<Desc/Clms Page number 1>
*Procédé et équipement gour la gazéification ou le dégazage et pour le refroidissement de liquides, en particulier pour l'aération d'eaux résiduaires**
La présente invention a trait à un procédé et à un équipement pour la gazéification ou le dégazage et/ou le re- froidissement de 1/ .;ides, en particulier pour l'aération de l'eau, et notamment d'eaux résiduaires.
Pour modifier l'état d'une eau par aération, gazéifica- tion, refroidissement ou étalement sur de grandes surfaces, il est connu soit d'élever des fractions d'eau au-dessus du niveau de la Risse d'eau et de les fragmenter en lames aussi Binées que possible ou en gouttes pour multiplier leur sur-
<Desc/Clms Page number 2>
face, soit de diviser l'eau en gouttelettes plus ou moins fines par pulvérisation, par agitation violente de sa surface, par battage au moyen de rais de frappe fouettant l'eau, par une action de direction horizontale sur de l'eau en chute libre ou par toute autre action mécanique. Il est également connu d'insuffler dans l'eau de l'air ou un autre gaz sous pression, l'eau entrant alors en contact avec l'air ou cet autre gaz à la périphérie des bulles qui montent à la surface de la masse liquide.
Pour épurer une eau et en particulier une eau résiduaire par voie bielogique on peut la conduire sur une masse de matériau en fragments ou poreux et l'y aérer. En distribuant l'eau sur la grande surface aérée de ce matériau-support il se forme un revêtement biologique de micro-organismes qui se nourrissent des substances en solution dans l'eau résiduaire et les transforment en boue insoluble dans l'eau. Mais la masse de matériau-support peut aussi successivement plonger dans l'eau et en sortir. Il reste alors à chaque émersion une certaine quantité d'eau qui adhère à la surface du matériau- support de sorte que là encore existent les actions physiques, chimiques et biologiques que l'on cherche à obtenir.
Pour l'aération de l'eau et en particulier d'eau rési- duaire par un procédé de ce genre, il est connu de disposer le matériau-support en vrac et sans compression dans un tam- bour tournant, de façon que lors de la rotation du tambour le matériau plonge successivement dans l'eau amenée dans le tambour puis en ressorte, moyennant quoi le matériau-support emmenant les fractions d'eau qui adhèrent à lui est agité et aéré à sa traversée du volume d'air se trouvant au-dessus du niveau de la masse d'eau.
La présente invention a pour objet un procédé simplifié et plus efficace de gazéification ou de dégazage et/ou de
<Desc/Clms Page number 3>
refroidissement de liquides, en particulier d'aération d'eaux résiduaires, ainsi qu'un équipement pour la mise en oeuvre du- dit procédé, qui permet une amélioration du rendement tout en étant de structure relativement simple.
Le procédé selon l'invention consiste à faire tourner autour de son axe longitudinal un tambour rempli d'éléments creux et recevant le liquide à traiter ainsi que, s'il y a lieu, de l'air ou un autre gaz, de façon que le liquide et, s'il y a lieu, l'air ou cet autre gaz soient amenés par lesdits éléments creux à se déplacer dans tout le volume du tambour, en étant en majeure partie successivement recueillis et déversés par les divers éléments creux.
Il 7 a intérêt à ce que le tambour soit entraîné en :cotation soit par un moteur, soit par une arrivée détaxée du liquide à traiter au-dessus de l'axe du tambour, soit par une insufflation désaxée de l'air ou d'un autre gaz au-dessous -de l'axe de rotation du tambour ainsi que du niveau de la masse liquide, soit par la conjugaison de deux ou des trois possibilités ainsi énumérées.
Dans le cas d'arrivée désaxée du liquide, on utilise par exemple un tambour dont la paroi latérale et/ou les parois frontales sont perforées, parois sur lesquelles s'écoule le liquide, pour bien faire au voi- sinage de l'extrémité de chargement ou de réception et en tout cas par coté, c'est-à-dire latéralement par rapport au plan vertical passant par l'axe de rotation, à partir d'une conduite d'amenée de l'eau ou tout autre moyen analogue, de façon à faire tourner le tambour. L'insufflation d'air ou d'un autre gaz se fait de façon analogue, l'air ou ce gaz étant également insufflé en dehors du plan médian, donc par c8té contre la paroi frontale ou sur la paroi latérale du tambour, de façon à faire tourner celui-ci.
