Brevet FR2580621A1 — publié le 19861024

1. La présente invention concerne le domaine des dispositifs et appareils d'injection de chlore, dont la fonction est d'introduire du chlore dans des eaux usées afin de les traiter. Un problème majeur pour un appareil de cette na- ture est que les pompes, tamis et conduites des disposi- tifs de l'art antérieur se colmatent avec de la matière particulaire si l'eau usée est utilisée elle-même comme milieu d'écoulement. D'autres dispositifs de l'art anté- rieur ont essayé de surmonter ce problème en utilisant de l'eau propre ou de l'eau potable traitée, mais il faut un volume d'eau atteignant 38 000 à 57 000 litres par jour, ce qui renchérit l'utilisation de l'eau déjà traitée ou de l'eau propre dont la totalité est rejetée en eau usée lorsqu'elle est utilisée comme milieu d'écoulement se terminant en eau usée. Les dispositifs de l'art antérieur utilisent également des- pompes pour élever l'eau utilisée comme milieu d'écoulement et l'introduire dans la cham- bre à eau,mais ils ont une courte durée de vie lorsqu'on les utilise 24 heures par jour. Les coûts d'entretien et de 2. remplacement des pompes deviennent excessifs. Des exemples de dispositifs de l'art antérieur concernant ce domaine des dispositifs de traitement des eaux usées et de purification d'eau sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 250 144, n 4 247 531, n 4 163 712; n 3 531 406; n 3 304 564; n 2 999 797; n 2 957 474; n 2 362 607; n 2 064 627; n 1 085 348 et n 897 940. La présente invention résout un certain nombre des problèmes soulevés par les dispositifs de l'art anté- rieur, car elle utilise un tube élévateur à air comprimé et une fourniture d'air pressurisé au lieu d'une pompe pour élever l'eau jusqu'à la chambre à eau. Elle fournit également un canal continu d'écoulement qui traverse la totalité de l'ensemble, d'un diamètre suffisant grand pour permettre le passage des corps particulaires pouvant se trouver dans l'eau usée, ce qui rend inutile les tamis et permet l'utilisation de l'eau usée même comme milieu d'écoulement au lieu d'exiger une alimentation séparée en eau nettoyée ou traitée. La construction particulière de la présente invention prévoit deux vides séparés agissant ensemble pour compléter le vide total crée, qui est suffi- sant pour extraire le chlore de son réservoir d'alimenta- tion, puis l'incorporer ou le mélanger au véhicule d'eau usée, après quoi l'eau usée chlorée est injectée dans le corps ou le réservoir de l'eau usée qui doit être traitée. Un objet de la présente invention est de prévoir un injecteur de chlore pour le traitement des eaux usées, qui ne nécessite aucune pompe. Un autre objet de la présente invention est-de prévoir un injecteur de chlore pour le traitement des eaux usées, qui puisse utiliser l'eau usée elle-même comme véhi- cule. Un objet de la présente invention est encore de prévoir un injecteur de chlore pour le traitement des eaux 3. usées, qui soit exempt de colmatage grâce à un canal des- tiné au véhicule et au chlore lorsque ceux-ci sont mélan- ges. Un objet de la présente invention est de prévoir un injecteur de chlore pour le traitement des eaux usées, qui créé deux vides séparés se complétant pour fournir un vide total qui est suffisant pour extraire le chlore de son réservoir d'alimentation, et l'introduire dans le véhi- cule pour y être mélangé avant d'être injecté dans l'eau à traiter. Un objet de la présente invention est de prévoir un injecteur de chlore pour le traitement des eaux usées, qui créée deux vides séparés se complétant l'un l'autre, comportant un vide créé par un effet de venturi et un second vide créé par le principe d'une colonne d'eau en suspension s'étendant entre un point situé au-dessus de la surface de l!eau usée à traiter et un point placé au-dessous de sa sur- face. