FR 2032377 A1 19701127 FR 7006674 A 19700224 70 06674 -1- 2032377 La présente invention, concerne on procédé et un appareil pour accélérer le processus naturel de purification d'une masse d'eau naturelle et, plus spécialement, un procédé et un appareil pour ajouter de l'oxygène ou autre substance à une masse d'eau 5 naturelle in situ, 'afin d'accélérer et d'accroître le rendement de l'oxydation des agents de pollution contenus dans la masse d'eau. - On a découvert que l'oxygène dissous dans une masse d'eau naturelle est essentiel pour la réduction, la purification et la 10 stabilisation des déchets ou agents de pollution contenus dans l'eau. L'oxygène dissous dans l'eau est utilisé à la fois chimiquement et biochimiquement dans le processus naturel d'oxydation des agents de pollution contenus dans la masse d'eau. L'épuisement de l'oxygène dissous par les besoins en oxygène chimique et les besoins 15 en oxygène biochimique est l'aspect le plus important de la pollution des masses d'eau naturelles. En conséquence, la présence d'oxygène dissous dans toutes les masses d'eau naturelles est;-d'une importance primordiale pour maintenir la qualité de l'eau. A cause de l'invasion importante des masses d'eaa naturelles par les agents de 20 pollution, il se produit un épuisement de l'oxygène dissous et, par suite, les agents de pollution contenus dans les masses d'eau ne sont pas efficacement oxydés. Les agents de pollution restent dans l'eau et la qualité de l'eau diminue rapidement. La concentration de l'oxygène dissous dans la masse d'eau naturelle non seulement 25 affecte l'oxydation des agents de pollution qu'elle contient, mais est aussi indispensable du point de vue métabolique aux éléments de la vie aquatique qui présentent un intérêt. Bien que des mesures aient été prises pour réduire l'invasion des masses d'eau naturelles par des agents de* pollution organiques, 30 ces mesures ne donnent des résultats que très lentement et n'arrivent pas à éliminer les agents de pollution qui se trouvent déjà dans les masses d'eau. En conséquence,-*'le processus consistant à ajouter de l'oxygène à une masse d'eau naturelle in situ peut avoir pour effet de redonner aux masses d'eau naturelles leurgfconditions 35 optimales. Si l'oxygène dissous peut agir sur les agents de pollution contenus dans des masses d'eau naturelles in situ pendant un temps suffisamment long, lreau est purifiée. Cependant, la teneur 70 06674 -2- 2032377 - en oxygène dissous de.- masses d'eau naturelles, comme les G-rands Lacs, n'est pas suffisante pour oxyder les agents de pollution qui, sont déversés dans les: la.cs.- A titre d'exemple, la consommation moyenne par personne est de 379 à 568 litres d'eau par jour. 5 -En conséquence,- une ville de 30.000 habitants utilise, plus, de. onze millions de litres environ par. jour, qui sont déversés dans les masses d'eau naturelles, comme les lacs,., etc. Le déversement de plus de onze millions de litres d'eau.par jour contenant, des quantités -moyennes d'agents de pollution nécessiterait un lac de 10 faible profondeur d'au moins 16 km pour empêcher que le déversement des agents de pollution soit la cause d'une insuffisance d'oxygène dissous dans la masse d'eau. La partie de faible profondeur de nombreux lacs, comme les Grands Lacs, n'est pas suffisante pour empêcher que la présence d'oxygène dissous devienne in-15 suffisante. En outre, la stratification thermique des-lacs plus profonds empêche une diffusion efficace de l'oxygène-dans l'étage hypolimnien (c'est-à-dire l'étage des lacs qui sont à une profondeur telle que l'eau est pratiquement stagnante et que sa température reste essentiellement constante) qui peut devenir anaérobie. 20 Ainsi, on se rend compte qu'avec la grande quantité d'eau utilisée et qu'avec le déversement de grandes quantités d'agents de pollution dans les masses, d'eau naturelles, il est nécessaire de trouver un système permettant d'éliminer les agents de pollution desdites masses d'eau naturelles. 25 On connaît, dans la technique antérieure, des moyens permet tant d'aérer des masses .d'eau naturelles in situ, pour essayer de compenser le manque d'oxygène dissousCes moyens effectuent 1*oxygénation de l'eau essentiellement de deux façons différentes, une aération par l'utilisation d'air comprimé qui barbote dans l'eau et 30 par agitation, l'eau étant agitée de manière à emprisonner l'oxygène de l'atmosphère . ..Toutefois, aucun de ces moyens d'oxygénation .n'est-aussi efficace-que le processus çnvisagé par la-.présente invention. En outre., l'efficacité du système utilisant l'air pour oxygéner l'eau est-très médiocre, par.rapport aux conditions de l'appa-35' -reillage et: à la- consommation- d1'énergie, en ce sens, qu'il est nécessaire d'ut ili-ser des... compresseuTS et agitateurs coûteux, consommant" sur plaoe de grandes quantités d/énergie.. r : .. . BAD ORIGINAL 70 06674 -3- 2032377 Bien que certaines propositions aient été faites pour oxygéner des masses d'eau naturelles in situ, il n'a pas été mis au point de système pratique utilisable d'une façon économique. Aucun système connu ne comporte de moyen permettant de régler la concen-5 tration de l'oxygène dans la masse d'eau naturelle. Il est avantageux de saturer une masse d'eau jusqu'à sa concentration dféquilibre et d'interrompre l'addition de l'oxygène à l'eau, lorsque la concentration d'oxygène dissous dépasse son état d'équilibre, étant donné que l'oxygène dissous a alors tendance à se diffuser 10 de l'eau dans l'atmosphère. Par conséquent,, le fait que la technique antérieure n'ait même pas proposé de moyen permettant de régler la concentration de l'oxygène dans une masse d'eau naturelle in situ constitue un inconvénient important du point de vue pratique et économique . 