Brevet FR2865728A1 — publié le 20050805

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne les appareils destinés à l'égouttage jusqu'à un taux de siccité de 7 à 8 % en matières sèches des boues en provenance des stations 5 d'épuration des eaux usées d'origine domestique, industrielle ou de l'agro-alimentaire. ETAT DE LA TECHNIQUE A l'heure actuelle les appareils destinés à l'égouttage des boues utilisent pour la séparation des phases liquides et solides soit des toiles filtrantes soit des grilles métalliques. Ces appareils sont complexes surtout ceux à toiles filtrantes leur complexité engendre des coûts d'investissement élevés. D'autre part ces appareils qui fonctionnent en continu ont en commun le fait d'être délicats à régler ce qui complique leur exploitation. D'autre part leur fonctionnalité se limite strictement à la fonction égouttage. EXPOSE DES CARACTERISTIQUES TECHNIQUES L'appareil selon l'invention comporte un châssis fixe composé d'un ensemble rectangulaire horizontal 1, ensemble qui supporte d'une part les 2 piliers verticaux centraux 2 qui servent d'appui permanent au châssis intermédiaire et d'autre part les 2 piliers verticaux externes 3 qui servent d'appui temporaire au châssis intermédiaire. Le châssis intermédiaire comprend 2 longerons 4 et 5 reliés par 2 tubes antitorsions l'un 6 est situé dans la partie centrale l'autre 12 est situé à l'extrémité droite des longerons 4 et 5. Il est supporté par un axe 7 qui s'appuie sur 2 paliers 9 et 10 montés en applique sur les 2 piliers verticaux centraux 2. Le châssis intermédiaire peut avoir des déplacements angulaires limités par la butée 14 dans un sens ou dans l'autre et d'amplitude 10 degrés environ, le décolage des points d'appui 3 est repéré par le fin de course 13. A vide il est en équilibre indifférent autour de son axe support 7 grâce au lest 45 qui compense la différence de poids entre les éléments qui sont supportés par le châssis intermédiaire à gauche de l'axe 7 à savoir le bac 41 et ses accessoires et ceux qui sont supportés à droite du même axe, à savoir le tambour d'égouttage et ses accessoires. - Le châssis intermédiaire supporte principalement le tambour d'égouttage. 5 Celui-ci comprend 2 flasques circulaires 48 et 49 et une paroi latérale composée de 3 zones distinctes les unes des autres. - La première zone de sa paroi latérale constitue une zone étanche qui détermine un angle au centre de 240 degrés, elle est constituée par une tôle 16 roulée en arc de cercle et soudée en périphérie des flasques 48 et 49, lorsque le cylindre d'égouttage est en position de remplissage partiel cette tôle constitue le fond d'un réservoir étanche. - La deuxième zone de sa paroi latérale constitue une zone perméable aux liquides, elle détermine un angle au centre de 60 degrés, elle est composée de 2 grilles planes 17 et 18 à barreaux à profil triangulaire soudées en périphérie des flasques 48 et 49, les 2 grilles sont d'une part accolées l'une à l'autre et d'autre part elles sont accolées à la tôle roulée 16, leur 2 surfaces sont dans des plans qui font entre eux un angle de 120 degrés. - La troisième zone de sa paroi latérale est dépourvue d'éléments. Elle constitue une ouverture 19, ouverture qui détermine un angle au centre de 60 degrés - Le tambour d'égouttage est relié au châssis intermédiaire par un axe horizontal 20 et par 2 paliers 22 et 23, il peut être mis en rotation lente dans un sens ou dans l'autre par un motoréducteur 24 qui par l'intermédiaire d'une chaîne entraîne une roue dentée 50 solidaire de l'axe 20. Dans le sens inverse des aiguilles d'une montre la position angulaire extrême est repérée par l'ergot 32 qui entre en contact avec le fin de course 34 et dans le sens des aiguilles d'une montre la position angulaire extrême qui est la position de départ de début de cycle est repérée par l'ergot 33 qui entre en contact avec le fin de course 35. - L'appareil fonctionne en discontinu par cycles successifs constitués chacun des mêmes opérations qui s'effectuent les unes à la suite des autres. - Dans la première partie de chaque