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en prespective d'un injec- teur de chlore pour le traitement des eaux usées selon la présente invention, représenté en position pour le trai- tement d'eaux usées; La figure 2 est une vue en plan de dessus de l'injecteur de chlore selon la présente invention; La figure 3 est une vue en coupe prise le long de la ligne 3-3 de la figure 2; La figure 4 est une vue en coupe prise le long de la ligne 4-4 de la figure 24 Un injecteur de chlore 1 pour le traitement des eaux usées selon la présente invention est monté sur la paroi latérale 2 d'un réservoir 3 de traitement d'eaux usées 4 devant être traitées. L'injecteur de chlore 1 comporte une chambre à 4. eau 5 placée au-dessus de la surface 6 de l'eau usée 4, et trois éléments tubulaires ou conduites 7 allant de la chambre 5 à la masse de l'eau usée 4. L'un des éléments tubulaires 7 est un tube 8 d'élévation à air comprimé, ayant son extrémité d'admis- sion 9 au-dessous de la surface 6 de l'eau usée 4 et son extrémité de décharge 10 s'étendant dans l'intérieur 11 de la chambre à eau 5 à proximité de sa partie supérieure. Un orifice 12 d'alimentation en air d'ébouche dans la paroi !0 latérale du tube 8 à proximité de son extrémité d'admis- sion 9, et une conduite 13 d'alimentation en air s'étend en- tre l'orifice 12 et une source d'air pressurisé. L'air pres- surisé-injecté par l'orifice 12 pour entrer dans le tube 8 et s'élevant jusqu'à l'extrémité de décharge 10 provoque la circulation de l'eau usée 4 entre le réservoir 3 et la chambre à eau 5. Un second élément tubulaire 7 est une conduite de trop-plein 14 ou conduite de retour, qui a pour fonction de renvoyer l'eau usée en surplus 4 au réservoir 3. La con- duite de retour 14 comporte une extrémité d'entrée 15 si- tuée à l'intérieur de la chambre à eau 5 à un niveau infé- rieur à celui de l'extrémité de décharge 10 du tube 8 d'élévation à air comprimé. Ainsi, lorsque le niveau de l'eau usée 4 dans la chambre 5 atteint le niveau de l'extré- mité d'entrée 15 du tube de retour 14, l'excès d'eau usée traverse la conduite 14 pour revenir au réservoir 3 en pas- sant par l'extrémité de charge 16 de la conduite 14 qui se trouve au-dessus de la surface 6 de l'eau usée 4. Le troisième élément tubulaire 7 est l'ensemble d'injection de chlore, qui comprend un premier ajutage éjecteur 17 débouchant à son extrémité supérieure 18 dans le fond de la chambre à eau 5. L'extrémité inférieure 19 de l'ajutage 17 débouche dans l'extrémité évasée 20 d'un second ajutage 21, qu'on peut appeler ajutage d'alimenta- tion ou ajutage de venturi. Un orifice 22 de décharge de chlore débouche dans la paroi latérale de l'ajutage 21 à 5. son extrémité évasée 20 pour l'entrée du chlore dans l'ap- pareil d'une manière qui sera décrite ultérieurement. Un tuyau souple d'alimentation en chlore ou tube 23 est bran- ché entre l'extrémité 22 de décharge de chlore et un réser- voir de fourniture de chlore (non représenté). L'eau usée traversant les premier et second ajutages 17 et 21 crée un premier vide,comme on l'a expliqué ci-dessous, pour as- pirer le chlore à partir de son réservoir pour le faire en- trer dans le dispositif. L'ensemble d'injection de chlore comprend en ou- tre un tube d'injection 24, monté sur le même axe qu'un tu- be de dispersion à grand diamètre 25, tous deux s'éten- dant vers le bas pour entrer dans l'eau usée 4 et ayant leurs ouvertures respectives de décharge au-dessous de la surface 6 de l'eau 4. Le tube d'injection 24 est relié à son extrémité supérieure 26 comme partie solidaire s'étendant en prolon- gement vers le bas du second ajutage ou ajutage d'alimenta- tion 21, et s'étend vers le bas pour entrer dans l'eau usée 4, se terminant à son ouverture de décharge 27, laquelle est située au-dessous de la surface 6 de l'eau 4. L'extrémité supérieure 26 du tube d'injection 24 se trouve au-dessus de la surface 6 de l'eau usée, et pendant le fonctionne- ment de l'injecteur de chlore, une colonne continue d'eau est toujours présente dans le tube 24 entre son extrémité supérieure 26 située audessus de la surface 6 de l'eau usée et son extrémité de décharge 27 située au-dessous de la surface 6. Cette