Brevet FR2722577A1 — publié le 19960119

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DOSAGE PAR INTRODUCTION DANS UN LIQUIDE D'UN REACTIF SOUS FORME DE GALETS L'invention concerne un procédé de dosage par introduction d'un réactif dans un liquide, du type consistant à utiliser le réactif sous forme de galets et à le dissoudre en faisant s'écouler le liquide à son contact. Elle s'étend à un dispositif de dosage mettant en oeuvre ce procédé. La technique de dosage consistant à dissoudre un réactif solide en faisant s'écouler un liquide à son contact est actuellement mise en oeuvre de façon courante, notamment en vue de la désinfection de l'eau, le réactif consistant alors en un produit chloré. Les dispositifs de dosage conçus pour la mise en oeuvre de cette technique, tels que ceux décrits dans les brevets US-3.595.786, ZA-873.346 et US-4.584.106 comprennent principalement un magasin à galets apte à renfermer un empilement de galets, et une enceinte communiquant avec le magasin à galets et comportant une entrée de liquide, des moyens de canalisation aptes à amener le liquide à s'écouler au contact d'au moins un galet, et une sortie de liquide. Le principal inconvénient de tous ces dispositifs de dosage réside dans le fait qu'ils ne permettent pas de maitriser de façon efficace la régularité de la concentration en réactif dissous, en particulier lorsque ces dispositifs sont utilisés de façon discontinue, par exemple en vue de rendre l'eau d'un puits potable, notamment dans les pays en voie de développement. En effet, et en premier lieu, en ce qui concerne le dispositif décrit dans le brevet ZA-873.346, le galet inférieur est creusé ponctuellement par le liquide s'écoulant dans des canaux, ce qui provoque, lorsque l'épaisseur de ce galet devient relativement faible, une séparation de ce dernier en plusieurs morceaux qui tombent dans les canaux, entraînant une augmentation momentanée inacceptable de la concentration en réactif. En ce qui concerne les dispositifs décrits dans les brevets US-4.584.106 et US-3.595.786, l'augmentation de la concentration en réactif se produit lors de chaque démarrage de l'installation de pompage. En effet, durant les périodes de nonutilisation, une quantité de liquide reste au contact des galets de réactif et se trouve donc saturée en réactif dissous, entraînant une surconcentration en réactif des premières quantités d'eau délivrées. Dans la pratique, de telles variations de concentration constituent un problème majeur, particulièrement lorsque les dispositifs sont utilisés pour rendre 1 eau potable dans des pays en voie de développement. En effet, une surconcentration en réactif entraîne obligatoirement une dénaturation du goût de l'eau, qui, même si elle est momentanée, peut provoquer un sentiment de méfiance des utilisateurs vis-à-vis du dispositif de dosage, et même conduire à un refus d'utiliser ce dispositif. De plus, la seule solution permettant de pallier l'inconvénient précité qui consisterait à jeter les premiers volumes d'eau délivrés, est inenvisageable car considérée comme inacceptable par les utilisateurs pour qui l'eau est un produit rare et de première nécessité. La présente invention vise à pallier l'inconvénient précité des dispositifs de dosage connus et a pour principal objectif de fournir un procédé et un dispositif de dosage permettant d'obtenir une concentration en réactif dissous régulière. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de dosage de conception très simple tant du point de vue fabrication que du point de vue utilisation. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de dosage facilement démontable et nettoyable. A cet effet, l'invention vise un procédé de dosage par introduction d'un réactif dans un liquide, se caractérisant en ce que - on utilise un réactif sous forme de galets présentant une section droite plane et constante, - on amène le liquide à s'écouler sous la forme d'un film d'épaisseur prédéterminée au contact de la face inférieure plane d'un galet de façon que la surface dudit film affleure ladite face inférieure du galet, - et on maintient chaque galet de façon que sous l'effet de son propre poids, sa face inférieure reste en contact permanent avec la surface du film de liquide au fur et à mesure de la dissolution dudit galet. Selon ce procédé, lors de son écoulement, le liquide vient au contact d'une surface plane constituée de la face inférieure d'un galet, c'est-à-dire d'une surface d'échange qui reste constante dans le temps. De ce fait, et en premier lieu, on obtient un dosage régulier en réactif. De plus, ce dosage ne subit pas de phénomène d'augmentation momentanée, notamment lors du démarrage de l'installation, car en période de nonutilisation, la quantité de liquide au contact du réactif est infime, voire nulle. De ce fait, on évite les modifications des qualités organoleptiques et l'apparition de seuils de toxicité dans l'application du procédé visant la désinfection de l'eau en vue de la rendre potable. De même, on évite des fluctuations de la qualité lorsque le procédé est utilisé dans une application industrielle. Par ailleurs, il est à noter que le procédé selon l'invention permet de minimiser de façon optimale les perturbations de l'écoulement hydraulique, autorisant notamment sa mise en oeuvre pour de faibles débits et pression de liquide. