Brevet FR2581561A1 — publié le 19861114

L'invention concerne un dispositif pour disperser et mélanger un ou plusieurs gaz dans un liquide ou un mélange de liquides miscibles ou non miscibles. Elle est destinée à permettre le mélange et la réaction éventuelle entre le ou les gaz, et le ou les liquides, mais elle permet également la séparation par flottation des solides contenus dans le ou les liquides, ainsi que la séparation simultanée de liquides de densités légèrement différentes, et non miscibles, compris en présence de solides L'invention concerne également un procédé pour disperser un plusieurs liquides dans un ou plusieurs liquides, en assurant le brassage et le mélange des liquides ainsi en présence, soit en vue de leur homo génisation, soit en vue de leur réaction chimique. L'invention concerne également un procédé pour la dispersion simultanée d'un ou plusieurs gaz et d'un ou plusieurs solides dans un mélange de liquides. en vue d'une homogènisation ou d'une réaction physique ou chimique entre les composés en présence. En plus de cette dispersion des gaz, liquides ou solides dans un ou des liquides, le procédé assure l'aspiration de ces corps ou composés, sans utilisation d'autres systèmes, tels que pompes, appareils sous pression, réservoirs en sur-élévation par rapport à la cuve de mélange, et d'une façon générale, tout dispositif mécanique ou électro-mécanique pour alimenter la cuve de réaction ou de mélange. L'invention permet également le règlage des quantités, volumes ou masses, de corps ou composés introduits dans la cuve de réaction ou de mélange. Les débouchés de l'invention et ses utilisations, sont les industries chimiques, biochimiques, biolo giques, minières, en particulier les réactions de fermentation, de polymérisation, ou de séparation, ainsi que l'industrie d'épuration des eaux usées en général, et en particulier l'aération des bassins tampons en tète de station, ainsi que les traitements dits primaires d'élimination par flottation des graisses, particules en suspensions, liquides plus légers que l'eau, en particulier les huiles, et d'une façon générale, tout liquide non miscible, et tout solide non soluble dont cherche l'élimination ou la récupération. Ces possibilités s'appliquent a tous les types de mémanges, soit liquides/gaz, liquides/liquides, liquides/solides/gaz. L'état de la technique permet d'obtenir un tel pompage et une telle dispersion par le moyen d'une turbine décrite dans le brevet français n" 2.495.494 de M. J P. DELOOF. La turbine décrite dans ce brevet apportait une grande amélioration par rapport aux inventions décrites dans les brevets des États Unis d'Amérique n" 1.984.366 par A.W. FAHRENWALD, et nO 3.327.851 par C.M. ANDERSON, ainsi que par rapport a l'invention décrite dans le français nO 2.232.356 par ONTKUMPU-OY., en ce qu'elle permet l'obtention de fines bulles, qui en eau claire, et sans additif chimique de quelque nature que ce soit. ont un diametre toujours inférieur a 1 mm. Cependant le dispositif de cette turbine n'évite pas deux inconvénients majeurs : un risque important de colmatage, en particulier en présence de matieres fibreuses, et des phénomenes de cavitation dûs au dénoyage de la turbine, quelque soit la profondeur d'immersion. Ce phénomène est entrainé par l'importance de la dépression crée par la turbine lors de sa mise en rotation, qui aspire instantanément un très important volume de gaz ayant pour conséquence de réduire instantanément cette dépression, ce qui arrête l'arrivée de gaz. On observe donc un phénomène de fonctionnement très irrégulier, avec une arrivée massive de gaz qui est mal- dispersé, puis une période sans aucune arrivée de gaz. Ce phénomène est d'autant plus important que la vitesse linéaire du ou des liquides, et celle des gaz pompés, s'additionnent, ce qui se produit lorsque le pompage du liquide se fait de bas en haut, les gaz ayant en effet toujours tendance a remonter vers la surface du ou des liquides. On a également observé que cette disposition entrainait une très forte aspiration dans le turbine des matières déposées ou tendant a se déposer au fond du bassin, ce qui augmente considérablement le risque de colmatage de la turbine, en particulier en présence de matières fibreuses. Enfin le dispositif décrit dans le brevet DELOOF ne permet pas un contrôle et un réglage aisé de la quantité de gaz aspirée. En particulier, il est impossible avec ce dispositif de régler le débit de différents gaz lorsqu'on souhaite aspirer simultanément plusieurs gaz de nature différente, sans faire