cycle le tambour d'égouttage effectue en marquant 2 temps d'arrêt pour les nécessités du processus une rotation lente de 315 degrés au total depuis la position de départ dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sens désigné comme le sens aller. Dans la deuxième partie de chaque cycle le tambour d'égouttage revient à sa position initiale de départ par rotation lente continue dans le sens des aiguilles d'une 5 montre sens désigné comme le sens retour. Dans la première partie de chaque cycle le tambour d'égouttage effectue tout d'abord dans le sens aller une rotation de 60 degrés puis il s'immobilise pendant le temps nécessaire pour que s effectue successivement son remplissage partiel par l'ouverture 19 avec un mélange de boue à égoutter qui arrive par la canalisation 37 et de floculant dilué qui arrive par la canalisation 36 le niveau de remplissage maximum 8 est contrôlé par un flotteur 25 et pour un réglage déterminé de ce flotteur le volume de mélange introduit est constant; ensuite le mélange est brièvement brassé par un agitateur dont les pales 26 sont montées sur un axe 27 situé dans un plan passant par l'axe 20, l'axe 27 est entraîné par un motoréducteur 28 et ia rotation des paies de l'agitateur se fait entre l'axe 20 et la tôle roulée 16 et enfin le mélange est mis au repos quelques minutes, une séparation naturelle et progressive en 2 phases s'effectue alors avec en partie haute le surnageant et en dessous un mélange de flocs de boue et d'eau interstitielle. Ensuite le tambour d'égouttage est remis en route pour effectuer dans le sens aller une rotation lente d'amplitude de 150 degrés. Pendant cette rotation lente le surnageant s'écoule peu à peu à travers les grilles 17 et 18 et à la fin de cette rotation le mélange constitué par les flocs de boue et l'eau interstitielle restante se retrouve au dessus de ces mêmes grilles 17 et 18, cette opération constitue l'égouttage dynamique de la boue, elle est immédiatement suivie par l'opération d'égouttage statique alors que le tambour d'égouttage est immobile pendant quelques minutes, pendant ce laps de temps l'eau interstitielle restante a tendance à s'écouler par gravité à travers les grilles 17 et 18 et les flocs s'agglomèrent les uns aux autres pour constituer la boue égouttée. Pendant les phases d'égouttage dynamique et d'égouttage statique les égouttures sont recueillies dans le bac 38 et évacuées par une canalisation 39. Ensuite le cycle se poursuit par la remise en équilibre indifférent du châssis intermédiaire alors que la boue égouttée est présente sur les grilles. Cette opération se réalise alors que le tambour d'égouttage est immobile par une arrivée d'eau introduite par la pompe doseuse 46 dans le bac 41, bac qui est relié au châssis intermédiaire par les bras de suspension 43 lesquels sont libres autour de l'axe 44, à la fin du cycle le bac 41 est vidé par ouverture de l'électrovanne 42. - La conception et la géométrie de l'appareil déterminent une relation de proportionnalité qui s'exprime par un coefficient constant entre le temps de fonctionnement de la pompe doseuse 46 au cours de l'opération cidessus et la masse de boue égouttée présente sur les grilles 17 et 18 en fin d'égouttage statique. - La conception de l'appareil entraîne le fait que le résultat d'une mesure de siccité pratiquée de façon expérimentale sur la boue égouttée à l'issue d'un cycle peut de façon pratique être étendue à tous les autres cycles tant que la boue est de même origine et que le paramétrage de l'appareil reste inchangé ce qui entraîne comme conséquence une relation de proportionnalité à coefficient constant dans les conditions définies ci-dessus entre la masse de boue présente sur les grilles 17 et 18 à l'issue d'un cycle et la masse de matières sèches présente à ce moment là sur ces mêmes grilles. - Enfin la conception de l'appareil induit qu'à chaque cycle le volume de boue destiné à être égoutté est constant d'où la relation de proportionnalité qui se traduit par un coefficient constant entre la masse de matière sèche présente sur les grilles