Brevet FR2807026A1 — publié le 20011005

L'invention concerne le domaine du traitement des eaux usées, eaux salées ou saumâtres, issues des activités de l'industrie, des activités maritimes, comme le stockage des produits de la mer ou de l'aquaculture, des activités de loisirs, etc.. Plus précisément, il s'agit d'un dispositif et d'un procédé traitement d'eau par écumage. Selon ce traitement, on combine une opération de production de microbulles pour générer de l'écume et opérations d'écumage et flottation. connaît déjà, par exemple par le document DE 197 56 962, dispositif traitement d'eau par écumage comportant une chambre de réaction, moyens d'injection pour apporter, en un orifice d'injection dans la chambre réaction, l'eau à traiter, des moyens de production d'écume à partir de l'eau à traiter et d'un gaz, et des moyens d'écumage pour recueillir l'écume produite. Dans ce dispositif, les bulles de gaz nécessaires à la flottation sont produites par une réaction catalytique d'une substance chimique telle que du peroxyde d'hydrogène (H202), avec l'eau à traiter. Le but de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé de traitement d'eau par écumage permettant de réaliser à la fois un enrichissement gazeux (air, oxygène, ozone, etc.) une élimination matières dissoutes, par écumage, ainsi qu'une élimination de la matiere particulaire fine, par flottation, de manière différente de ce qui était proposé par l'art antérieur. Ce but est atteint grâce à un dispositif de traitement d'eau par écumage, comportant - une chambre de réaction, - des moyens d'injection pour apporter, en un orifice d'injection dans la chambre de réaction, l'eau à traiter, - des moyens de formation de microbulles de gaz dans l'eau à traiter, et - des moyens d'écumage pour recueillir l'écume produite, caractérisé en le fait que les microbulles sont injectées dans la chambre de réaction avec l'eau à traiter. Ainsi, grâce aux moyens de formation de microbulles, réalise un enrichissement gazeux et grâce aux moyens d'écumage élimine la matière dissoute et la matière particulaire fine par flottation. Cependant, contrairement à ce qui se passe dans les dispositifs de l'art antérieur, les microbulles sont injectées dans la chambre de réaction, avec l'eau à traiter. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comporte les caractéristiques suivantes, qui peuvent être indépendantes unes des autres ou combinées entre elles - les moyens d'injection créent une circulation cyclonique de l'eau dans la chambre de réaction ; - les moyens de formation des microbulles comportent un moteur à hélice et une chambre de décompression alimentée en gaz ; - gaz est choisi dans la liste comprenant l'air, l'oxygène et l'ozone, - chambre de réaction présente une symétrie cylindrique autour d'un axe vertical ; - dispositif comporte des moyens de flottaison ; - chambre de réaction comporte au moins un orifice d'écoulement de l'eau pour évacuer l'eau de la chambre de réaction, dans l'eau dans laquelle flotte le dispositif ; - centre d'un orifice d'écoulement et le centre de l'orifice d'injection sont separés d'un angle projeté dans un plan horizontal, compris entre 50 à 70 , préférentiellement de 62 ; - le dispositif présente quatre orifices d'écoulement séparés angle de 10 à 20 , et préférentiellement de 14 , cet angle ayant son sommet sur un axe vertical situé au centre de la chambre de réaction ; - les moyens d'injection génèrent une pression telle que, quelque soit la densité de l'eau, le niveau de l'eau dans la cuve est maintenu entre 10 et 20 centimètres, et préférentiellement 15 2 centimètres, au dessus du niveau de l'eau dans laquelle flotte le dispositif ; - les moyens d'injection injectent l'eau dans la chambre de réaction, sous un angle supérieur à 20 , et plus préférentiellement supérieur à 25 , correspondant à l'angle projeté sur un plan horizontal entre la direction d'injection de l'eau à traiter dans la chambre de réaction et la normale à la surface interne de cette chambre de réaction, au niveau de l'orifice d'injection ; - les moyens d'injection injectent l'eau dans la chambre réaction, sous un angle par rapport à un plan horizontal, compris entre et 15 , et plus preférentiellement