Brevet FR2758094A1 — publié le 19980710

La présente invention a pour objet un dispositif de brassage et d'aération d'un liquide et d'élimination de la mousse dans une cuve de traitement de ce liquide, comme par exemple les effluents graisseux extraits des effluents urbains d'eaux usees. Comme on le sait, les effluents urbains d'eaux usées qui circulent dans les canalisations d'évacuation telles que les égouts, sont recueillis dans des stations d'épuration dans lesquelles sont effectuées diverses opérations de traitement afin de les épurer avant de les renvoyer dans le milieu naturel. Cette épuration produit des sous-produits liés à l'épuration comme de la graisse, des boues.... Or, les décharges acceptent de moins en moins ce type de produits, de telle sorte que les stations d'épuration doivent être maintenant capables de les traiter pour les limiter au maximum. Ainsi, les graisses piégées à l'entrée de la station d'épuration sont déversées dans une cuve de traitement, comme par exemple une cuve de dégradation biologique, qui comporte un agitateur mécanique permettant de brasser le liquide. De plus, la cuve peut comporter intérieurement et à sa partie inférieure des rampes d'injection dans le liquide d'air sous pression permettant d'aérer et d'accentuer le brassage du liquide. Mais, ce genre de dispositif d'aération et de brassage convient plus particulièrement pour des fluides peu chargés c'est à dire de faible viscosité et son rendement diminue rapidement pour des fluides chargés notamment en graisse. De plus, lors du traitement du liquide comme par exemple les effluents graisseux, avec ce genre de dispositif, il se forme à la surface du liquide une couche importante de mousse qui s'envole et pollue l'environnement si bien qu'il est nécessaire de prévoir des moyens permettant d'éliminer cette mousse flottant à la surface du liquide lors du traitement de ce liquide. Jusqu'à présent, ces moyens sont constitués par des agitateurs disposés au niveau de la surface du liquide et destinés à rabattre la mousse. Mais, ces agitateurs ne donnent pas entièrement satisfaction et une partie de la mousse s'envole et pollue 1' environnement. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un dispositif de brassage et d'aération d'un liquide comme par exemple des effluents graisseux extraits des effluents urbains d'eaux usées qui permet, par des moyens simples et consommant peu d'énergie, de traiter de manière efficace ce genre de liquide et de récupérer la mousse flottant à la surface de ce liquide. L'invention a donc pour objet un dispositif de brassage et d'aération d'un liquide et d'élimination de la mousse dans une cuve de traitement dudit liquide, caractérisé en ce qu'il comprend à l'intérieur de la cuve: - une gaine verticale s'étendant sur une partie de la hauteur de la cuve et fermée à son extrémité supérieure et ouverte à son extrémité inférieure, l'extrémité inférieure de ladite gaine ménageant avec le fond de la cuve un passage pour le liquide, - un entonnoir disposé autour de la partie supérieure de la gaine et relié à ladite gaine, le bord supérieur de cet entonnoir ménageant avec la paroi de la cuve un espace libre pour le passage du liquide, - une première série de fenêtres ménagées à la partie supérieure de la gaine et situées au niveau du liquide à l'intérieur de l'entonnoir, - une seconde série de fenêtres ménagées dans la gaine et situées au-dessus du fond de l'entonnoir, - un arbre vertical entraîné en rotation, disposé à l'intérieur de la gaine et s'étendant de l'extrémité supérieure de ladite gaine jusqu'au fond de 1' entonnoir, - une hélice fixée à l'extrémité libre de l'arbre, au-dessous du fond de l'entonnoir, - un organe anti-vortex disposé à l'intérieur de la gaine, au-dessous de ladite hélice, - des moyens de régulation du niveau de liquide dans l'entonnoir, - et des moyens d'injection d'un gaz sous pression dans la gaine au-dessous de l'organe antivortex. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la cuve est isolée, - le dispositif comprend des moyens de réglage du débit de liquide et de mousse aspiré par l'hélice à l'intérieur de la gaine verticale, - le dispositif comprend des moyens de brassage statique par cavitation du liquide à l'intérieur de la gaine et disposés au-dessous de l'organe antivortex dans ladite gaine, - les moyens de réglage du débit de liquide et de mousse aspiré par ladite hélice sont formés, d'une part, par un premier manchon disposé autour de la gaine au niveau de la première série de fenêtres et, d'autre part, par un second manchon disposé autour de ladite gaine au niveau de la seconde série de fenêtres, la position desdits manchons par rapport aux fenêtres correspondantes étant réglable verticalement, - les moyens de brassage statique par cavitation sont formés, d'une part, par un tube vertical disposé à l'intérieur de la gaine et s'étendant du fond de la cuve jusqu'au dessous de l'organe anti-vortex, et d'autre part, par des obstacles statiques superposés, disposés à l'intérieur de ladite gaine et fixés sur ledit tube, - les obstacles statiques ménagent avec la paroi interne de la cuve des passages pour la circulation du liquide, - les obstacles statiques sont régulièrement répartis sur toute la portion du tube disposée dans la gaine, - les obstacles statiques sont répartis sur le tube, d'une part, au-dessous de l'organe anti-vortex et, d'autre part à la partie inférieure de la gaine, - les moyens de brassage statique par cavitation sont formés par des obstacles statiques fixés sur la paroi interne de la gaine et ménageant un passage axial pour la circulation du liquide, - les obstacles statiques sont régulièrement répartis sur toute la portion de la gaine située audessous de l'organe anti-vortex, - les obstacles statiques sont répartis à l'intérieur de la gaine, d'une part, au-dessous de l'organe anti-vortex et, d'autre part, à la partie inférieure de ladite gaine, - les obstacles statiques sont formés par des coupelles dont la concavité est dirigée vers le fond de la cuve, - les obstacles statiques sont formés par des disques, - les moyens de régulation du niveau de liquide dans l'entonnoir sont formés par un tuyau de trop plein disposé à l'intérieur dudit entonnoir et dont la position est réglable verticalement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'une cuve de traitement d'un liquide équipée d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de brassage et d'aération dudit liquide, selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la Fig. 1, - la Fig. 3 est une vue schématique en coupe d'une cuve de traitement d'un liquide équipée d'un second mode de réalisation d'un dispositif de brassage et d'aération dudit liquide, selon l'invention, - la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 1. Sur les Figs. 1 et 3, on a représenté une cuve 1 munie à sa partie supérieure d'un orifice 2 d'entrée d'un liquide 3 à traiter, comme par exemple des effluents graisseux extraits des effluents urbains d'eaux usees. La cuve de traitement 1 est recouverte sur sa face externe d'un isolant 4 et comporte un dispositif de brassage et d'aération du liquide et d'élimination de la mousse, désigné dans son ensemble par la référence 10. Le dispositif 10 selon l'invention disposé à l'intérieur de la cuve 1 se compose d'une gaine verticale 11 s'étendant sur une partie de la hauteur de ladite cuve 1. L'extrémité supérieure lia de la gaine 11 est obturée par une plaque 12 et l'extrémité inférieure de cette gaine 11 est ouverte et ménage avec le fond de la cuve 1 un passage 13 pour le liquide 3. Le dispositif 10 comporte également un entonnoir 14 évasé vers le haut dont le bord supérieur ménage avec la paroi de la cuve 1, un espace libre 15 pour le passage du liquide 3 et dont le bord inférieur est relié à la gaine 11 à une certaine distance de l'extrémité supérieure de ladite gaine 11. L'ensemble constitué par la gaine 11 et l'entonnoir 14 est fixé à l'intérieur de la cuve 1 par des moyens appropriés, comme par exemple des pattes 16 qui ménagent entres elles des passages pour le liquide 3. La gaine 11 comporte une première série de fenêtres 17 uniformément réparties sur le pourtour de cette gaine 11 et situées au niveau du liquide à l'intérieur de l'entonnoir 14. Cette gaine 11 est également pourvue d'une seconde série de fenêtres 18 uniformément réparties sur le pourtour de ladite gaine 11 et situées au-dessus du fond de l'entonnoir 14. Le dispositif 10 est aussi pourvu de moyens d'aspiration du liquide et de la mousse à l'intérieur de la gaine 11 par les fenêtres 17 et 18 et qui sont constitués par un arbre vertical 19 disposé à l'intérieur de cette gaine 11 et s'étendant de l'extrémité supérieure de ladite gaine 11 jusqu'au fond de l'entonnoir 14 et par une hélice 20 fixée à l'extrémité libre de l'arbre 19, au-dessous du fond dudit entonnoir 14. Le diamètre de l'hélice 20 est légèrement inférieur au diamètre intérieur de la gaine 11. L'arbre 19 et l'hélice 20 sont entraînés en rotation au moyen d'un