Brevet FR3048690A1 — publié le 20170915

FLOTTATEUR A AIR DISSOUS A ENTREES ET SORTIES MULTIPLES DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une installation pour la séparation de matières en suspension présentes dans un liquide (habituellement de l'eau), mettant en oeuvre la technique de la flottation à air dissous. Dans la pratique courante, ce type d'installation est appelé un « flottateur à air dissous ». Il peut être utilisé pour la clarification d'eau potable ou d'eau usée. ART ANTERIEUR La technologie de la clarification par flottation à air dissous utilise des microbulles d'air (ou un autre gaz) qui adhèrent aux particules solides (les matières en suspension) présentes dans l'eau pour les faire remonter à la surface. Ainsi, les matières solides polluantes sont séparées de l'eau, qui est par conséquent clarifiée. Chaque flottateur à air dissous est composé de deux éléments principaux. - un premier élément constitué par un système de production des microbulles qui est le coeur de chaque installation de clarification par flottation à air dissous. Le plus souvent, les microbulles sont obtenues en recyclant une partie d l'eau clarifiée à travers une pompe de pressurisation et un dispositif de dissolution d'air sous pression. La remise à la pression atmosphérique de cette eau pressurisée enrichie en air dissous génère le relargage de l'air dissous sous formes de microbulles. - un second élément constitué par une cuve dans laquelle s'effectue physiquement la séparation des matières polluantes de l'eau. Il existe de nombreuses constructions mettant en oeuvre des concepts hydrauliques différents. Les plus répandues utilisent des cuves circulaires avec entrée de l'eau à traiter au centre, et récupération de l'eau clarifiée vers la périphérie, ou encore des cuves rectangulaires avec entrée de l'eau à traiter d'un côté, et sortie de l'eau clarifiée vers le côté opposé. Sans entrer dans les détails de chacun des concepts hydrauliques existants, on peut dire que le but recherché demeure toujours le même, à savoir assurer l'écoulement le moins turbulent possible de l'eau entre l'entrée et la sortie de façon à ce que le processus de la séparation des matières polluantes de l'eau puisse s'effectuer dans les conditions les plus proches du régime laminaire, qui sont évidemment les plus favorables pour le déroulement du processus de clarification, mais qui est le plus souvent fragile et délicat. 3048690 2 Le concept connu le plus proche de l'installation selon l'invention est illustré schématiquement sur la figure 1, représentant une coupe verticale longitudinale d'une cuve de clarification. 5 L'eau à traiter, mélangée au préalable avec l'eau pressurisée porteuse des microbulles, entre dans une cuve par une entrée (20). Dans certains cas, l'eau pressurisée peut être injectée séparément par un dispositif (21) dans la zone de contact (22). Le mélange eau à traiter / eau pressurisée passe ensuite dans un compartiment de clarification (27), dans lequel s'effectue la séparation des matières polluantes. Grâce aux bulles d'air, lesdites 10 matières polluantes sont remontées vers la surface pour être évacuées par un dispositif adapté, bien connu, par exemple un racleur de surface (28) motorisé, ou par simple débordement. L'eau clarifiée descend en direction de plusieurs collecteurs (23) situés vers le fond de la cuve, et qui reçoivent l'eau clarifiée de façon relativement homogène sous toute la surface de flottation, et l'évacuent par l'intermédiaire d'un collecteur (29) vers un 15 déversoir (25), dont le but est de réguler le niveau liquide dans la cuve. Après ledit déversoir, l'eau clarifiée quitte l'installation par une sortie (24), et les boues flottées sont évacuées par une sortie (26). Le concept ainsi mis en oeuvre comporte donc une multitude de collecteurs de reprise de 20 l'eau clarifiée (23), qui assurent une collecte relativement homogène du côté de la sortie de l'eau clarifiée. Cela permet de minimiser les turbulences