Brevet FR2721226A1 — publié le 19951222

La présente invention concerne un appareil de séparation des phases liquide et solide d'un effluent, tel que du lisier, appareil qui est prévu pour être normalement utilisé dans des installations de traitement d'effluent, notamment du lisier de porc. Dans certaines unités d'élevage de porcs, pour traiter le lisier et pour le dégrader, on met en oeuvre, dans une station, un processus bactériologique qui nécessite pour fonctionner correctement un milieu relativement homogène en entrée. Par ailleurs, ce processus de dégradation par des bactéries est d'autant plus efficace que le lisier à traiter contient des particules de plus faibles dimensions. En conséquence, dans les unités d'élevage pour lesquelles est mis en oeuvre un tel processus, on utilise un appareil de séparation des phases liquide et solide du lisier qui est placé en amont de la station bactériologique et qui sert essentiellement à séparer les particules dont les dimensions moyennes sont comprises entre 100 et 700 microns. Un tel appareil de séparation est notamment décrit dans le document de brevet US-A-5 009 795. I1 est essentiellement constitué de trois chambres coaxiales: une chambre d'entrée pourvue dlune embouchure d'entrée pour l'introduction du lisier à traiter, une chambre de séparation pourvue d'un orifice de sortie pour l'évacuation de la phase liquide du lisier traité et une chambre de compression ouverte, dans sa partie frontale, par une bouche pour l'évacuation de la phase solide du lisier traité. Les trois chambres sont traversées par une vis d'Archimède dont l'arête externe du filet est, dans la chambre de séparation, en contact au jeu près, avec un élément de filtration.Cet élément de filtration, connu en soi, est constitué d'une pluralité de lamelles montées côte à côte sur des génératrices d'un cylindre et espacées les unes des autres d'une distance comprise, selon l'élément de filtration, entre 100 et 700 microns. Le filet de la vis d'Archimède est interrompu au droit de la chambre de compression. Le lisier est introduit dans la chambre d'entrée et il est entraîné, par la vis d'Archimède, vers la chambre de séparation. Là, la phase liquide est filtrée par l'élément de filtration tandis que la phase solide est entraînée dans la chambre de compression. Cette phase solide est alors compressée et forme un bouchon qui, petit à petit, se dirige vers la bouche où il est extrait. La compression du bouchon entraîne une séparation accrue de la phase liquide et de la phase solide. C'est la longueur de la chambre de compression qui, pour une viscosité donnée du lisier introduit, détermine le taux de compression du bouchon et par conséquent le taux d'humidité de la phase solide extraite. Dans la pratique, un tel appareil de séparation des phases liquide et solide donne entière satisfaction pour séparer les excréments de bovin qui sont très épais mais il pose des problèmes pour la séparation des phases liquide et solide du lisier de porc. Celui-ci est en effet plus liquide et nécessite pas conséquent l'utilisation de l'appareil de séparation avec des débits beaucoup plus faibles, notamment pour la formation et la conservation du bouchon. Par ailleurs, le lisier de porc est moins homogène que les excréments de bovins. Il s'ensuit que le bouchon qui est formé dans la chambre de compression peut soudain se désagréger lorsque le lisier introduit devient plus liquide. Le liquide est alors dirigé directement vers la bouche où il arrose la phase solide déjà extraite. L'ensemble de l'opération est alors à recommencer. Le but de l'invention est donc de proposer un appareil de séparation des phases liquide et solide d'effluent qui permette de travailler à des débits relativement élevés, de l'ordre de 50 m3 par jour, et qui évite la désagrégation du bouchon dans la chambre de compression lorsque le lisier introduit devient plus liquide. A cet effet, un appareil selon l'invention comporte un clapet qui peut prendre soit une position de fermeture dans laquelle il obture avec