moto-réducteur 21 qui est fixé sur la plaque 12 d'obturation de l'extrémité supérieure de ladite gaine 11. Le dispositif 10 est pourvu de moyens de réglage du débit de liquide et de mousse aspiré par l'hélice 20 à l'intérieur de la gaine 11 par les fenêtres 17 et 18. Ces moyens de réglage sont formés, d'une part, par un premier manchon 22 disposé autour de la gaine 11 au niveau de la première série de fenêtres 17 et par un second manchon 23 disposé autour de ladite gaine 11 au niveau de la seconde série de fenêtres 18. La position de chaque manchon 22 et 23 par rapport respectivement aux fenêtres 17 et 18 est réglable verticalement par des moyens de serrage appropriés, non représentés. Un organe anti-vortex 24 est disposé à l'intérieur de la gaine 11 au-dessous de l'hélice 20 pour éviter la rotation du liquide 3 dans ladite gaine 11. Ainsi que représenté à la Fig.2, cet organe anti-vortex 24 est constitué par trois plaques verticales 24a réparties à 120 à l'intérieur de ladite gaine 11. Le dispositif 10 est encore pourvu de moyens de régulation du niveau de liquide 3 dans l'entonnoir 14 qui sont constitués par un tuyau de trop plein 25 disposé à l'intérieur dudit entonnoir 14 et dont la position est réglable verticalement. Selon un second mode de réalisation représenté à la Fig. 3, le dispositif 10 comprend des moyens 30 de brassage statique par cavitation du liquide 3 à l'intérieur de la gaine 11 et disposés au-dessous de l'organe anti-vortex 24 dans ladite gaine 11. Comme représenté sur les Figs. 3 et 4, les moyens 30 de brassage statique par cavitation du liquide 3 sont formés, d'une part, par un tube vertical 31 disposé à l'intérieur de la gaine 11 et s'étendant du fond de la cuve 1 jusqu'au dessous de l'organe antivortex 24 et, d'autre part, par des obstacles statiques 32 superposés, disposés à l'intérieur de ladite gaine 11 et fixés sur le tube 31. Le tube 31 est fixé sur le fond de la cuve 1 par des moyens appropriés. Les obstacles statiques 32 ménagent avec la paroi interne de la gaine 11 des passages pour la circulation du liquide. Ainsi que représenté à la Fig. 1, les obstacles statiques 32 sont répartis sur le tube 31, d'une part, au-dessous de l'organe anti-vortex 24 et, d'autre part, à la partie inférieure de la gaine 11. Par exemple, le tube 31 comporte à sa partie supérieure, au-dessous de l'organe anti-vortex 24, deux obstacles statiques 32 superposés et à la partie inférieure de la gaine 11 également deux organes statiques 32 superposés. Selon une variante, les obstacles statiques 32 peuvent être régulièrement répartis sur toute la portion du tube 31 disposée dans la gaine 11. Selon un mode de réalisation représenté à la Fig. 3, les obstacles statiques 32 sont formés par des coupelles dont la concavité est dirigée vers le fond de la cuve 1. Selon une variante les obstacles statiques 32 peuvent être formés par des disques. Enfin, le dispositif 10 comporte des moyens 33 d'injection d'un gaz sous pression, comme par exemple de l'air, dans la gaine 11. Ces moyens d'injection 33 sont formés par au moins une conduite 34 débouchant dans la gaine 11 par exemple à un niveau situé au-dessous des organes statiques 32 disposés à la partie supérieure du tube 31. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Le liquide 3 à traiter est déversé par l'orifice 2 dans la cuve 1 jusqu'à un niveau situé audessus du bord supérieur de l'entonnoir 14. Ce liquide 3 se déverse également à l'intérieur de cet entonnoir 14. Le moto-réducteur 21 entraîne en rotation l'arbre 19 qui lui même entraîne en rotation l'hélice 20. Simultanément, le gaz sous pression est injecté dans la gaine 11 par l'intermédiaire des conduites 34. La rotation de l'hélice 20 provoque une aspiration du liquide 3 dans la gaine 11 par les fenêtres 17 et 18 de telle sorte que ce liquide 3 circule en continu de haut en bas, dans cette gaine 11, puis passe dans l'espace 13 et circule de bas en haut entre la gaine 11 et la paroi interne de la cuve 1 et ainsi de suite. L'organe anti-vortex 24 empêche la rotation du liquide dans la gaine 11 au-dessous de l'hélice 20. Le niveau de liquide 3 à l'intérieur de l'entonnoir 14 se trouve au-dessous du niveau de liquide à l'intérieur de la cuve 1 et ce niveau de liquide à l'intérieur de l'entonnoir 14 est réglé par le tuyau de trop plein 25 de telle sorte que ce niveau se trouve sensiblement à mi-hauteur des fenêtres 17. Par ailleurs, du fait de l'aspiration créée par l'hélice 20 à l'intérieur de la gaine 11, le niveau de liquide à