à chaque cycle et le pourcentage de matière sèche de la boue qui a été mise à égoutter en début de cycle. - Le regroupement des 3 relations de proportionnalité établie ci-dessus et qui s'expriment par 3 coefficients constants permet d'établir qu'il y a d'une part une relation entre le temps de fonctionnement de la pompe doseuse 46 et le pourcentage de matière sèche de la boue qui a été mise à égoutter en début de chaque cycle et que d'autre part cette relation s'exprime par un coefficient bien défini qui ne varie pas tant que le paramétrage de l'appareil reste inchangé et que le boue mise à épaissir cycle après cycle conserve la même origine. - Après les 2 opérations précédentes effectuées avec le tambour d'égouttage arrêté celui-ci est remis en route pour une rotation de 105 degrés dans le sens aller à partir de la position d'égouttage statique pour effectuer l'opération de vidange des boues égouttées. -A l'issue des 60 premiers degrés de cette rotation du cylindre d'égouttage la plaque 29 du volet de déchargement s'immobilise par contact avec la butée fixe 15. - Au cours des 45 derniers degrés de rotation du cylindre d'égouttage un espace libre se crée entre la plaque 29 qui pivote autour de son axe de rotation 31 et le bord de la grille 18, cet espace libre s'élargit au fur et à mesure de la rotation ce qui permet à la boue égouttée de sortir par gravité du cylindre d'égouttage pour tomber dans la zone de déversement 40. Avec cette opération s'achève la première partie de chaque cycle. - Pour effectuer la deuxième et dernière partie du cycle le tambour d'égouttage effectue une rotation lente et continue de 315 degrés dans le sens retour à l'issue de laquelle il est revenu à sa position de départ. - Après les premiers 45 degrés de rotation du cylindre d'égouttage dans le sens retour, la plaque 29 du volet de déchargement est revenue à sa position initiale au contact du bord de la grille 18 par l'action des ressorts de rappel 30. - Au cours de cette rotation du cylindre d'égouttage dans le sens retour le lavage des grilles 17 et 18 débute lorsque le bord de la grille 18 arrive en dessous de la rampe de lavage 47 à la verticale de celle-ci. Le lavage se poursuit jusqu'à ce que la totalité de la surface des grilles 17 et 18 ait été balayé par la rampe de lavage 47, le tambour d'égouttage est alors immobilisé, il se retrouve alors en position de départ pour le cycle suivant. PRESENTATION DES FIGURES - La figure 1 planche 1 est une coupe schématique verticale perpendiculaire à l'axe du tambour d'égouttage. - La figure 2 planche 2 est une vue de dessus schématique et partielle. - La figure 3 planche 3 représente schématiquement le tambour d'égouttage en position de remplissage partiel. - La figure 4 planche 3 représente schématiquement le tambour d'égouttage en position de fin d'égouttage statique - La figure 5 planche 4 représente schématiquement le tambour d'égouttage en position de fin de vidange des boues - La figure 6 planche 4 représente schématiquement le tambour d égouttage en 30 position de fin de lavage des grilles, position qui est également la position de départ de chaque cycle. MODE DE REALISATION - L'appareil comporte des structures comportant un châssis fixe et un châssis intermédiaire. - Le châssis fixe comprend un cadre rectangulaire horizontal de base 1 (figurel) qui en principe sert à fixer l'appareil au dessus du silo de stockage des boues ce qui permet à la boue égouttée d'y tomber directement par gravité. - Sur le cadre rectangulaire 1 sont fixés dans la partie centrale 2 piliers supports verticaux 2 (figure 1 et figure 2) et sur la partie droite aux extrémités 2 piliers supports 10 verticaux 3 (figurel). - Le châssis intermédiaire comprend 2 longerons à savoir le longeron avant 4 (figure 1 et figure 2) et le longeron arrière 5 (figure 2). - Dans la partie centrale: les longerons sont reliés par un tube antitorsion 6 (figure 2) et à l'extrémité droite par le tube antitorsion 12 (figure 2), l'axe 7 (figure 2) qui supporte tout le châssis intermédiaire et les éléments qui y sont fixés est