15 'La présente invention tire profit du fait que la solubilité de l'oxygène dans l'eau est déterminée comme étant proportionnelle à la pression partielle de l'oxygène dans le gaz à l'interface du gaz et de l'eau. Par exemple, la solubilité de l'oxygène gazeux dans l'eau à 20°C est de 31 ml/litre, ce qui correspond à environ 41 mg/ 20 litre. Si l'air est utilisé comme source de 0^, la solubilité à 20°C est cependant de 18,7 ml/litre, l'oxygène constituant une proportion de 34 ou 6,3 ml/litre. Ainsi, on se rend eompte que la quantité d'oxygène soluble dans l'eau est cinq fois plus grande en utilisant l'oxygène gazeux que lorsqu'on utilise l'air dans la gamme de tempé-25 ratures ambiantes de l'eau naturelle. L'oxygène peut être non seulement dissous en plus grande quantité dans l'eau en utilisant l'oxygène, par opposition à une aération avec de l'air, mais également, la vitesse à laquelle l'oxygène est dissous est de trois à trente fois supérieure à celle qui peut être atteinte en utilisant l'air 30 comme milieu d'aération. En outre, l'utilisation de l'oxygène liquide, comme l'envisage la présente invention, réduit encore l'és. difficultés associées aux besoins de grandes sources dlénergie sur place ou de compresseurs coûteux. La présente invention envisage drévaporer 1'oxygène liquï-35 de et de régler la pression de l'oxygène évaporé» En évaporant l'oxygène à haute pression, l'oxygénation de la masse 4*6811 pourrait /effectuée essentiellement sans besoin d'énergie sur place et cela cons- 70 06674 -4- 2032377 tituerait un perfectionnement par rapport à la technique antérieure, tant du point de vue économique que technique. En conséquence, un système utilisant de l'oxygène pur serait beaucoup plus pratique du point de vue économique qu'un système utilisant de l'air pour oxy-5 gêner l'eau. la présente invention envisage également d'ajouter simultanément de l'ozone et de l'oxygène à la masse d'eau. La technique antérieure décrit l'utilisation de l'oxygène et/ou de l'ozone dans des installations de traitement des eaux usées, de traitement des eaux 10 résiduaires industrielles et de traitement des eaux domestiques, commerciales et industrielles. Cependant, aucune tentative pratique nra été faite pour oxygéner ou ozoniser une masse naturelle d'eau polluée in situ, en utilisant de l'oxygène gazeux sensiblement pur, avec ou sans ozone ou autres catalyseurs ou agents d'oxygénation 15 gazeux ou en phase vapeur. L'utilisation de l'oxygène pour oxygéner une masse d'eau naturelle in situ est différente de la technique antérieure qui utilise l'oxygène pour oxygéner les eaux usées, en ce sens que les agents nutritifs dispersés dans les masses d'eau naturelles n'offrent pas les conditions, à savoir des substrats et des 20 substances nutritives à l'état floculant, ou la densité à l'interface solide/liquide existant dans les interactions entre les microorganismes et les substances nutritives concentrés qui sont à la base du processus d'oxygénation des eaux usées. Ainsi, aussi bien les micro-organismes traités que les mécanismes de bio-oxydation, 25 qui sont utilisés dans le traitement des eaux usées ou des eaux résiduaires industrielles, sont très différents de ceux envisagés par la présente invention. En outre, bien que le processus d'ozonisation et l'utilisation d'agents oxydants et/ou de catalyseurs d'oxydation aient été utili-30 ses dans des réservoirs. ou .autres bassins de retenue à l'air libre, la pratique a été limitée à l'élimination des odeurs et à la destruction des pathogènes, après filtrat Ion de l'eau,, et à l'élimination de l'ensemble des agents de pollution» Ainsi, la technique antérieure connaît un procédé qui est presque diamétralement opposé à 35 celui qui sera décrit ci-après, en ce sens que c'est l'ensemble des substances, polluantes elles-mêmes, in situ, qui est traité. La technique antérieure élimine l'ensemble de ces matières polluantes et 70 06674 -5- 2032377 traite ensuite l'eau, la présente invention, décrite ci-après, traite ces substances polluantes in situ dans la masse d'eau naturelle et les transforme en matières résiduaires de poids moléculaire inférieur+ qui sont plus sujettes à l'oxydation biologi-5 que et à une dégradation chimique supplémentaire par ozonisâtion. En conséquence, la présente invention a notamment pour objet : - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour compléter ou accélérer le processus naturel de purification de l'eau d'une masse d'eau naturelle in situ, qui sont efficaces, 10 pratiques et économiques, et qui ne nécessitent pas la séparation des agents de pollution de l'eau ; - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'oxygène à une masse d'eau naturelle in situ, afin d'amplifier le processus naturel d'oxydation des agents de pollu- 15 tion et d'ajouter simultanément un agent oxydant à la masse d'eau naturelle in situ, pour augmenter la vitesse et l'efficacité du processus d'oxydation ; - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'oxygène et de l'ozone à une masse d'eau naturelle in 20 situ, afin dAugmenter la vitesse et le rendement de l'oxydation des agents de pollution, et dans lesquels l'ozone accélère l'oxydation chimique directe des agents de pollution ; - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'oxygène et des agents d'oxydation et/ou des agents ca- 25 talytiques oxydants à une masse d'eau naturelle in situ, afin d'augmenter la vitesse et l'efficacité du processus naturel d'oxydation des agents de pollution qu'elle contient, et dans lesquels l'état de l'eau est détecté et le débit de l'oxygène et de la substance dans l'eau est réglé en fonction de l'état de l'eau détecté ; 30 - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'oxygène à une masse d'eau naturelle in situ en évaporant de l'oxygène liquide à l'état gazeux en utilisant un échangeur de chaleur atmosphérique, et dans lesquels l'oxygène gazeux est dirigé dans l'eau, jusqu'à une profondeur prédéterminée àu-d'essous de 35 la surface de la masse d'eau naturelle in situ j - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés, pour ajouter de