l'intérieur de cette gaine 11 se trouve audessous du niveau de liquide à l'intérieur de l'entonnoir 14. L'air entraîné à l'intérieur de la cheminée 11 par la rotation de l'hélice 20 ainsi que le gaz sous pression injecté dans ladite gaine 11 créent des bulles de gaz qui se dispersent dans le liquide 3 à l'intérieur de ladite gaine 11 sous l'effet de la rotation de l'hélice 20. Lors de la circulation du liquide 3 à l'intérieur de la gaine 11, les obstacles statiques 32 créent, au-dessous de chacun de ceux-ci, un effet de cavitation ce qui a pour effet de favoriser le brassage et l'aération du liquide 3. Ces obstacles 32 présentent l'avantage d'être statiques, tout en favorisant le brassage et l'aération du liquide dans la gaine 11, et empêchent l'accrochage des filasses à l'intérieur de cette gaine 11. Ainsi, le liquide 3 est brassé et les bulles de gaz se divisent en micro-bulles favorisant la dispersion du gaz et de ce fait l'aération du liquide 3. Entre la paroi interne de la cuve 1 et la gaine 11, les bulles de gaz accélèrent la remontée du liquide favorisant la circulation de ce liquide à l'intérieur de la cuve 1 ce qui permet d'améliorer le rendement. Ainsi, le liquide à traiter passe plusieurs fois dans la gaine 11 et subit donc plusieurs traitements d'oxygénation. Le débit de liquide 3 peut être réglé en déplaçant les manchons 22 et 23 par rapport aux fenêtres 17 et 18. Le brassage du liquide 3 par l'hélice 20 et les obstacles statiques 32 provoquent la formation de mousse à la surface du liquide 3 dans la cuve 1. La rotation de cette hélice 20 à l'intérieur de la gaine 11 provoque un pompage au niveau de la surface du liquide 3 à l'intérieur de l'entonnoir 14 et une aspiration de la mousse flottant à la surface du liquide, ainsi qu'une chute du niveau de ce liquide à l'intérieur de la gaine 11. La mousse est donc entraînée, noyée et mélangée au liquide 3 à l'intérieur de la cuve 1 ce qui permet de l'éliminer progressivement. La position des manchons 22 et 23 par rapport aux fenêtres 17 et 18 régule le débit de liquide et de mousse aspiré à l'intérieur de la gaine 11 par l'hélice 20. Le choix de l'hélice 20 et la vitesse de rotation de cette hélice 20 permettent d'adapter la consommation d'énergie en fonction du liquide à traiter. Dans le cas où le dispositif selon l'invention ne comporte pas d'organes statiques 32 comme représenté la Fig. 1, des turbulences se créent naturellement à l'intérieur de la gaine 11. Mais, le rendement est faible ce qui convient pour des liquides peu chargés. Les obstacles statiques 32 favorisent le brassage du liquide par cavitation ce qui permet d'augmenter le rendement du dispositif. Selon une variante, les moyens de brassage statique par cavitation sont formés par des obstacles statiques fixés sur la paroi interne de la gaine 11 et ménageant un passage axial pour la circulation du liquide 3. Ces obstacles statiques sont régulièrement répartis sur toute la portion de la gaine 11 située audessous de l'organe anti-vortex 24 ou à l'intérieur de la gaine 1, d'une part, au-dessous de l'ogane anti-vortex 24 et, d'autre part, à la partie inférieure de ladite gaine 11. Dans ce cas également, les obstacles statiques sont formés par exemple par des coupelles dont la concavité est dirigée vers le fond de la cuve 1 ou par des disques. Le dispositif selon l'invention s'applique par exemple au traitement de l'eau, des effluents urbains, des eaux usées industrielles, des graisses par biodégradation, des matières de vidange, des déchets d'élevage et d'une manière générale à tous produits industriels biodégradables. Le dispositif selon l'invention peut également s'appliquer par exemple à l'ozonation de l'eau par un gaz ozoné avec ou sans catalyseur, à la stabilisation des boues ou peut être utilisé en traitement thermophile ou pour des liquides chargés de matières en suspension par exemple organiques ou minérales. Ce dispositif peut également être utilisé comme réacteur fonctionnant en lit fluidisé ou mobile. Enfin, le dispositif selon l'invention présente l'avantage de traiter le liquide et simultanément d'éliminer progressivement la mousse flottant à la surface de ce liquide dans la cuve de traitement et ainsi d'éviter que cette mousse pollue l'environnement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de brassage et d'aération d'un liquide et d'élimination de la mousse dans une cuve (1) de traitement dudit liquide, caractérisé en ce qu'il comprend à l'intérieur de la cuve (1) - une gaine (11) verticale s'étendant