Brevet FR3113051A1 — publié le 20220204

Ce dispositif de détente d’eau pressurisée utilisée pour la clarification d’eau brute par flottation à air dissous est apte à être mis en œuvre notamment au sein de flottateurs circulaires équipés d’un pont ou d’un racleur à boues flottées tournant ou au sein de flottateurs rectangulaires équipés de racleurs de surface. Ce dispositif étant immergé dans la zone de contact entre l’eau pressurisée et l’eau brute, et apte à diffuser les microbulles formées lors de la détente directement dans ladite zone de contact. Il comprend des moyens mécaniques de purge (15, 16, 17) actionné mécaniquement au passage d’un élément mobile (2) du flottateur, notamment par au moins un actionneur fixé sur le pont tournant ou sur un racleur à boues flottées ou par un mécanisme dédié spécialement à la purge. Figure pour l’abrégé : [Fig. 1a] DISPOSITIF DE DETENTE A PURGE AUTOMATIQUE L’invention concerne un dispositif de détente de l’eau pressurisée utilisée dans les installations de flottation à air dissous. Il peut être utilisé pour la détente de l’eau pressurisée sur différents types de flottateurs. Art antérieur La flottation à air dissous utilise la propriété des microbulles d’air (diamètre habituellement inférieur à 100-120 micromètres) d’adhérer aux particules solides présentes dans un eau naturelle ou usée et de les faire remonter à la surface telles de petites bouées. Les microbulles sont produites en remettant à la pression atmosphérique une eau dans laquelle une certaine quantité importante d’air a été dissous au préalable sous une pression généralement comprise entre 3 et 6 bars. A cette pression le volume d’air que l’eau peut dissoudre est respectivement 3 et 6 fois supérieur qu’à la pression atmosphérique. Au moment de la chute de la pression de cette eau, le volume d’air dissous dépassant le volume maximal qu’elle est en capacité de dissoudre à la pression atmosphérique, est dégagé immédiatement sous forme de bulles d’air gazeux. C’est le principe de la flottation à air dissous. L’eau enrichie en air dissous sous une pression de quelques bars est appelée eau pressurisée. Les conditions dans lesquelles la détente de l’eau pressurisée est effectuée jouent un rôle très important, et même dans certains cas, un rôle déterminant pour la taille et la stabilité des bulles. Pour un meilleur résultat, il est avantageux que ces bulles soient les plus petites possibles (de préférence moins de 80-100 micromètres de diamètre) et qu’elles soient stables et peu enclines à coalescer rapidement en plus grosses bulles, qui sont elles, bien moins performantes pour la clarification par flottation à air dissous. Les caractéristiques des microbulles formées lors de la détente dépendent de nombreux facteurs liés à la composition de l’eau, aux conditions de détente et à la forme de l’orifice créant les pertes de charge maintenant le circuit de l’eau pressurisée sous pression. Plus cet orifice (dit « orifice de détente ») est petit, et meilleures sont les caractéristiques des microbulles produites lors de la détente. Dans les applications en eau propre, comme la clarification de l’eau pour la production d’eau potable, les orifices de détente sont de l’ordre de 2 à 3 millimètres de diamètre, parfois même moins. Il est également avantageux d’assurer une dispersion maximale de l’eau pressurisée immédiatement après la détente. Dans la pratique le meilleur résultat est obtenu par de multiples buses de détente comportant un ou plusieurs orifices de détente. Ces buses de détente sont réparties à une certaine distance les unes des autres directement dans le compartiment de contact des microbulles produites avec l’eau brute chargée en particules solides qu’on cherche à accrocher et faire flotter. Il est, hélas, très difficile d’utiliser ce genre de buses de détente en traitement d’eaux usées, car les orifices se bouchent fréquemment par des particules solides volumineuses présentes dans l’eau utilisée pour la pressurisation. En effet, dans la très grande majorité des cas, la pressurisation est faite avec de l’eau clarifiée et recyclée, dans laquelle peuvent se retrouver, de temps en temps, des particules qui ont échappée à la clarification. On préfère alors utiliser des moyens de détente plus « résistants » au colmatage, comme des orifices beaucoup plus gros ou des vannes de détente. Les gros orifices sont souvent peu pratiques car ils diffusent un trop grand débit d’eau pressurisée par rapport aux besoins. Les vannes ont l’avantage d’être faciles à déboucher par simple ouverture. Ils existent de nombreux types de vannes automatiques utilisées à cet effet. Ces vannes automatiques ont