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, on amène le liquide à s 'écouler sur une surface plane d'écoulement et l'on pose chaque galet sur des supports espacés faisant saillie par rapport à ladite surface d'écoulement d'une hauteur adaptée pour obtenir un écoulement-film entre la surface plane d'écoulement et la face inférieure du galet. Un tel mode de mise en oeuvre constitue en effet le meilleur compromis en données de simplicité de mise en oeuvre et de perturbation de l'écoulement hydraulique. L'invention s'étend, en outre, à un dispositif de dosage par introduction dans un liquide d'un réactif composé de galets présentant une section droite plane et constante, comportant un magasin à galets apte à renfermer un galet ou un empilement de galets, et doté de moyens de maintien des galets, et une enceinte communiquant avec le magasin à galets et comportant une entrée de liquide, des moyens de canalisation aptes à amener le liquide à s 'écouler au contact d'au moins un galet, et une sortie de liquide. Selon l'invention, ce dispositif se caractérise en ce que - les moyens de maintien des galets sont adaptés pour maintenir le galet inférieur de façon que sa face inférieure s'étende dans un même plan, quel que soit l'état de dissolution dudit galet, - les moyens de canalisation comportent, à l'aplomb du magasin à galets, une surface plane d'écoulement agencée pour s'étendre parallèlement à la face inférieure du galet inférieur, à une distance de cette dernière adaptée pour obtenir un écoulement-film entre lesdites surfaces d'écoulement et face inférieure. De plus, selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de maintien des galets comportent des supports espacés faisant saillie par rapport à la surface d'écoulement d'une même hauteur, adaptée pour obtenir un écoulement-film entre ladite surface d'écoulement et la face inférieure d'un galet reposant sur lesdits supports. Par ailleurs, selon un mode de réalisation préférentiel, l'enceinte renferme une chambre-tampon disposée à l'aplomb du magasin à galets et à l'intérieur de laquelle débouche l'entrée de liquide, ladite chambretampon comportant une paroi supérieure percée d'orifices répartis de façon uniforme, aptes à permettre le refoulement du liquide, et dotée d'une face supérieure plane formant la surface plane d'écoulement du liquide. Une telle chambre-tampon joue, en premier lieu, un rôle de distributeur permettant d'obtenir une parfaite répartition uniforme du liquide pour la préformation d'un plan horizontal de liquide. De plus, du fait que le liquide est amené à subir un trajet ascendant à l'intérieur de la chambretampon puis au travers des orifices ménagés dans la paroi supérieure de cette dernière, la quantité potentielle de liquide pouvant rester au contact de la face inférieure du galet, une fois l'écoulement arrêté, est infime. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte comporte, sur le pourtour de la chambre-tampon, une paroi inférieure inclinée en direction de la sortie de liquide. Un tel plan incliné a pour objectif de favoriser l'écoulement et l'évacuation du liquide traité, évitant ainsi d'éventuelles montées du niveau de liquide à l'intérieur de l'enceinte, qui pourraient noyer, au moins partiellement, le galet inférieur et provoquer un surdosage. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi supérieure de la chambre-tampon présente une forme circulaire de diamètre supérieur à celui des galets, agencée de façon que lesdits galets et paroi supérieure soient disposés coaxialement. Cette bande périphérique de surface d'écoulement a pour effet de garantir l'obtention de l'épaisseur désirée du film de liquide à l'aplomb du galet inférieur. De plus, cette paroi supérieure de la chambre-tampon est avantageusement agencée pour former un débord par rapport à la paroi périphérique de ladite chambre. Un tel débord permet, en effet, d'éloigner le liquide de la paroi périphérique de la chambre, évitant donc le ruissellement de ce liquide et permettant ainsi de communiquer à ce dernier une vitesse d'écoulement correcte. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description - la figure 1 est une coupe longitudinale par un plan vertical A d'un dispositif de dosage conforme à l'invention, - et la figure 2 en est une coupe transversale par un plan horizontal B. Le dispositif de dosage représenté aux figures est particulièrement destiné à équiper une station de pompage installée sur un point d'eau tel qu'un puits, et comprenant par exemple une pompe à motricité humaine, en vue de désinfecter cette eau en amenant cette dernière à s 'écouler au contact d'un galet de chlore. Ce dispositif comporte, en premier lieu, une enceinte 1 de forme générale cylindrique se composant de trois éléments démontables venant s'emboîter les uns sur les autres : une paroi de fond 2, une paroi latérale cylindrique 3, et une paroi supérieure ou couvercle 4. La paroi de fond 2 comporte axialement une empreinte 5 de forme circulaire à fond plat et horizontal, et forme, hormis au droit de cette empreinte 5, un plan incliné. Cette paroi de fond 2 est, en outre, percée radialement d'un alésage 6 débouchant dans l'axe de l'empreinte 5 et constituant le conduit d'alimentation en liquide. Enfin, cette paroi de fond 2 comporte une gorge annulaire 7 au droit de sa périphérie, destinée à loger la paroi latérale 3. Cette paroi latérale 3 est, quant à elle, percée d'un orifice 8 agencé pour être positionné au doit de la portion la plus basse du plan incliné que forme la paroi de fond 2, de façon à collecter la totalité de l'eau traitée et à permettre son évacuation par l'intermédiaire d'un conduit 9 raccordé sur ledit orifice. Le couvercle 4 de cette enceinte 1 présente quant à lui une forme circulaire, et comporte un rebord périphérique 10 adapté pour que ledit couvercle vienne coiffer la paroi latérale 3. Ce couvercle est, en outre, doté axialement, d'une lumière circulaire 11 de diamètre sensiblement égal à celui de l'empreinte 5 de la paroi de fond 2. Le dispositif de dosage comporte, en second lieu, une chambre-tampon 12 logée à l'intérieur de l'enceinte 1 et disposée concentriquement par rapport à cette dernière. Cette chambre-tampon 12 comporte une paroi latérale 13 de forme cylindrique, de diamètre adapté pour que ladite paroi latérale vienne se loger dans l'empreinte 5 de la paroi de fond 2. Cette chambre-tampon 12 comporte, en outre, une paroi supérieure 14 de forme circulaire, de diamètre supérieur à celui de la paroi latérale 13, de façon à former un débord 15 par rapport à ladite paroi latérale. Cette paroi supérieure 14 est, en outre, percée d'une pluralité d'orifices 16 uniformément répartis, communiquant avec le volume interne de la chambre-tampon 12 de façon à permettre l'écoulement par surverse du liquide remplissant cette chambre-tampon. Enfin, cette paroi supérieure 14 porte une pluralité de picots 17 encastrés dans des réservations ménagées dans la face supérieure de ladite paroi supérieure. Ces picots 17 sont uniformément répartis sur une portion de surface de cette paroi supérieure équivalente aux dimensions d'un galet de chlore de façon à former un support-plan pour ledit galet. De plus, ces picots 17 font saillie par rapport à la paroi supérieure 14 d'une hauteur de l'ordre de quelques millimètres de façon que le liquide s'écoulant au travers des orifices 16 forme un film entre la face inférieure du galet posé sur lesdits picots et la paroi supérieure 14. En dernier lieu, le dispositif de dosage comporte un réservoir 18 dans lequel les galets de chlore peuvent être empilés. Ce réservoir 18 comporte un tube cylindrique 19 de diamètre adapté pour venir se coincer dans la lumière 11 du couvercle 4 de l'enceinte 1, de façon à pénétrer sur une faible longueur à l'intérieur de cette enceinte 1, et à s'étendre sur sa plus grande longueur audessus de ladite enceinte. Ce réservoir à galets 18 est enfin obturé en partie haute par un couvercle 20 doté d'un rebord périphérique 21 adapté pour coiffer le tube 19. Le dispositif de dosage ci-dessus décrit présente l'avantage d'être d'une conception simple tant du point de vue fabrication que du point de vue utilisation. De plus, toutes les pièces formant ce dispositif de dosage peuvent être aisément démontées, facilitant notamment les opérations de nettoyage. En outre, les différents paramètres régissant la concentration C en réactif dans le fluide sont maîtrisés, et ce dispositif permet d'obtenir un dosage régulier. Cette concentration C est, en effet, donnée par la formule suivante A x D x Cs C qxe avec A = surface de la section droite plane inférieure des galets, B = coefficient de diffusion du réactif dans le film de liquide, Cs = concentration en réactif au niveau de l'interface réactif/liquide, q = débit du liquide, e = épaisseur du film liquide (hauteur des picots 17). A titre d'exemple, avec un réactif solide composé de galets d'hypochlorite