CH365055A - Procédé pour mettre en contact un gaz avec un liquide et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

  Procédé pour     mettre    en contact un     gaz    avec un     liquide     et appareil .pour la     mise    en     aeuvre    de ce procédé    La présente invention a pour objet un procédé  pour mettre en contact un gaz avec un liquide se  trouvant dans une enceinte, et un     appareil    pour la  mise en     aeuvre    de ce procédé.  



  Cette invention est applicable au traitement des  eaux d'égout par le procédé à boue activée, aux pro  cédés de flottation des     minerais,    au traitement des  déchets industriels, à divers procédés de fermenta  tion, par exemple dans la fabrication de la levure et  de la pénicilline, et à des procédés chimiques tels que  l'hydrogénation ou l'oxygénation.  



  L'absorption des gaz dans les liquides dépend de  la surface de contact. Plus la dimension des bulles  est faible, plus grande est la surface par unité de  volume et meilleure est l'absorption des gaz. Par  exemple, le traitement des eaux d'égout en boue ac  tivée nécessite l'emploi de grandes quantités d'air.  Pour une opération rationnelle, cet air doit être ré  parti dans l'eau d'égout sous forme de petites bulles  de gaz, de préférence de grandeur non supérieure à  environ 5 mm de diamètre.  



  Jusqu'ici, on a habituellement disposé des pla  ques ou tubes de matière poreuse ou     cellulaire    au  fond ou près du fond des bacs dans lesquels on en  voie le gaz. Bien que de nombreux types de maté  riaux aient été utilisés dans la fabrication des diffu  seurs, peu de ces matériaux se sont montrés     utilisa-          bles    pratiquement à l'échelle industrielle. Pour s'ef  forcer d'améliorer l'efficacité de l'absorption du gaz,  on a développé des diffuseurs aptes à réduire la di  mension des bulles diffusées dans le liquide, tels que  des tubes en matière plastique     perforée,    des tubes de  caoutchouc perforés au moyen d'aiguilles, des tubes  de céramique, des tubes de métal perforé avec ou  sans enroulement de corde ou cordon, etc.

      Une     difficulté    de la dispersion du gaz réside     dans     le colmatage des pores des diffuseurs à petites bulles.  Les particules     solides    sont entraînées dans les pores  et sont encastrés dans ceux-ci trop étroitement pour  pouvoir être chassés par des opérations de soufflage  ou de lavage normales au moyen du     courant    gazeux  ou par le retour de la liqueur lorsque l'arrivée d'air  est interrompue. En outre, des composés du fer et  du calcium tendent à se déposer en couches externes  sur les diffuseurs et à entraver la dispersion du gaz.  



  En raison des     difficultés    opératoires apparues  dans les tentatives d'introduire des bulles de gaz  relativement petites dans le milieu     liquide,    on a dû  parfois se résoudre à     diffuser    des bulles     grandes    ou  grossières, en dépit de l'efficacité médiocre atteinte.  



  Lorsque de grandes bulles sont introduites dans  un liquide, par exemple dans le fond d'un bac d'aéra  tion classique, les bulles montent. Dans leur mou  vement ascendant, les bulles grandes sont partielle  ment scindées en bulles plus petites. Bien que les  petites bulles puissent subir une certaine désintégra  tion, une grande proportion de celles-ci reste intacte.

    Le gaz injecté au moyen d'un     diffuseur    grossier ou  à     grandes    bulles forme dans l'eau, ou dans les liqui  des de densité voisine de celle de l'eau, des bulles de  grosseur atteignant 30 mm de diamètre ou     davantage.     Une     diminution    appréciable de la grosseur des bulles  de gaz qui sont     formées    dans le fond de     réservoir     ouvert se produit durant les premiers 1,5 à 3 m de  trajet dans le     liquide.    Au moment où les bulles s'ap  prochent de la surface     libre    du     liquide    des bacs ou  verts,

   les     bulles    ascendantes produites par la désin  tégration des bulles plus grandes n'ont en général  pas une dimension réduite à une grosseur compara  ble à celle des bulles dispersées dans le liquide au  moyen des     diffuseurs    à bulles fines.      La présente invention vise à remédier à ces in  convénients ou à les     diminuer    en produisant des  bulles fines par des moyens qui sont moins sujets  aux difficultés mentionnées ci-dessus que les dispo  sitifs     formeurs    de bulles fines antérieurs.  



