Brevet FR2645045A1 — publié le 19901005

Les traitements en fluides incompressibles, et en parti culier le traitement des eaux usées, utilisent déjà, de manière connue, des traitements physiques et chimiques, et dans certains cas le phénomène de la cavitation pour réaliser L'oxygénation du fluide à traiter. L'efficacité obtenue est généraLement insuffisante, car la totalité du fluide n'est pas soumise au traitement et, par conséquent, le fluide traité n'est que très imparfaitement épuré. L'invention a pour but d'accroitre L'efficacité des traitements physiques, chimiques, physico-chimiques, en combinant un brassage énergique du fluide, au phénomène de cavitation, afin de parvenir à soumettre au traitement la totalité du fluide, et ce dans les meilleures conditions d'efficacité. Selon L'invention, ce brassage est obtenu par création et maîtrise d'un phénomène de vortex. L'invention a donc d'abord pour objet un procédé de traitement en fluide incompressible selon lequel, à chaque instant, on délimite un volume déterminé du fluide à traiter et on engendre au sein d'une partie au moins de ce volume des phénomènes de cavitation. Selon l'invention, concomitamment à la génération des phénomènes de cavitation, on crée un système de vortex au sein dudit volume, afin de réaliser le brassage de la totalité du liquide contenu dans ce volume. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé précédent, comprenant une enceinte définissant Ledit volume déterminé ainsi qu'au moins un injecteur ou une pLuraLité d'injecteurs de fluide, les injecteurs de chaque pLuralité d'injecteurs mitant disposés sur un meme cylindre sensiblement coaxial au vortex désiré. Les avantageuses dispositions suivantes sont, en outre, de préférence adoptées : - chacun desdits injecteurs est orienté suivant une direction formant un angle compris entre 300 et 600 avec la verticale; - cette installation comprend une ou plusieurs pluralités d'injecteurs disposés sur un ou pLusieurs cylindres distincts concentriques; Ces injecteurs sont constitués par des lances à eau; - l'instalLation comporte un guide de vortex, qui est disposé à la partie supérieure de t'enceinte;; - Le guide de vortex comprend une surface qui s'étend à partir de la périphérie de L'enceinte, les injecteurs étant essen tiellement disposés dans une première zone située d'un coté de Ladite surface, cependant que, dans une deuxième zone Située de L'autre coté de cette surface, une ouverture est ménagée dans la paroi de l'enceinte, à sa partie supérieure, à partir de la jonction du guide de vortex avec Ladite paroi et constitue un déversoir de floculas; - l'installation comporte un orifice d'aspiration du fluide traité, qui est coaxial au(x)dit(s) cylindr; - L'orifice d'aspiration est disposé à La partie supérieure dudit volume déterminé, cependant qu'un orifice d'extraction de corps.Lourds est disposé coaxialement audit orifice d'aspiration du fluide traité, à La partie inférieure de l'enceinte; - L'installation comporte des ailettes de guidage de vortex disposées à L'intérieur de l'enceinte. L'avantage principal du procédé et de l'installation conformes à L'invention réside dans le renforcement remarquable de tous Les traitements chimiques, physico-chimiques et en particulier de L'oxygénation du fluide traité, qui n'était pas obtenu ni par la cavitation, ni par un simpLe brassage du fLuide à traiter. Le phénomène de vortex permet à La totaLité du fLuide d'etre soumise à la cavitation et d'etre correctement traitée avec des installations de volumes et de couts limités. L'invention sera mieux compris, et des caractéristiques secondaires et Leurs avantages apparaitront au cours de La description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. IL sera fait référence aux dessins annexes, dans lesquels : - la figure 1 est une coupe axiale simplifiée, suivant I-l de la figure 2, d'une première installation conforme à l'inven- tion; - la figure 2 est une coupe horizontale suivant I}-lt de la figure i; - la figure 3 est une section selon III-III de la figure 2; - la figure 4 est une coupe axiale, analogue à celle de la figure I, d'une deuxième installation conforme à l'invention; et - la figure 5 est une vue schématique de dessus d'un bassin de décantation comportant une installation conforme à l'invention. L'installation représentée sur les figures I à 3 comporte : - une cuve de tFraitement 1, de forme générale cylindrique, délimitée par un fond inférieur 2 et par une paroi cylindrique 3, ouverte à sa