Brevet FR2501073A1 — publié le 19820910

La présente invention se rapporte à un disposi- tif de mise en flottation, au moyen de bulles de gaz, de composants en suspension dans un liquide. On connait divers procédés, ainsi que des dispo- sitifs de mise en oeuvre de ces procédés, pour la sépara- tion de composants en suspension dans un liquide, par exem- ple une eau résiduaire. Un procédé connu consiste à provoquer la flotta- tion des particules en suspension, par fixation de petites bulles de gaz, et en particulier des bulles d'air, à ces particules afin.que celles-ci deviennent plus légères que le liquide. Après flottation, on obtient ainsi une couche flottante de mousse qui peut par exemple 4tre enlevée au moyen d'un râcleur. Ce procédé convient particulièrement lb pour la séparation de composants formés de particules re- lativement petites, dont la décantation ou la flottation s'effectuerait donc relativement lentement* En effet, les particules plus petites ont un rapport surface/volums rieur celui des particules plus grosses, de sorte que la résis- tance rencontréelorsqu'elles se déplacent dans le liquide environnant,crott corrélativement. Par conséquent, les sus- pensions de petites particules sont relativement stables. Ce procédé de séparation convient également bien pour des Particules dont la densité diffère seulement légèrement de celle du liquide. De telles bulles de gaz sont obtenues par satura- tion d'un liquide, sous une pression plus élevée, avec le gaz choisi et introduction du mélange, après une brusque dé- tente,dans un espace de séparation dans lequel se trouve le liquide à traiter. Après décompression, le liquide mélangé avec le gaz devient sursaturé et il se forme un grand nombre de très petites bulles de gaz ayant une répartition presque colloïdale, ces bulles adhérant facilement aux particules eWsiuspension et cet effet étant encore amélioré par la ré- partition fine et uniforme de ces bulles dans le liquide.On peut, à ce propos, se reporter aux demandes de brevet NL 73 17 649, 79 05 328 et 78 07 081. Si les particules, dont la flottation est obte- nue comme décrit ci-dessus, sont constituées de-matière solide ou d'un liquide non miscible avec le liquide por- teur, la couche flottante contient seulement relativement peu de liquide porteur, de sorte que la matière séparée peut être débarrassée des restes de liquide porteur de façon assez simple, par exemple par séchage, post-sépa- ration, etc. Toutefois, il arrive que les particules en sus- pension dans le liquide à traiter contiennent elles-mêmes relativement beaucoup de liquide, par exemple dans le cas de micro-organismes dont les cellules contiennent du li- quide cellulaire. C'est, par exemple; le cas danila boue en excès produite dans un traitement biologique d'un li- quide à épurer au moyen de microorganismes, traitement pendant lequel les micro-organismes se multiplient.de sor- te que la boue doit être extraite régulièrement pour main- tenir la quantité de matière biologique à un niveau conve- nable. Si cette matière est séparée du liquide, en par- ticulier par séparation au moyen de bulles de gaz, la ma- tière séparée contient encore des inclusions de liquide qui ne peuvent pas être éliminées par les traitements u- suels de séparation. Ce liquide doit souvent être éliminé avant rejet, stockage, traitement ou destruction de la ma- tière solide. Le séchage à l'air libre dure généralement trop longtemps, entraîne souvent des désagréments du fait de la décomposition de la matière organique et le séchage est gêné si la matière à sécher contient du liquide inclus* Le séchage par chauffage est en général coûteux. Il existe donc une demande pour des moyens permettant de réduire en- core davantage la teneur en liquide de la matière séparée* La présente invention a pour objet un dispositif de traitement d'un liquide, dans lequel on provoque la flottation des particules en suspension dans ce liquide par fixation de petites bulles de gaz. Ce dispositif com- prend une zone de flottation, une conduite d'amenée du liquide à traiter près de la base de cette zone, des mo- yens de saturation à plus forte pression d'un liquide avec un gaz, une conduite partant de ces dits moyens et munie d'une vanne de détente ou organe analogue, cette conduite débouchant dans la zone de flottation près de sa base afin de permettre aux bulles de gaz,produites dans cette zone lorscb la détented'adhérer aux particu- les en suspension présentes