lroxygène gazeux à une masse d'eau naturelle in situ 70 06674 -6- 2032377 afin d'accélérer le processus naturel d ' oxydation des agents de -.pollution en évaporant de l'oxygène liquide à l'état gazeux, à l'aide d'un échangeur de chaleur atmosphérique, et dans lesquels 1* évaporation de 1roxygène liquide et lraddition de l'oxygène ga-5 2-siîx a l'eau sont réglées par un dispositif destiné à détecter les conditions de l'eau ; - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés, dans lesquels le débit volumiqu^ÊLe l'oxygène gazeux dans l'eau dépend des conditions de l'eau de la masse naturelle ; tO - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'oxygène à une masse d'eau naturelle in situ en évaporant de l'oxygène liquide à l'état gazeux, à l'aide d'un échangeur de chaleur atmosphérique, et pour transformer une partie de l'oxygène en ozone gazeux, et dans lesquels l'ozone et 1'oxygène sont ajou-15 tés simultanément à une masse d'eau naturelle in situ pour augmenter la vitesse et l'efficacité du processus naturel d'oxydation des agents de pollution ; - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'oxygène à une masse d'eau naturelle in situ, afin 20 d'amplifier le processus naturel d'oxydation des agents de pollution contenus dans l'eau, et dans lesquels le débit d'oxygène dans l'eau est réglé de façon que l'oxygène perdu dans l'atmosphère à partir de l'eau soit réduit au minimum, sinon entièrement éliminé ; - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour 25 ajouter de l'oxygène à une masse d'eau naturelle in situ, afin d'amplifier le processus naturel d'oxydation des agents de pollution contenus dans l'eau, et dans lesquels le débit de l'oxygène dans l'eau est réglé de façon que la concentration d'oxygène dans l'eau soit maintenue au niveau ou au-dessous du niveau de la con-30 centration d'équilibre de l'oxygène dans l'eau, de manière à réduire au minimum la perte dloxygène de l'eau dans l'atmosphère. D'autres avantages et - caractéristiques de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, 35 une formé de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : .. 70 06674 -7- 2032377 la figure 1 est une représentation schématique montrant l'utilisation de la présente invention dans une masse d'eau naturelle in situ et la répartition de l'oxygène dissous par les courants naturels d'eau ; 5 la-figure 2 est une vue schématique des effets de l'oxygé nation d'une masse d'eau naturelle in situ j et la figure 3 représente une forme de réalisation préférée de la présente invention, qui est utilisée pour réapprovisionner une masse d'eau naturelle en oxygène dissous, en utilisant de l'oxygène 10 liquide. ' la présente invention concerne un procédé et un appareil pour réapprovisionner une masse d'eau naturelle in situ en oxygène dissous. le remplacement de l'oxygène dissous redonne à la masse d'eau ses caractéristiques commerciales, esthétiques et d'agrément opti-15 maies, la présente invention effectue l'oxygénation d'une masse d'eau naturelle in situ, en disposant des stations de stockage et de transformation 10 dans la masse d'eau naturellê ou à terre, près de cette dernière. Sur la figure 1, des stations de stockage et de transforma-20 tion 10 sont représentées comme étant disposées dans la masse d'eau naturelle 12. les stations 10 sont situées sur des véhicules flottants 22 et sont situées au large du bord 18. Bien qu'on envisage d'agencer les stations de stockage et de transformation 10 sur des véhicules flottants, tels que des chalands, il convient de no-25 ter que-l'on pourrait utiliser une station de stockage et de transformation à terre, suivant les conditions exactes de son utilisation. • la forme de réalisation représentée sur la figure 1 utilise plusieurs stations 10. lés stations 10 comportent une station de 30 stockage et de transformation 10a située au large de la terre 18, une station de stockage et de transformation 10b située sur le trajet des eaux résiduâirôs s'écoulant dafes la masse d'eau naturelle 12 et une station de stockage et de transformation "TOç située dans la rivière polluée 14. l'emplacement des stations 10 est tel qurel-35 les peuvent effectuer l'oxydation des agents de pollution qui sont dans la masse d'eau naturelle 12 ou qui s'y déversent. 70 06674 -8- 2032377 Chaque station 10 comporte une réserve d1 oxygène liquide. la réserve est constituée, de préférence, par un récipient ou réservoir 20 situé sur un véhicule flottant 22. L'oxygène liquide s'écoule depuis le, récipient 20 vers un. échangeur de chaleur at-5 mosphérique 24. L'échangeur 24 évapore l'oxygène liquidé et le fait passer par une conduite 26 dans une servo-valve 28. Cette dernière dirige le débit d'oxygène gazeux soit vers un ozonateur 30, soit vers une conduite 32. L'oxygène gazeux, avec ou sans ozone, passe depuis l'ozonateur 30 ou la conduite 32 dans une conduite 34. 10 Les additifs d'oxydation, sous la forme de catalyseurs et d'agents d'oxydation, sont emmagasinés dans un récipient 36 et sont dirigés dans la conduite 34 par un distributeur 38. Depuis le distributeur 38,- l'oxygène gazeux et les additifs s'écoulent dans une conduite 40 située au-dessous de la surface de la masse d'eau 12. L'extré-15 mité externe de la conduite 40 est reliée à un diffuseur 44 destiné à diffuser l'oxygène et les autres additifs dans l'eau. Un ensemble détecteur 46 peut détecter les conditions de l'eau et appliquer un signal de commande à un dispositif de commande et de contrôle 48. Le dispositif de commande et de contrôle 48 commande alors la servo-20 valve 28, l'ozonateur 30 et le distributeur 38, en fonction des conditions détectées dans l'eau. Une source d'énergie 50 est également située sur le véhicule flottant 22-et peut satisfaire aux besoins en énergie, de l'appareil. Le récipient 20, destiné à stocker l'oxygène liquide, et 25 1'échangeur de chaleur atmosphérique 24 constituent de préférence un ensemble1qui est