partie supérieure et susceptible de contenir un fluide à traiter jusqu'au niveau L de la Lisière inférieure d'une ouverture 4 ménagée dans la partie Supérieure de la paroi cylindrique 3;; - un guide de vortex 5, qui, en hauteur, S'étend entre un plan Ni situé au-dessus du niveau L et un plan N2 situé en dessous de ce niveau L, sans atteindre le fond 2 (La distance entre le niveau L et le plan H2 étant de l'ordre de 0,25 la profondeur P de la cuve, dans l'installation décrite), et qui, par ailleurs, en partant de L'une des lisières verticales de L'ouverture 4, suit d'abord La direction d'un plan diamétral D vertical passant par L'axe 6 de La paroi cylindrique 3, et contourne ensuite cet axe 6 par une partie de surface cylindrique Située du côté du plan D où est déjà disposée L'ouverture 4;; - un premier ensemble de Lances à eau 7, d'un type connu utilisé dans l'industrie, disposées à ta partie supérieure de la cuve 1, en étant tangentes sensiblement à un cylindre 7a d'axe 6; - un deuxième ensemble de Lances à eau-8, du meme type que, ou d'un type analogue à ce Lui des Lances à eau 7, égaLement disposées à La partie supérieure de la cuve 1, en étant tangentes à un deuxième cylindre 8a d'axe 6; - un orifice 9 d'aspiration du fluide traité ménagé dans le fond 2 de la cuve, en étant centré sur L'axe 6; - un orifice 10 d'admission du fluide à traiter, ménagé dans la partie inférieure de la paroi cylindrique 3, à proximité du fond 2;; - des ailettes Il de guidage des courants fluides à L'intérieur de ta cuve 1, qui ont une forme partiellement sphérique et sont disposées à la partie inférieure de La cuve, entre La paroi cylindrique 3 et te fond 2 qu'elles-relient, sensiblement; et - un ou des conduits 12 d'admission de produits traitants, qui débouchent à L'intérieur de la cuve 1, dans sa partie inférieure. Chaque lance à eau 7, 8 a son jet oriente vers Le bas (et vers L'intérieur de La cuve 1) selon une direction J faisant un angle A avec la direction verticale V, compris entre 304 et 600, et est alimentée en fluide sous pression t5 à 12 bars), ce fluide étant le fluide à traiter lui-meme, soit un fluide contenant des produits traitants. Lorsque La cuve 1 est emplie d'un fluide (imcompressibte) à traiter, dont Le niveau atteint te plan L le long de ta paroi cylindrique 3, et que les lances à eau 7 et 8 sont en service, l'action de ces Lances est double : d'une part, la violence du heurt des jets de ces lances 7, 8 avec te fluide contenu dans la cuve engendre une cavitation au sein de ce fluide, dans une zone 13, et par conséquent une oxygénation du fluide de la zone 13, d'autre part, concomitamment à La cavitation, un vortex est créé, d'axe 6 (ce qui creuse Le niveau Libre du fluide dans ta zone centrale de L'axe 6 de ta cuve), symbolisé par les fLèches 14 de la figure 2. Il est possible de distinguer la partie amont 15 du vortex, située du côté de La zone de cavitation 13 proche de ta paroi cylindrique 3 et la partie aval 16 du vortex, située dans la zone centrale de L'axe 6 de la cuve, du côté de la zone de cavitarion 13, opposée à la zone de La partie amont 15. Ce vortex a pour effet d'entrainer la totalité du fluide à traiter à travers la zone de cavitation 13, et donc de soumettre tout ce fluide au phénomène de cavitation. A noter que, au cours du traitement, les floculats Légers 17 remontent à la surface du liquide, et s'échappent hors de la cuve 1 en étant évacués à travers l'ouverture 4, agissant en tant que déversoir. La figure 4 représente une variante de réalisation de la première installation, dans laquelle l'orifice d'aspiration 9 du fluide après traitement est disposé encore centré sur l'axe 6, mais plonge dans la cuve à partir de sa partie supérieure. Centré sur l'axe 6, un orifice supplémentaire 18 est ménagé dans le fond 2 et permet l'évacuation des produits lourds (métaux, etc.), résidus du traitement du fluide. Les autres dispositions de l'installation représentée par les figures 1 à 3 sont par ailleurs conservées. L'installation de la figure 5 est celle d'un bassin de décantation d'eaux résiduaires, comprenant le bassin proprement dit 19, avec une première zone 19a, dans laquelle débouchent les conduits 20 d'arrivée de l'eau devant être traitée, et séparée de cette zone 19a par des grilles 21 de préfiltration, une zone 19b dans Laquelle Le fluide est traité par actions concomitantes de la cavitation et de vortex. Compte tenu de la conformation de cette zone 19b, deux systèmes de vortex sont prévus avec un guide