Brevet FR2530486A1 — publié le 19840127

Dispositif agitateur lent pour milieu fluide La présente invention concerne un dispositif approprié à provoquer une agitation lente au sein d'un milieu fluide contenu dans une enceinte. Dans des milieux fluides, il est parfois nécessaire de procéder à un brassage continu soit pour effectuer un mélange intime de composants, soit pour éviter le dépôt de phases solides en suspension dans la phase fluide. Lorsqu'aucun brassage naturel (par exemple par convexion) ne se produit au sein de la phase fluide, on a recours à un brassage mécanique à l'aide d'un appareil mA par une énergie extérieure payante, telle que l'énergie électrique. Une telle solution est inacceptable pour équiper des installations traitant des produits de faible valeur et devant fonctionner au moindre coût, comme c'est le cas par exemple pour les installations de digestion méthanogénique de matières organiques telles que lisiers, boues résiduelles de stations d'épuration, lactosérums, résidus liquides d'abattoirs, etc. En outre, les moyens agitateurs mécaniques habituellement utilisés (hélices) ne permettent pas (sauf à les multiplier, ce qui accroît encore plus les courts) d'effectuer une agitation très lente, mais continue et uniformément répartie au sein de la phase fluide, comme cela est nécessaire dans certaines applications telles que celles mentionnées ci-dessus des installations de digestion méthanogénique. L'invention a donc essentiellement pour but de concevoir un dispositif agitateur lent, économique aussi bien à la fabrication qu'à l'entretien, ne nécessitant pour son fonctionnement que la fourniture d'un minimum d'énergie payante (électrique ou autre) et si possible d'aucune énergie payante, et d'une conception et d'un fonctionnement simples n'entraînant aucun risque de panne. A ces fins, le dispositif agitateur lent conforme à l'invention se caractérise par le fait qu'il comporte - une membrane souple immergée dans le fluide, formée d'un voile continu ou discontinu et présentant des ouvertures permettant le passage du fluide d'un eôté à l'autre, les. bords de cette membrane souple étant reliés aux parois de l'enceinte, - des moyens de rappel de cette membrane souple vers le fond de l'enceinte, - et des moyens moteurs ascendants, agissant de façon al ternative en antagonisme avec les susdits moyens de rap pel pour provoquer une remontée de cette membrane souple vers la surface libre du fluide. le dispositif agitateur lent de l'invention ne fait donc appel qu'à des moyens techniques simples qui sont constitués en des matériaux résistants et relativement peu coûteux et qui sont donc économiques a tous points de vue, aussi bien à la fabrication qu'à l'entretien. Mme les moyens moteurs peuvent, en particulier dans les applications aux installations de digestion méthanogénique mentionnées plus haut, être fort simples et d'un fonctionnement peu onéreux, voire même gratuit comme cela est indiqué ci-après. Dans un premier mode de réalisation, la membrane souple présente une zone centrale continue et étanche et une zone latérale munie d'ouvertures, les moyens moteurs ascendants étant constitués par un volume de gaz plus léger que le fluide formé de façon alternative en dessous de la zone centrale de la membrane souple. le volume de gaz peut être engendré par une réaction chimique ou biologique# se produisant dans le milieu fluide - et dans ce cas il n'est besoin de fournir aucune énergie payante au système pour son fonctionnement -, ou bien le volume de gaz est introduit en dessous de la membrane souple par des moyens d'alimentation extérieurs - la fourniture du gaz pouvant alors être effectuée dans des conditions moins onéreuses que la fourniture par exemple d'énergie électrique pour entraîner un mélangeur à moteur électrique dans les installations antérieures. Dans un autre mode de réalisation, la-membrane souple est discontinue, par exemple constituée par des bandes juxtaposées, et les moyens moteurs ascendants sont constitués par au moins une poche souple fermée reliée à des moyens d'alimentation extérieurs en gaz plus léger que le fluide. Dans l'un ou l'autre des modes de réalisation précités, les moyens de rappel de la membrane souple peuvent être constitués par un lest porté par ladite membrane, formé par exemple par des liens pesants disposés transversalement aux bandes susmentionnées constitutives de la membrane souple. Quel que soit le mode de réalisation retenu, le mouvement alternativement ascendant et descendant de la membrane au sein de la phase fluide est suffisant pour procurer le brassage requis du fluide et empêcher par exemple la sédimentation de phases solides, mais reste cependant suffisamment lent pour ne pas gêner le développement de certains phénomènes au sein du fluide.Il s'agit là d'un avantage particulièrement appréciable pour les applications- aux installations de digestion méthanogénique, par exemple pour traiter le lisier : l'agitation procurée par le dis positif de l'invention est suffisante pour brasser des particules légères (susceptibles de s'agglomérer à la surface du lisier et, au bout d'un certain temps, de s'assembler sous forme d'une croûte dure) et les disperser avant formation de la croûte, et également pour agiter les particules lourdes qui sédimentent naturellement ; par contre, cette agitation n'est pas violente et ne risque pas de briser trop finement les lits bactériens qui se forment et qui favorisent la fermentation l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs ; dans cette description, on- réfère aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1 à 3 représentent un premier mode de réali sation du dispositif de l'invention, respectivement dans trois positions fonctionnelles différentes - les figures 4 à 9 représentent de façon schématique les différentes étapes de fonctionnement d'un second mode de réalisation du dispositif de l'invention ; et - la figure 10 représente, en vue schématique de dessus, un exemple du second mode de réalisation agencé confor mément à l'invention. En se reportant tout d'abord aux figures 1 à 3, sur lesquelles les éléments identiques sont désignés par les mêmes références numériques, une membrane souple t s'étend dans une phase liquide 2, au sein de laquelle se produit un dégagement gazeux, contenue dans une cuve ou enceinte 3. La membrane 1 n'est pas de structure homogène, mais possède une partie ou calotte centrale 4 imperméable aux fluides (gaz et liquides), tandis que sa zone périphérique 5, entourant ladite calotte centrale 4, est au contraire perméable aux liquides : à cet effet,- elle est munie de préférence de perforations 6 de manière que le liquide 2 puisse passer facilement de part et d'autre de la membrane. En outre, de préférence dans sa partie ou calotte centrale 4, la membrane est équipée d'organes pesants 7 servant de lest. On notera que la membrane 1 est fixée par ses bords aux parois# de la cuve ou enceinte 3 g toutefois, elle n'est pas tendue et doit, pour un fonctionnement correct du dispositif- agitateur, présenter un mou suffisant pour que, dans des conditions définies explicitées ci-après, elle puisse titre soulevée en partie au-dessus de la surface libre 8 du-liquide 2 (vomir figure 2). Une grande partie des bulles de gaz qui se-dégagent au sein de la phase liquide 2 est retenue sous la partie centrale imperméable 4 de la membrane 1, laquelle membrane est maintenue dans le liquide sous l'action des lests 7. il en résulte la formation d'une poche gazeuse 9 qui, continuellement grossie, exerce une force ascendante croissante tendant å soulever progressivement la membrane 1 à l'encontre de l'effort descendant antagoniste dû aux lests (figure 1). La membrane est sou#levée en partie hors du liquide (figure 2) jusqu'à ce que des perforations 6. passent audessus de la surface libre 8 du liquide. À ce moment, la poche gazeuse 9 se vide et, du fait de la suppression ou tout au moins d'une importante diminution de la force ascendante due à cette poche gazeuse, la membrane retombe dans le liquide sous l'action des lests 7 (figure 3). Le cycle recommence alors. Au cours de son mouvement alternativement ascendant et descendant, la membrane provoque un déplacement du liquide qui passe librement à travers les perforations et il en résulte un brassage dont la vitesse et la qualité sont essentiellement fonction des dimensions et du nombre des perforations eu égard à la viscosité du liquide. .En se référant maintenant aux figures 4 à 9 (sur lesquelles les mêmes organes sont désignés par les mêmes réfé rences numériques), on va décrire un second mode de réali- sation du dispositif de l'invention dans une application au brassage de lisier (application donnée uniquement à titre d'exemple, et pour laquelle le mode de réalisation des figures 1 à 3 précédemment décrit pourrait tout aussi bien convenir). Une membrane entièrement perméable 11 s'étend au sein du lisier 12 (phases solides ou pâteuses en suspension dans une phase liquide) contenu dans une cuve ou enceinte 13. les phases solides du lisier comprennent des particules légères 14 (représentées par des croix sur les fige~ res), qui tendent à remonter en surface et à sécher en formant une croûte indésirable, et des particules lourdes 15 (représentées par des ronds sur les figures), qui tendent à sédimenter naturellement et à former une masse compacte au fond de la cuve. La membrane Il est percée de perforations 16 en nombre et répartition appropriés et elle est fixée par ses bords aux parois de la cuve 13 avec un mou suffisant pour qu'elle puisse se déplacer verticalement dans le lisier. Enfin, un (ou plusieurs) flotteur gonflable 17 est disposé sous la membrane 1 et est raccordé à une source de gaz (non représentée) de manière à pouvoir sélectivement être rempli ou vidé de gaz de gonflage. En outre, un lest 18 est fixé soit au flotteur 17, soit à la membrane 1. Eventuellement, le flotteur 17 peut être lié à la membrane 1, ou bien entre réalisé sous forme d'une poche constituée dans la membrane- elle-m#me. Bien entendu, dans l'application envisagée ici, la digestion méthanogénique