entre 5 et 10 ; et - dispositif comporte une cheminée réglable en hauteur, de manière à contrôler la condensation de l'écume. Selon un autre aspect, l'invention est un procédé de traitement de l'eau par écumage, dans lequel - injecte l'eau à traiter dans une chambre de réaction, - forme des microbulles de gaz dans l'eau à traiter, - sépare l'écume produite de l'eau à traiter, caractérisé par le fait que l'on injecte des microbulles dans la chambre de réaction avec l'eau à traiter. Avantageusement, selon ce procédé on crée également une circulation cyclonique de l'eau dans la chambre de réaction. Avantageusement aussi, selon ce procédé on fait flotter la chambre de réaction. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui suit. L'invention sera également mieux comprise à l'aide des références aux dessins sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique, en vue de côté, d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à la présente invention ; - la figure 2 est une représentation schématique en coupe verticale du dispositif selon l'invention représenté à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus, couvercle enlevé, du dispositif selon l'invention représenté aux figures 1 et 2 ; - figure 4 représente schématiquement en coupe transversale les moyens formation de microbulles du dispositif représenté sur les figures 1 à 3 ; - la figure 5 représente schématiquement les écarts de position angulaire entre l'orifice d'injection et les orifices d'écoulement de l'eau, dans la chambre de réaction du dispositif selon l'invention représenté sur les figures 1 à3; - la figure 6 représente schématiquement l'orientation flux d'eau à traiter, en sortie de l'orifice d'injection, dans la chambre de reaction du dispositif représenté sur les figures 1 à 3 et 5 ; - figure 7 représente schématiquement, en coupe verticale la chambre de condensation du dispositif selon l'invention, représenté les figures 1 à 3 et et 6 ; et - figure 8 représente schématiquement en coupe verticale, une variante du dispositif selon l'invention représenté sur les figures 1 à 3 et 5 à 7. Un exemple de mode de réalisation d'un dispositif de traitement d'eau par écumage conforme à la présente invention est décrit ci-dessous en relation avec les figures 1 à 7. Selon ce mode de réalisation, le dispositif 1 selon l'invention est destiné à être immergé directement dans un bassin contenant de l'eau à traiter. Comme représenté sur la figure 1, ce dispositif 1 de traitement d'eau comporte une cuve cylindrique 2, des moyens d'injection et de formation de microbulles 4, d'un dispositif de pompage 5 de l'écume formée grâce aux moyens d'injection et de formation de microbulles 4, ainsi que des moyens flottaison 6. La cuve cylindrique 2 est composée d'une chambre de réaction 8 et d'une chambre de condensation 10, cylindriques autour d'un axe vertical. La chambre de réaction 8 sert à développer la formation d'écume. La chambre de condensation 10 reçoit l'écume formée dans la chambre de réaction 8. La chambre de réaction 8 est fermée à son extrémité inférieure d'une paroi inférieure 12. En fonctionnement, elle contient une colonne d'eau 11. Elle est munie à proximité de la paroi inférieure 12 de quatre orifices d'écoulement 14. La section totale de ces orifices d'écoulement 14 doit entrainer une surpression dans la chambre de réaction 8, d'environ d'une hauteur M=150 mm (voir figure 6). Ainsi, pour une chambre de réaction 8 de 100 de diamètre, dans laquelle circule un volume d'eau de l'ordre de 100 m3 heure, la section totale des trous d'écoulement 14 est voisine de 300 La chambre de réaction 8 est aussi munie d'un indicateur 16 de niveau. indicateur 16 est par exemple constitué d'un tube transparent relie à l'extrémité inférieure de la chambre de réaction 8. Le niveau d'eau la chambre de réaction 8 est alors visible sur l'indicateur 16. La chambre de condensation 10 comporte un couvercle 18 un cône de condensation 26, séparant la chambre de réaction 8 de la chambre de condensation 10 proprement dite (Voir figure 2). Le couvercle 18 ferme la chambre de condensation 10 pour éviter l'échappement de l'écume son entrainement par le vent. Pour éviter d'avoir une pression supérieure ' la