appel à des appareils ou des systèmes de contrôle ne figurant pas dans l'invention telle qu'elle est décrite. La présente invention reprend la construction de la turbine selon les formes et en accord avec les paramètres décrits dans le brevet français n 2.495.494 par M. J.P. DELOOF, cette invention pouvant être considérée comme l'état actuel de la technique. La présente invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures la et lb représentent le dispositif dans son ensemble, en vues cavalière et profil, les figures 2a à 2f représentent les dispositifs destinés à la création de pertes de charge par tôle perforée (2a-2b > , par poreux (2c-2d), et par membrane élastique perforée (2e-2f). La présente invention propose de placer la turbine 1 de telle sorte que le pompage du ou des liquides et celui des gaz se fasse de haut en bas. Dans ces conditions le gaz a tendance a remonter vers la surface de la masse liquide dans laquelle il est dispersé, et on évite les phénomènes de cavitation, en même temps que la quantité de gaz admise est auto régulée. Le gaz restant à la partie supérieure de la turbine 1, laquelle n'est jamais dénoyée par une trop importante quantité de gaz, on obtient une aspiration continue et non plus discontinue, ainsi qu'une dispersion régulière des gaz aspirés. Le ou les gaz sont amenés dans la turbine 1 au moyen d'un ou plusieurs tubes 3, comme cela est décrit figure la-lb, de telle sorte qu'il est possible de régler la position de chaque tube 3 par rapport à l'axe et par rapport au plan de la turbine 1, c'est à dire à la fois dans les plans horizontaux et verticaux. Il est ainsi possible en ajustant la position de chaque tube d'alimentation 3, en particulier dans le sens vertical, de contrôler le débit de chaque gaz, liquide, ou mélange gaz/liquide/solides, aspirés puis dispersés par la turbine 1. Il est également possible de régler le débit en ajustant la perte de charge, soit par l'utilisation de tubes d'alimentation 3 de faible diamètre, soit par la mise en place a une extrémité de ces tubes 3, dans le gaz aspiré ou dans le liquide brassé, d'un dispositif augmentant les pertes de charge, comme par exemple une plaque perforée d'au moins un trou, soit en bout de tube (2a), soit sur les flancs (2b), ou un embout en matière poreuse disposé de la même façon (2c-2d), ou un manchon élastique percé d'au moins un trou calibré, ou poreux, disposé également de la même façon (2e-2f). En cas d'utilisation d'embout ou manchon poreux, la hauteur du dispositif se situera entre 0 et 30 mm. Le règlage de l'immersion de la turbine constitue une autre possibilite pour contrôler la quantite de gaz aspirée. En effet plus le niveau liquide au dessus de la turbine est important, moins la quantité de gaz aspirée est grande. Cette possibilité est également mise à profit pour économiser l'énergie lorsque le niveau liquide est variable. C'est en particulier le cas quand la turbine est mise en place dans un bassin tampon en tête d'une station d'épuration. Au niveau le plus bas le débit d'air aspiré est maximum et l'énergie absorbée minimum. Cette energie augmente avec le niveau du liquide et la diminution du débit de gaz dans des proportions de 0,6 à 1, tandis que la puissance de brassage, exprimée en watts par mètre cube, reste a peu prés constante. Pour éviter toute contrainte mécanique excessive sur la turbine 1 en cas d'aspiration d'un corps étranger, les tubes d'aspiration 3 ou au moins leur extrèmite située vers la turbine 1, sont d'une matière aisément cassable, le remplacement ne nécessitant qu'une intervention minime. La disposition de la turbine 1 telle qu'elle est décrite ci-dessus, évite aussi une aspiration trop importante dans la turbine de matieres décantées au fond de la masse liquide, tout en assurant un bon brassage. En effet la composante d'aspiration est remplacée par une composante centrifuge qui a tendance à éloigner les matières de la turbine 1, et'ceci à une vitesse suffisante pour éviter tout dépôt, y compris à des puissances de brassage aussi faible que 5 watts par mètre cube. Cette disposition permet également de poser simplement l'ensemble de la turbine 1 de son moteur 2 et du support 6 des tubes 3 et 4, sur le fond plat du bassin. Une autre disposition pour éviter tout risque de bouchage de la turbine 1, y compris en présence de grandes quantités de matières fibreuses, consiste a inverser le sens de rotation de la turbine 1 a intervalles réguliers, pendant 30 secondes, à 24 heures. Enfin la turbine peut étre placée dans un bassin comprenant des