Brevet FR2648729A1 — publié le 19901228

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'injection de fluides dans une enceinte o est réalisée la séparation, par flottation, des particules en suspension dans un liquide, la flottation étant opérée par détente d'un liquide saturé de gaz sous pression dans le liquide à traiter. Le procédé ainsi que le dispositif suivant l'invention sont applicables, en particulier, en traitement des eaux, à la flottation d'eaux préalablement floculées. Les conditions essentielles à satisfaire pour réaliser une flottation efficace sont les suivantes: Il faut d'abord détendre le liquide pressurisé, très généralement l'eau, sous pression de façon a obtenir la formation de bulles de gaz très petites, ou microbulles. Il faut ensuite mélanger le liquide, tel qu'eau pressurisée, au liquide à traiter de façon à assurer une mise en contact des microbulles et des particules en suspension dans le liquide à traiter avec une énergie suffisante pour assurer l'accrochage des unes par les autres. Toutefois le contact produit lors du mélange ne doit pas être trop violent, pour éviter une destruction des particules qui, dans le cas du traitement des eaux, spécialement après floculation, sont fragiles. On a déjà proposé divers procédés et dispositifs pour réaliser une flottation efficace. C'est ainsi que la solution proposée par le brevet français 70 424 86 du 26 Novembre 1970, permet de satisfaire les conditions susvlsées. Suivant ce brevet, la formation de microbulles est assurée par une double détente, au moyen de deux vannes disposées successivement sur la canalisation de liquide pressurisé. Le mélange est réalisé dans un pot cylindrique à la base duquel et en son centre arrive l'eau brute à traiter. L'eau pressurisée détendue, chargée de microbulles, arrive à la base du pot par une tubulure horizontale dans une direction excentrée et non tangentielle telle que la veine liquide va enrober" l'eau à traiter débouchant axialement, sans la rencontrer directement, pour éviter la destruction de particules. Si les résultats obtenus sont excellents, ils le sont néanmoins au prix de certaines complications de construction et d'agencement. La présente invention vise à simplifier la mise en oeuvre de l'ensemble constitué par le système de pressurisation, la détente du liquide pressurisé, et le mélange du liquide pressurisé avec le liquide à traiter. Le procédé suivant l'invention consiste essentiellement, le liquide pressurise ayant subi une première détente, à assurer une seconde détente au moyen d'un organe qui assure en mme temps, le mélange des microbulles ainsi formées au liquide à traiter, dans des conditions optimales et à disposer ledit organe dans une enceinte placée dans le bassin ou a lieu la flottation, à laquelle est amens le liquide à traiter, conformée de façon à créer, successivement de bas en haut, une zone de canalisation du liquide à traiter, une zone de mélange de ce liquide avec les microbulles et enfin une zone de décélération du flux liquide sortant de l'enceinte. Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre au moyen d'un dispositif dont on a décrit ci-après, en référence au dessin annexé, une forme de réalisation donnée simplement à titre d'exemple non limitatif. Dans l'exemple traité, le dispositif consiste en une canne 1 d'injection du liquide pressurisé débouchant dans une capacité 2 de forme générale cylindro- conique. Un tel ensemble est placé dans le bassin de traitement d'un liquide, en l'espèce de l'eau, en vue de sa clarification. Une première détente de l'eau pressurisée est obtenue par une vanne 3 prévue sur la canne 1, au-dessus de la surface du plan d'eau dans le bassin de traitement. La canne 1 débouche dans la capacité 2 par un orifice 4 créé entre l'extrémité de la canne et un disque horizontal 5. Cet agencement du débouché de la canne dans la capacité a une double conséquence: - Il crée une perte de charge qui permet d'amener l'eau pressurisée à une pression proche de la pression atmosphérique: c'est la détente et l'apparition de microbulles. - Il induit à la nappe de liquide sortant de la canne une diffusion radiale au débouché de la canne et sur le disque et lui confère une vitesse suffisante pour réaliser au-dessus du disque 5 une dépression qui engendre un mouvement de rotation de la masse liquide (flèche F). Il convient de donner au disque une dimension telle, avantageusement environ 2 à 4 fois le diamètre de la canne 1, que: - le mélange ne s'effectue qu'au-dessus de celui-ci, - l'impact direct de l'eau brute sur le Jet de