Brevet FR2698797A1 — publié le 19940610

i DISPOSITIF D' AERATION L' invention concerne un dispositif d'aération pour l'épuration des eaux usées. De tels dispositifs d'aération servent entre autres à assurer une aération de conservation de la fraîcheur des eaux usées, à l'apport d'air/d'oxygène dans des bassins d'activation ou pour la stabilisation des boues, à l'aéra- tion des fleuves, des lacs ou des étangs à poissons, mais également par exemple, à opérer la neutralisation de liquide au moyen d'un apport de gaz, avec du dioxyde de carbone. Dans cette mesure, les concepts que sont "l'air", respecti vement "l'aération", sont à entendre dans le sens Je plus large concernant le milieu amené. De tels dispositifs d'aération (appelés ci-après aéra- teurs) sont connus essentiellement en deux formes de réali- sation, sous forme d'aérateurs tubulaires,respectivement d'aérateurs à surface ou à disques. Dans chaque cas, ils présentent une conduite d'amenée d'air menant vers une chambre de distribution d'air. Les aérateurs tubulaires se distinguent par le fait que leur paroi est formée avec une pluralité de petites ouvertures de sortie d'air La paroi peut, par exemple, être composée d'une céramique poreuse; dans d'autres formes de réalisation il s'agit d'un corps métallique avec des perforations cor- respondantes Il y a également des formes de réalisation d'aérateurs tubulaires pour lesquelles la chambre de distri- bution d'air (dans la section o elle est pourvue d'ouver- tures de sortie d'air) est couverte en face extérieure par une membrane, fixée côté bordure à la paroi de la chambre de distribution d'air Lors de l'aération, la membrane se voûte et l'air sort par les ouvertures de membranes dans les eaux usées à traiter. Dans le cas d'aérateur à surface ou à disque, au moins une ouverture d'amenée d'air est prévue dans la zone de paroi de la chambre de distribution d'air, qui est cou- verte d'une membrane déformable élastiquement dans le cas de l'aération, recouvrant de nouveau, côté extérieur, la section correspondante de la chambre de distribution d'air et fixée au moins en bordure à cette zone de paroi. Un tel aérateur à disque est connu par exemple par le document US-5 000 884 A Un aérateur tubulaire est dé- crit par le document US-3 490 752 A. Dans chaque cas on tend à obtenir pour le domaine d'application cité une aération autant que possible sous forme de fines bulles pour pouvoir obtenir une aération aussi intense et homogène que possible des eaux usées. Bien que les aérateurs du type cité ci-dessus ont fait leur preuve dans leur principe, il subsiste toujours un besoin pressant d'augmenter l'intensité de l'apport des gaz, en visant à obtenir des bulles plus fines que ce que l'on ootient avec les aérateurs selon l'état de la technique. L'invention a pour base la connaissance que ce but peut être atteint avec une simplicité surprenante par le fait que le dispositif d'aération est mis à vibrer dans le cas de l'aération. Si l'aérateur est exposé à une fréquence propre déter- minée, notamment au moins dans les sections dans lesquelles l'air s'écoule dans les eaux usées, les différentes bulles d'air sont "cisaillées" sur les arêtes des ouvertures de sortie d'air correspondantes et divisées ainsi mécanique- ment en bulles plus fines. De cette manière on peut obtenir une intensité d'apport en gaz beaucoup plus élevée, la quantité d'air restant inchangée. Dâns sa forme de réalisation la plus générale, l'in- vention concerne par suite un dispositif d'aération pour l'épuration des eaux usées avec une conduite d'air menant dans une chambre de distribution d'air et une pluralité de petites ouvertures de sortie d'air situées dans la zone de paroi de la cham- bre de distribution d'air, ou au moins une ouverture d'amenée d'air située dans la zone de paroi de la chambre de distribution d'air et une pluralité de petites ouvertures de sortie d'air réalisées dans une membrane, pouvant être déformée