tenant avec le dispositif, pratiquement'sous la forme d'un moulage en matière plastique. En variante, les moyens de déviation du courant peuvent affecter la forme d'une chicane, d'une hotte, d'un capot ou d'un manchon rapporté destiné à coopérer avec la partie supérieure de l'élément creux annulaire. On peut agencer ces moyens rapportés de déviation du courant de façon à ce qu'ils soient fixés au dispositif de manière permanente ou de manière amovible ou on peut les placer dans une cuve de traitement à l'aide d'entretoises ou d'un réseau de tu- yaux issus des côtés ou du fond du récipient, l'élément creux annulaire ayant lui-même une densité globale infé- rieure à celle de l'eau et étant en utilisation pris au piège en dessous des éléments de déviation du courant. Un avantage des moyens rapportés de déviation du courant est qu'ils peuvent être utilisés avec d'autres dispositifs de gazéification normalisés à courant vertical. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'un dispositif suivant l'invention; La figure 2 est une vue en plan par dessous du dispositif de la figure 1; La figure 3 est une vue en plan d'une instal- lation de traitement de liquide suivant l'invention; et La figure 4 est une vue en coupe par un plan vertical d'une variante d'un dispositif suivant l'inven- tion. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de gazéification comprenant un élément 10 creux annulai- re délimitant un passage 11 central pour du liquide. L'é- lément 10 a une entrée 12 pour du gaz dans le creux 13 et une rangée d'ouvertures 14 entourant le passage 11. Ce dernier a une entrée 15 inférieure et une sortie 16 supé- rieure et comprend une portion i7 inférieure convergente, 2 248 142 un col 18 intermédiaire et une portion 19 supérieure di- vergente. Les ouvertures 14 sont prévues sensiblement au centre du col 18. Les ouvertures 14 sont de préféren- ce sur une seule rangée, sont identiques les unes aux autres et sont réparties d'une-manière régulière. Elles peuvent avoir un diamètre de 6 millimètres. L'élément 10 a une ceinture 29 définie par une avancée 31 circonféren- tielle au point de diamètre maximum à environ les deux tiers de la hauteur de l'élément. La face extérieure de l'élément est conique vers l'intérieur, tant au-dessus qu'en dessous de l'avancée 31 afin de faciliter le mou- lage. Des moyens 20 de déviation du courant sont associés à l'extrémité supérieure du passage afin de donner en utilisation une composante de vitesse horizon- tale au courant de liquide gazéifié, comme illustré par des flèches 21. Les moyens de déviation du courant peu- vent avoir des formes diverses. Ce peut être par exem- ple une chicane, une hotte, un capot ou un manchon, sui- vant les critères et les applications passés en revue ci-dessus. Dans la variante illustrée, le moyen de dé- viation est une chicane ou un capot ayant une partie 22 inférieure s'étendant verticalement vers le haut à par- tir de l'élément 10 et ayant la même courbure en vue en plan, et une portion 23 supérieure incurvée suivant les trois dimensions. Les moyens 20 de déviation du courant, qui sont représentés,sont fixés de manière amovible à l'élément 10 par l'intermédiaire de la portion 22 infé- rieure s'étendant vers le bas vers une bande 24,qui entoure la ceinture 29 et vient circonférentiellement en dessous de l'avancée 31. On peut utiliser d'autres agen- cements que celui décrit ci-dessus. Dans une variante- particulière, la portion 23 supérieure peut s'étendre sen- siblement en travers de tout le trajet du courant, tel que considéré suivant une vue en plan, et la portion 22 supérieure peut avoir la forme d'un manchon continu cir- 248 14 i, conférentiellement suivant une vue en plan. Ceci donne un agencement ressemblant quelque peu aux ouies de venti- lation d'un pont'de bateau L'élément 10 est élancé transversalement, comme on le voit mieux à la figure 2, de sorte que le passage 11 a une section droite de forme générale elliptique. Pour la commodité de la fabrication, la section droite peut ê- tre constituée en fait d'une portion 40 centrale à côtén parallèles et de deux portions 41, 42 