connu sous le nom de station distributrice de cryogène liquidé, telle que celle du modèle "CLC-105" fournie par la Air Products and Chemicals Incorporation, d'Allentown, Pennsylvanie. La station distributrice de cryogène liquide, représentée 30 par le pointillé et désignée par 52, peut transformer l'oxygène liquide en oxygène gazeux d'une façon bien connue. La station 52 débite dé l'oxygène gazeux par l'intermédiaire de la conduite 26. La station distributrice de cryogène liquide comporte un système régulateur de pression qui peut régler l'oxygène gazeux de 35 façon à le distribuer dans la conduite 26 à uné pression constante, indépendante du niveau de l'oxygène dans le réservoir 20 ou de la température de l'atmosphère. Lè récipient 20 est à double paroi 70 06674 -9- 2032377 - . pour stocker l'oxygène liquide, sans absorption de chaleur excessive . le compartiment interne 54 est en un., matériau capable de contenir un cryogène liquide et de résister à des températures de l'ordre .- de -195°C. le compartiment interne 54 est entouré d'un récipient 5 externe 3.6. Un espace 55 est maintenu sous vide entre les récipients interne et externe et est rempli d'une matière, comme de .la perlite ou du "Sanocel". le récipient 20 est construit de manière à pouvoir contenir de l'oxygène liquide avec un minimum de perte thermique. 1'échangeur de chaleur atmosphérique 24 peut être conduit à 10 l'extérieur du récipient 20. 1*échangeur de chaleur se compose d'un serpentin dans lequel s'écoule l'oxygène et d'une série d'ailettes 24a fixées audit serpentin, les ailettes-24a absorbent la chaleur de l'atmosphère et la transmettent à l'oxygène liquide passant dans le serpentin de lréchangeur de chaleur, l'oxygène liquide est alors 15 chauffé par la chaleur provenant de l'atmosphère et est évaporé à l'état gazeux. l'utilisation d'un récipient de stockage de l'oxygène liquide permet de stocker de grandes quantités d'oxygène liquide, étant donné que les récipients disponibles dans le commerce peuvent contenir 20 plus de 57.800 litres d'oxygène liquide, l'utilisation d'une installation de stockage de l'oxygène liquide a l'avantage de permettre de stocker de grandes quantités d'oxygène dans un volume relativement petit. Pour stocker une quantité équivalentoxygène à lfétst gazeux, il faudrait un récipient beaucoup plus grand que le réci~ 25 pient décrit plus haut. Ainsi, en utilisant l'oxygène liquide, on peut avoir recours à un récipient beaucoup plus économique. De plus, la transformation de l'oxygène liquide de l'état liquide à l'état gazeux par évaporation au moyen de lléchangeur de chaleur 24 peut être effectuée sans consommation d'énergie quelle qu'elle soit, la 30 pesanteur et/ou la mise sous pression de l'espace libre non occupé par le liquide sont aptes à refouler l'oxygène liquide depuis le récipient 20, et. la chaleur de l'atmosphère est utilisée pour transformer l'oxygène en gaz. Ainsi, l'utilisation d'un récipient de stockage de l'oxygène liquide et d'un échangeur de chaleur atmos-35 phérique pour évaporer l'oxygène liquide constitue un moyen économique et pratique pour produire de l'oxygène gazeux pour l'oxygé-. nation d'une masse d'eau naturelle-in situ. 70 06674 -10- 2032377 l'ozonateur 30 est prévu pour transformer l'oxygène en ozone gazeux, l'ozonateur ou générateur d'ozone 30 peut être du type "Ozonator - modèle C1P", réalisé par la Welsbaçh Corporation, Philadelphie, Pennsylvanie, le générateur d'ozone 30 est, de pré-5 férence, du type à décharge.à effet corona et produit de l'ozone en exposant l'oxygène gazeux à une décharge électrique, l'oxygène gazeux, qui=est sous pression élevée dans la conduite 26, est refoulé dans l'ozonateur 30 si la servo-valve 28 est actionnée. Pendant que l'oxygène gazeux passe à travers l'ozonateur 30, il est 10 soumis à une décharge électrique à haute tension qui transforme une faible partie du gaz en ozone, l'ozone et l'oxygène sont ensuite acheminés dans la conduite 34. l'addition de l'ozone a pour but d'accélérer l'oxydation chimique directe des agents de pollution contenus dans l'eau, l'ozone 15 est un puissant agent oxydant et sa vitesse de réaction n'est pas aussi sensible à la température que l'oxydation bioôhimique utilisant de l'oxygène pur. En conséquence, on s'attend à ce que, lorsque la température de l'eau baisse, comme pendant les mois d'hiver pendant lesquels l'efficacité de l'oxydation biochimique est rédui-20 te proportionnèllement à l'abaissement de la température de l'eau, le générateur d'ozone est utilisé pour transformer environ 1,5 à 2,5 ia de l'oxygène gazeux en ozone, lorsque la température de l'eau augmente ou lorsque d'autres conditions changent, alors la servo-valve 28 est actionnée pour permettre à l'oxygène gazeux.de contour-25 ner l'ozonateur 30, comme on le décrira plus loin. Il convient de noter que, lorsque le générateur d'ozone 30 fonctionne, ses besoins en énergie sont d'environ 8 kilowatts par kilo d'ozone produit. Toutefois, lorsque l'ozonateur 30 est au repos, la dispersion de 1''oxygène gazeux dans l'eau ne nécessite pas d'énergie. D'une façon géné-30 r&le, Men.que l'ozonateur 3Q soit utilisé pendant les mois d'hiver, il pourrait être utilisé n'importe quand pendant les mois d'été, lorsque*l'ozonation est souhaitable, en raison, des conditions de pollution ou des substances organiques réfractaires déversées dans l'eau eh cours .de traitement, 35 l'oxygène gazeux sensiblement pur.ou l'oxygène gazeux.conte nant de l'ozone est ^cheminé dans la conduite 34 et dans le distributeur 38. Ce dernier est relie au récipient 36, qui contient une 70 06674 -11- 2032377 substance ou des additifs autres que l'ozone. Les additifs sont des agents et des catalyseurs d'oxydation à l'état gazeux et ils pourraient comprendre des oxydes d'azote, de l'anhydride carbonique, du phosgène, de l'acide perchlorique, du chlore, des oxydes 5 et halogénures de chlore, l'acide cyanique, le peroxyde