élastiquement dans le cas o est opérée une aération et recouvrant côté extérieur, la section de paroi de la chambre de distribution d'air pourvue de l'ouverture d'amenée d'air et fixée au moins en bordure ( 30) à cette zone de paroi, le dispositif d'aération pouvant être amené à vibrer en cas d'aération. Ces vibrations peuvent être déclenchées de différentes façons Ce peuvent être des vibrations mécaniques trans- mises au dispositif d'aération par des excitateurs de vibra- tions externes Mais ce peuvent être également des ondes sonores agissant de façon externe ou in-situ sur le dispo- sitif d'aération. Dans le premier cas cité, on applique sur l'aérateur par exemple, un vibrateur qui transmet des vibrations méca- niques à la conduite d'air, à la chambre de distribution d'air ou à d'autres sections du dispositif d'aération Il est compréhensible que, même dans le cas d'aérateurs conçus avec une membrane, la membrane est alors exposée simulta- nément à des vibrations correspondantes, de sorte que des effets analogues s'établissent dans la zone de la perfora- tion de la membrane. Une forme de réalisation particulièrement simple avan- tageuse et économique est caractérisée par le fait que le dispositif d'aération peut être amené à vibrer par des ondes sonores Selon une forme de réalisation préférée ces ondes sonores sont produites par le courant d'air amené lui-même. Dans ce cas, par exemple, la conduite d'air qui mène dans la chambre de distribution d'air est configurée de telle façon que le courant d'air soumette la conduite d'air ( et indirectement la chambre de distribution d'air reliée à celle-ci) à ses propres vibrations. Le tronçon de conduite d'air d'o partent les vibra- tions propres peut se situer dans la zone de raccordement ou à l'intérieur de la chambre de distribution d'air La transmission des vibrations à la chambre de distribution d'air, respectivement à la membrane, est, de ce fait, optimisée. Cependant, une réalisation correspondante peut s'ef- fectuer également directement dans la zone de l'ouverture d'amenée d'air de la chambre de distribution d'air. Concernant les formes de réalisation précitées, l'Homme de l'Art dispose de nouveau d'un grand nombre de modes de réalisation constructifs concrets Il s'avère particulièrement simple que la conduite d'air, respective- ment la conduite d'amenée d'air, soit réalisée à la façon d'un sifflet. Dans des sifflets, les vibrations sont provoquées par le courant d'air amené Ceci vaut tant pour les sifflets fermés (côté extrémité) que pour les sifflets ouverts (côté extrémité) Les fréquences des sifflets se comportent alors inversement proportionnellement à leurs longueurs Dans cette mesure on peut régler la fréquence propre souhaitée par l'intermédiaire de la longueur des sifflets Comme indi- qué plus haut, l'excitation de la colonne d'air peut s'ef- fectuer cependant également avec une source sonore externe puissante (sifflet, haut-parleur). Selon le domaine d'application, la direction, l'ampli- tude, la phase et la fréquence des vibrations peuvent être réglées Plus la fréquence est élevée et plus l'amplitude est faible, d'autant plus petites, mais également plus énergétiques sont les vibrations et, par conséquent, l'effet visé au sens de l'invention d'une "fragmentation des bulles d'air" dans la zone de transition entre l'aérateur et,les eaux usées De manière correspondante, il est possible de configurer la conduite d'air, respectivement la conduite d'amenée d'air, de sorte que le dispositif d'aération entre e,, résonance par le courant d'air amené. Les ondes sonores produites par le dispositif selon l'invention peuvent arriver jusque dans la zone des ultra- sons Ou des hypersons. Si les vibrations (ondes sonores) sont provoquées "in-situ" par l'air même amené au dispositif d'aération, les excitateurs de vibration externes sont supprimés, faisant que l'on obtient une économie d'énergie, consti- tuant un effet annexe positif. D'autres