pression atmosphérique dans la chambre de condensation 10, le couvercle 18 muni d'un clapet 19 ou de petites perforations laissant sortir l'air en retenant l'écume (Voir figure 7). Le cône de condensation 26 est constitué d'une paroi en tronc de cône dont l'ouverture la plus petite se trouve dirigée vers le haut. Le cône de condensation 26 est prolongé vers le haut, d'une cheminée 28. La cheminée 28 est réglable en hauteur pour permettre un réglage du débit de l'écume sortant de la chambre de réaction 8. La chambre de condensation 10 est en outre munie d'un interrupteur 30. Cet interrupteur 30 est situé à une altitude inférieure à celle du haut du cône de condensation 26. Cet interrupteur 30 déclenche la mise en route automatique du dispositif de pompage 5. Les moyens d'injection et de formation des microbulles 4 sont constitués d'un bloc aérateur venturi 20 à hélice, de deux conduites 22 bouches d'aspiration 24. Il est situé sous les moyens de flottaison 6. Chaque conduite 22 relie de manière indépendante le bloc aérateur venturi 20 à bouche d'aspiration 24 située au niveau du couvercle 18. Les conduites sont branchées sur le bloc aérateur venturi 20 de manière symétrique rapport à son axe longitudinal (voir figures 3 et 4). Comme représenté sur la figure 4, le bloc aérateur venturi est recouvert d'une cornière 36 en U inversé, qui sert à la fois à fixer bloc aérateur venturi 20 à la cuve cylindrique 2 et à éviter que l'eau aspirée le bloc aérateur venturi 20 n'entraîne avec elle de l'air provenant de la surface de l'eau du bassin dans laquelle est immergé le dispositif 1. Le bloc aerateur venturi 20 est orientable par basculement autour d'un axe horizontal passant par les conduites 22. Le bloc aérateur venturi 20 produit des bulles très fines, encore appelées microbulles, dans l'eau à traiter. II correspond par exemple bloc aerateur venturi décrit dans le document EP 562 314. II produit donc flux fluide, constitué d'eau et d'air. Ce fluide est injecté dans la chambre de reaction 8 par un orifice d'injection 32. Comme représenté sur la figure 5, la projection dans un plan horizontal de la direction d'injection, dans la chambre de réaction 2, du fluide issu du bloc aérateur venturi 20 fait un angle projeté a par rapport au rayon joignant l'axe vertical central de la chambre de réaction 2 à l'orifice d'injection 32. Cet angle a est environ égal à 70 . L'angle entre le rayon 34 et le rayon 36 passant par le centre de l'orifice d'écoulement 14 le plus proche de l'orifice d'injection 32, projeté dans plan horizontal correspond à un angle P. Cet angle p est égal à 60 environ. Les orifices d'écoulement 14 sont espacés angulairement angle y égal à 14 . Comme représenté sur la figure 6, le flux de fluide, constitue d'eau et d'air, en sortie du bloc aérateur-venturi 20 est injecté dans la chambre de réaction 8 avec un angle 8 compris entre 5 et 10 sous un plan horizontal. Le centre de l'orifice d'injection 32 est situé à une hauteur environ égale à h2=80 cm de la paroi inférieure 12 (voir figure 6). Les moyens de flottaison 6 sont constitués d'un flotteur extérieur 7. Le flotteur 7 permet de maintenir le dispositif 1 à un niveau bien défini par rapport à la surface de l'eau du bassin, ainsi que le niveau d'écume souhaité à l'intérieur de la chambre de réaction 2. Les moyens de flottaison 6 sont adaptes pour que, quelle que soit la densité de l'eau c'est-à-dire en particulier sa salinité, la ligne de flottaison 40 soit à une hauteur h3=95 2 cm, rapport à la paroi inférieure 12 (voir figure 6). Le fonctionnement du dispositif 1 décrit structurellement plus haut est décrit 'dessous. Le bloc aérateur venturi 20 aspire à la fois de l'eau provenant bassin dans lequel le dispositif 1 est immergé et de l'air provenant, par conduites 22, de la surface de ce bassin. Le bloc aérateur venturi mélange les deux et injecte le fluide constitué du mélange dans la chambre de réaction 8 de manière à développer une circulation de type cyclonique dans la colonne d'eau 11. La colonne d'eau 11 monte alors légèrement pression, élevant le niveau d'eau intérieur 38, visible sur l'indicateur légèrement au-dessus de la ligne de flottaison 40 (voir figure 6). microbulles formées remontent