Si l'on emploie un tambour à paroi non perforée, on le fait tourner au moyen
<Desc/Clms Page number 4>
d'un moteur d'entraînement.
L'équipement selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus se caractérise par le fait qu'il est constitué par un tambour monté rotatif et rempli d'éléments de garnissage qui en tout ou partie sont des éléments creux à godets.
Pour accroître encore le rendement et pour allonger la longueur du chemin parcouru -,. le liquide, on peut fixer sur la face interne et/ou la face externe de la paroi latérale du tambour des surfaces-guides assurant la progression du li- quide, par exemple des tales de guidage de forme hélicoldale ou de vis sans fin ou encore du type à aubes ou palettes.
Dans une forme de réalisation préférée de l'équipement, lesdits éléments creux conçus en forme de doubles godets, sont ouverts à leurs deux extrémités et présentent intérieurement, à égale distance ou non de leurs extrémités, une cloison transverse.
On peut dans ce cas mélanger lesdits éléments creux à godets, de préférence cylindriques, à des éléments de garnis- sage d'une autre sorte, à l'intérieur du tambour, Ces éléments de garnissage d'une autre sorte peuvent être constitués par des éléments creux de même forme et de même mensions que lesdits éléments creux à. godets, mais ne présentant pas de cloison transverse.
Il y a lieu de préciser que lesdits éléments de l'une ou l'autre sorte remplissent complètement le volume Intérieur du tambour et sont tenus par compression mutuelle dans le tambour, de façon à être immobilités par rapport à celui-ci quant il tourne. A cet effet l'une des parois frontales du tambour peut être conçue déplaçable en direction longitudinale de celui-ci et servir d'élément pressant pour réaliser la compression mutuelle desdits éléments de garnissage du
<Desc/Clms Page number 5>
tambour.
Dans un équipement selon l'invention, les éléments de garnissage à godets, élevés lors de la rotation du tambour au-dessus de la masse liquide, emportent alors avec eux du liquide ou un mélange de liquide et d'air dans le volume in- térieur du tambour qui est au-dessus de la masse liquide, à condition seulement d'avoir à la sortie de l'eau leur cloison intermédiaire horizontale ou suffisamment peu inclinée sur l'horizontale. Ce n'est qu'après une certaine fraction de tour du tambe déterminée par leur position initiale qu'ils se vident. Par exemple pour des éléments à godets dont la clen transverse est à peu près horizontale à leur sortie de l'eau.. ce n'est qu'après un quart de tour du tambour qu'ils se vident complètement.
De cette façon des éléments à godets se vident à toutes les hauteurs jusqu'à la plus élevée que chacun peut atteindre dans le tambour, l'eau ainsi déversée étant en partie reprise par des éléments à godets se trouvant à des niveaux plus bas, puis encore une fois dé- placée dans l'espace d'aération du tambour pour être ensuite déversée et ainsi de suite. On réalise ainsi un ruissellement extraordinairement poussé de l'eau qui, par rapport à celui donné par des éléments de remplissage autres qu'à godets, par simple adhérence des gouttelettes d'eau à leurs parois, est augmenté sensiblement dans la mesure du déversement sup-
EMI5.1
plémenta,1i.-e <2<î& l'ac- ion mécanique de pul.s a t5 et do vidage des godets.
Pour simplifier le montage du tambour l'invention proposa qu'y compris les éléments de garnissage et défalcation ite de la force ascensionnelle due à l'air enfermé dans des godets immergés, le poids du tambour lui permette d'être monté rotatif et flottant ou presque.
Le tambour de l'invention peut enfin servir simplement d'aérateur-producteur de boues dans une installation d'épu-
<Desc/Clms Page number 6>
ration d'eau par boues activées. Dans ce dernier cas, on .crée un retour permanent d'un mélange d'eau résiduaire et de boue activée, qui est ajouté à l'eau arrivante pour épu- ration subséquente. Le mélange de boue activée et d'eau rési- duaire à épurer est aéré à l'intérieur du tambour de l'inven- tion, où se forme de la boue qui est maintenue en mouvement.