caractéristiques de l'invention résultent des caractéristiques des sous-revendications, ainsi que des autres documents de la demande. L'invention est expliquée plus en détails ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation, le premier concer- nant un aérateur tubulaire et le deuxième, un aérateur à disque Dans le dessin -chaque fois fortement schématisé - La figure 1 représente en coupe un aérateur tubu- laire, La figure 2 représente en coupe un aérateur à disque. Sur les figures, des éléments de construction iden- tiques ou agissant de façon identique sont désignés par les mêmes numéros de référence. L'aérateur tubulaire de la figure 1 est composé d'un corps 10 tubulaire, présentant à son extrémité située à droite sur la figure, un recouvrement 12 et à son extrémité située à gauche sur la figure un recouvrement 14, une conduite d'air 16 passant dans le recouvrement 14. La section tubulaire 10 est composée d'un matériau céramique cuite présentant une porosité non orientée, tandis que les recouvrements 12, 14, ainsi que la conduite d'air 16 sont des pièces métalliques La section tubulaire et les recouvrements 12, 14 délimitent une chambre de distribution d'air 18. Dans l'état de la technique, il s'agit concernant la conduite d'air 16 d'un tube normal, par l'intermédiaire duquel de l'air est guidé dans la chambre de distribution d'air 18, d'o l'air s'écoule à travers les fins pores du corps tubulaire céramique 10 et passe dans les eaux usées dans lesquelles est placé l'aérateur. Selon l'invention, la conduite d'air 16, qui est raccordée à son extrémité gauche à une source d'air (non représentée), est configurée à la façon d'un sifflet Elle présente, de manière correspondante, à son extrémité gauche un genre d'embouchure 16 a et à son extrémité, pénétrant dans la chambre de distribution d'air 18, une ouverture 16 située côté périphérie dont l'arête arrière, dans la direction de l'écoulement d'air (flèche L) est chanfreinée (de l'intérieur vers l'extérieur). De manière correspondante, en cas d'amenée d'air, des vibrations sont provoquées par le courant d'air et se transmettent de la conduite d'air au recouvrement 14 et, de là, sur le corps tubulaire 10 et, ainsi, mettent l'en- semble de l'aérateur en vibration L'air sortant par les pores ouverts du corps tubulaire 10 est,par conséquent, cisaillé en permanence dans la zone des ouvertures de sortie d'air (pores), faisant que se forment de très petites bulles d'air s'écoulant ensuite dans les eaux usées. Sur la figure 2 est représenté un aérateur à disque présentant un corps de base 20 dont le couvercle circu- laire 22 présente au centre une ouverture d'amenée d'air 24, d'o s'étend vers le bas un tube de raccordement 26 Le Le corps de base 20 et ses éléments sont composés en une matière synthétique renforcée par des fibres de verre. Au-dessus du couvercle 20 s'étend ut recouvrement 28 7. réalisé ici sous forme de membrane en caoutchouc avec des perforations. La membrane 28 est rabattue en bordure, sur le pour- tour de la surface périphérique du corps de base 20 et y est ensuite fixée à l'aide de vis 30 sur le corps de base 20. De cette manière, une chambre de distribution d'air 18 est réalisée dans la zone du tube de raccordement 26, respectivement de l'ouverture d'amenée d'air 24, ainsi qu'entre la membrane 28 et le couvercle 22. En cas de non apport de gaz, la membrane 28 présente par rapport au corps de base 20, la position désignée par I, dans laquelle la membrane 28 s'étend donc parallèlement au couvercle 22. Dans le cas d'apport de gaz (II), la membrane 28 se voûte conformément à la configuration représentée en poin- tillés. L'amenée d'air s'effectue ici par une conduite d'air 16 configurée à la façon d'un sifflet, réalisée en métal et fixée en périphérie au tube de raccordement 26. Comme on le voit sur la figure, la conduite d'air 16 va en rétrécissant "en entonnoir" dans la section supérieure, la lèvre 16 c ainsi réalisée