de calcium d'un diamètre de 43 mm, et une épaisseur du film liquide de 3 mm, la concentration moyenne en réactif dissous pour un débit q de 50 l/h sera de 20 mg/l, cette valeur étant toutefois variable selon la compacité des galets. REVENDICATIONS 1/ Procédé de dosage par introduction d'un réactif dans un liquide du type consistant à utiliser le réactif sous forme de galets et à le dissoudre en faisant s 'écouler le liquide à son contact, ledit procédé étant caractérisé en ce que - on utilise un réactif sous forme de galets présentant une section droite plane et constante, - on amène le liquide à s'écouler sous la forme d'un film d'épaisseur prédéterminée au contact de la face inférieure plane d'un galet de façon que la surface dudit film affleure ladite face inférieure du galet, - et on maintient chaque galet de façon que sous l'effet de son propre poids, sa face inférieure reste en contact permanent avec la surface du film de liquide au fur et à mesure de la dissolution dudit galet. 2/ - Procédé de dosage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on amène le liquide à s'écouler sur une surface plane d'écoulement (14) et en ce que l'on pose chaque galet sur des supports (17) espacés faisant saillie par rapport à ladite surface d'écoulement d'une hauteur adaptée pour obtenir un écoulement-film entre la surface plane d'écoulement (14) et la face inférieure du galet. 3/ - Dispositif de dosage par introduction dans un liquide d'un réactif composé de galets présentant une section droite plane et constante, comportant un magasin à galets (18) apte à renfermer un galet ou un empilement de galets, et doté de moyens (17) de maintien des galets, et une enceinte (1) communiquant avec le magasin à galets (19) et comportant une entrée de liquide (6), des moyens de canalisation (12, 14, 16) aptes à amener le liquide à s'écouler au contact d'au moins un galet, et une sortie de liquide (8), ledit dispositif de dosage étant caractérisé en ce que - les moyens (17) de maintien des galets sont adaptés pour maintenir le galet inférieur de façon que sa face inférieure s'étende dans un même plan, quel que soit l'état de dissolution dudit galet, - les moyens de canalisation (12, 14, 16) comportent, à l'aplomb du magasin à galets (18), une surface plane d'écoulement (14) agencée pour s'étendre parallèlement à la face inférieure du galet inférieur, à une distance de cette dernière, adaptée pour obtenir un écoulement-film entre lesdites surfaces d'écoulement et face inférieure. 4/ - Dispositif de dosage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de maintien des galets comportent des supports (17) espacés faisant saillie par rapport à la surface d'écoulement (14) d'une même hauteur, adaptée pour obtenir un écoulement-film entre ladite surface d'écoulement et la face inférieure d'un galet reposant sur lesdits supports. 5/ - Dispositif de dosage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les supports (17) sont constitués de picots uniformément répartis sur une portion de surface de dimensions conjuguées de celle des galets. 6/ - Dispositif de dosage selon l'un des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'enceinte (1) renferme une chambre-tampon (12) disposée à l'aplomb du magasin à galets (18) et à l'intérieur de laquelle débouche l'entrée de liquide (6), ladite chambre-tampon comportant une paroi supérieure (14) percée d'orifices (16) répartis de façon uniforme, aptes à permettre le refoulement du liquide, et dotée d'une face supérieure plane formant la surface plane d'écoulement du liquide. 7/ - Dispositif de dosage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enceinte (1) comporte, sur le pourtour de la chambre-tampon (12), une paroi inférieure inclinée en direction de la sortie de liquide. 8/ - Dispositif de dosage selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la paroi supérieure (14) de la chambre-tampon (12) présente une forme circulaire de diamètre supérieur à celui des galets, agencée de façon que lesdits galets et paroi supérieure soient disposés coaxialement. 9/ - Dispositif de dosage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi supérieure (14) de la chambre-tampon (12) est agencée pour former un débord (15) par rapport à la paroi périphérique (13) de ladite chambre. 10/ - Dispositif de dosage selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que - l'enceinte (1) présente une forme cylindrique et comporte une paroi supérieure (4) percée axialement d'une ouverture circulaire (11) apte à loger un tube (19) agencé pour pénétrer dans l'enceinte (1) et s'étendre au-dessus de la paroi supérieure (4) de façon à former le magasin à galets (18), - la chambre-tampon (12) est disposée concentriquement à l'intérieur de l'enceinte (1).