d'extrémité hémi- circulaires. On retrouve la même section droite pour les autres dimensions de l'élément 10,tel que considéré dans la vue en plan par en dessous. Des moyens 50 destinés à arrêter le courant sont associés à l'extrémité inférieure du passage 11 afin de diminuer le débit volumique d'arrivée suivant la direction de la composante horizontale de vitesse. L'ar- rivée s'effectue donc de préférence par le côté opposé aux moyens 50 d'arrêt, comme indiqué par la flèche 51. Les moyens 50 reflètent à nouveau la section droite de l'élé- -ment 10, tel que vue en planuet s'étendent sur plus de - % de la circonférence de base. Dans une application, le dispositif est placé ou retenu en utilisation sur le fond d'un récipient de traitement. Les moyens 50 servent a- lors aussi de pied et d'entretoise, de sorte que la sec- tion droite réelle d'arrivée est généralement égale à la section droite du col 18 ou plutôt plus grande que celle- ci. Il peut s'ensuivre une action de nettoyage du fond, qui est souhaitable dans certaines applications o des dé- chets anaérobies peuvent s'accumuler sur le fond d'une cuve de traitement. Dans la variante illustrée, on.notera que l'é- lément 10 est élancé transversalement et que l'axe prin- cipal de la section droite de forme générale elliptique du passage 11 s'étend d'une manière générale perpendicu- lairement à la direction de la composante horizontale de vitesse illustrée par les flèches 21 et 51. 2 2481';2 -La figure 3 est un schéma vu en plan d'une ins- tallation de traitement de liquide suivant l'invention. L'installation comprend un récipient 60 de traitement dé- finissant un canal d'écoulement du liquide en circuit fer- mé, sous la forme de deux sections 62 rectilignes paral- lèles réunies par des sections 63 d'extrémité incurvées. Plusieurs dispositifs 64, dont deux sont représentés, du type décrit en détail aux figures 1 et 2, sont disposés dans le canal pour le courant et y créent l'écoulement. Les moyens 20 de déviation du courant des dispositifs sont du même côté de ce canal et sont orientés ainsi de ma- nière à donner,en utilisation,la composante horizontale de vitesse d'une manière générale suivant la direction du canal pour le courant tel qu'indiqué par des flèches 65. L'installation illustrée à la figure 3 peut être une installation de pisciculture ou une anguillère comme décrit ci-dessus. En variante, l'installation, normalement à plus grande échelle, peut être une installa- tion de traitement des eaux d'égoût en bassin par oxyda- tion. Un bassin d'oxydation est une forme bien connue d'installation de traitement des eaux d'égoût et comprend un canal pour la circulation d'un couranten circuit fermé de 1 à 1,5 mètres environ de profondeur, formant en plan un circuit de forme générale ovale de largeur uniforme. Ce bassin est construit normalement par excavation. L'aéra- tion est obtenue habituellement à l'aide d'aérateurs à brosse, c'est-à-dire des dispositifs qui perturbent méca- niquement la couche supérieure de l'eau usée et qui, par leur action, servent aussi à maintenir une vitesse d'é- coulement autour du bassin, de 0,3 mètre environ à la seconde, ce qui est généralement suffisant pour maintenir les floculats de boue activée en suspension. Quand le bassin est destiné à fonctionner en continu, il faut prévoir des équipements de décantation de la boue avant l'évacuation de l'effluent final. Dans à 2 2481142 des installations classiques à bassin d'oxydation, on utilise habituellement des cuves de décantation distinctes, mais des installations plus-récentes à bassin d'oxyda- tion englobent des sections de décantation qui en font partie intégrante. Cette section est ménagée dans la portion du canal continu qui est sensiblement immédiate- ment en amont de l'aérateur, c'est-à-dire la portion qui est donc aussi la plus en aval de l'aérateur o le cou- rant est moins perturbé et o il tend à s'instaurer auto- matiquement une décantation. Les aérateurs mécaniques à brosse sont d'une efficacité reconnue, mais ont des exigences importantes d'entretien et comme ce sont essentiellement des agen- cements mécaniques, manquent