double de vortex 5, une ouverture unique 4, formant déversoir à floculats, mais deux orifices d'aspiration 9 du fluide traité, qui sont centrés, chacun, sur L'axe 6 d'un vortex. L'avantage déterminant de l'invention réside dans la création concomitante d'une cavitation, seule capable de réaliser L'oxygénation du fluide à traiter, et de phénomènes de vortex qui permettent d'avoir l'assurance que la totalité du fluide sera soumise à la cavitation et donc traitée. Cette action complémentaire du vortex renforce considérabLement celle de la cavitation : ainsi, des installations prévues antérieurement pour utiliser seulement Le phénomène de cavitation peuvent, sans etre agrandies, traiter un débit de fluide deux fois plus grand en utilisant en plus te phénomène de vortex. En outre, La qualité du fluide traité selon le nouveau procédé est supérieure â celLe du fluide traité avec Les instatlations n'utilisant que le phénomène de cavitation. Les appLications possibles sont très nombreuses, en particulier dans Le domaine du traitement des eaux résiduaires ou, d'une façon plus généra Le, dans ce Lui des traitements industriels en fluide non compressible (huile, pétrole, dissolvant, etc.). Dans le domaine du traitement des eaux résiduaires, on peut citer : - les industries agro-alimentaires {laiteries, abattoirs, coopéra~ tives agricoles, mégisseries, équarisseurs, porcheries, sucre ries, etc.); - les industries chimiques; - les industries papetières et toutes industries salissantes; - Les effluents de ville station d'épuration). Les expériences pilotes réalisées å ce jour ont mis en évidence L'efficacité du procédé dans tous Les cas de traitement examinés. L'invention n'est pas Limitée aux réaLisations décrites, mais en couvre au contraire toutes Les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de Leur esprit. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de traitement en fluide incompressible selon lequel, à chaque instant, on délimite un volume déterminét du fluide à traiter et on engendre au sein d'une partie au moins de ce volume une cavitation (13), caractérisé en ce que, concomitamment à ta génération de ladite cavitation, on crée un système de vortex (14-15-16) au sein dudit volume, afin de réaliser le brassage de la totalité du liquide contenu dans ce volume. 2 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte (1) définissant ledit volume déterminé ainsi qu'au moins un injecteur ou une pluralité d'injecteurs (7, 8) de fluide, Les injecteurs (7, 8) de chaque pluralité d'injecteurs étant disposés sur un même cylindre (7a, 8a) sensiblement coaxial (6) au vortex désiré. 3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacun desdits injecteurs (7, 8) est orienté suivant une direction (J) formant un angle (A) compris entre 300 et 600 avec la verticale (V). 4 - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs pluralités d'injecteurs (7, 8) disposés sur un ou plusieurs cylindres distincts concentriques (7a, Sa). 5 - Installation selon L'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisée en ce que les injecteurs sont constitués par des Lances à eau industrielles. 6 - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un guide de vortex å la partie supérieure de L'enceinte (I). 7 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le guide'de vortex (5) comprend une surface qui s'étend à partir de la périphérie de l'enceinte, les injecteurs (7, 8) étant essentiellement disposés dans une première#zone Située d'un côté de Ladite surface (D), cependant que, dans une deuxième zone située de l'autre côté de cette surface, une ouverture (4) est ménagée dans La paroi (3) de l'enceinte, à sa partie supérieure, à partir de la jonction du guide de vortex (5) avec Ladite paroi (3) et constitue un déversoir de floculats. 8 - Installation selon L'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un orifice d'aspi~ ration (9) du fluide traité, qui est coaxial (6) au(x)dit(s) cylindre(s) (7a, 8a) définissant les emplacements des injecteurs. 9 - InstaLlation selon ta revendication 8, caractérisée en ce que L'orifice d'aspiration (9) est disposé à La partie supérieure dudit volume déterminé, cependant qu'un orifice (18) d'extraction de corps Lourds est disposé coaxialement (6) audit orifice d'aspiration (9) du fLuide traité, à la partie inférieure de L'enceinte. 10 - Installation selon L'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des ailettes (11) de guidage de vortex disposées à l'interieur de t'enceinte.