colonne continue d'eau circulant entre le dessus de la surface 6 dé l'eau usée et son dessous fournit un second vide, comme on l'explique en détail ci-après, destiné à agir en même temps que le premier vide. L'effet combiné des deux vides est suffisant pour extraire le chlore de son réservoir et l'introduire dans l'ajutage d'alimentation ou ajutage de venturi 21 à sa zone évasée 20, et mélanger le chlore avec l'eau usée 4 pendant qu'elle cir- cule entre la chambre 5, en passant par les premier et second 6. ajutages 17 et 21, et le tube d'injection 24 pour déchar- ge dans l'eau usée 4 à traiter que contient le réservoir 3. Le diamètre de l'orifice de l'ajutage d'alimen- tation ou ajutage de venturi 21 doit avoir un rapport pré- déterminé avec celui du tube d'injection 24 pour qu'une colonne continue d'eau soit présente sur toute la longueur du tube 24 pendant le fonctionnement. Diverses combinaisons de diamètres peuvent être utilisées, le diamètre du tube d'injection 24 étant légèrement supérieur à celui de l'ori- fice du tube d'alimentation ou tube de venturi 21. Une com- binaison préférable des dimensions est un diamètre de 19 mm pour le tube d'injection 24 et de 12,7 mm pour l'orifice de l'ajutage 21, ces deux diamètres étant suffisamment grands pour permettre le passage libre, sans colmatage,des corps particulaires qui peuvent se trouver dans l'eau usée 4. L'ouverture de décharge 28 du tube de dispersion de grand diamètre est située au-dessous de l'ouverture de décharge 27 du tube d'injection 24, les deux ouvertures étant situées au-dessous de la surface 6 de l'eau usée 4 dans le réservoir 3. Un évent 29 est prévu dans la partie supérieure 30 de la chambre à eau 5 pour libérer la pression s'établissant à l'intérieur de cette chambre. En marche, une source d'air pressurié est branchée par l'intermédiaire de l'orifice 12 d'alimentation en air au tube 8 d'élévation à air comprimé, dont l'admission 9 se trouve au-edessous de la surface 6 de l'eau usée 4 dans le réservoir 3. Cela provoque la circulation ascendante d'un courant d'eau usée 4 dans le tube 8 et son extrémité de décharge 10 et son entrée dans l'intérieur 11 de la cham- bre à eau 5. Le débit de l'eau usée 4 entrant dans la cham- bre 5 est supérieur au débit du courant traversant l'ensemble d'ajutages et tubes d'injection de chlore, de sorte que la chambre 5 se remplira progressivement. Tout excès d'eau usée 4 entre dans l'ouverture 15 de la conduite de retour 14 pour renvoi au réservoir 3 d'eau usée. 7. Pendant le remplissage de la chambre à eau 5, l'eau usée 4 entre dans l'extrémité supérieure 18 du pre- mier ajutage ou ajutage éjecteur 17, en passant par l'ou- verture pratiquée à son extrémité inférieure 19, pour péné- trer dans l'extrémité évasée 20 du second ajutage 21, ou ajutage d'induction ou ajutage de venturi et continue à descendre pour entrer et traverser le tube d'injection 24 et finir par se décharger à l'ouverture immergée 27 du tube 24. L'eau usée 4 entrant dans le tube d'injection 24 circule à une vitesse légèrement supérieure à l'eau usée 4 sortant de l'ouverture immergée 27 à cause de la contre- pression de la masse de l'eau usée 4 dans le réservoir 3, jusqu'à ce que le tube 24 se remplisse, moment o la pres- sion de l'eau à l'intérieur du tronçon de tube 24 commen- ce à être égale et à dépasser la contre-pression de la mas- se de l'eau 4 dans le réservoir 3. Un débit plus rapide dans le tube 24 commence alors jusqu'à ce que le courant vers l'extérieur traversant l'ouverture de décharge 27 pour entrer dans la masse de l'eau usée 4 du réservoir 3 soit égal au courant vers l'intérieur allant de l'ajutage de venturi 21 à l'extrémité supérieure 26 du tube 24. Ainsi, on a une colonne qu'on appelle parfois "colonne d'eau en suspension", ou colonne d'eau continue, à l'intérieur du tu- be 24 alors que le dispositif d'injection de chlore selon la présente invention fonctionne, et une telle colonne d'eau "en suspension" ou colonne continue créé un vide. Un premier vide est créé