  Dans une étude effectuée en relation avec l'in  vention, en utilisant une     colonne    comportant un dif  fuseur à grandes bulles au voisinage de son fond, on  a constaté que lorsque de l'air est libéré au fond  d'un     tube    étroit et à fond fermé, l'écoulement à con  tre-courant de la colonne d'air et d'eau ascendante  et de l'eau s'écoulant vers le bas pour remplacer l'eau       entrainée    vers le haut     dans    le mélange eau-air, pro  duit des conditions qui ont pour effet de diviser les  grandes bulles de gaz en bulles plus petites, ce dont  il résulte une dispersion finale comparable à celle       réalisée    au moyen des diffuseurs à bulles fines dans  les bacs     ouverts,

      et ayant une grosseur non supé  rieure à 5 mm de diamètre.  



  Sans vouloir se     limiter    par une théorie particu  lière, on admet que la désintégration des bulles est  due à un cisaillement hydraulique dû à la turbulence  produite par les courants se déplaçant en sens in  verse. Cette interaction de courants, qui effectue un  cisaillement hydraulique des bulles de gaz; permet       l'introduction    de bulles de gaz de dimensions très  diverses dans le fond de la colonne.  



  Le procédé selon l'invention est caractérisé en  ce que l'on introduit ledit gaz dans un dispositif  de dispersion de gaz comprenant une chambre conte  nant du même liquide, de section transversale hori  zontale plus petite que celle de l'enceinte et commu  niquant par une ouverture de son sommet avec le       liquide    en dessous de la surface de celui-ci,

   de ma  nière à produire une colonne ascendante de liquide  et de bulles de gaz s'élevant à travers l'ouverture de  la chambre et     entrant    dans le liquide de l'enceinte  et de manière que le liquide pénétrant dans la cham  bre pour remplacer celui qui est     transporté    par la  colonne ascendante de gaz et de     liquide    entre dans  la chambre par ladite ouverture et circule à contre  courant avec ladite colonne, de sorte que les bulles  de gaz sont soumises à une action de cisaillement  hydraulique.  



  L'appareil que comprend également l'invention  est caractérisé par une enceinte pour le     liquide,    un  dispositif de dispersion de gaz comprenant une cham  bre de section transversale horizontale plus petite  que celle de l'enceinte, fermée au fond et commu  niquant par une ouverture de son sommet avec l'en  ceinte, à un niveau inférieur au niveau normal de  liquide, et des moyens d'injection de gaz adjacents  au fond de la chambre.  



  Les moyens d'injections peuvent consister en  tuyaux ouverts, tubes en céramique, ajutages d'in  jection de gaz ou tubes perforés, avec ou sans en  roulement de cordon.  



  Quelques formes d'un appareil de dispersion de  gaz convenant à la     mise    en     oeuvre    de ce procédé sont    également décrites et revendiquées dans le brevet  No 365056.  



  Le procédé selon l'invention peut notamment  être appliqué au traitement par l'air des eaux d'égout,  auxquelles de la boue activée peut être mélangée, au  traitement anaérobie des eaux d'égout ou de la boue  d'égout par du gaz contenant du méthane.  



  Le dessin représente, à titre d'exemple, trois for  mes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de la pré  sente invention.  



  La     fig.    1 est une coupe verticale de la première  forme d'exécution.  



  La     fig.    2 est une coupe verticale partielle sui  vant la ligne 2-2 de la     fig.    1.  



  La     fig.    3 est une coupe verticale de la deuxième  forme d'exécution, convenant particulièrement au  traitement des eaux d'égout.  



  La     fig.    4 est une coupe partielle suivant la     ligne     4-4 de la     fig.    3.  



  La     fig.    5 est une coupe verticale partielle de la  troisième forme d'exécution.  



  La     forme    d'exécution représentée aux     fig.    1 et 2,  comprend une enceinte formée par un grand bac 10  semblable à ceux qui sont utilisés pour le traitement  des déchets dans la production de boue activée. Le  bac 10 peut être en métal, en béton, etc. Un dispo  sitif de dispersion de gaz est monté dans le bac 10  au voisinage de l'un de ses côtés. Ce dispositif com  prend une chambre tubulaire métallique 11 de sec  tion carrée. La chambre 11 est fixée aux parois du  bac au moyen d'ancres 12 et 13. La chambre 11 est  fermée à sa base par une paroi 14 pourvue d'une ou  de plusieurs ouvertures de vidange 15 munies de bou  chons filetés 16. Un organe 17 d'introduction du gaz  est monté à l'intérieur de la chambre 11.  