vers la surface et forment l'écume, s'accumule sous le cône de concentration 26, tandis que l'eau traitée s'échappe par les orifices d'écoulement 14. L'écume sort par la cheminée Après un certain temps d'accumulation dans la chambre de condensation 1 l'écume se condense sous forme liquide dans la partie de la chambre condensation 10 située sous le niveau de l'orifice supérieur du cône condensation 28. Elle forme un condensat 39 (voir figure 7). Le condensat 39, lorsqu'il atteint un niveau suffisant, déclenche l'interrupteur 30 qui met route le dispositif de pompage 5. Le condensat 39 est alors évacué par une tuyauterie 27 vers une unité de stockage ou de recyclage de l'écume. Comme représenté sur la figure 2, le dispositif 1 comporte en fonctionnement quatre zones bien distinctes - une zone de contact air/eau 40 où s'effectuent les échanges physiques entre les microbulles et l'eau à injecter, - une zone d'eau traitée 42 dépourvue de microbulles, où sont situés les orifices d'écoulement 14, - la zone de concentration de l'écume 44, entre le niveau l'eau dans la chambre de réaction 8 et le cône de condensation, - la zone de condensation de l'écume 46, où le condensat 39 est stocké et pompé. performances du dispositif 1 dépendent de la qualité de l'eau à traiter et son pouvoir écumant. Le dispositif 1 décrit ci-dessus a une capacité de traitement de 100 m3 d'eau par heure et condense dans ces conditions jusqu'à 30 litres d'écume par heure. Le réglage du niveau intérieur 38 de la colonne d'eau 11 en surpression à l'intérieur de la chambre de réaction 8, par rapport au niveau de flottaison 40 est un paramètre particulièrement important. effet, si ce niveau intérieur 38 est trop haut, l'écume formée produit un condensat 39 peu concentré. Si ce niveau intérieur 38 est trop bas, l'écume ne pas convenablement dans la chambre de condensation 10. Grâce au dispositif 1, il est possible de concentrer dans les écumes des éléments dissous, ainsi que des particules dont la taille est majoritairement comprise entre 1 micron et 10 microns. A titre d'exemple, le condensat 39 accumule environ 50 à 100 mg de carbone organique dissous par litre d'eau traitée, lorsque l'eau à traiter en contient 2 à 4 mg par litre. De même, le condensat 39 accumule 1000 ' 5000 mg de matière particulaire sèche par litre d'eau traitée, lorsque l'eau ' traiter en contient 10 à 20 mg par litre. Le dispositif de traitement d'eau par écumage conforme à l'invention peut être réalisé selon de nombreuses variantes. Selon l'une de ces variantes, par exemple, les moyens d'injection 4 sont constitués d'un accessoire d'aération à effet venturi 21. Selon une autre de ces variantes, le dispositif de traitement d'eau selon l'invention n'est pas immergé et est réalisé sous la forme d'un appareil à poser à coté d'un bassin-réservoir 50 contenant l'eau à traiter. exemple de variante de dispositif selon l'invention est illustré par la figure Celui-ci est réalisé sous la forme d'un appareil à poser à coté d'un bassin réservoir 50 muni de moyens d'injection 4 constitués d'un accessoire d'aération à effet venturi 21, conjugué avec une autre pompe centrifuge à eau 23. Ce dispositif fonctionne en boucle. Deux conduites relient l'appareil avec le bassin-réservoir 50 pour amener respectivement mélange air et eau ' traiter et évacuer l'eau traitée. L'accessoire d'aération a effet venturi 21 permet l'aspiration d'air et la formation des microbulles dans panache de la pompe 23. Les chambres de réaction 8 et de condensation sont similaires à celles décrites en relation avec les figures 1 à 3 et 5 et De même, les angles d'injection a, 8, la vitesse et le débit de l'eau entrante ainsi que la pression dans la chambre de réaction 8 sont analogues a ceux cités en relation avec la description du dispositif objet des figures 1 à 7. Par contre, la section des orifices d'écoulement en partie basse, est augmentée de façon à compenser les pertes de charge supplémentaires dues à la conduite d'évacuation 19. Le dispositif de traitement d'eau selon l'invention peut être utilisé pour condenser des bactéries, des particules très fines, etc., qui ne peuvent pas etre arrêtés par les filtres mécaniques classiques qui filtrent des éléments