juste en amont du vide de la colonne continue d'eau sous l'effet de l'ajutage de venturi 21, et de la décharge dans son extrémité évasée 20 de l'eau 4 pendant sa circulation descendante à partir de la chambre 5. Se trouvant immédiatement en aval du vide de venturi, le vide de la colonne continue d'eau renforce, s'ajoute et vient à l'appui de la force due au vide de ven- turi. La force totale des deux vides combinés est suffisan- te pour introduire du chlore dans l'ajutage de venturi 21 par l'intermédiaire de l'orifice 22, et mélanger le chlore 8. au milieu de circulation de l'eau usée pendant qu'il des- cend dans le tube d'injection 24 pour finir par être dé- chargé dans lamasse de l'eau usée 4 du réservoir 3 qui doit être traitée. La partie du tube de dispersion 25 qui s'étend au-dessous de l'ouverture de décharge 27 du tube d'injec- tion 24 sert à plus ou moins égaliser la contre-pression de la masse de l'eau usée 4 à l'orifice de décharge 27 du tube 24 et à la protéger contre les fluctuations de pression qui pourraient sinon se produire par suite des perturbations extérieures auxquelles la masse de l'eau usée 4 est soumise. Les fluctuations de la contre-pression à l'orifice de décharge 27 peuvent avoir pour conséquence que le tube 24 perd une partie ou la totalité de sa colonne d'eau continue, annulant son effet de vide. En'maintenant le tube de disper- sion 25 au-dessous de l'ouverture.de décharge 27 du tube 24, ce risque est minimisé ou évité. Dès que le fonctionnement commence, celui-ci peut être maintenu tant qu'il y a fourniture d'air pressurisé au tube 8 d'élévation à air comprimé. Il n'y a aucun moteur à entretenir ou remplacer, aucun tamis à décolmater, aucune alimentation d'eau séparée à fournir comme milieu d'écoule- ment. L'extrémité supérieure 26 du tube d'injection 24 doit être à une distance appropriée du dessus de la surface 6 de la masse de l'eau usée 4, de manière à former la colonne continue d'eau qui créé le second vide. Cette distance peut être, par exemple, de 1 mètre entre l'extrémité supérieure 26 du tube 24 et la surface 6 de l'eau 4, lorsque le diamètre du tube d'injection est de 19 mm, comme on l'a décrit ci- dessus dans l'exemple donné. Le poids total de la colonne d'eau s'étendant entre l'extrémité supérieure 26 du tube à injection 24 de 19 mm de diamètre et distant de 1 mètre de la surface 6 de l'eau 4 est suffisant pour égaliser la contre-pression de la masse d'eau usée 4. De cette façon, la quantité d'eau usée 4 entrant dans l'extrémité 26 est 9. sensiblement égale à la quantité d'eau sortant de l'ex- trémité de décharge 27 du tube d'injection 24, ce qui a pour effet de maintenir la colonne continue d'eau alors que l'injecteur de chlore selon la présente invention est en fonctionnement. L'appréciation de certaines des valeurs de mesu- res indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en uni- tés métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Injecteur de substance pour le traitement de l'eau, comprenant un moyen définissant un canal de fluide communiquant avec l'eau à traiter, un premier moyen de vi- de afin de créer un premier vide dans le canal, un second moyen de vide afin de créer un second vide dans le canal contigu au premier vide et en aval de celui-ci de façon à venir s'ajouter et compléter la force créée par le premier vide pour fournir un vide total supérieur à celui que O10 l'un ou l'autre des premier et second moyens de vide peut fournir séparément, un moyen définissant un orifice débou- chant dans le canal afin d'introduire la substance de traitement de l'eau lorsque les premier et second vides sont créés, o le premier moyen de vide comporte un élément tubulaire de venturi dans le canal, cet élément tubulaire de venturi comportant un premier ajutage,- ce premier ajutage comprenant une extrémité amont et une extrémité aval, un second ajutage placé en aval du premier ajutage, ce second ajutage comprenant une extrémité évasée concordant avec l'extrémité aval du premier ajutage de