présentant une certaine élasti- cité propre. L'air amené dans la direction de la flèche L conduit, lorsqu'il passe à travers la lèvre 16 c, la conduite d'air 16 à vibrer, ces vibrations se transmettant au tube de rac- cordement 26, respectivement au corps de base 20 et, de là, à la membrane 28. L'air amené encore par l'ouverture d'amenée d'air 24 dans la chambre de distribution d'air 18, passe, en cas d'apport de gaz, ensuite, au travers de la membrane 28, les bulles d'air y étant cisaillées comme décrit à l'aide de la figure 1 du fait des vibrations, ce qui permet aussi, dans cet exemple de réalisation, de fournir des bulles d'air extrêmement divisées dans les eaux usées dans lesquelles se trouve l'aérateur à disque selon la figure 2. Dans les deux cas, l'air amené ne sert donc pas seulement à l'aération proprement dite, mais également simultanément à produire des ondes sonores et ainsi des vibrations propres de l'aérateur. On peut, de cette manière, faire vibrer l'aérateur sans avoir oesoin d'excitateur vibreur externe. En conclusion, il est renvoyé au fait que les formes géométriques représentées de la conduite d'air 16 (sifflets) ne sont données qu'à titre d'exemple et schématiquement et peuvent être remplacées par toute autre configuration de construction quelconque, au moyen de laquelle l'aérateur peut être amené à vibrer selon des vibrations propres. REVENDICATIONS - 1 Dispositif d'aération pour épuration des eaux usées avec une conduite d'air ( 16) menant dans une chambre de distribution d'air ( 18) et a) une pluralité de petites ouvertures de sortie d'air situées dans la zone de paroi ( 10) de la chambre de distribution d'air ( 18), ou o) au moins une ouverture d'amenée d'air ( 24) située dans la zone de paroi ( 20) de la chambre de dis- tribution d'air ( 18) et une pluralité de petites ouvertures de sortie d'air réalisées dans une membrane ( 28), pouvant être déformée élastique- ment dans le cas o est opérée une aération et recouvrantc 8 té extérieur, la zone de paroi ( 20) de la chambre de distribution d'air ( 18) pourvue de l'ouverture d'amenée d'air ( 24) et fixée au moins en bordure ( 30) à la zone de paroi, caractérisé en ce que le dispositif d'aération peut être amené à vibrer en cas d'aération. 2 Dispositif d'aération selon la revendication 1, avec la possibilité de pouvoir être soumis à des vibrations mécaniques en cas d'aération. 3 Dispositif d'aération selon la revendication 1 ou 2, avec un vibreur agissant sur la conduite d'air ( 16) et/ou la chambre de distribution d'air ( 18). 4 Dispositif d'aération selon la revendication 1 pouvant être soumis à des vibrations au moyen d'ondes so- nores. Dispositif d'aération selon la revendication 4, pouvant être soumis à des vibrations au moyen du courant d'air (L) amené. 6 Dispositif d'aération selon la revendication 5, dont la conduite d'air ( 16) est configurée de manière que le courant d'air (L) amené soumet la conduite d'air ( 16) et la chambre de distribution d'air ( 18) reliée à celle-ci à ses propres vibrations. 7 Dispositif d'aération selon la revendication 5, dans lequel la section de la conduite d'air ( 16) d'o partent les vibrations propres est située dans la zone de raccordement vers, ou à l'intérieur de, la chambre de distribution d'air ( 18). 8 Dispositif d'aération selon la revendication 5 ou 6, dont l'ouverture d'amenée d'air ( 24) est configurée de manière que le courant d'air amené soumette la chambre de distribution d'air ( 18) à ses propres vibrations. 9 Dispositif d'aération selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel la conduite d'air ( 16) et/ou l'ouverture d'amenée d'air ( 24) est (sont) configu- rée(s) à la façon d'un sifflet. Dispositif d'aération selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel la conduite d'air ( 16), respectivement l'ouverture d'amenée d'air ( 24) sont confi- gurées de manière que le dispositif d'aération entre en résonance du fait du courant d'air amené.