dont la taille est supérieure à 30 microns. Différentes applications peuvent être envisagées pour le dispositif selon l'invention. On citera par exemple le traitement d'eau d'aquaculture, l'épuration d'eau par l'écumage, le traitement d'eau dans des lieux de loisirs tels que des étangs de baignade, l'écumage de l'eau des ports (pour limiter l'encrassement des bateaux). II a été décrit ci-dessus un dispositif 1 produisant l'écume à partir d'un mélange air/eau, mais d'autres gaz que l'air peuvent etre utilisés. Par exemple, pour certains traitements de l'eau, on pourra utiliser l'ozone pour son pouvoir stérilisateur ou bien encore l'oxygène. Revendications 1. Dispositif de traitement d'eau par écumage, comportant une chambre de réaction (8), des moyens d'injection (4) pour apporter, en un orifice d'injection dans chambre de réaction, l'eau à traiter, des moyens de formation de microbulles (20) de gaz dans l'eau à traiter, des moyens de condensation (10) pour recueillir l'écume produite, caractérisé par le fait que les microbulles sont injectées dans la chambre de réaction (8) avec l'eau à traiter. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'injection (4) créent une circulation cyclonique de l'eau dans la chambre de réaction (8). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par fait que les moyens de formation de microbulles (20) comportent un moteur a hélice et une chambre de décompression alimentée en gaz. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le gaz est choisi dans la liste comprenant l'air, l'oxygène et l'ozone. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chambre de réaction (8) présente une symétrie cylindrique autour d'un axe vertical. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de flottaison (6). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la chambre de réaction (8) comporte au moins un orifice d'écoulement (14) de l'eau pour évacuer l'eau de la chambre de réaction (8), dans l'eau dans laquelle flotte le dispositif (1). Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le centre orifice d'écoulement (14) et le centre de l'orifice d'injection (32) sont sépares angle (a) projeté dans un plan horizontal, de 50 à 70 , preférentiellement de 62 . 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait présente quatre orifices d'écoulement (14) séparés d'un angle (y) de 10 et préférentiellement de 14 , cet angle (y) ayant son sommet sur axe vertical situé au centre de la chambre de réaction. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait moyens d'injection (4) génèrent une pression telle que, quelque soit densité de l'eau, le niveau de l'eau dans la cuve (38) est maintenu entre et 20 centimètres, et préférentiellement 15 2 centimètres, au-dessus niveau de l'eau (40) dans laquelle flotte le dispositif (1). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens d'injection (4) injectent l'eau dans la chambre de réaction sous un angle (P) supérieur à 20 , et plus préférentiellement supérieur à correspondant à l'angle projeté sur un plan horizontal, entre la direction d'injection de l'eau à traiter dans la chambre de réaction (8) et la normale à la surface interne de cette chambre de réaction (8), au niveau de l'orifice d'injection (32). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens d'injection (4) injectent l'eau dans la chambre de réaction (8), sous un angle par rapport à un plan horizontal, compris entre 2 et 15 , et plus préférentiellement entre 5 et 10 . 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une cheminée (28) réglable en hauteur, de manière contrôler la condensation de l'écume. 14. Procédé de traitement de l'eau par écumage, dans lequel - on injecte l'eau à traiter dans une chambre de réaction (8), - on forme des microbulles de gaz dans l'eau à traiter, - sépare l'écume produite de l'eau à traiter, caractérisé par le fait que l'on injecte les microbulles dans la chambre reaction (8) avec l'eau à traiter. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'on crée une circulation cyclonique de l'eau dans la chambre de réaction (8). 16. Procédé selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé par le fait que l'on fait flotter la chambre de réaction (8).