étanchéité la bouche de la chambre de compression soit une position d'ouverture où il libère ladite bouche, ledit clapet étant soumis à l'action d'un mécanisme de rappel qui le maintient dans sa position fermée avec une force prédéterminée. Lorsque le clapet est dans sa position de fermeture, le bouchon de la phase solide peut se former et se compresser, même si le lisier devient subitement plus liquide. Dès que la force de compression du bouchon a atteint un seuil donné, seuil déterminé par le mécanisme de rappel, le clapet prend sa position d'ouverture dans laquelle le bouchon est évacué. Avantageusement, pour prendre l'une ou l'autre desdites deux positions, ledit clapet peut coulisser parallèlement à l'axe de la vis d'Archimède. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite vis d'Archimède est constituée d'un arbre qui porte le filet de ladite vis, ledit arbre s'étendant au delà de ladite chambre de compression pour être guidée dans un palier monté sur le châssis dudit appareil. Dans ce cas, il est possible de prévoir que ledit clapet soit guidé, dans son mouvement de coulissement, sur la partie de l'arbre de la vis d'Archimède qui se trouve au-delà de la chambre de compression. Pour permettre un changement facile et rapide du palier fortement sollicité et soumis à un milieu corrosif, ledit palier est constitué d'un axe de centrage qui est solidaire dudit châssis et qui est prévu pour pénétrer dans un trou borgne percé axialement à l'extrémité de l'arbre de la vis. Avantageusement, dans ledit trou borgne, est montée une douille en matériau autolubrifiant. Pour assurer l'étanchéité de la fermeture du clapet sur la bouche de la chambre de compression, la face coté bouche dudit clapet est recouverte d'une couche d'un matériau souple, tel que du caoutchouc. On a également prévu, sur l'arbre, au droit de la bouche un anneau. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit mécanisme de rappel est prévu pour maintenir sur le clapet une force de rappel d'intensité constante quelle que soit la position dudit clapet. Ce mécanisme peut être constitué d'au moins un vérin dont la tige est reliée audit clapet, ledit vérin étant alimenté à pression constante et réglable. Dans le cas d'appareils prévus pour des gros débits, ledit clapet est avantageusement constitué de deux demi-coquilles, chacune d'elles étant soumise à l'action d'un vérin alimenté à pression constante et réglable. La force d'action de chaque vérin est transmise à la demi-coquille correspondante par l'intermédiaire d'une biellette pivotante. Selon une autre caractéristique de l'invention, le ou lesdits vérins sont du type à double effet, l'autre orifice d'alimentation dudit ou desdits vérins étant relié à un système de sécurité. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe selon un plan vertical médian d'un appareil selon l'invention, la Fig. 2 est une vue de dessus partielle d'un appareil selon l'invention dans un premier mode de réalisation, et la Fig. 3 est une vue de dessus partielle d'un appareil dans un second mode de réalisation de l'invention. L'appareil de séparation représenté à la Fig. 1 comprend, montées sur un châssis 1, essentiellement trois chambres coaxiales: une chambre d'entrée 10 qui est pourvue d'une embouchure d'entrée 11 par laquelle peut être introduit le lisier à traiter dans l'appareil de séparation, une chambre de séparation 20 qui est pourvue d'un orifice de sortie 21 par lequel est évacuée la phase liquide du lisier traité et une chambre de compression 30 dont la partie frontale est ouverte selon une bouche cylindrique 31 prévue pour permettre l'évacuation de la phase solide du lisier traité. Les chambres 10, 20 et 30 ont essentiellement une forme cylindrique d'axe horizontal. Elles sont traversées axialement par une vis d'Archimède 40 constituée d'un filet 41 porté par un arbre 42. Alors que le filet 41 est présent dans la chambre d'entrée 10 ainsi que dans la chambre de séparation 20, il est interrompu au droit de la chambre de compression 30. On notera que la longueur