de souplesse dans leur fonc- tionnement et dans leur mise en place. En outrel'aéra- tion est introduite dans les couches supérieures de l'eau usée à traiter. Quand on utilise des dispositifs 64 élancés latéralement, ils sont disposés dans le canal 62 de cous rant de manière à ce que leur partie élancée s'étende transversalement au canal de courant. Suivant une va- riante, le dispositif est dimensionné de manière à s'é- tendre à peu près complètement au travers du canal de courant du bassin d'oxydation. Les canaux de courant de bassin d'oxydation ont habituellement de 1 à 5 mètres de large. Dans une autre variante, on peut prévoir deux dispositifs ou plusieurs dispositifs côte à côte, de manière à ce qu'ensemble ils s'étendent sur la largeur du canal. On peut prévoir un ou plusieurs dispositifs en un point du circuit d'écoulement ou à chacun de deux ou plusieurs postes le long du trajet d'écoulement. Dans une installation plus importante, il peut être souhaita- ble d'avoir plusieurs postes de ce type qui peuvent être à des distances égales ou non les uns des autres. Lors- que l'installation englobe une section de décantation en 2481 ? 42 faisant partie intégrante, les postes sont relativement concentrés dans un tronçon de longueur du trajet d'écou- lement, comme illustré à la figure 3, pour laisser un tronçon relativement long o l'écoulement est tranquil- le et o il peut s'effectuer une décantation. L'utilisation de ces dispositifs donne beau- coup de flexibilité en ce qui concerne la mise en place et le nombre des dispositifs, tant initialement que pendant le fonctionnement ultérieur de l'installation, ce qui ne pouvait pas être obtenu jusqu'ici par des systèmes d'aération à brosse mécanique qui nécessitent un support et une machinerie d'entratnement importants. Les disposi- tifs suivant l'invention requièrent seulement en utilisa-. tion des supports passifs,relativement simples et des conduits d'alimentation en air. En fonctionnement, les dispositifs de gazéifi- cation donnent de l'aération et tendent aussi à provoquer un mouvement d'un bloc de l'eau à traiter, suivant une direction horizontaledevant les dispositifs se trouvant le long des canaux d'écoulement. En outre,les moyens de déviation du courant du dispositif ou de chaque dispo- sitif sont associés à l'extrémité supérieure du passage et ainsi le courant aéré évacué se trouve en général dans la couche supérieure de l'eau usée. En conséquence, ce qui est admis dans le dispositif ou dans chaque disposi- tif est à l'extrémité inférieure du passage et provient donc de la couche inférieure de l'eau usée. Lorsqu'on associe des moyens pour arrêter le courant à l'extrémité inférieure du passage, ce qui est pris, proviendra aussi préférentiellement ou entièrement de la couche inférieu- re de l'eau usée en amont du dispositif. La combinaison de dispositions mentionnée ci- dessus sert à diminuer toute tendance à une accumula- tion indésirable de matière résiduelle solide non traitée ou encore insuffisamment traitée, en des masses poten- tiellement anaérobies sur le fond du bassin. Lorsqu'on I 248 i 1 49 utilise une succession interrompue de dispositifs le long d'une section du bassin immédiatement en aval de l'en- trée de l'eau usée brute, les dispositifs servent ainsi à élever d'une manière répétée les matières solides vers les couches supérieures, afin d'obtenir un mélange *et une aération efficaces. On peut construire le bassin d'oxydation par excavation dans le sol ou on peut le construire au-des- sus du sol ou de préférence à moitié au-dessiE du sol et à moitié en dessous. Les parois peuvent être en béton renforcé par du verre et peuvent être revêtues de ma- tière plastique pour obtenir un canal d'écoulement lis- se. Les parois peuvent être verticales ou inclinées vers le haut et vers l'extérieur. En vue en plan, tel qu'illustré à la figure 3, le bassin peut comprendre deux portions latérales rectilignes reliées par deux portions d'extrémité arrondies. La figure 4 illustre une autre variante du dispositif. Les parties semblables à celles de la figure 1 ont été repérées par les mêmes numéros de