dans cette zone, et des moyens d'évacuation de la zone de flottation d'une part d'une couche comprenant les composants séparésqui flottent sur le liquide présent dans ladite zone ettd9autre part.le liquide restant. Suivant l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que la conduite d'amenée du liquide à traiter est raccordée à l'aspiration de la pompe de com- pression, de façon à saturer le liquide à traiter lui-même avec le gaz, et en ce que la conduite qui débouche dans la zone de flottation et qui est munie d'une vanne de dé- tente sert en même temps à l'amenée du liquide dans la zone de flottation. Puisque c'est le liquide à traiter qui est lui- même saturé en gaz sous pression, le liquide inclus est également mis sous pression et peut même absorber du gaz venant du liquide environnant. Lors de la brusque détente du liquide sous pression, ledit liquide inclus subit éga- lement une détente et les gaz dissous dans ce liquide se trouvent donc libérés. Par suite, l'enveloppe qui enferme des quantités de liquide est brisée et le liquide est li- béré. La matière restante est ensuite rendue flottable par adhérence de bulles de gaz, dans la zone de flottation, et elle peut être enlevée sous forme de couche flottante avec une plus faible teneur en liquide. 250 107 5 Plus particulièrement, par exemple comme décrit dans la demande de brevet précitée NL 73 17 649, si une cuve de mélange est intercalée entre la pompe de compres- sion de liquide et la vanné de détente, une pompe indé- pendante de compression de gaz étant utilisée pour fournir le gaz à mélanger au liquide au moins à la pression du li- quide, la dite cuve de mélange comportant en outre des moyens d'amélioration du mélange du gaz et du liquide, la conduite raccordée au refoulement de la pompe de compres- sion de gaz peut, suivant l'invention, déboucher directe- ment dans la cuve de mélange. Cette cuve est alors utili- sée pour mélanger le gaz et le liquide. De préférence, la conduite de gaz se prolonge à l'intérieur de la cuve de mélange et aboutit à une ou plusieurs buses de distribution, de sorte que le gaz à mélanger sous pression se trouve ré- parti sensiblement uniformément à travers le liquide. En outre, la cuve de mélange peut être conçue pour maintenir, au-dessus du liquide, un volume tampon de gaz sous pression, la conduite équipée de la vanne de détente débouchant alors au-dessous du niveau de liquide le plus bas dans la cuve de mélange. En particulier, les différentes pompes de compression peuvent être commandées de façon à maintenir dans la cuve une pression déterminée du tampon de gaz et un niveau déterminé de liquide. Si le liquide emprisonné dans la matière en sus- pension danlle liquide à traiter contient des composants dissous qui ne peuvent pas être éliminés par flottation avec des bulles d'air et qui contaminent le liquide éva- cue de la zone de flottation, ce dernier liquide doit ê- tre dirigé vers un post-traitement, en particulier un étage de traitement biologique, afin d'en éliminer les dits com- posants. Dans un dispositif dansilequel le liquide à trai- ter est soumis à une séparation au moyen de bulles de gaz dans un préséparateur avant d'être envoyé à un étage de traitement biologique et dans lequel la boue en excès de ce traitement biologique est recyclée vers le même pré- séparateur afin de séparer par flottation cette boue en même temps que les composants en suspension dans le liqui- de traité, la pompe de compression de liquide et la vanne de détente suivant l'invention peuvent être incorporées dans la conduite de recyclage de la voue en excès. L'invention sera mieux comprise à la lumière ueAa description de sa forme de réalisation, non limita- tive, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 est un schéma très simplifié d'un dis- positif suivant l'invention, et Fig. 2 est un schéma, encore plus simplifié, d' un tel dispositif inclus dans une installation de traite- ment biologique d'un liquide. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un séparateur 1, sous forme d'un bassin de flottation qui peut en particulier être construit comme décrit dans les demandes de brevet précitées NL 73 17 049 et 79 05 328. Ce bassin comprend une chambre 2 d'alimentation ou de flottationséparée par une cloison inclinée 3 d'une cham- bre 4 de post-séparation qui a pour but de séparer les com- posants, non séparés dans la chambre 2, par flottation ou décantation selon le cas. Comme décrit dans les demandes de brevet précitées, un séparateur à plaques, non repré- senté sur la figure 1, peut être prévu dans la chambre 4. Les composantsséparés par flottation à partir du liquide 5Ose combinent pour former une couche flottante 6, qui peut être évacuée au moyen d'un déversoir 7 vers une goulotte d'évacuation 8, si nécessaire à l'aide d'un dispositif de raclage, non représenté. Au-dessous de la couche flottante 6, une sortie 9 de liquide épuré communi- que avec la chambre 4. Une buse 10 pour l'amenée de liquide à épurer est prévue près du fond de la chambre 20 Cette buse est raccordée à une conduite 1i dans laquelle est prévue une vanne de détente 12, cette conduite provenant d'une cuve de mélange 13. Dans la cuve 13 débouche une conduite 14 raccor- dée à une pompe 15 de compression de liquide qui peut as- pirer le liquide à traiter provenant d'une conduite d'ali- mentation 16. La pompe 15 peut refouler le liquide sous pression dans la cuve 13. D'autre part, un compresseur dû az 17 permet de refouler de l'air ambiant, ou un autre gaz approprié, vers une buse d'entrée 18, sous une pression qui est au moins égale à la pression fournie par la pompe 15. La buse 18 peut par exemple être construite sous forme d'une botte ou d'un tube perforés, de façon à répartir le gaz aussi uniformément que possible à travers le liquide. Le gaz s'élève sous forme de petites bulles et se rassemble, pour la partie qui n'est pas dissoute, dans un volume tampon de gaz 19, à la partie supérieure de la cuve 13. Si nécessaire, on peut utiliser un agitateur 20 pour mélanger encore mieux le gaz avec le liquide. Un détecteur de niveau 21 est relié à la pompe , comme indiqué schématiquement en 22, de façon à arré- ter cette pompe dës qu'un niveau déterminé de liquide est atteint. En outre, ce détecteur, ou un détecteur supplé- mentaire, peut être utilisé pour commander, comme indiqué schématiquement en 22', le compresseur de gaz 17 lorsque le tampon d'air 19 devient trop grand ou trop petit. Si on le désire, on peut également utiliser d'autres modes de régulation. La conduite 11 débouche dans la cuve 13 au-des- sous du niveau de liquide, de sorte que le gaz n'est ja- mais introduit dans la conduite 11. Le liquide est refoulé dans la conduite 11 à la pression qui règne dans l'espace 19 et ce liquide est sensiblement saturé de gaz à cette pression. Cette pression est brusquement réduite à une va- leur proche de la pression ambiante, au passage dans la vanne 12, de sorte que le liquide devient très sursaturé en gaz. Le gaz se sépare alors sous forme de petites bul- les, avec une répartition sensiblement colloïdale. Ces bulles adhèrent aux particules en suspension entrainées dans1e liquide, de sorte que ces particules deviennent plus légères que le liquide et s'élèvent dans la chambre de flottation 2, vers la couche 6. Les particules éventuel- lement restantes peuvent être séparées dans la chambre 4, si nécessaire dans un séparateur à plaques qui peut être disposé dans cette chambre, par décantation ou flottation. La différence avec les dispositifs connus de flottation par bulles de gaz réside en ce que, suivant l'invention, c'est le liquide à épurer lui-même qui est mélangé sous pression avec un gaz et non un liquide auxiliaire relativement pur tel que, par exemple, le liquide à traiter épuré. Une autre conséquence de la saturation sous pres- sion du liquide à traiter avec un gaz est que les particu- les en suspension contenant un liquide inclus explosent sen- siblement toutes lors de leur brusque détente dans la vanne 12. Elles perdent alors le liquide inclus, de sorte que la matière séparée est plus sèche et nécessite donc moins d'é- nergie de séchage. Cela s'applique en premier lieu aux mi- cro-organismes constitués de cellules comportant une cavi- té remplie de liquide. Lorsqu'on comprime le liquide et qu' on le sature avec un gaz dans la cuve 13, les cavités des cellules sont également mises sous pression et, en outre, le gaz diffuse vers l'intérieur à travers la cellule. Par la décompression, et en particulier sous l'effet du gaz libéré dans les cavités, les cellules sont détruites. Un phénomène analogue peut se produire dans des agrégats de particules comportant des cavités intermédiai- res dans lesquelles le liquide est emprisonné. Lors de la décompression, ce liquide peut également être libéré, ce qui détruit la cohésion entre les particules. Si on provoque la flottation, au moyen des bul- les