mobile en rotation grâce aux paliers 9 (figure 2) et 10 (figure 2), la rotation dans un sens ou dans l'autre est limitée à environ 10 degrés grâce au limiteur de course 14 (figurel). Au moment du retour à l'équilibre indifférent du châssis intermédiaire le décollage des points d'appui 3 (figure 1) est détecté par le fin de course 13 (figure 1). Les paliers 9 (figure 1) et 10 (figure 1) sont montés en applique sur les 2 piliers verticaux centraux 2 (figure 1 et figure 2). - La butée 15 (figure 1) est solidaire du châssis fixe. - Le cylindre d'égouttage comporte 2 flasques circulaires 48 (figure 2) et 49 (figure 2). La surface latérale est constituée successivement par: une tôle pleine roulée cylindrique 16 (figure 1 et figure 2) qui détermine un angle au centre de 240 degrés, cette tôle est soudée en périphérie des flasques 48 et 49, une première grille plane à barreaux triangulaire 17 (figure 1 et figure 2) qui détermine un angle au centre de 30 degrés, cette grille est d'une part accolée à la tôle 16 et d'autre part soudée à la périphérie des 2 flasques 48 et 49, une seconde grille 18 (figure let figure 2) identique à la première à laquelle elle est accolée et fixée de façon identique aux flasques 48 et 49, et enfin une zone sans élément qui constitue une ouverture 19 (figure 1 et figure 2) déterminant un angle au centre de 60 degrés. - Le cylindre d'égouttage est relié au châssis intermédiaire par un axe horizontal 20 (figure 2) qui passe par le centre des flasques 48 et 49 et qui s'appuie sur 2 paliers autoaligneurs à semelle 22 et 23 (figure 2). - Le cylindre d'égouttage peut être mis en rotation lente dans un sens ou dans 5 l'autre par un motoréducteur 24 (figure 2) qui transmet son mouvement par une chaîne à une roue 50 (figure 2) solidaire de l'axe 20 (figure 2). - Lorsque le cylindre d'égouttage est en position de remplissage le mélange de boue à égoutter et de floculant atteint un niveau maximum 8 (figure 1), niveau contrôlé par le flotteur 25 (figure let figure 2) pour un réglage de ce flotteur bien déterminé le volume de ce mélange introduit est constant cycle après cycle. - L'agitateur comporte des pales 26 (figure 1) qui sont montées sur l'axe 27 (figure 1) entraîné par le motoréducteur 28 (figure 2) . L'axe 27 est dans un plan qui passe par l'axe 20, ce plan constitue un plan de symétrie pour la tôle roulée 16, l'axe 27 est soutenu par les flasques 48 et 49 il est positionné de telle façon que les pales 26 puissent entrer en rotation entre l'axe 20 et la tôle roulée 16. - Le cylindre d'égouttage est équipé d'un volet de déchargement de la boue. Celui-ci comprend une plaque de retenue 29 (figure let figure 2) qui est fixée sur l'axe 31 (figure 1), cet axe 31 permet à la plaque 29 d'avoir un déplacement angulaire de 45 degrés par rapport au bord de la grille 18 lorsqu'elle entre en contact avec la butée fixe 15 (figure 1) alors que le cylindre d'égouttage est en rotation dans le sens aller. Au cours de la rotation du cylindre d'égouttage dans le sens retour les 2 ressorts 30 (figure 1) permettent à la plaque 29 de reprendre sa position initiale. - Les positions angulaires extrêmes du cylindre d'égouttage sont repérées dans le sens aller par l'ergot 32 (figure 2) qui entre en contact avec le fin de course 34 (figure 2) et dans le sens retour par l'ergot 33 (figure 2) qui entre en contact avec le fin de course 35 (figure 2). - Pour le chargement partiel du cylindre d'égouttage la boue à égoutter arrive par la canalisation 37 (figure 1) et le floculant dilué par la canalisation 36 (figure 1). Ces 2 canalisations sont situées de telle façon que lorsque le cylindre d'égouttage est en position de remplissage partiel elles se trouvent au dessus de l'ouverture 19. - La réception des égouttures est faite par le bac 38 (figure 1) elles sont évacuées par la canalisation 39 (figure 1). Les boues égouttées sont déversées dans la zone de déversement 40 (figure 1). -A vide le châssis intermédiaire est mis en équilibre indifférent grâce au lest 45 (figure 1). Avec les boues égouttées présentes sur les grilles 18 