Après être sorti du tambour d'aération ce mélange d'eau épurée et de boue est transféré dans un bassin de contact où pour sa majeure partie le mélange séjourne un temps déterminé en étant maintenu en suspension, est de nouveau aéré lors d'une autre traversée du tambour de l'invention avant d'être ramené au bassin de contact et ainsi de suite. Il y a alors intérêt à ce que le bassin de contact soit de structure combinée lui permettant de jouer le rôle de bassin de post-clarification et de contact.
Il peut être enfin avantageux de connecter ensemble plusieurs des tambours d'aération de l'invention en série ou en parallèle.
L'invention va maintenant être décrite avec de' plus amples détails au moyen de formes d'exécution prises à titro d'exemple et à l'aide des dessins annexés.
La Fige 1 est une vue eu coupe longitudinale axiale d'un tambour;
La Fig. 2 est une coupe selon la ligne A-B de la lige 1;
La Fige 3 est un ensemble de vues en coupe longitudinale, par le dessus et de c6té d'un élément cylindrique en lui- même connu, pouvant contribuer au garnissage du tambour;
La Fig. 4 est un ensemble analogue de vues en coupe longitudinale axiale, par le dessus et de c8té d'un élément creux cylindrique à godets, selon l'invention;
La Fig. 5 est une vue schématique en coupe longitudi- nale axiale d'un tambour monté flottant suivi en aval d'un
<Desc/Clms Page number 7>
bassin de post-clarification et contact, et
La Fig. 6 est une coupe d'un autre type de tambour monté flottant.
L'équipement représenté schématiquement à titre d'exemple sur les Fig. 1 et 2 peut servir aussi bien à l'épuration de l'eau résiduaire, ou à l'aération de l'eau, qu'au refroidis- sement et au dégazage de l'eau et d'autres liquides. Le tam- bour d'aération 1 peut être de structure et de disposition quelconques. Dans la forme d'exécution représentée, des surfaces-guides 2 s'appuyant sur une courbe en forme d'hélice ou de vis sans fin et dirigées vers l'axe longitudinal du tambour sont rigidement rapportées sur la paroi latérale du tambour et ce tambour est disposé incliné dans la direction de circulation de l'eau à traiter de façon à être légèrement surélevé du c8té de la sortie de l'eau.
Les extrémités fronta- les du tambour sont constituées par des parois munies d'ou- vertures permettant le passage de l'air, par exemple par des fonds à tamis. L'arrivée d'eau se fait en 6 et sa sortie en 7.
Le tambour d'aération 1 est monté rotatif au moyen de rouleaux 3 et 4 et, en cours de fonctionnement de l'équipement, est entraîné en rotation de façon quelconque, dans l'exemple re- présenté, au moyen d'un moteur 15. Mais le tambour pourrait aussi bien être disposé selon une autre inclinaison ou être horizontal comme dans le cas de la Fig. 5. Il pourrait éga- lement présenter une autre structure, en particulier ne pas être muni des surfaces-guides 2.
Comme le montrent les Fig. 1 et 2, l'eau à traiter ne monte dans le tambour 1 qu'à une faible hauteur. Mais le tambour est d'autre part rempli complètement dans l'exemple représenté, d'éléments de garnissage disposée de façon à être immobilisés du fait de leur compression mutuelle et donc à ne pas se déplacer par rapport au tambour lors de la rotation
<Desc/Clms Page number 8>
de celui-ci. Ces éléments de garnissage sont constitués par des éléments creux cylindriques 13, représentés se la Fig. 4, munis sensiblement à mi-hauteur d'une cloison transverse 8 de façon à former des godets qui se remplissent quand ils sont amenés par la rotation du tambour 1 à plonger dans l'eau puis à en ressortir leur godet supérieur rempli.
Du fait de la cloison transverse 8 disposée sensiblement à mi-hauteur du corps creux de chaque élément, solui-ci est divisé en deux godets 9 et 10. Le garnissage du tambour peut être constitué en totalité par les godets 13, qui ont été empilés en vrac dans le tambour, mais qui sont immobilisés dans lurs posi- tions relatives et par rapport au tambour par suite de leur compression mutuelle. A cet effet on peut par exemple prévoir l'une des parois frontales du tambour (de façon non repré- sentée) déplaçable en direction longitudinale du tambour agencée en élément pressant, son serrage, par exemple au moyen de boulons, provoquant la compression d'ensemble des éléments de garnissage.