d'hydrogène, l'hydrogène phosphoreux , l'iode, le perchlorate de lithium, le chlorate de lithium, le chlorure de nitrile, le chlorure de phos-phonium, l'acide hypophosphorique, des*halogénures de phosphore, de l'anhydride phosphoreux et matières analogues. On envisage de 10 pouvoir ajouter les agents et catalyseurs d'oxydation à l'eau, lorsque les conditions de pollution ou autres conditions de l'eau l'exigent. Les agents et catalyseurs ont pour effet d'augmenter le nombre des réactifs et d'accroître la vitesse et l'efficacité du processus d'oxydation se produisant dans la masse d'eàu naturelle in 15 situ. Bien qu'on n'ait représenté qu'un seul récipient 56 réservé à un additif," il est évident qu'on pourrait prévoir plusieurs récipients, de manière à pouvoir utiliser plusieurs agents et catalyseurs d'oxydation pour augmenter la vitesse d'oxydation des agents 20 de pollution. Le préférence, les catalyseurs et agents d'oxydation pourraient être emmagasinés à l'état gazeux dans le récipient 56 et s'écouleraient depuis le récipient 56 à travers le distributeur 58 dans la conduite 40 du diffuseur, sans consommation d'énergie. Cependant, leé agents et catalyseurs d'oxydation pourraient être 25 stockés sous d'autres formes et transformés à l'état gazeux. Après l'addition des agents et catalyseurs d'oxydation à l'oxygène gazeux,si on le désire, 'et/ou la transformation d'une partie de l'oxygène gazeux en ozone, l'oxygène est acheminé avec les additifs le long du tuyau flexible 40 vers le diffuseur 44. 50 Etant donné que l'oxygène gazeux est initialement à pression élevée, lorsqu'il sort de 1'échangeur de chaleur atmosphérique 24 par l1intermédiaire de la conduite 26, aucune-'pompe ou autre source d'énergie n'est nécessaire pour diffuser l'oxygène gazeux et les additifs dans l'eau. Le diffuseur 44 est conçu de manière à éviter tout en-55 crassement et à débiter une quantité maximale d'oxygène dissous et d'autres additifs dans l'eau. Le diffuseur est allongé et présente plusieurs orifices pour diriger le gaz dans lFeau.r On pourrait uti 70 06674 -12- 2032377 liser, dans la présente installation, des diffuseurs comme ceux fabriqués par la Walker Process Equipment Company, Aurora, Illinois . Un système 48 contrôlant la qualité de l'eau est disposé 5 sur le véhicule flottant 22 et est apte à recevoir les mesures automatiques des conditions de l'eau et à commander le fonctionnement de l'appareil en fonction desdites conditions, le système de contrôle pourrait être du type "Modèle RM-25 Robot Monitor", de la Schneider Instrument Company, Cincinnati, Ohio. le détecteur 10 46 détecte les conditions de l'eau et transmet ces conditions par l'intermédiaire du conducteur 45 au poste de commandé et de contrôle 48. le détecteur 46 est situé près du diffuseur 44 et peut détecter les conditions de l'eau au voisinage de ce dernier, le détecteur 46 peut détecter des conditions de l'eau, telles que la 15 conductivité, la teneur en oxygène dissous, l'état trouble, le pH, le potentiel d'oxydo-réduction, la teneur en chlorures dissous, la température et des paramètres atmosphériques en rapport. lorsque les diverses conditions l'exigent, le détecteur émet un signal qui a pour effet de commander la servo-valve 28, l'ozonateur 30 et le 20 distributeur 38. Un autre détecteur 60 est situé à distance du véhicule flottant 22, près de la surface ou à la surface de la masse d'eau naturelle, et il détecte la teneur en oxygène dissous de l'eau. De préférence, le détecteur 60 est analogue à l'analyseur d'oxygène 25 dissous "Modèle 735", réalisé par la Beckman Instruments Incorpora-ted, Eullerton, Californie. le détecteur 60 ou analyseur d'oxygène dissous détecte une sursaturation de la masse d'eau naturelle, qui se traduirait par une perte d'oxygène dans l'atmosphère. En détectant une sursaturation d'oxygène dans l'eau, l'analyseur d'oxygène 30 dissous applique un signal, par l'intermédiaire d'un conducteur 62, au poste de commande et de contrôle 48. Ce dernier actionne alors la servo-valve 28, pour interrompre ou"réduire le débit d'oxygène vers le diffuseur 44, en arrêtant ou réduisant ainsi la diffusion de l'oxygène dans l'eau. Bien qu'on n'ait représenté qu'un seul 35 détecteur 46 et qu'un seul détecteur d'oxygène dissous 60, il est bien entendu qu'on peut utiliser plusieurs détecteurs de l'un ou l'autre type pour détecter les conditions de l'eau ou le dégagement 70 06674 -13- 2032377 de l'oxygène avec formation de bulles en divers point près de la station de stockage et de transformation 10. Comme indiqué plus haut, le système de commande et de con-:: trôle 48 et les détecteurs 46 et 60 ont pour but de contrôler les 5 conditions de l'eau et de commander l'addition d'oxygène, ainsi que des agents et catalyseurs d'oxydation à l'eau. Les détecteurs 46 et 60 détectent les conditions de l'eau et transmettent des signaux représentant ces conditions au système de commande et de contrôlées. Ce dernier analyse alors les signaux pour déterminer si 10 une quantité supplémentaire d'oxygène doit être dissoute dans l'eau, si une partie de l'oxygène doit être transformée en ozone ou si des catalyseurs ou agents d'oxydation doivent être ajoutés à l'oxygène en plus ou à la place de l'ozone. Après avoir déterminé l'aetion à entreprendre, le système de commande et de contrôle 48 effectue 15 alors les opérations nécessaires pour actionner l'appareil voulu. Par.exemple, si une chute de température est détectée par le détecteur 46 et qu'un besoin en ozone est établi, alors le système 48 excite la servo-valve 28, par l'intermédiaire du conducteur 29, pour permettre à l'oxygène gazeux de passer depuis la conduite 20 26 dans la conduite 31 et dans l'ozonateur 30. En même temps, le système de commande et de contrôle actionne l'ozonateur 30 en y appliquant un signal par l'intermédiaire du conducteur 33. Lfoxygène gazeux est alors partiellement transformé en ozone et passe depuis l'ozonateur 30 dans la conduite 35, la conduite 34, vers le 25 distributeur 38. S'il est également souhaitable d'ajouter des catalyseurs ou agents d1oxydation, en raison d'un changement des condi-- tions de l'eau, alors le système. 