systèmes de stabilisation de flux, tels que des parois radiales ou concentriques par exemple de type "Clifford". Les divers réglages se font en particulier au moyen d'un tube 4, figure 1, mobile par rapport a l'axe de la turbine 1. Le tube 4 est fileté à une extremité, et solidaire à l'autre, par soudure, d'une plaque 5, située à la partie inférieure du dispositif. La plaque 7 et un écrou de serrage 9 permettent de bloquer le tube 4 sur des pattes 10. Ces pattes sont fixées par soudure sur un profilé en U 6, lui même solidaire du moteur 2 d'entrainement de la turbine 1. Le ou les tubes 3 permettant l'aspiration des gaz sont enfilés dans le tube 4 dans lequel ils peuvent coulisser. On regle la position de l'embout de ces tubes 3 par rapport à la turbine 1, à l'aide d'un système de blocage comme par exemple un serre-joint tubulaire type "SERFLEX", ou de tout autre dispositif. Ces tubes peuvent être laissés en l'état, ou etre munis des dispositifs de perte de charge 2a-2b-2c-2d2e ou 2f. Le dispositif peut par exemple dans le cas du traitement physico-chimique d'un effluent, comporter deux tubes d'aspiration 3, l'un pour l'air, l'autre pour un floculant contenu dans un réservoir, la dispersion du floc formé, allégé par la présence de fines bulles, se faisant à partir de la turbine 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour aspirer, mélanger et disperser un ou plusieurs gaz, un ou plusieurs liquides, un ou plusieurs solides mélangés à un ou plusieurs gaz, ou un ou plusieurs liquides, dans un ou plusieurs liquides et qui permet le réglage des debits de ces gaz, solides ou liquides, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tube 4 mobile par rapport au plan d'une turbine 1, fileté à une extrémité, et solidaire par soudure d'une plaque 5 située à sa partie inférieure, une plaque 7 et un écrou 9 permettant le serrage et l'immobilisation sur des pattes 10, soudées a un profil en U 6, solidaire du moteur d'entrainement 2 de Ia turbine 1, et dans lequel coulisse au moins un tube 3 dont la hauteur de l'extrémité est reglable par rapport à la turbine 1 au moyen d'un système de blocage 8. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour la formation régulière de fines bulles. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend un système de reglage et de stabilisation du débit des gaz, solides, ou liquides aspirés, par création d'une perte de charge. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé par l'utilisation pour la création de pertes de charges, d'embouts disposés à l'une quelconque des extrémités des tubes d'aspiraton. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ces embouts peuvent être soit en tôle perforée, soit en matiere élastique perforée ou poreuse, soit en matière poreuse, l'axe des perforations ou des pores se situant dans l'une quelconque des positions entre les axes verticaux et horizontaux, la hauteur cylindrique de répartition des pores ou perforations se situant entre O et 30 millimètres. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 5 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de réglage des débits des corps et composés aspirés, par ajustement de la hauteur d'immersion de la turbine dans le liquide. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de décolmatage de la turbine par des matières solides, en inversant régulièrement, et ' pendant une période courte par rapport au temps de fonctionnement, le sens de rotation de la turbine. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce qu'il comporte la possibilité d'aspirer les liquides et corps ou composés quelconques, soit de bas en haut, soit de haut en bas par retournement de la position de la turbine et de son moteur. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour disperser un ou des gaz ou liquides, ou solides injectés sous pression, ou des mélanges de ces corps ou composés. 10. Application du dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 9des revendications 1 a 9, pour réaliser l'épuration physico-chimique par flottation d'une eau résiduaire, au moyen de deux tubes d'aspiration pour l'air et un floculant, en vue de former et de disperser un floc dans un bassin. 11. Dispositif selon l'une quelconque de revendications 1 a 10,- caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'économiser de l'énergie de brassage en cas de variation du niveau liquide au dessus de la turbine. 12. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des tubes d'aspiration en matières plus fragiles que la turbine pour protéger cette dernière.