Mais lesuits éléments 13 à double godet peuvent aussi être empilés dans le tambour en mélange avec des éléments 14 d'une autre sorte dans les proportions venues tous les éléments restant immobilisés. Ces autres éle is 14 ont de préférence aussi un corps creux cylindrique mais sans cloison
EMI8.1
intermédiaire. Des éléments de cette rte sont en eux-ménea connus' et peuvent être constitués par des anneaux dits
Raschig Pour bien faire les éléments 14 ont les mêmes dimen- sions que les éléments 13.
Pour décrire le processus de ruissellement engendré par ' les divers éléments cylindriques à godets 13, on a représenté sur la Fig. 2 dans chaque quadrant d'une section droite du tambour deux de ces éléments à godets 13 à titre d'éléments représentatifs des éléments à godets analogues qui occupent
1
<Desc/Clms Page number 9>
dans chaque quadrant la même position par rapport au tambour.
Si l'on considère sur la Fig. 2, 1'élément qui, à gauche, est plongé dans l'eau 5 en position 11, on voit que son godet , supérieur est rempli d'eau et reste rempli en sortant de l'eau entraîné par la rotation du tambour. Après une rotation d'un quart de tour du tambour dans le sens des aiguillée d'une montre, indiqué par la flèche 16, il à tourné du même angle que le tambour soit de 90 , en prenant la position 11'.
Après un autre quart de tour il prend la position 11" et après un auto quart de tour du tambour,la position 11"".
Au court ,le premier quart de tour du tambour, donc sur le trag de 11 à 11' , l'eau emportée par le godet 9 de l'élément considéri dans l'espace d'aération du tambour se déverse du fait du changement d'orientation de l'élément. A la suite d'un autre quart de tour de 11' à 11" le godet 10 de l'élément qui se trouvait initialement en dessous se trouve maintenant en dessus et est alors rempli par de l'eau de ruissellement déversée par d'autres éléments 13 Lors du quart de tour suivant ce second godet de l'élément se vide à son tour, après quoi cet élément accomplissant le dernier quart de son tour complétée retrouve, le godet 9 en dessus, plongé dans l'eau et se remplissant à nouveau.
Un second élément à godets 13 du module de la Fig. 4 se trouve par exemple en 12 plongé dans l'eau, sa cloison inter- médiaire 8 étant alo-s verticale. Un tel élément se remplit partiellement durant le premier quart de tour de rotation, pour se vider au cours du quart de tour suivant. Mais la rotation se poursuivant, il est de nouveau rempli d'en,, e ' ruissellement provenant d'autres éléments, pour finelement se vider durant le dernier quart de son tour complet.
Comme les éléments à godets 13, considérés isolément, ou dans leur en- semble avec les autres éléments semblables, sont entassés
<Desc/Clms Page number 10>
en vrac sans orientation privilégiée, il existe constamment à courte distance et au-dessous d'un quelconque élément 13 d'autres éléments 13 se trouvant respectivement dans les po- sitions 11 et 12, qui successivement reçoivent de l'eau de ruissellement et la déversent mais non d'un seul coup à travers la masse de garnissage du tambour jusqu'à la masse d'eau se trouvant au fond de celui-ci. On arrive de cette façon à réaliser un ruissellement permanent dans l'espace d'air du tambour par de l'eau alternativement élevée et dé- versée, sans avoir besoin pour cela d'une grande dépense d'énergie,
car les éléments à godets remplis d'un côté et de l'autre de l'axe de rotation se font sensiblement équilibre.
Una faible partie de l'eau seulement est à élever par un ap- port d'énergie extérieure, eau qui est à déverser sur das éléments à godets d'un niveau inférieur.
La Fig. 5 représente le tambour 1 monté de façon diffé- rente de celle de la Fig. 1. Ici le tambour y compris ses éléments de garnissage mais défalcation faite de la force ascensionnelle due à l'air enfermé dans des godets immergés est d'un poids lui permettant de flotter dans la masse d'eau 17 du bassin 18. L'arrivée d'eau se fait par la conduite 19 et sa sortie par la conduite 20. Pour que le tambour 1 tourne, la conduite 19 est disposée de façon que l'eau résiduaire déjà épurée mécaniquement arrive dans le quadrant supérieur de droite d'une section droite du tambour - à peu près au point désigné par 21 sur la Fig. 2 - sur la paroi latérale, perforée pour le passage de l'eau, du tambour et pénètre ainsi dans celui-ci.