provoquées par les courants préférentiels, créés inévitablement dans les clarificateurs ne disposant que d'un seul point de sortie en face de l'entrée. Néanmoins, deux problèmes hydrauliques persistent toujours : - les turbulences créées par le courant d'entrée situé d'un côté de la cuve, qui 25 déplacent l'eau dans le sens des flèches V, perturbent ainsi la clarification dans la partie supérieure du compartiment de flottation ; - dans les installations de taille (longueur) relativement importante, la distribution des microbulles par rapport à la surface de flottation se retrouve déséquilibrée, car lesdites microbulles ont tendance à remonter dès l'entrée de l'eau dans le 30 compartiment de flottation, en se faisant ainsi de plus en plus rares vers le côté opposé de la cuve. 3048690 3 EXPOSE DE L'INVENTION L'installation selon l'invention combine une multitude de points de collecte de l'eau clarifiée avec une multitude de points d'entrée de l'eau à traiter. Elle permet ainsi 5 - d'homogénéiser parfaitement les conditions de clarification sur toute la surface de la zone de flottation, et par conséquent de diminuer sensiblement les turbulences provoquées par le courant horizontal d'entrée (et donc de fonctionner à une charge hydraulique plus élevée dans la zone de flottation) ; - d'augmenter la taille de la cuve de flottation (et donc la capacité de traitement de 10 l'installation) en s'affranchissant du problème né de la distribution déséquilibrée des microbulles sur la longueur. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 15 La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 représente une coupe verticale longitudinale d'un flottateur à air dissous de 20 l'art antérieur équipé de multiples collecteurs d'eau clarifiée. Les figures 2a et 2b illustrent schématiquement deux coupes verticales d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention, selon deux plans verticaux perpendiculaires l'un par rapport à l'autre, avec injection du mélange eau brute/eau pressurisée, la figure 2c illustrant une vue analogue à la figure 2b d'une variante de 25 réalisation ; . Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement deux coupes verticales d'un second mode de réalisation d'une installation selon l'invention, selon là encore deux plans verticaux perpendiculaires l'un par rapport à l'autre, avec injection séparée de l'eau brute et de l'eau pressurisée, la figure 3c illustrant une variante de réalisation. 30 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Selon une première forme de réalisation de l'invention, plus particulièrement décrite en relation avec les figures 2a, 2b et 2c, l'installation comprend un flottateur à air dissous 35 comportant une cuve rectangulaire (1). Cette installation comprend: 3048690 4 - au moins un caisson (2) immergé sous la surface de l'eau présente dans la cuve (1), ledit caisson (2) étant fermé en bas et ouvert en haut et s'étendant sensiblement sur toute la largeur de la cuve (1) (voir figure 2a), c'est-à-dire selon sensiblement toute l'une des dimensions de la cuve, hautre que la hauteur ;; 5 - des moyens d'alimentation (14) et de distribution (4) du mélange eau à traiter et eau pressurisée, équipés d'orifices (40) permettant une distribution homogène de l'eau sur toute la longueur du caisson (2), les moyens de distribution (4) s'étendant à l'intérieur du caisson (2) sensiblement au voisinage du fond dudit caisson (2) ; - au moins un collecteur d'eau clarifiée (5) situé sensiblement vers le fond de la cuve 10 (1), et sensiblement sous le caisson (2), ledit collecteur (5) couvant sensiblement toute la surface de la zone de flottation et étant équipé d'orifices (50) aptes à collecter de manière relativement homogène l'eau sur toute la longueur dudit collecteur (5) ; - des moyens (7) d'évacuation de l'eau clarifiée, de maintien et de régulation du 15 niveau de liquide (8) dans la cuve (1), et de sortie (9) de l'eau clarifiée ; - des moyens (10) et (11) de collecte des boues