de la chambre de compression 30, c'est-à-dire la distance qui sépare la bouche 31 de l'extrémité avant du filet 41, est critique pour le fonctionnement de l'appareil et qu'une longueur de 8 cm a donné entière satisfaction. L'extrémité de l'arbre 42 est pourvue d'un trou borgne 42a dans lequel est montée une douille 43. Un axe de centrage 44 est monté sur l'alésage 45a d'un bâti 45 solidaire du châssis 1. L'axe de centrage 44 est monté à rotation dans la douille 43. Cette dernière est autolubrifiante et est, par exemple, constituée de Téflon (R) On notera que la douille 43 pourrait également être constituée d'un roulement à billes. L'ensemble formé de la douille 43 et de l'axe de centrage 44 constitue un palier pour l'arbre 42. La vis d'Archimède est entraînée en rotation par un groupe moto-réducteur 46 monté sur le châssis 1. La chambre de séparation 20 est constituée d'un élément de filtration cylindrique 22 et d'une paroi latérale cylindrique 23 coaxiale à l'élément de filtration 22 et de plus grand diamètre que celui-ci. La chambre 20 est fermée à ses deux extrémités par des flasques 24 et 25. L'élément de filtration 22 et la paroi latérale 23 délimitent un espace annulaire autour de la vis 40 qui est ouvert, dans sa partie inférieure, par l'orifice de sortie 21. L'élément de filtration 22 est constitué d'une pluralité de lamelles montées cOte à côte sur des génératrices d'un cylindre et espacées les unes des autres d'une distance comprise, selon l'élément de filtration, entre 100 et 700 microns. Le cylindre formé par l'élément de filtration 22 a un diamètre qui est tel que l'arête externe 41a du filet 41 soit en contact, au jeu près, avec la paroi interne de l'élément de filtration 22. Sur la partie de l'arbre 42 au-delà de la bouche 31, est monté un clapet 50 prévu pour coulisser axialement sous l'action de deux vérins 60 et 61. Sur la Fig. 1, seule est représentée l'extrémité de la tige 60a du vérin caché 60, ceci afin de ne pas alourdir la Fig. 1. Les deux vérins 60 et 61 sont visibles sur la Fig. 2. La face arrière du clapet 50 est recouverte d'une couche 51 d'un matériau souple, tel que du caoutchouc. Sur la circonférence de l'arbre 42, est soudé, au droit de la bouche 31, un anneau 46. Lorsque le clapet 50 est dans la position extrême reculée, la couche 51 est en contact avec l'arête circonférencielle de la bouche 31 mais aussi avec la surface avancée de l'anneau 46. Ainsi, la chambre 30 a sa partie avant qui est fermée, et ce avec étanchéité notamment aux liquides. Sur la Fig. 2, on voit les deux vérins 60 et 61 dont les fûts 60b et 61b sont respectivement montés sur les côtés du bâti 45 et dont les extrémités des tiges 60a et 61a sont respectivement montées, au moyen d'articulations 62 et 63 sur la face avant du clapet 50. Les vérins 60 et 61, du type pneumatique, sont respectivement alimentés en air par des canalisations 64 et 65 de manière que le clapet 50 ferme la bouche 31. L'air introduit est sous une pression prédéterminée et réglable de manière que l'effort de fermeture du clapet 50 sur la bouche 31 soit d'intensité prédéterminée et réglable. On notera que les vérins 60 et 61 décrits ici comme des vérins pneumatiques pourraient également être des vérins hydrauliques, ou équivalents. Avantageusement, les vérins 60 et 61 sont du type à double effet. Des canalisations 66 et 67 sont prévues pour les alimenter en air de manière à pouvoir libérer le clapet 50 de la bouche 31, en cas de besoin, notamment lorsque de gros efforts sont exercés sur la vis 40. A cet effet, les canalisations 66 et 67 sont par exemple reliées à un système de sécurité. On notera que les deux vérins 60 et 61 constituent un mécanisme qui maintient une force axiale constante sur le clapet 50, quelle que soit sa position sur l'arbre 42. D'autres systèmes assurant la même fonction que celui qui est représenté et décrit ici pourraient parfaitement convenir. On a représenté à la Fig. 3, une variante de réalisation de la commande du coulissement du clapet 50. Cette variante est adaptée aux