diffusion radiale & grande vitesse soit évité, - la vitesse de l'eau pressurisée soit notablement réduite (par exemple environ 1 à 5 m/s) avant la rencontre avec l'eau brute. La capacité cylindro-conique 2 Joue le rôle d'un pot de mélange. Elle comporte, & sa base, et suivant son axe, une canalisation 6 par laquelle est amenée l'eau à traiter. Cette disposition permet: - de centrer la veine liquide d'eau brute lors de son introduction dans le pot d'injection 2, donc d'éviter la formation de passages préférentiels, spécialement le long des parois du pot; d'augmenter la vitesse relative de l'eau brute par rapport à celle de l'eau pressurisée au débouché du disque, ce qui permet de limiter l'impact de cette dernière sur la paroi du pot et la coalescence des microbulles qui pourrait en résulter; - d'équilibrer les débits, dans le cas o le bassin de flottation comporte une pluralité de pots mis en parallèle, avec une alimentation commune. Le pot d'injection 2 présente, dans sa partie cylindrique située au- dessus du système de détente constitué par l'orifice 4 de la canalisation 1 et le disque 5 une zone de mélange 7 qui, d'une part, assure un temps de séjour et une énergie volumique nécessaires au mélange intime des microbulles et des particules ou flocs, et qui, d'autre part, a un diamètre suffisant pour éviter à l'eau pressurisée de venir s'éclater sur les parois du pot avec, là également, le risque de provoquer la coalescence des microbulles. Enfin, la partie haute tronconique du pot d'inJection forme, en s'évasant, une zone de décélération 8 qui permet de garder la composante ascensionnelle des microbules et de ralentir le flux liquide qui amorce un changement de direction du fait de la reprise du liquide clarifié en un point bas du bassin de flottation. L'invention permet - de regrouper tout le dispositif au-dessus du flottateur, d'o absence de galerie technique ou d'éléments mobiles immergés (vannes...); - de démonter les éléments actifs de l'installation car aucune vidange de l'installation n'est nécessaire; - d'équiper très facilement d'anciens bassins en positionnant un ou plusieurs ensembles détente - pot de mélange. REVENDICATIONS 1 - Procedé pour l'injection de fluides dans un bassin de flottation, o la flottation est réalisée par détente d'un liquide saturé d'un gaz sous pression dans un liquide contenant des particules en suspension qui doivent être séparées du liquide par flottation, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste, le liquide pressurisé ayant subi une première détente, à assurer une seconde détente au moyen d'un organe qui assure en même temps le mélange des microbulles ainsi formées au liquide à traiter, dans des conditions optimales et à disposer ledit organe dans une enceinte placée dans le bassin ou a lieu la flottation, a laquelle est amené le liquide à traiter, conformée de façon à créer, successivement de bas en haut une zone de canalisation du liquide à traiter, une zone de mélange de ce liquide avec les microbulles et enfin une zone de décélération du flux liquide sortant de l'enceinte. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une canalisation 1 par laquelle le liquide pressurisé est amené dans une capacité constituant un pot d'injection (2) à la base duquel et suivant son axe, débouche une canalisation (6) véhiculant le liquide à traiter. 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation (1) amenant le liquide pressurisé débouche dans le pot d'injection (2) par un orifice (4) créé entre l'extrémité de la canalisation et un disque horizontal (5). 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le disque (5) a une dimension choisie de façon, notamment, à réduire la vitesse du liquide pressurisé avant sa rencontre avec le liquide à traiter, cette dimension pouvant avantageusement être comprise entre 2 à 4 fois le diamètre de la canalisation (1). - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pot d'injection est de forme cylindro-conique et présente à partir de sa base: - une zone de centrage et de répartition du liquide à traiter, pour éviter la création de passages préférentiels du liquide à traiter et augmenter la vitesse relative dudit liquide; - une zone de mélange (7) se situant au-dessus de l'orifice (4) pour, notamment, assurer un temps de sejour et une énergie volumique, necessaires au mélange intime des microbulles des particules en suspension dans le liquide a traiter; i - une zone de décélération (8) située dans la partie supérieure, évasee du pot d'injection pour ralentir le flux liquide progressant dans le pot.