flottées (13) et d'évacuation(12) desdites boues flottées Selon une variante non représentée, les caissons (2) ne s'étendent pas selon toute la largeur 20 de la cuve, mais selon une distance plus réduite. Cette version du dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante : L'eau à traiter est mélangée avec l'eau pressurisée dans la tuyauterie (14), et est introduite 25 dans le au moins un caisson (2) par l'intermédiaire des tuyauteries (4) à travers les orifices (40). Le mélange eau à traiter et eau pressurisée quitte le caisson (2) par la partie supérieure ouverte dudit caisson, et débouche à une certaine profondeur sous la surface de l'eau. Arrivant vers la surface de l'eau, le courant vertical d'entrée de l'eau dans la zone de flottation se partage en deux composantes horizontales, et chacune de ces composantes 30 rencontre celle (opposée) du caisson voisin, lorsqu'il en existe un. Ce fractionnement des points d'introduction de l'eau sur toute la surface de flottation, ainsi que la création de petits courants de surface opposés l'un à l'autre permet premièrement d'atténuer ces petits courants plus facilement, et en outre de minimiser les turbulences résultantes par rapport à celles créées par un seul courant d'entrée puissant, comme dans le cas du dispositif connu 35 de la figure 1. La distribution de l'eau pressurisée est également homogène sur toute la surface de flottation. 3048690 5 Depuis la partie supérieure du compartiment de flottation, l'eau redescend entre les caissons (2) en direction des collecteurs (5) dans le sens des flèches Vl. Cette descente est sensiblement verticale et selon une charge hydraulique sensiblement homogène, donc optimale. Ainsi l'eau clarifiée est collectée par les collecteurs (5) à travers des orifices (50) 5 et évacuée par la tuyauterie (7) vers le déversoir (8) et la sortie (9). Les boues flottées (13) sont raclées par un racleur (10) vers le compartiment (11), puis évacuées par la sortie (12). 10 Cette première forme de réalisation de l'installation selon l'invention peut être réalisée également dans une cuve circulaire avec un ou des caissons de distribution (2) et un ou des collecteurs d'eau clarifiée (5) orientés radialement, l'alimentation et la collecte de l'eau s'effectuant depuis le centre vers la périphérie, voire depuis la périphérie vers le centre, ou encore l'alimentation s'effectuant depuis le centre et la collecte de l'eau clarifiée 15 s'effectuant depuis la périphérie ou encore l'inverse. L'installation peut être également équipée d'un dispositif de collecte des boues flottées (13) par simple débordement. 20 Les orifices (40) de distribution de l'eau à traiter peuvent être orientés vers le haut, vers le bas ou vers le côté. Il en est de même pour les orifices (50) dont sont munis les collecteurs (5) d'eau clarifiée. Le dispositif selon l'invention peut être équipé également d'un racleur de fond de la cuve 25 (1) pour collecter d'éventuelles boues décantées, ou encore de simples réceptacles en forme de pyramide renversée remplissant, de manière connue dans le domaine considéré, la même fonction. Le ou les caissons de distribution (2) et le ou les collecteurs d'eau clarifiée (5) peuvent être 30 orientés dans le même sens ou encore être orientés selon deux sens différents, par exemple perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Les moyens (7) d'évacuation de l'eau clarifiée peuvent être situés des deux côté du ou des collecteurs (5), comme montré sur la figure 2b ou bien d'un seul côté. 35 Enfin, le cas échéant, le ou les collecteurs (5) d'eau clarifiée peuvent être remplacés par de simples orifices (55) positionnés dans les parois de la cuve (1) en lieu et place desdits collecteurs (5) et à un niveau inférieur à celui du ou des caissons (2). (voir figure 2c). 