48 actionne le distributeur 38 par l'intermédiaire du conducteur 39, pour permettre aux catalyseurs et agents d'oxydation gazeux drêtre mélangés avec l'oxygène 30 et l'ozone gazeux. Le mélange gazeux passe alors dans la conduite 40 et du diffuseur 44 dans l'eau. ■ --- Etant donné que les divers éléments de l'installation décrite -sont connus comme indiqué, ces éléments ne seront pas décrits plus ^ èn détail. En outre, l'interconnexion de ces éléments n'est repré-35 sentée que schématiquement pour simplifier. . Comme indiqué plus haut, il est souhaitable de dissoudre l'oxygène dans l'eau jusqu'à une concentration égale ou inférieure 70 06674 -14- 2032377 à la concentration d'équilibre établie par la pression partielle de l'oxygène dans l'atmosphère, de façon que l'oxygène ne soit pas perdu en s'échappant de l'eau dans l'atmosphère. le détecteur est apte à détecter la quantité d'oxygène dissous dans l'eau et 5 se substitue au détecteur 46 lorsqu'il se produit un dégagement d'oxygène avec formation de bulles dans l'atmosphère ou lorsqu'un tel dégagement est sur le point de se produire. Ceci permet à la station 10 de fonctionner avec un maximum d'efficacité et d'économie, étant donné qu'elle est apte à porter la concentration de 10 l'oxygène dans la masse d'eau à un niveau maximal en un point situé juste au-dessous de l'endroit où l'oxygène dissous se dégage sous forme de bulles dans l'atmosphère. Ainsi, l'oxygène n'est pas gaspillé par un.dégagement sous forme de bulles et la concentration maximale est maintenue pour permettre une oxyda-15 tion maximale des agents de pollution. Cependant, à cause de l'absorption et de l'adsorption par les agents de pollution organiques, d'un emprisonnement sous des couches d'eau séparant des zones supérieures plus chaudes et riches en oxygène de couches inférieures plus froides et pauvres en oxygène, de la réaction avec des agents 20 réducteurs ambiants et de la diffusion latérale ainsi que d'autres facteurs, on peut obtenir localement de plus fortes concentrations d'oxygène dissous dans les eaux de la région de diffusion sans perte dans l'atmosphère. Ainsi, à cause de certaines conditions de l'eau, il pourrait être possible de sursaturer l'eau localement, sans pro-25 voquer de dégagement d'oxygène avec formation de bulles. En outre, comme on peut le voir sur la figure 1, la dilution de l'oxygène dissous par des courants d'eau peut aboutir à une sursaturation de l'eau sans perte d'oxygène dans l'atmosphère. Ainsi, on voit que, dans certaines conditions de l'eau, il est souhaitable de sur-30 saturer l'eau avec de l'oxygène dissous. Cependant, une sursaturation ne serait utilisée que lorsque les conditions de l'eau et de l'atmosphère le permettent, sans perte importante d'oxygène à partir de la masse d'eau par dégagement dans l'atmosphère. Pour alimenter en courant les détecteurs 46 et 60, l'ozona-35 teur 30, le système de commande et de contrôle 48 et tout autre appareil de la station de stockage et de transformation 10 qui nécessite une telle alimentation, un.3 source de courant 50 est prévue 70 06674 -15- 2032377 sur le véhicule flottant 22. La source de courant 50 pourrait comprendre des piles à combustible, des accumulateurs ou des générateurs, ou une combinaison quelconque de ces derniers. De préférence, la source de courant 50 est constituée par un groupe 5 Diesel pour alimenter l'ozonateur 30 en courant. Des accumulateurs ou piles à combustible pourraient être utilisés pour satisfaire aux faibles besoins en courant du reste de l'appareil. Il convient de noter que l'appareil décrit peut fonctionner en nécessitant un minimum d'énergie, lorsque l'ozonateur 30 n'est 10 pas en service, ce qui est le cas la plupart du temps. Etant donné qu'on utilise de l'oxygène liquide, l'oxygène gazeux qui est évaporé est sous pression élevée. Comme indiqué, la forte pression permet de refouler l'oxygène gazeux et tout additif profondément dans l'eau, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des pom-15 pes ou compresseurs, comme ceux utilisés dans la technique antérieure . Etant donné que le présent système ne nécessite ni pompes ni compresseurs, il en résulte une installation très économique, nécessitant un minimum d'appareils et d'énergie. En outre, 20 étant donné que lé présent système utilise, un minimum d'appareils, il est vraisemblable que les frais d'entretien seront moindres et il n'est pas nécessaire qu'un opérateur reste à bord pour surveiller l'appareil qui fonctionne continuellement pour le cas où il se produirait une panne mécanique. En fait, la présente installation 25 ne nécessite qu'un entretien sporadique, et elle peut fonctionner pendant des semaines sans surveillance. Le seul entretien régulier que nécessite l'installation est le remplissage des réservoirs d'oxygène et des réservoirs d'additifs, qui seront remplis généralement à des intervalles d'une semaine ou plus. 30 II convient de souligner que les principes de l'invention permettent une souplesse optimale, en ce sens que les stations complètes 10 peuvent être déplacées d'uh-'endroit à un autre à l'aide de remorqueurs ou par un groupe propulseur indépendant, en fonction de la variation du débit des agents de pollution et de la vitesse 35 des courants dans la masse d'eau, qui ont pour effet de faire varier rapidement les possibilités d'absorption d'oxygène en un point quelconque. Bien que la plupart des stations d'emmagasinage, de trans 70 06674 -16- 2032377 formation et de diffusion pourraient être installées sur des chalands amarrés à quai près des embouchures des rivières ou ancrés à peu de distance du bord, certaines doivent être prévues en amont au-dessous des points de déversement 6e grandes