ré- férence. Ce dispositif est lesté en 70 et est main- tenu en position par un conduit 71 rigide d'alimenta- tion en airqui est vertical et qui communique avec l'entrée 12 pour le gaz du dispositif. Le conduit peut alors servir aussi de support commode pour les moyens de déviation du courant. Dans cette variante, les mo- yens de déviation du courant ont des ouvertures 72, 73 qui reçoivent le conduit et ces moyens peuvent être glissés vers le bas le long du conduit jusqu'à une po- sition de travail reglée, habituellement-alors Agie le fond est en contact avec le sommet du dispositif. REVENDICATIONS 1) Dispositif de gazéification de liquides com- prenant un élément (10) creux annulaire délimitant un passage (11) central pour du liquide, cet élément (10) ayant une entrée (12) pour du gaz dans le creux et plu- sieurs ouvertures (14) entourant le passage et destinées à permettre l'introduction de gaz du creux dans le li- quide s'écoulant.en utilisation,dans le passage.afin de former dans ce liquide des bulles de gaz, caractérisé en ce que des moyens (20) de déviation du courant sont asso- ciés à l'extrémité supérieure du passage pour donner,en utilisation,au courant liquide gazéifié une composante de vitesse horizontale. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé par des moyens (50) qui sont destinés à arrêter le courant et qui sont associés à l'extrémité inférieure du passage (11) afin d'avoir tendance à diminuer le débit volumique d'entrée provenant de la direction de la compo- sante horizontale de vitesse. 3) 'Dispositif suivant la revendication I ou 2, ca- ractérisé en ce que l'élément (10) creux annulaire est élancé latéralement de manière à ce que le passage (11) ait une section droite élancée. 4) Dispositif suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que le passage est élancé d'une manière généra- le perpendiculairement à la direction de la composante horizontale de vitesse. - ) Dispositif suivant l'une des revendications-1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (20) de déviation du courant comprennent un capot incurvé s'étendant sur 50% ou plus de 50% de la vue en plan du dispositif. 6) Installation de traitement de liquide caracté- risée par un récipient (60) de traitement et un ou plu- sieurs dispositifs (64) suivant l'une des revendications 1 à 5-disposés dans ce récipient suivant une orientation déterminée à l'avance par rapport à ce récipient. 2481 1 2 7) Installation suivant la revendication 6, ca- ractérisée en ce que plusieurs de ces dispositifs (64) sont disposés suivant des orientations qui tendent en utilisation à faire se mouvoir le liquide traité progres- sivement dans les volumes d'influence des dispositifs successifs. 8) Installation suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le récipient (60) définit un canal pour un courant de liquide en circuit fermé et les mo- yens (20) de déviation du courant du dispositif (64) ou de chaque dispositif (64) sont orientés pour donner,en utili- sation,à b. composante horizontale de vitesse une direction orientée d'une manière générale suivant celle du canal. 9) Installation suivant la revendication 8, carac- térisée en ce que l'élément (10) creux annulaire du dis- positif (64)au de chaque dispositif (64) est élancé latérale- ment de manière à ce que le passage (11) ait une section droite élancée et cette partie élancée s'étend d'une ma- nière générale perpendiculairement au canal pour le cou- rant. ) Installation suivant l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que c'est une installation de pis- ciculture ou une anguillère. 11) Installation suivant la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que c'est une installation de traitement des eaux usées par oxydation dans un bassin. 12) Installation suivant la revendication 11, carac- térisée en ce que plusieurs dispositifs (64) sont relati- vement concentrés dans un tronçon du trajet d'écoulement, pour laisser un tronçon relativement long,servant de sec- tion de décantationfaisant partie intégrante de l'ins- tallation,en vue d'y obtenir un écoulement tranquille et une décantation. 1i3