et 19 l'équilibre indifférent du châssis intermédiaire est obtenu par de l'eau introduite par la pompe doseuse 46 (figure 1) dans le bac 41 (figure 1 et figure 2), la liaison du bac 41 avec le châssis intermédiaire est réalisée grâce aux bras de suspension 43 (figure 1) qui sont libres autour de l'axe 44 (figure 1 et figure 2). La vidange du bac 41 s'effectue avec l'électrovanne 42 (figure 1). - Le lavage des grilles 17 et 18 est réalisé par la rampe de lavage 47 (figure 1), cette rampe de lavage est située dans un plan vertical passant par l'axe 20 (figure 2) du 10 cylindre d'égouttage. APPLICATIONS INDUSTRIELLES - L'appareil permet d'égoutter les boues biologiques issues de l'épuration des eaux usées d'origine urbaine, industrielle ou en provenance de l'industrie agro- alimentaire. Le taux de siccité obtenu est de 7 à 8 % environ. A ce taux de siccité les boues restent manipulables par pompage ce qui permet en particulier une valorisation agricole dans de bonnes conditions tant sur le plan pratique qu'économique. - L'appareil permet en outre à partir du temps de fonctionnement de la pompe doseuse qui intervient à un certain moment du processus de calculer pour chaque boue de provenance bien définie mise à égoutter avec une précision suffisante de façon pratique son taux de matières sèches avant égouttage. - Si les boues à égoutter proviennent directement d'un bassin d'aération à boues activées l'automate qui pilote l'appareil pourra réguler le taux de matières sèches dans ce bassin en augmentant ou en diminuant la fréquence des cycles d'extraction et d'égouttage de boue selon que le taux de matières sèches des boues introduites dans l'appareil est supérieur ou inférieur au taux de matières sèches que l'on souhaite maintenir dans le bassin. - Cette application permet de contrôler d'une façon simple le fonctionnement des stations à boues activées car la régulation du taux de matière sèche dans le bassin 30 d'aération est un paramètre très important. REVENDICATIONS - 1) Appareil destiné à l'égouttage des boues caractérisé : En ce qu'il comporte un châssis fixe qui sert d'appui à un châssis intermédiaire lequel à vide est en équilibre indifférent avec des déplacements angulaires limités à 10 degrés environ dans les 2 sens et que ce châssis intermédiaire supporte principalement à une de ses extrémités un tambour d'égouttage avec des flasques circulaires et une paroi latérale qui comporte 3 zones: une zone étanche, une zone perméable avec des grilles et une zone ouverte dépourvue d'éléments et à son autre extrémité un dispositif de pesage des boues égouttées. En ce qu'il comporte un dispositif de remplissage partiel du tambour d'égouttage; que celui-ci comporte un dispositif de brassage des produits à floculer et un dispositif de vidange des boues à égoutter et qu'il peut être mis en rotation dans un sens ou dans l'autre par un motoréducteur avec des déplacements angulaires de 315 degrés environ. En ce qu'il comporte un dispositif de lavage des grilles. 2) Appareil selon la revendication 1 comprenant un châssis fixe et un châssis intermédiaire caractérisés: En ce que le châssis fixe comporte un ensemble rectangulaire horizontal 1, cet ensemble 1 supporte d'une part les 2 piliers verticaux centraux 2 qui servent d'appui permanent au châssis intermédiaire et d'autre part les 2 piliers verticaux externes 3 qui servent d'appuis temporaires au châssis intermédiaire. En ce que le châssis intermédiaire se compose de 2 longerons 4 et 5 reliés par 2 tubes antitorsions l'un 6 est situé dans la partie centrale l'autre 12 est situé à l'extrême droite des longerons. Et que ce châssis intermédiaire est supporté par un axe 7 qui s'appuie sur 2 paliers 9 et 10 montés en applique sur les 2 piliers verticaux centraux 2. En ce que le châssis intermédiaire peut avoir des déplacements angulaires limités par la butée 14 dans un sens ou dans l'autre et d'amplitude 10 degrés environ, le décolage des points d'appui 3 est repéré par le fin de course 13, et qu'à vide il est en équilibre indifférent autour de son axe support 7 grâce au lest 45 qui compense la différence de poids entre les éléments qui sont supportés par le châssis intermédiaire à gauche de l'axe 7 à savoir le bac 41 et ses accessoires et ceux qui sont supportés à droite du même axe, à savoir le tambour d'égouttage et ses accessoires. 