gros débits de lisier. Selon cette variante, le clapet 50 est formé de deux demicoquilles 50a et 50b qui, comme le clapet 50, ont leurs faces arrière recouvertes d'une couche d'un matériau souple 51a et 51b. Les demicoquilles sont prévues pour pouvoir coulisser sur l'arbre 42. Deux vérins 70 et 71 ont leurs fûts 70a et 71a qui sont respectivement montés, par des articulations 72 et 73, sur le châssis 1, alors que leurs tiges 70b et 71b sont respectivement reliées, par des articulations 74 et 75, à l'extrémité de biellettes 76 et 77 pouvant pivoter autour d'axes sensiblement perpendiculaires à la direction de coulissement des demi-coquilles 50a et 50b. Les autres extrémités des biellettes 76 et 77 reposent sur les faces avant des demi-coquilles 50a et 50b. Les biellettes 76 et 77 assurent la transmission de l'effort exercé par les vérins 70 et 71 aux demicoquilles 50a et 50b. L'intensité de cet effort est, comme dans le mode de réalisation précédent, réglable et est constante quelle que soit la position des demi-coquilles sur l'arbre 42. Le fonctionnement de l'appareil selon l'invention est le suivant. Le lisier est introduit dans la chambre d'entrée 10 par l'embouchure d'entrée 11 et est entraîné par le filet 41 de la vis d'Archimède 40 vers la chambre de séparation 20. La phase liquide du lisier s'écoule par l'élément de filtration 22 et est évacuée par l'orifice de sortie 21. Les particules les plus grosses du lisier sont entraînées par le filet 41 dans la chambre de compression 30 où elles forment un bouchon contre la face arrière du clapet 50. Ce bouchon est fortement compressé au fur à mesure de l'arrivée du produit, ce qui a pour effet l'élimination accrue de la phase liquide. Lorsque la pression qu'exerce le bouchon sur le clapet 50 est supérieure à la pression exercée par les vérins 60 et 61, le clapet 50 en coulissant vers l'avant libère la bouche 31. Le bouchon est alors évacué par la bouche 31. Soumis à l'action des vérins 60 et 61, le clapet 50 se referme ensuite sur la bouche 31. On comprend que le clapet 50 joue un rôle autorégulateur en ce sens que les particules solides ne sont extraites qu'après que la pression de compression ait atteint une valeur prédéterminée par les vérins 60 et 61. Ainsi, en ajustant la pression de l'air admis dans les vérins 60 et 61, on détermine la pression de compression des particules solides. Le montage de l'extrémité de l'arbre 42 décrit ci-dessus présente l'avantage qu'il est facilement interchangeable, ce qui est intéressant dans la mesure où les efforts exercés sur l'arbre 42, notamment par les bouchons formés dans la chambre de compression 30, sont d'intensité relativement élevée et où l'appareil travaille dans un milieu très corrosif. De plus, le centrage ainsi effectué est précis et évite, par le jeu qu'il pourrait prendre, la détérioration de l'élément de filtration 22 par l'arête externe 41a du filet 41 de la vis 40. L'appareil de l'invention est tout à fait adapté au traitement du lisier dont la composition n'est pas toujours homogène. Contrairement aux appareils de l'art antérieur, la pression de compression des matières solides dans la chambre de compression 30 est sensiblement constante, quelle que soit la composition et la viscosité du lisier introduit. De plus, on a remarqué que les particules de faible dimension, de l'ordre de 100 microns, qui devraient normalement être filtrées par l'élément de filtration 22 sont en réalité entraînées par les particules de dimension supérieure et se trouvent piégées dans la chambre de compression 30. Ainsi, de manière surprenante, le liquide en sortie de l'orifice 21 ne contient que peu de particules de dimension supérieure à 100 microns. Avec un appareil selon l'invention, on a mesuré des taux d'humidité ne dépassant pas 20 % pour le produit en sortie de la bouche 31. REVENDICATIONS 1) Appareil de séparation des phases liquide et solide d'un effluent, tel que du lisier, du type comprenant trois chambres coaxiales, une chambre d'entrée (10) pourvue d'une embouchure d'entrée (11) pour l'introduction du lisier à traiter, une chambre de séparation (20) pourvue d'un orifice de sortie (21) pour l'évacuation de la phase liquide du lisier traité et une chambre de compression (30) ouverte, dans sa partie frontale, par une bouche (31) pour l'évacuation de la phase solide du lisier traité, lesdites chambres (10, 20, 30) étant traversées par une vis d'Archimède (40) dont l'arête externe (41a) du filet (41) est, dans la chambre de séparation (20), en contact au jeu près avec un élément de filtration (22), ledit filet (41) étant interrompu au droit de la chambre de compression (30), caractérisé en ce qu'il comporte un clapet (50) qui peut prendre soit une position de fermeture dans laquelle il obture avec étanchéité la bouche (31) de la chambre de compression (30) soit une position d'ouverture où il libère ladite bouche (31), ledit clapet (50) étant soumis à l'action d'un mécanisme de rappel (60 à 67; 70 à 77) qui le maintient dans sa position fermée avec une force prédéterminée. 2) Appareil de séparation des phases liquide et solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour prendre l'une ou l'autre desdites deux positions, ledit clapet (50) peut coulisser parallèlement à l'axe de la vis d'Archimède (40). 3) Appareil de séparation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite vis d'Archimède (40) est constituée d'un arbre (42) qui porte le filet (41) de ladite vis (40), ledit arbre (42) s'étendant au delà de ladite chambre de compression (30) pour être guidée dans un palier (43, 44, 45) monté sur le châssis (1) dudit appareil. 4) Appareil de séparation selon la revendication 3 lorsque celle-ci est selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit clapet (50) est guidé, dans son mouvement de coulissement, sur la partie de l'arbre (42) de la vis d'Archimède (40) qui se trouve audelà de la chambre de compression (30). 5) Appareil de séparation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit palier est constitué d'un axe de centrage (44) qui est solidaire dudit châssis (1) et qui est prévu pour pénétrer dans un trou borgne (42a) percé axialement à l'extrémité de l'arbre 6) Appareil de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans ledit trou borgne (42a), est montée une douille (43) en matériau autolubrifiant. 7) Appareil de séparation selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face côté bouche de la chambre de compression dudit clapet (50) est recouverte d'une couche (51) d'un matériau souple, tel que du caoutchouc. 8) Appareil de séparation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face côté bouche dudit clapet est recouverte d'une couche (51) d'un matériau souple, tel que du caoutchouc, et en ce que, sur l'arbre (42), au droit de la bouche (31) est prévu un anneau (46). 9) Appareil de séparation selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit mécanisme de rappel (60 à 67; 70 à 77) est prévu pour maintenir sur le clapet (50) une force de rappel d'intensité constante quelle que soit la position dudit clapet (50). 10) Appareil de séparation selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit mécanisme est constitué d'au moins un vérin (60, 61) dont la tige (60b, 61b) est reliée audit clapet (50), ledit vérin (60, 61) étant alimenté à pression constante et réglable. 11) Appareil de séparation selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit clapet (50) est constitué de deux demi-coquilles (50a et 50b), chacune d'elles étant soumise à l'action d'un vérin (70, 71) alimenté à pression constante et réglable. 12) Appareil de séparation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la force d'action de chaque vérin (70, 71) est transmise à la demi-coquille (50a, 50b) correspondante par l'intermédiaire d'une biellette pivotante (76, 77). 13) Appareil de séparation selon la revendication 13, caractérisé en ce que le ou lesdits vérins (60, 61; 70, 71) sont du type à double effet, l'autre orifice d'alimentation dudit ou desdits vérins étant relié à un système de sécurité.