manière à créer le premier vide lorsque le fluide traverse le canal, pour entrer dans les premier et second ajuta- ges de l'élément tubulaire de venturi et l'extrémité évasée des ajutages et les traverser, o le second moyen de vide comprend un élément tubulaire allongé dans le canal, cet élément tubulaire comportant une extrémité amont et une extrémité aval, un moyen définissant un orifice d'entrée débouchant dans l'extrémité amont de l'élément tubulaire allongé placé au-dessus de la surface de l'eau à traiter, un moyen définissant un orifice de décharge-débouchant * dans l'extrémité aval de l'élément tubulaire allongé placé au-dessous de la surface de l'eau à traiter, l'eau à trai- ter fournissant une contre-pression à l'orifice de déchar- ge,, et un moyen d'écoulement pour faire entrer un fluide dans l'élément tubulaire à un débit permettant de remplir 11. cet élément tubulaire jusqu'à ce que la pression régnant à l'intérieur de cet élément tubulaire commence à dépas- ser la contre-pression, ce qui se-traduit par une décharge plus rapide dans l'eau à traiter et par la création du second vide, le fluide remplissant l'élément tubulaire constituant une colonne de fluide s'étendant entre l'ori- fice d'entrée et l'orifice de décharge de l'élément tubulai- re, la colonne de fluide pendant qu'elle se déplace en- tre l'orifice d'entrée et l'orifice de décharge provoquant la formation d'un vide entre l'orifice d'entrée et la colon- ne de fluide pendant qu'elle se déplace vers l'orifice de décharge, d'o la création du second vide, o le canal de fluide comprend un moyen définissant une chambre à eau placée au-dessus d'une masse d'eau usée à traiter, un tu- be d'entrée d'eau usée s'étendant entre la masse de l'eau usée et la chambre à eau, un moyen d'air pressurisé étant associé au tube d'entrée de l'eau usée pour provoquer l'ascension de l'eau usée jusq'à son entrée dans la chambre à eau,la partie inférieure de la chambre à eau débouchant pour la circulation de l'eau usée à l'extérieur de la cham- bre et au niveau du premier moyen de vide afin de créer le premier vide, puis au niveau du second moyen de vide pour créer le second vide, et un moyen pour introduire une substance de traitement d'eau dans le canal o cette substance introduite dans le canal lorsque les vides sont créés se mélange à l'eau usée traversant le canal pour dé- charge finale dans la masse de l'eau usée à traiter. 2 - Injecteur selon la revendication 1, o le canal de fluide comporte un alésage totalement exempt d'obstacles sur toute sa longueur de manière à éviter son colmatage. 3 - Injecteur selon la revendication 1, compor- tant une conduite de trop-plein qui s'étend entre la chambre à eau et la masse de l'eau usée afin de renvoyer tout ex- cès d'eau usée qui a pu s'établir dans la chambre à la mas- se de l'eau usée. 12. 4 - Injecteur selon la revendication 1, comprenant un second élément tubulaire allongé de grand diamètre qui entoure coaxialement l'élément tubulaire allongé cité en premier, ce second élément tubulaire s'étendant au-delà de l'orifice de décharge de l'élément tubulaire cité en premier et se terminant à un orifice de décharge qui est espacé de l'orifice de décharge de l'élément tubulaire cité en premier. - Injecteur selon la revendication 1, o le moyen d'écoulement permettant de faire circuler un fluide dans l'élément tubulaire allongé audit débit com- porte un alésage de l'élément tubulaire de venturi débou- chant en aval en un endroit contigu à l'orifice d'entrée de l'élément tubulaire allonge, cet alésage ayant un pre- mier diamètre, l'élément tubulaire allongé ayant un second diamètre, ce second diamètre étant légèrement supérieur au premier diamètre. 6 - Injecteur selon la revendication 5, o le premier diamètre est d'environ 13 mm et le second diamè- tre d'environ 19 mm. 7 - Injecteur selon la revendication 1, o le moyen permettant d'introduire dans le canal une substance de traitement de l'eau lorsque les vides sont créés est un moyen d'introduction de chlore.