3) Appareil selon la revendication 1 comportant un tambour d'égouttage 5 caractérisé : En ce qu'il est constitué principalement de 2 flasques circulaires 48 et 49 et d'une paroi latérale composée de 3 zones distinctes les unes des autres. En ce que la première zone de sa paroi latérale constitue une zone étanche qui détermine un angle au centre de 240 degrés, elle est constituée d'une tôle 16 roulée en arc de cercle et soudée en périphérie des flasques 48 et 49, et quand il est en position de remplissage partiel cette tôle constitue le fond d'un réservoir étanche. En ce que la deuxième zone de sa paroi latérale constitue une zone perméable aux liquides, elle détermine un angle au centre de 60 degrés, elle est composée de 2 grilles planes identiques 17 et 18 à barreaux à profil triangulaire soudées en périphérie des flasques 48 et 49, les 2 grilles sont d'une part accolées l'une à l'autre et d'autre part elles sont accolées à un des bords de la tôle roulée 16, leurs 2 surfaces sont dans des plans qui font entre eux un angle de 120 degrés. En ce que la troisième zone de sa paroi latérale est dépourvue d'éléments, elle constitue une ouverture 19, ouverture qui détermine un angle au centre de 60 degrés. En ce qu'il est relié au châssis intermédiaire par un axe horizontal 20 et par 2 paliers 22 et 23, qu'il peut être mis en rotation lente dans le sens aller et dans le sens retour par un motoréducteur 24 qui par l'intermédiaire d'une chaîne entraîne une roue dentée 50 solidaire de l'axe 20, que dans le sens aller la position angulaire extrême est repérée par l'ergot 32 qui entre en contact avec le fin de course 34 et que dans le sens retour la position angulaire extrême qui est la position de départ de début de cycle est repérée par l'ergot 33 qui entre en contact avec le fin de course 35. 4) Appareil selon la revendication 1 comportant un dispositif de remplissage partiel du tambour d'égouttage caractérisé : En ce que la canalisation 37 d'amener la boue à égoutter et la canalisation 36 d'amener du floculant dilué sont situées de telle façon que lorsque le cylindre d'égouttage est en position de remplissage partiel elles se trouvent au dessus de l'ouverture 19. En ce que le niveau maximum 8 de remplissage est contrôle par le flotteur 25. 5) Appareil selon la revendication 1 comportant un tambour d'égouttage équipé d'un dispositif de brassage qui est caractérisé : En ce que l'agitateur comporte des pales 26 qui sont montées sur l'axe 27 entraîné par le motoréducteur 28. L'axe 27 est dans un plan qui passe par l'axe 20, ce plan constitue un plan de symétrie pour la tôle roulée 16, l'axe 27 est soutenu par les flasques 48 et 49 il est positionné de telle façon que les pales 26 puissent entrer en rotation entre l'axe 20 et la tôle roulée 16. 6) Appareil selon la revendication 1 comportant un dispositif de pesage des boues égouttées caractérisé : En ce qu'il comporte une pompe doseuse 46 un bac 41, la liaison du bac 41 avec le châssis intermédiaire est réalisée grâce aux bras de suspension 43 qui sont libres 15 autour de l'axe 44. La vidange du bac 41 s'effectue avec l'électrovanne 42. 7) Appareil selon la revendication 1 comportant un tambour d'égouttage équipé d'un dispositif de vidange des boues égouttées qui est caractérisé : En ce qu'il comprend une plaque de retenue 29 qui est fixée sur l'axe 31, cet 20 axe 31 permet à la plaque 29 d'avoir un déplacement angulaire de 45 degrés par rapport au bord de la grille 18 lorsqu'elle entre en contact avec la butée fixe 15. Les 2 ressorts 30 permettent à la plaque 29 de reprendre sa position initiale. 8) Appareil selon la revendication1 comportant un dispositif de lavage des 25 grilles caractérisé : En ce que la rampe de lavage 47 est située dans un plan vertical passant par l'axe 20 du cylindre d'égouttage.