3048690 6 Ces orifices (55) sont aptes à évacuer l'eau clarifiée vers les moyens (7) d'évacuation de ladite eau clarifiée. Cette solution constitue un compromis technologique, car la collecte de l'eau clarifiée est moins homogène que lors de la mise en oeuvre du ou des collecteurs (5), mais cependant, cette collecte peut être réalisée en combinaison avec les caissons (2) 5 Selon une seconde forme de réalisation de l'invention, plus particulièrement décrite en relation avec les figures 3a 3b et 3c, l'installation comprend un flottateur à air dissous comprenant une cuve rectangulaire (1). Cette installation comprend : - au moins un caisson (2) immergé sous la surface de l'eau, ledit caisson (2) étant 10 fermé en bas et ouvert en haut ; il s'étend sensiblement sur toute la largeur de la cuve (1) (voir figure 3b) ; - des moyens d'alimentation (14) en eau à traiter et de distribution (4) de l'eau à traiter, équipés d'orifices (60) permettant une distribution homogène de l'eau sur toute la longueur du caisson (2), les moyens (4) s'étendant à l'intérieur des caissons 15 (2) ; - des moyens de distribution de l'eau pressurisée (15) et (3), distincts des moyens d'alimentation en eau à traiter, et munis d'orifices (30) permettant une distribution homogène de l'eau pressurisée sur toute la longueur du caisson (2), les moyens (3) s'étendant à l'intérieur du caisson (2) ; 20 - au moins un collecteur d'eau clarifiée (5) situé sensiblement au voisinage du fond de la cuve (1) et sensiblement sous le caisson (2), ledit collecteur (5) couvant sensiblement toute la surface de la zone de flottation ; il est muni d'orifices (50) permettant une collecte relativement homogène de l'eau sur toute la longueur dudit collecteur (5) ; 25 - des moyens (7) d'évacuation de l'eau clarifiée, de maintien et de régulation du niveau liquide (8) dans la cuve (1), et de sortie (9) de l'eau clarifiée ; - des moyens (10) et (11) de collecte des boues flottées (13) et d'évacuation(12) desdites boues flottées 30 Cette seconde forme de réalisation de l'installation selon l'invention fonctionne comme la première, mais le mélange eau brute / eau pressurisée se fait directement dans le caisson (2) et non plus en amont de ce dernier. Dans l'exemple décrit, les moyens (3) de distribution de l'eau pressurisée sont situés en- 35 dessous des moyens (4) de distribution d'eau à traiter au sein des caissons (2). Cependant, il peut être envisagé l'inverse, à savoir que les moyens (3) de distribution de l'eau pressurisée sont situés au-dessus des moyens (4) de distribution d'eau à traiter au sein des caissons (2). 3048690 7 L'installation selon cette seconde forme de réalisation de l'invention peut être réalisée également dans une cuve cylindrique, avec des caissons de distribution (2) et des collecteurs d'eau clarifiée (5) orientés radialement, de même que les moyens d'alimentation en eau à traiter et en eau pressurisée. L'alimentation et la collecte de l'eau 5 s'effectue depuis le centre vers la périphérie, ou encore depuis la périphérie vers le centre. L'alimentation peut également s'effectuer depuis le centre et la collecte de l'eau clarifiée depuis la périphérie, voire encore l'inverse. L'installation peut également être équipée d'un dispositif de collecte des boues flottées 10 (13) par simple débordement. Les orifices (60) de distribution de l'eau à traiter peuvent être orientés vers le haut, vers le bas ou vers le côté. Il en est de même pour les orifices (50) dont sont munis les collecteurs d'eau clarifiée (5). 15 Le dispositif selon l'invention peut également être équipé d'un racleur de fond pour collecter d'éventuelles boues décantées ou encore de simples pyramides renversées remplissant la même fonction. 20 Le ou les caissons de distribution (2) et le ou les collecteurs d'eau clarifiée (5) peuvent être orientées dans le même sens, ou encore être orientés selon deux sens différents, par exemple perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Les moyens (7) d'évacuation de l'eau clarifiée peuvent être situé des deux côté du ou des 25 collecteurs (5), comme montré sur la figure 3b ou bien d'un seul côté. Enfin, le cas échéant, le ou les collecteurs (5) d'eau clarifiée peuvent être remplacés par de simples orifices (55) positionnés dans les parois de la cuve (1) en lieu et place desdits collecteurs (5) (voir figure 3c). 