sur une partie de la hauteur de la cuve (1) et fermée à son extrémité supérieure et ouverte à son extrémité inférieure, l'extrémité inférieure de ladite gaine (11) ménageant avec le fond de la cuve (1) un passage (13) pour le liquide (3), - un entonnoir (14) disposé autour de la partie supérieure de la gaine (11) et relié à ladite gaine (11), le bord supérieur de cet entonnoir (14) ménageant avec la paroi de la cuve (1) un espace libre (15) pour le passage du liquide (3), - une première série de fenêtres (17) ménagées à la partie supérieure de la gaine (1) et situées au niveau du liquide (3) à l'intérieur de l'entonnoir (14), - une seconde série de fenêtres (18) ménagées dans la gaine (11), au-dessus du fond de l'entonnoir (14), - un arbre vertical (19) entraîné en rotation, disposé à l'intérieur de la gaine (11) et s'étendant de l'extrémité supérieure de ladite gaine (11) jusqu' au fond de l'entonnoir (14), - une hélice (20) fixée à l'extrémité libre de l'arbre (19), au-dessous du fond de l'entonnoir (14), - un organe anti-vortex (24) disposé à l'intérieur de la gaine (11), au-dessous de ladite hélice (20), - des moyens (25) de régulation du niveau de liquide (3) dans l'entonnoir (14), - et des moyens (33) d'injection d'un gaz sous pression dans la gaine (11), au-dessous de l'organe anti-vortex (24). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve (1) est isolée. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (22,23) de réglage du débit de liquide (3) et de mousse aspiré par l'hélice (20) à l'intérieur de la gaine (11). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en que qu'il comprend des moyens (31, 32) de brassage statique par cavitation du liquide (3) à l'intérieur de la gaine (11) et disposés au-dessous de l'organe anti-vortex (24) dans ladite gaine (11). 5. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les moyens de réglage du débit de liquide (3) et de mousse aspiré par ladite hélice (20) sont formés, d'une part, par un premier manchon (22) disposé autour de la gaine (11) au niveau de la première série de fenêtres (17) et, d'autre part, par un second manchon (23) disposé autour de ladite gaine (11) au niveau de la seconde série de fenêtres (18), la position desdits manchons (22, 23) par rapport aux fenêtres (17, 18) correspondantes étant réglable verticalement. 6.Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les moyens de brassage statique par cavitation sont formés, d'une part, par un tube vertical (31) disposé à l'intérieur de la gaine (11) et s'étendant du fond de la cuve (1) jusqu'au dessous de l'organe antivortex (24) et, d'autre part, par des obstacles statiques (32) superposés, disposés à l'intérieur de ladite gaine (11) et fixés sur ledit tube (31). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les obstacles statiques (32) ménagent avec la paroi interne de la gaine (11) des passages pour la circulation du liquide (3). 8. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les obstacles statiques (32) sont régulièrement répartis sur toute la portion du tube (31) disposée dans la gaine (11). 9. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les obstacles statiques (32)sont répartis sur le tube (31), d'une part, au-dessous de l'organe anti-vortex (24) et, d'autre part, à la partie inférieure de la gaine (11). 10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de brassage statique par cavitation sont formés par des obstacles statiques fixés sur la paroi interne de la gaine (11) et ménageant un passage axial pour la circulation du liquide (3). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les obstacles statiques sont régulièrement répartis sur toute la portion de la gaine (11) située au-dessous de l'organe anti-vortex (24). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les obstacles statiques sont répartis à l'intérieur de la gaine (11), d'une part, au dessous de l'organe anti-vortex (24) et, d'autre part, à la partie inférieure de ladite gaine (11). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les obstacles statiques sont formés par des coupelles (32) dont la concavité est dirigée vers le fond de la cuve (1). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les obstacles statiques sont formés par des disques. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de régulation du niveau de liquide (3) dans l'entonnoir (14) sont formés par un tuyau de trop plein (25) disposé à l'intérieur dudit entonnoir (14) et dont la position est réglable verticalement.