quantité d'agents de 5 pollution et certaines sur le littoral et sur les berges des rivières. D'après ce qui précède, on se rend compte que l'invention permet l'oxygénation d'une masse d'eau naturelle in situ avec de l'oxygène pur et des additifs. On n'insistera jamais assez sur 10 l'importance de l'oxygène dissous dans une masse d'eau naturelle, les poissons et autres éléments de la vie aquatique ont besoin de la présence de l'oxygène dissous pour vivre, la présence des agents de pollution dans l'eau réduit la teneur en oxygène dissous et nuit à la vie aquatique. L'augmentation de la teneur en oxygène dissous 15 de l'eau a l'avantage important et immédiat de réduire la pollution, avant qu'elle puisse avoir une..actioi)fehimique quelconque. Il convient de noter que les agents de pollution eux-mêmes ne sont pas nécessairement la cause d'une diminution de la vie aquatique désirable, comme les poissons, mais c'est plutôt la faible teneur en 20 oxygène dissous résultant des activités biochimiques provoquées par lès agents de pollution, qui est la cause de cette diminution. Ainsi, la présence d'une pollution dans de grandes quantités d'eau d'une masse naturelle est la cause d'un manque d'oxygène dissous, qui à son tour provoque une altération de là qualité de l'eau. 25 Ainsi, on se rend compte qu'à mesure que la teneur en agents de pollution organiques d'une masse d'eau augmente, la teneur en oxygène dissous de la masse d'eau est réduite par l'activité biologique aérobie qui purifie l'eau. Gomme on le voit sur la figure 2, l'oxygène dissous est ajouté-à une masse d'eau naturelle in situ. 30 L'oxygène dissous est diffusé à travers l'ensemblç&es agents de pollution et provoque une oxydation biochimique des agents de pollution par les bactéries aérobies. Les'bactéries, qui comprennent des bactéries naturelles, oxydent les matières de pollution et transforment les agents de pollution en anhydride carbonique, en 35 eau, en azote gazeux et en ions nitrate et sulfate inoffensifs. La matière organique polluante, qui est transformée par les bactéries et partiellement synthétisée en cellules bactériennes, 70 06674 -1 7- 2032377 est ensuite ingérée et digérée à son tour par les protozoaires, les ennemis de ces derniers sont sous la forme de petits animaux aquatiques, tels que les rotifères, les puces d'eau et les crustacés. A mesure que l'eau polluée est purifiée, la matière orga-5 nique initialement présente.dans les substances de pollution est successivement attaquée et donne lieu au développement de différentes formes de vie, jusqu'à ce qu'elle constitue des aliments pour lès poissons petits et grands. L'oxydation des matières polluantes se produit naturellement 10 dans une masse d'eau. Cependant, pour que le processus naturel purifie l'eau, la teneur en oxygène dissous de la masse d'eau ne doit pas diminuer. L'épuisement de l'oxygène dissous a pour effet de diminuer le - nombre des micro-organismes et des animaux intéressants vivant dans l'eau et de ralentir le processus naturel de purifica-15 tion de l'eau. Par conséquent, on voit que l'oxygénation d'une masse d'eau naturelle in situ, telle que l'envisage la présente invention, a pour effet de créer un milieu aquatique qui est à la fois sain et productif» De plus* si.l'on utilise la présente installation, on se rend 20 compte que l'effet qu'elle a sur une masse d'eau naturelle est pour le.moins de renverser le processus de pollution. Cependant, il serait impossible de considérer la matière organique de pollution comme étant une matière dont on peut tirer avantage, en ce sens qu'elle est transformée en aliment pour la faune aquatique par oxy-25 génation de l'eau in situ. Ainsi, il est possible que, dans le futurr les villes puissent déverser de plus grandes quantités d'agents de pollution organiques dans l'eau, au lieu de construire des installations de traitement plus efficaces. Ces matières organiques déversées seraient alors oxydées par des bactéries aérobies pour for-30 mer des aliments destinés aux micro-organismes. Les micro-organis-mes seraient dévorés à leur tour par de plus grands animaux aquatiques qui constitueraient également la nourriture des, poissons présentant un intérêt. Ainsi, l'oxydation de grandes quantités d'agents de pollution pourrait former des aliments en abondance, pour les es-35 pèces de poissons qui présentent un intérêt et, par conséquent, les masses d'eau pourraient contenir suffisamment de poissons destinés à la consommation et à la pêche d'agrément. 70 06674 18 2032377 '■ .. Légende des dessins rry^rai1. i»m >i_i ■ ■ ii r i'■ju.jïjiuj.* % jça—mmitmww Figure ' Repères . : 2 A Oxygène !1 " B Pollution " C Bactéries .aérobies " D ■ Protozoaires " E Petits animaux aquatiques " F Poissons présentant un intérêt " G Eau propre 70 06674 -19- 2032377 BEVEHDICATIOHS 1. Appareil destiné à compléter le processus naturel de purification de l'eau d'une masse d'eau naturelle in situ et présentant une interface avec l'atmosphère, appareil caractérisé en ce 5 qu'il comporte un dispositif contenant une réserve d'oxygène, un diffuseur situé au-dessous de la surface de la masse d'eau'naturelle, un dispositif pour diriger l'oxygène depuis la réserve vers le diffuseur d'où l'oxygène est introduit dans la masse d'eau, et un dispositif capable de régler le débit de l'oxygène dans l'eau pour 10 maintenir la concentration d'oxygène dans l'eau près de l'interface sensiblement au niveau ou au-dessous du niveau de la concentration d'équilibre de l'oxygène dans l'eau, de manière à réduire au minimum la perte d'oxygène de l'eau dans l'atmosphère. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le dispositif apte à régler le débit d'oxygène dans l'eau comporte un détecteur destiné à détecter la concentration d'oxygène dans l'eau et un distributeur qui est commandé par le détecteur et qui peut faire varier le débit d'oxygène dans l'eau en fonction du changement des conditions de l'eau détecté par le détecteur. 