30 Ces orifices sont aptes à évacuer l'eau clarifiée vers les moyens (7) d'évacuation de ladite eau clarifiée. Cette solution constitue un compromis technologique car la collecte de l'eau clarifiée est moins homogène, qu'en présence desdits collecteurs (5), mais elle peut être réalisée en combinaison avec les caissons de distribution (2) 35 REVENDICATIONS1. Installation pour la clarification par flottation à air dissous comprenant une cuve (1), des moyens d'alimentation (14) de la cuve (1) en eau à traiter, des moyens (7) d'évacuation de l'eau clarifiée collectée dans la cuve, caractérisée : en ce que l'eau pressurisée est acheminée dans la cuve (1) par les moyens d'alimentation (14) en eau à traiter ; et en ce que l'installation comprend en outre: ^ au moins un caisson (2) immergé dans la cuve (1) sous la surface de l'eau, ledit caisson (2) étant fermé en bas et ouvert en haut; ^ des moyens (4) de distribution du mélange d'eau à traiter et d'eau pressurisée à l'intérieur de la cuve, connectés audits moyens (14) d'alimentation, lesdits moyens de distribution (4) s'étendant à l'intérieur du au moins un caisson (2) et étant munis d'orifices (40, 60) aptes à permettre une distribution homogène dudit mélange sur toute la longueur dudit au moins un caisson (2). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'eau pressurisée est acheminée dans la cuve (1) par des moyens (15), distincts des moyens d'alimentation (14) de la cuve en eau à traiter, lesdits moyens d'alimentation en eau pressurisée (15) étant connectés à des moyens de distribution de l'eau pressurisée (3), s'étendant à l'intérieur du au moins un caisson (2) et étant munis d'orifices (30) aptes à permettre une distribution homogène de l'eau pressurisée sur toute la longueur dudit au moins un caisson (2). 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le au moins un caisson (2) s'étend sensiblement selon toute l'une des dimensions de la cuve (1). 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices (40) dont sont munis les moyens de distribution du mélange d'eau à traiter et d'eau pressurisée sont orientés vers le bas, vers le haut ou vers les côtés du au moins un caisson (2). 5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les orifices (60) dont sont munis les moyens de distribution (4) de l'eau à traiter sont orientés vers le bas, vers le haut ou vers les côtés des caissons (2). 3048690 9 6. 57. 8. 10 15 9. 20 10. 25 Installation selon l'une des revendications 2, 3 et 5, caractérisée en ce que les moyens (3) de distribution de l'eau pressurisée sont situés au-dessus des moyens (4) de distribution d'eau à traiter au sein du au moins un caisson (2). Installation selon l'une des revendications 2, 3 et 5, caractérisée en ce que les moyens (3) de distribution de l'eau pressurisée sont situés au-dessous des moyens (4) de distribution d'eau à traiter au sein du au moins un caisson (2). Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un collecteur d'eau clarifiée (5) apte à collecter l'eau clarifiée, s'étendant au voisinage du fond de la cuve (1) et relié(s) aux moyens d'évacuation (7) de l'eau clarifiée, le ou lesdits collecteurs (5) s'étendant sous ledit au moins un caisson (2). Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la cuve (1) est de forme sensiblement cylindrique, et en ce que les moyens d'alimentation en eau à traiter et d'eau pressurisée, ainsi que le au moins un caisson (2) et le au moins un collecteur d'eau clarifiée (5) sont orientés de façon sensiblement radiale. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des orifices (55) positionnés au sein des parois de la cuve (1), et aptes à collecter l'eau clarifiée, et reliés aux moyens d'évacuation (7) de l'eau clarifiée, lesdits orifices (55) étant situés à un niveau inférieur à celui du ou des caissons (2).