du lisier donne lieu à un dégagement gazeux (méthane). On peut avantageusement prélever une partie de ce gaz pour procéder au gonflage du flotteur 17. Au repos (figure 4), le flotteur est dégonflé et repose avec la membrane 1 au fond de la cuve 13. Au sein du lisier s'est produite une stratification naturelle entre les particules légères remontées à la'surface et commen çant à former une croûte et les particules lourdes qui sédimentent au fond de la cuve, sur la membrane. En gonflant le flotteur 17 avec un volume de gaz suffisant pour créer une force ascendante supérieure au poids du lest 18, le flotteur 17 remonte lentement vers la surface en entraînant avec lui la membrane 1. Au cours de ce déplacement, la phase liquide et des particules lourdes de la phase solide passent à travers les perforations 16 de la membrane, ce qui donne lieu- à une dispersion du dépit dense de sédimentation des particules lourdes (figure 5). le mouvement ascensionnel se poursuit jusqu'à ce que le flotteur flotte à la surface du lisier en soulevant la membrane 1 au-dessus de cette surface : la membrane a ainsi traversé la couche de particules légères et brisé la croûte en voie de formation (figure 6). A ce moment, on dégonfle le flotteur 17 et, sous l'action du lest 18, le flotteur et la membrane retombent vers le fond de la cuve en traversant à nouveau le lisier -(figures 7 et 8). il en résulte un nouveau brassage des particules légères et lourdes, qui conduit à une homogénéisation de la répartition desdites particules et donc à une uniformisation de la digestion méthanogénique du lisier (figure 9). La figure 10 représente un exemple de réalisation particulier du mode de réalisation précédemment décrit en référence aux figures 4 à 9. D'un bord à l'autre d'une cuve 21 -contenant.un liquide à brasser, tel qu'un lisier, sont disposées des bandes -ou lanières 22, juxtaposées et indépendantes les unes des autres, constituant ensemble la membrane perforée dont question précédemment. Ces bandes ou lanières 22 reposent sur une pluralité de flotteurs constitués par des boudins gonflables 23, sensiblement rectilignes, s'étendant appro simativement perpendiculairement aux bandes. les boudins. gonflables 23 sont reliés, par des conduites 24, à une source de gaz 25 par l'intermédiaire d'un dispositif de distribution sélective 26 agencé pour alimenter les boudins en gaz ou pour vider de leur gaz les boudins gonflés selon un programme préétabli correspondant par exemple au déroulement des opérations exposées précédemment. Enfin, chaque bande 22 est munie d'un lest constitué par un tronçon de chaîne métallique 27 s'étendant sur tout ou partie de la longueur de la bande 22 et fixé à celleci. Le fonctionnement de ce dispositif est conforme à ce qui a été indiqué plus haut en regard des- figures 4 à 9. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs dé; jà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVE;BICATIOE 1 - Dispositif agitateur lent pour milieu fluide contenu dans une enceinte, caractérisé par le fait qu'il comporte : - une membrane souple immergée dans le fluide, formée d'un voile continu ou discontinu et présentant des ouvertures permettant le passage du fluide d'un caté à l'autre, les bords de cette membrane souple étant reliés aux parois de l'enceinte, des moyens de rappel de cette membrane souple vers le fond de l'enceinte, - et des moyens moteurs ascendants, agissant de façon al ternative en antagonisme avec les susdits moyens de rap pel pour provoquer une remontée de cette membrane souple vers la surface libre du fluide. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la membrane souple présente une zone centrale continue et étanche et une zone latérale munie d'ouvertures, les moyens moteurs ascendants étant constitués par un volume de gàz plus léger que le fluide formé de fa çon alternative en dessous de la zone centrale de la membrane souple. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par-le fait que le volume de gaz est engendré par une ré action -chimique ou biologique se produisant dans le milieu fluide, 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le volume de gaz est introduit en dessous de la membrane souple par des moyens d'alimentation extérieurs0 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la membrane souple est discontinue, les moyens moteurs ascendants étant constitués par au moins une poche souple fermée reliée à des moyens d'alimentation extérieurs en gaz plus léger que le fluide. 6 - -Dispositif selon la revendication 5, caractérise par le fait que la membrane souple discontinue est constituée par des bandes juxtaposées. 7 - Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 à 6J caractérisé par le fait que les moyens de rappel de la membrane souple sont constitués par un lest porté par ladite membrane. 8 - Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que les moyens de rappel de la membrane souple sont constitués par des liens pesants disposés transversalement par rapport aux bandes constitutives de cette membrane souple.