Comme le montre encore la Fig. 5, l'eau sortant du tambour 1 est amenée par la conduite 20 à un bassin 21 de post-clarification par contact. La majeure partie du mélange eau-boue est ramenée-au tambour 1 à partir du point bas du
<Desc/Clms Page number 11>
bassin 21 par la conduite 22 et une partie seulement de l'eau épurée biologiquement, se trouvant dans la partie haute dudit bassin, clarifiée et purifiée, est transférée par la conduite 23 à un effluent. Le tambour représenté sur la Fig. 5 est, de la même façon que celui décrit en relation avec les Fig.
1 à 4, rempli d'éléments de garnissage du type 13 et s'il y a lieu du type 14.
La Fig. 6 représente en section droite une solution où le tambour 1 est monté flottant dans une auge d'aération 18.
Le tambour tournant 1 a sa paroi latérale perforée et est muni, sur la face extérieure de celle-ci d'une surface-guide 12 de forme hélicoïdale et constituée par du caoutchouc ou un autre matériau analogue. Cette surface-guide frotte sur la sole de l'auge 18 et transporte ainsi l'eau depuis son point d'arri- vée dans l'auge en direction longitudinale de celle-ci jusqu'au point de sortie de l'eau, à l'autre extrémité de l'auge. Durant le passage de l'eau résiduaire qui progresse plus ou moins vite selon le pas donné à l'hélice d'appui de la surface-guide, l'eau se trouve plusieurs fois soulevée au- dessus du niveau de la passe 17, aérée et ramenée à cette masse.
L'amenée de l'eau à aérer se fait d'un coté de l'auge en direction longitudinale de celle-ci et l'évacuation de l'eau de l'autre c8té de l'auge, également en direction longitudinale de celle-ci.
Les formes d'exécution décrites ne représentent que quelques exemples auxquels on peut apporter des modifications de toutes sortes. C'est ainsi par exemple que le tambour d'aé- ration peut présenter du c8té de l'arrivée et de la sortie de l'eau des dispositifs de réception et de déversement qui permettent de réaliser par exemple l'admission de l'eau, et le cas échéant en lame mince, directement dans le tambour
<Desc/Clms Page number 12>
d'aération. Le mélange eau-boue repris sur -le bassin 21 de poste clarification et de contact doit être ramené à 1 -,--adulte d'arrivée 19 pour être mélangé avec l'eau résiduaire venant de l'épuration mécanique.
Du cote de la sortie de l'eau du tambour d'aération on peut prévoir un dispositif d'évacuation qui permet de recevoir une partie du mélange eau-boue dans un entonnoir, qui fait suite'à,la conduite 20 débouchant dans le bassin de post-clarification car contact, et de transférer une autre partie de moindre importance comme excèdent de boue à la préépuration mécanique. On peut de cette façon rendre inutile l'auge d'aération 18 et le tambour d'aération 1 peut avoir sa surface extérieure entièrement sèche sans qu'un soubassement particulier soit nécessaire et en réduisant la gène causée par les odeurs.
Il est encore possible de faire partir de l'extrémité de sortie du tambour à l'intérieur ou à l'extérieur de celui- ci des canalisations revenant à l'extrémité d'entrée du tam- bour, de façon qu'une fraction déterminée de l'eau déjà agitée dans le tamboer sont ramenée à 1entrée de celui-ci.
L'emploi des éléments de garnissage à godets selon l'invention permet de faire en sorte que lamasse de garnis- sage du tambour s'arrose elle-même dans ure taine meaure automatiquement ou moyennant seulement un faible apport d'énergie extérieure en réalisant u.-- division poussée de ruissellement, de sorte que les équipements selon l'invention même dans le cas où le tambour d'aération est construit de longueur relativement faible, sont d'un très bon rendement et donnent de bons résultats pour réaliser l'aération, la désaération, le refroidissement et l'épuration biologique de l'eau.