l’inconvénient d’être montées sur une tuyauterie qui crée des conditions favorables à la coalescence des microbulles. Que ce soit des orifices de gros diamètre ou des vannes de détente montées sur des tuyauteries, les conditions de détente fournis par ces dispositifs favorisent plus ou moins la coalescence des bulles d’air produite à la détente. Par conséquent une partie de l’air dissous dans l’eau pressurisée est « perdue » sous forme de grosses bulles inaptes à être utilisées pour la flottation à air dissous. Dans certains cas cette perte peut aller jusqu’à 40 % de l’air dissous, et même plus. Cela constitue autant de pertes énergétiques dans le circuit de pressurisation. Il existe sur le marché un seul dispositif de détente à décolmatage automatique conçu pour être immergé dans la zone de contact du flottateur. Ce dispositif utilise un vérin pneumatique double effet pour obstruer et découvrir l’orifice de détente pour purger un éventuel bouchon. Le réglage du débit de l’eau pressurisée de ce dispositif est fait par régulation, grâce à des butées réglables, de la course de la tige du piston. Plus on cherche à réduire le débit de l’eau pressurisée, et plus la tige du piston doit être rapprochée de l’orifice de détente de façon à l’obstruer davantage pour laisser une plus faible section de passage pour l’eau. Ce dispositif est lourd et couteux car équipé d’un vérin pneumatique incorporé à double effet. Il est adapté aux gros débits d’eau pressurisée, mais ne permet pas une détente fine et bien réglée de petits débits d’eau. Le dispositif selon l’invention utilise des moyens mécaniques, et plus spécifiquement un orifice de détente situé en face d’un obturateur mobile. Cet obturateur est maintenu face à l’orifice de détente par un organe assurant une force de plaquage dudit obturateur, suffisante pour compenser la contrepression de l’eau à la sortie de l’orifice de détente. La force de maintien de l’obturateur peut être fournie par un contrepoids monté sur un levier ou par un autre moyen, tel un vérin ou un axe supportant ledit obturateur. Ce concept permet de purger l’orifice de détente par simple action mécanique en déplaçant périodiquement l’obturateur de sorte à libérer brièvement le passage de d’eau et d’évacuer ainsi un éventuel bouchon composé de matières solides coincées entre le bord de l’orifice de détente et l’obturateur. Le dispositif selon l’invention est destiné à la détente de l’eau pressurisée dans les flottateurs circulaires équipés d’un pont ou d’un racleur tournant ou dans les flottateur rectangulaires équipés de racleurs de surface. Il peut être également utilisé dans tout autre type de flottateur équipé de moyens mécaniques permettant le déclenchement et la gestion du processus de la purge, c’est-à-dire d’un mécanisme dédié spécialement à la purge. En d’autres termes, l’invention concerne un dispositif de détente d’eau pressurisée utilisée pour la clarification d’eau brute par flottation à air dissous apte à être mis en œuvre notamment au sein de flottateurs circulaires équipés d’un pont ou d’un racleur à boues flottées tournant ou au sein de flottateurs rectangulaires équipés de racleurs de surface, ledit dispositif étant immergé dans la zone de contact entre l’eau pressurisée et l’eau brute, et apte à diffuser les microbulles formées lors de la détente directement dans ladite zone de contact. Selon l’invention, le dispositif comprend des moyens mécaniques de purge actionnés mécaniquement au passage d’un élément mobile du flottateur, notamment par au moins un actionneur fixé sur le pont tournant ou sur un racleur à boues flottées ou par un mécanisme dédié spécialement à la purge. Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte : – des moyens d’alimentation en eau pressurisée comportant au moins un orifice calibré de sortie de l’eau pressurisé ; – au moins un obturateur porté par au moins un bras ledit bras pivotant autours d’un axe fixé sur au moins un support ; – au moins une butée apte à supporter le bras maintenant l’obturateur face à l’orifice calibré à une certaine distance dudit orifice calibré ; – au moins un poids fixé sur un bras solidaire au bras portant l’obturateur et apte à plaquer ledit bras contre la butée de façon à ce que l’obturateur est maintenu face à l’orifice calibré à une certaine distance dudit orifice calibré ; – des moyens de supportage de l’axe de pivotement du bras portant l’obturateur ; – des moyens de réglage et de blocage de la distance entre le au moins un obturateur et le au moins un orifice calibré ; – des moyens permettant le soulèvement du poids et, par conséquent, l’écartement de l’obturateur de l’orifice calibré. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte : – des moyens d’alimentation en eau pressurisée comportant au moins un orifice calibré de sortie de l’eau pressurisé ; – au moins un obturateur porté par au moins un bras pivotant autours d’un axe fixé sur au moins un support, la surface dudit obturateur faisant face à l’orifice calibré étant de forme sphérique ou autre forme rotative dont l’axe de formation coïncide sensiblement avec l’axe de rotation de l’obturateur ; – au moins une butée apte à supporter le bras portant le poids, maintenant l’obturateur face à l’orifice calibré à une certaine distance dudit orifice calibré ; – au moins un poids, fixé sur un bras solidaire au bras portant l’obturateur et apte à plaquer ledit bras contre la butée de façon à ce que l’obturateur est maintenu face à l’orifice calibré à une certaine distance dudit orifice calibré ; – des moyens de supportage de l’axe de pivotement du bras et portant respectivement le poids et l’obturateur ; – des moyens de réglage et de blocage de la distance entre le au moins un obturateur et le au moins un orifice calibré ; – des moyens permettant la rotation de l’obturateur autour de son axe de pivotement, ladite rotation entrainant l’écartement de l’obturateur de l’orifice calibré. En pratique, l’obturateur comporte au moins un canal apte, pendent la rotation dudit obturateur lors de la purge, à passer devant sensiblement la totalité de la section de l’orifice calibré et à évacuer l’eau de la purge. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte : – des moyens d’alimentation en eau pressurisée comportant au moins un orifice calibré de sortie de l’eau pressurisé ; – au moins un obturateur rotatif porté par un axe fixé sur au moins un support, la surface rotative dudit obturateur faisant face à l’orifice calibré étant de forme sphérique ou autre forme rotative dont l’axe de formation coïncide sensiblement avec l’axe de rotation de l’obturateur, ledit obturateur étant équipé d’au moins une ouverture apte à passer, lors de la rotation, devant sensiblement toute la surface de l’orifice calibré et débouchant à l’extérieur dudit obturateur ; – des moyens aptes à faire tourner l’obturateur sous l’action d’un actionneur extérieur de façon à faire passer, lors de la rotation dudit obturateur, l’ouverture devant toute la surface de l’orifice calibré ; – des moyens de réglage et de blocage de la distance entre le au moins un obturateur et le au moins un orifice calibré. Brève description des figures 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. représente schématiquement une coupe verticale d’une première forme de réalisation du dispositif selon l’invention montré dans sa position de fonctionnement normal, c’est-à-dire avec l’obturateur « fermé ». montre le même dispositif en position de purge, c’est-à-dire avec obturateur « ouvert ». montre schématiquement une coupe verticale d’une deuxième forme de réalisation du dispositif selon l’invention montré dans sa position de fonctionnement normal, c’est-à-dire avec l’obturateur « fermé ». montre le même dispositif en position de purge, c’est-à-dire avec obturateur « ouvert ». Les figures 3a et 3b montrent schématiquement deux coupes verticales d’une troisième forme de réalisation du dispositif selon l’invention montré dans sa position de fonctionnement normal, c’est-à-dire avec l’obturateur « fermé » et respectivement le même dispositif en position de purge, c’est-à-dire avec obturateur « ouvert ». Les figures 3a et 3b montrent schématiquement deux coupes verticales d’une troisième forme de réalisation du dispositif selon l’invention montré dans sa position de fonctionnement normal, c’est-à-dire avec l’obturateur « fermé » et respectivement le même dispositif en position de purge, c’est-à-dire avec obturateur « ouvert ». Les figures 3c et 3d montrent une variante du même dispositif avec obturateur en position fermée et respectivement en position de purge. Les figures 3c et 3d montrent une variante du même dispositif avec obturateur en position fermée et respectivement en position de purge. montre schématiquement une coupe verticale d’une quatrième forme de réalisation du dispositif selon l’invention. Les et 4c montrent une autre coupe verticale du même dispositif, perpendiculaire à la première, en cycle de purge. Les et 4c montrent une autre coupe verticale du même dispositif, perpendiculaire à la première, en cycle de purge. Dispositif de détente d’eau pressurisée utilisée pour la clarification d’eau brute par flottation à air dissous apte à être mis en œuvre notamment au sein de flottateurs circulaires équipés d’un pont ou d’un racleur à boues flottées tournant ou au sein de flottateurs rectangulaires équipés de racleurs de surface, ledit dispositif étant immergé dans la zone de contact entre l’eau pressurisée et l’eau brute, et apte à diffuser les microbulles formées lors de la détente directement dans ladite zone de contact, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens mécaniques de purge actionnés mécaniquement au passage d’un élément mobile du flottateur, notamment par au moins un actionneur fixé sur le pont tournant ou sur un racleur à boues flottées ou par un mécanisme dédié spécialement à la purge. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte : – des moyens (10), (20) d’alimentation en eau pressurisée comportant au moins un orifice calibré (11), (21), de sortie de l’eau pressurisé ; – au moins un obturateur (15), (27) porté par au moins un bras (16), (28), ledit bras pivotant autour d’un axe (18), (22) fixé sur au moins un support (14) ; – au moins une butée (19) apte à supporter le bras (16), (28) maintenant l’obturateur (15), (27) face à l’orifice calibré (11), (21) à une certaine distance (a) dudit orifice calibré (11), (21) ; – au moins un poids (17), (29) fixé sur un bras (16), (28) solidaire au bras portant l’obturateur (15), (27) et apte à plaquer ledit bras (16), (28) contre la butée (19) de façon à ce que l’obturateur (15), (27) est maintenu face à l’orifice calibré (11), (21) à une certaine distance (a) dudit orifice calibré ; – des moyens de supportage (12), (14) de l’axe (18), (22) de pivotement du bras portant l’obturateur ; – des moyens de réglage et de blocage de la distance entre le au moins un obturateur (15), (27) et le au moins un orifice calibré (11), (21) ; – des moyens (1), (2) permettant le soulèvement du poids (17), (29) et, par conséquent, l’écartement de l’obturateur (15), (27) de l’orifice calibré (11), (21). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte : – des moyens (30) d’alimentation en eau pressurisée comportant au moins un orifice calibré (31) de sortie de l’eau pressurisé ; – au moins un obturateur (32, 32a) porté par au moins un bras (38) pivotant autour d’un axe (33) fixé sur au moins un support (34), la surface dudit obturateur faisant face à l’orifice calibré (31) étant de forme sphérique ou autre forme rotative dont l’axe de formation coïncide sensiblement avec l’axe de rotation de l’obturateur (32, 32a) ; – au moins une butée (36) apte à supporter le bras (38) portant le poids (35), maintenant l’obturateur (32, 32a) face à l’orifice calibré (31) à une certaine distance (a) dudit orifice calibré (31) ; – au moins un poids (35), fixé sur un bras (38) solidaire au bras portant l’obturateur (32, 32a) et apte à plaquer ledit bras (38) contre la butée (36) de façon à ce que l’obturateur (32, 32a) est maintenu face à l’orifice calibré (31) à une certaine distance (a) dudit orifice calibré ; – des moyens de supportage (34) de l’axe (33) de pivotement du bras (38) portant respectivement le poids (35) et l’obturateur (32, 32a) ; – des moyens de réglage et de blocage de la distance entre le au moins un obturateur (32) et le au moins un orifice calibré (31) ; – des moyens (1), (2) permettant la rotation de l’obturateur (32, 32a) autour de son axe de pivotement (33), ladite rotation entrainant l’écartement de l’obturateur (32, 32a) de l’orifice calibré (31). Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’obturateur (32a) comporte au moins un canal (39) apte, pendant la rotation dudit obturateur lors de la purge, à passer devant sensiblement la totalité de la section de l’orifice calibré (31) et à évacuer l’eau de la purge. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte : – des moyens (40) d’alimentation en eau pressurisée comportant au moins un orifice calibré (41) de sortie de l’eau pressurisé ; – au moins un obturateur (42) rotatif porté par un axe (43) fixé sur au moins un support (47), la surface rotative dudit obturateur faisant face à l’orifice calibré (41) étant de forme sphérique ou autre forme rotative dont l’axe de formation coïncide sensiblement avec l’axe de rotation de l’obturateur (42), ledit obturateur (42) étant équipé d’au moins une ouverture (44) apte à passer, lors de la rotation, devant sensiblement toute la surface de l’orifice calibré (41) et débouchant à l’extérieur dudit obturateur ; – des moyens aptes à faire tourner l’obturateur (42) sous l’action d’un actionneur extérieur (46) de façon à faire passer, lors de la rotation dudit obturateur, l’ouverture (44) devant toute la surface de l’orifice calibré (41) ; – des moyens de réglage et de blocage de la distance entre le au moins un obturateur (42) et le au moins un orifice calibré (41).