de gaz, des débris des particules rompues de cette façon et qu'ils atteignent ainsi la couche flottante 6, on obtient une épuration efficace du liquide. Les compo- sants séparés sont en outre débarrassés du liquide, de sor- te que la substance de la couche flottante évacuée a une teneur plus grande en matière solide. Toutefois, si le liquide emprisonné dans les particules ou les agrégats de particules ou contenu d'une autre façon dans ces particules, risque de contaminer le liquide traité évacué en 9, par exemple dans le cas de substances organiques dissoutes dans la matière cellulaire ou dans le liquide des cavités des micro-organismes, ces substances doivent être éliminées du liquide traité. Cela peut être effectué dans un traitement ultérieur, par exem- ple dans un étage de traitement biologique. Si le liquide fourni en 16 provient déjà d'un traitement biologique, celui-ci peut être utilisé dans ce but. La figure 2 est un schéma, à titre d'exemple, d'un dispositif combiné comportant un étage 23 de traite- ment biologique. Ce dispositif comprend le bassin de flot- tation 1 et la cuve de mélange 13 avec leurs éléments as- sociés, comme dans le cas de la figure 1. Le liquide à trai- ter est amené par une conduite 24 débouchant en 25 dans la chambre de flottation 2 du bassin 1, plus particulièrement près de la buse 10 de la conduite 11 équipée de la vanne de détente 12. La conduite 16 est raccordée à une conduite 26, par laquelle la boue est évacuée du traitement biologi- que 23. Une partie de la boue est renvoyée par une pompe 27 vers le traitement biologique, en 28. Les pompes 15 et 27 sont déterminées de façon à obtenir une répartition tel- le que la quantité de boue renvoyée par la pompe 27 soit suffisante pour maintenir la concentration en boue dans le traitement biologique 23 au niveau voulu, la conduite 16 évacuant alors la boue en excès. Celle-ci est saturée sous pression avec le gaz, dans la cuve de mélange 13. Après dé- tente dans la vanne 12, elle est introduite en 10 dans la chambre de flottation 2, dans laquelle les bulles d'air produites provoquent la flottation non seulement des par- ticules de boue mais également des particules en suspen- sion introduites en 25. La conduite 9 de sortie du bassin 1 revient au traitement biologique 23, dans lequel les com- posants non séparés et en particulier dissous sont soumis à un traitement d'épuration biologique. Le liquide épuré est rejeté en 29. Ce dispositif combiné correspond sensi- blement à celui qui est décrit dans la6emande de brevet NL 77 01 608 sauf en ce que, dans le cas présent, c'est la boue recyclée elle-même, et non une partie du liquide prétraité dans le bassin 1, qui est saturée avec le gaz. Comme décrit dans la demande de brevet précitée, on ob- tient une couche flottante 6 par flottation conjointe des particules suspendues dans le liquide d'entrée et dans le mélange de boue recyclée, cette couche contenant moins de liquide et par conséquent davantage de matière solide que dans le cas de flottation séparée. Comme représenté en 24', on peut également di- riger le liquide à traiter vers la pompe 15 afin de le sa- turer également en gaz, ce qui peut être avantageux si ce liquide également contient des particules ou des agrégats de particules comportant du liquide emprisonné. Bien enten- du, on peut également saturer seulement le liquide avec un gaz et renvoyer la boue recyclée directement à la cham- bre 2. Si, lors de l'éclatement des particules en sue- pension ou des agrégats de particules du fait de la dé- compression, des débris de ces particules arrivant dans la couche flottante 6 peuvent être dissociés encore davantage et engendrer, lors du séchage ou d'autres traitements, des produits de décomposition indésirables, il peut être par- fois avantageux de faire subir un post-traitement à la matière de la couche flottante. Si un traitement biologi- que est approprié, il peut être effectué dans un étage séparé de traitement biologique mais on peut également utiliser pour cela le dispositif de traitement 23. La ma- tière de la couche flottante peut être dirigée dela gou- lotte 8 vers un bac de stockage 31, afin de l'y stocker temporairement et de l'envoyer au moment voulu vers le traitement biologique 23 par l'intermédiaire d'une con- duite 32, par exemple pendant qu'aucun liquide n'est amené par la conduite 24, ce qui peut être le cas pendant les congés de fin de semaine et les autres interruptions de travail lorsqutil n'y a pas de production de liquide à traiter. Un avantage de cette disposition est que les microorganismes peuvent ainsi 4tre maintenus en vie dans le dispositif 23. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant-l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. Le dispositif représenté sur la figure 1 peut également être incorporé de différentes manières dans des systèmes existants de traitement de liquide. Revendications 1. Dispositif de traitement d'un liquide, dans le- quel la flottation de particules en suspension dans un liquide est provoquée par fixation de petites bulles de gaz, comprenant une zone de flottation (2), une conduite d'amenée du liquide à traiter près de la base de cette zone, des moyens de saturation sous pression accrue d'un liquide avec un gaz, ces moyens comprenant une pompe (15) de compression du liquide, une conduite (11) raccordée à ces moyens et munie d'une vanne de détente (12) ou or- gane analogue et débouchant près de la base de la zone de flottation afin que les bulles de gaz produites dans/le liquide lors de la détente puissent adhérer aux particu- les présentes dans ladite zone et en suspension dans le liquide introduit, et des moyens (7,9) pour évacuer de la zone de flottation d'une part une couche (6) qui comprend les composants séparésflottant sur le liquide présent dans la zone (2),et d'autre part le liquide restant, carac- térisé en ce que la conduite (16) d'amenée du liquide à traiter est raccordée à l'aspiration de la pompe de com- pression (15), de façon à saturer avec un gaz le liquide à traiter lui-m4me, et en ce que la conduite (11),qui dé- bouche dans la zone de flottation (2) et comporte une van- ne de détente (12),sert en même temps à l'amenée de ce li- quide dans la zone de flottation. 2. Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel une cuve de mélange (13) est intercalée entre la pompe de compression de liquide et la vanne de détente, un compres- seur de gaz (17) étant prévu et déterminé pour introduire le gaz à mélanger au liquide dans ladite cuve, au moins à la pression du liquide, cette cuve étant munie de moyens (20) qui favorisent le mélange du gaz avec le liquide, caractérisé en ce que la conduite raccordée au refoulement du compresseur de gaz débouche dans la cuve de mélange, celle-ci étant conçue pour le mélange du gaz et du li- quide sous pression. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que la conduite de gaz se termine, à l'inté- rieur de la cuve de mélange, par une ou plusieurs bu- ses de distribution (18) au moyen desquelles le gaz à mélanger sous pression est réparti sensiblement unifor- mément à travers le liquide. 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, ca- ractérisé en ce que la cuve de mélange est conçue de fa- çon à maintenir au-dessus du liquide un volume tampon(19) de gaz sous pression et en ce que la conduite (11) munie de la vanne de détente débouche dans la cuve de mélange au-dessous du niveau de liquide le plus bas. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens de commande (21,22, 22') des pompes de compression, de façon à ce qu'un ni- veau déterminé de liquide soit maintenu dans la cuve de mélange. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (9) d'é- vacuation du liquide traité de la zone de flottation com- muniquent avec un dispositif de post-traitement, en par- ticulier urytraitement biologique (23), ce dernier étant prévu pour éliminer les composants qui subsistent dans ce liquide. 7. Dispositif suivant la revendication 6, danslle- quel le liquide à traiter est soumis à un traitement de flottation par bulles de gaz dans un pré-séparateur (1) avant d'être envoyé à un étage de post-traitement (23), la boue en excès produite dans ce post- traitement étant recyclée vers le même séparateur (1) afin de séparer par flottation les composants de cette boue en même temps que les composants en suspension dans le liquide à traiter, caractérisé en ce que la pompe (15) de compression de li- quide et la vanne de détente (12) sont placées dans la con- duite de recyclage de la boue en excès. 8. Procédé de traitement de liquide contenant des particules en suspension et/ou des agrégats de particu- les, caractérisé en ce que le liquide est traité dans un dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, de sorte que les particules ou agrégats sont brisés lors de la détente et que le liquide inclus dans ces particules ou agrégats est libéré.