20 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif apte à régler le débit d'oxygène dans l'eau comporte un détecteur pour détecter les conditions de l'eau et un distributeur, le détecteur comportant un premier élément détecteur pour détecter la température de l'eau à une profondeur à laquelle l'oxy-25 gène est diffusée dans l'eau, ledit distributeur étant commandé par le détecteur et étant apte à faire varier le débit d'oxygène dans l'eau en fonction du changement des conditions de l'eau détecté par le détecteur. 4. Appareil selon la revendication 3» caractérisé en. ce que 30 le détecteur comporte en outre un second élément détecteur pour détecter la teneur en oxygène dissous de l'eau à sa surface et pour se substituer au premier élément détecteur. 5. Procédé pour compléter le -processus naturel de purification de l'eau d'une ûiasse d'eau naturelle in situ, mis en oeuvre 35 par l'appareil selon la revendication -1 * procédé caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir une réserve d'oxygène, à transférer l'oxygène dans un diffuseur, à disposer le diffuseur à une.profondeur pré 70 06674 -20- 2032377 déterminée au-dessous de la surface de la masse d'eau naturelle, à laisser l'oxygène s'écouler depuis le diffuseur dans la masse d'eau pour effectuer l'oxydation des agents, de. pollution contenus dans la masse d'eau et à régler le débit d'oxygène depuis le dif-5 fuseur pour déterminer la concentration de l'oxygène dans l'eau, le réglage du débit d'oxygène depuis le diffuseur consistant à maintenir la concentration de l'oxygène dans l'eau à l'interface entre la masse d'eau et l'atmosphère sensiblement au niveau ou au-dessous du niveau de concentration d'équilibre de l'oxygène dans 10 l'eau. 6. Appareil pour compléter le processus naturel de purification de l'eau d'une masse d'eau naturelle in situ, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour stocker de l'oxygène liquide, un dispositif pour évaporer l'oxygène liquide, ce dernier 15 se composant d'un échangeur de. chaleur pour transformer l'oxygène liquide à l'état gazeux, et un dispositif pour ajouter l'oxygène gazeux à la masse d'eau naturelle in situ, afin d'oxygéner l'eau. 7. Appareil selon la revendication. 6., caractérisé en ce -qu'il comporte en outre un dispositif de commande de la transfor- 20. mation de l'oxygène, de l'état liquide, à l'état gazeux pour obtenir l'absorption optimale de l'oxygène dans les conditions particulières de l'eau dans lesquelles 1,'appareil est utilisé, ledit dispositif de: commande étant commandé par un, détecteur qui,est apte à détecter les conditions de l'eau et à faire varier, le fonctionne-25 ment du dispositif de commande en réponse au changement des conditions de l'eau de façon que le-dispositif de commande puisse régler le débit de l'oxygène "dans l'eau et empêcher que la teneur en oxygène de la masse, d'eau dépasse la concentration d'équilibre pour réduire au minimum la perte d'oxygène dans l'atmosphère. 30 8, Procédé selon la revendication.6, caractérisé en ce qu'il consiste à.prévoir une réserve d'oxygène liquide dans un récipient, à transférer l'oxygène liquide du récipient dans un échangeur de chaleur, à évaporer l'oxygène liquide de l'état liquide à l'état gazeux dans 1'échangeur de chaleur, à disposer un diffuseur à une 35 profondeur prédéterminée au-dessous de la surface de la masse d'eau naturelle, à acheminer l'oxygène gazeux vers le diffuseur et à diriger l'oxygène gazeux pour qu'il s'écoule du diffuseur dans la 70 06674 -21- 2032377 masse d'eau, afin d'oxygéner l'eau et de provoquer l'oxydation des agents de pollution contenus dans l'eau»-. 9. Procédé permettant de compléter-le processus"naturel de purification de l'eau d'une masse dt-eau naturelle in situ, procédé 5 caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir une-réserve ,d'oxygène sensiblement pur, à disposer un diffuseur à une profondeur prédéterminée au-dessous de la surface de la masse d'eau naturelle, à acheminer l'oxygène vers le diffuseur, à diriger l'oxygène du diffuseur dans la masse d'eau à une profondeur prédéterminée pour pro-10 voquer l'oxydation des agents de pollution contenus dans la masse d'eau, à ajouter un'additif oxydant supplémentaire à l'oxygène avant qu'il s'échappe du diffuseur et à détecter les conditions de l'eau, l'addition d'un additif oxydant variant en fonction de la détection du changement des conditions de l'eau. 15 10. Procédé permettant de compléter le processus naturel de purification de l'eau d'une- masse-d-'eau naturelle in situ, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir une réserve d'oxygène, à acheminer l'oxygène de la "réserve vers un diffuseur, à disposer le diffuseur à une profondeur prédéterminée au-dessous de la sur-20 face de la nasse d'eau naturelle, à laisser s'écouler l'oxygène depuis le diffuseur dans la masse d'eau pour provoquer l'oxydation des agents de pollution de la masse d'eau, à détecter la température de l'eau, à régler le débit de l'oxygène à partir.du diffuseur en fonction de la température de l'eau pour régler la concentration 25 de l'oxygène dans l'eau. 11. Procédé permettant de compléter le processus naturel de purification de l'eau d'une masse d'eau naturelle in situ, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir une réserve d'oxygène sensiblement pur, à disposer un diffuseur, à une profondeur prédéter-30 minée au-dessous de la surface de la masse d'eau naturelle, à acheminer l'oxygène vers le diffuseur, à diriger l'oxygène depuis le diffuseur dans la masse d'eau à une jprofondeur^ prédéterminée pour provoquer l'oxydation des agents de pollution contenus dans la masse d'eau et à effectuer la transformation d'une certaine quantité 35 d'oxygène en ozone avant' qu'il s'échappe du diffuseur, ladite quantité d'oxygène transformée en ozone étant inférieure à 5 ^ de la quantité d'oxygène s'écoulant depuis la réserve.