  La hauteur de la chambre tubulaire 11 qui suffit  pour enfermer initialement le courant ascendant de  mélange gaz-liquide dépend entre autres conditions  de la section transversale de la chambre, de la den  sité et de la viscosité du liquide, et éventuellement  de la concentration de la matière en suspension. La  section transversale doit être au moins suffisante  pour permettre un écoulement à contre-courant du  liquide et du mélange liquide-gaz, mais pas grande  au point de permettre une circulation     dépourvue    de  l'action de cisaillement hydraulique nécessaire. Il  convient que la hauteur de la chambre tubulaire à  partir de l'orifice de l'organe 17 assure un temps de  séjour suffisant pour permettre la désintégration des  bulles par action de cisaillement hydraulique.

   Par  exemple, on a constaté qu'avec une colonne à section  carrée de 15 à 23 cm de côté, des hauteurs de 30 à  60 cm sont préférables. Dans le cas de l'aération  d'eau dans une colonne de section carrée de 18 cm  de côté et de 45 cm de hauteur, et dont la sortie est  submergée sous une hauteur d'environ 3 m d'eau,  plus de 95 % du gaz sortant d'un tuyau     ouvert    au  fond de la colonne se disperse sous forme de bulles  de moins de 5 mm de diamètre avant que le gaz     sorte     du liquide.      Le gaz est fourni à     l'organe    17 par un tuyau 18  qui est raccordé à une     alimentation    en gaz sous pres  sion.

   Le tuyau 18 présente un coude raccordant deux  sections de tuyau, la section supérieure étant rac  cordée avec pivotement dans un plan vertical à une  source d'air et la section inférieure étant pivotée     dans     un plan vertical au moyen du coude. La section in  férieure du tuyau supporte la paroi inférieure 14 de  la chambre 11 au moyen d'entretoises et se     termine     par l'organe d'injection placé dans la chambre 11.  Une fois reliée à des moyens     d'actionnement    des sec  tions de tuyau, cette combinaison permet de déplier  les sections pour la mise en place du dispositif de  dispersion de gaz dans le bac 10, et de les replier  pour retirer le dispositif de dispersion de gaz de sa  position submergée.

   Du gaz est fourni à l'organe  d'injection de gaz sous une pression surmontant la  pression hydrostatique, de préférence de 0,21 à  1,41     kg/cm2.     



  La forme d'exécution représentée aux     fig.    3 et 4  convient particulièrement pour l'emploi dans les ins  tallations de destruction des déchets où des quantités  notables de matières solides sont présentes dans la  matière à traiter. Cet appareil comprend une enceinte  sous forme d'un bac 25 de construction générale ha  bituelle, mais présentant deux canaux 28 dans son  fond 26, les sommets des canaux constituant des  ouvertures 27 dans le fond du bac.  



  Chacun des canaux 28, constituant une chambre  d'un dispositif de dispersion de gaz, est pourvu de  plusieurs têtes d'injection de gaz 29 alimentées en  hydrocarbure gazeux ou en air à partir d'une source  non représentée, par l'intermédiaire de tuyaux de rac  cordement 30. Un conduit 31 est disposé au fond  de chaque canal 28 pour en vidanger le liquide.    La forme d'exécution représentée à la     fig.    5 con  vient particulièrement aux bacs de grandes dimen  sions. Cet appareil consiste en une enceinte sous  forme d'un bac 40 pourvu d'une cloison longitudi  nale 41 s'étendant le long d'un côté et espacée de  celui-ci d'une distance d'environ 15 cm à 30 cm. La  chambre comprise entre la cloison 41 et la paroi du  bac est munie de tuyaux de vidange 42 qui sont fer  més par des bouchons 43 lorsque le bac est en ser  vice.

   Des têtes d'injection de gaz sont montées dans  cette chambre. Ces têtes sont alimentées en gaz à  partir d'une source non représentée par l'intermé  diaire d'un tuyau 44. Chacune des têtes d'injection  de gaz peut être placée dans des segments de la  chambre     délimités    par des parois transversales entre  la cloison 41 et la paroi du bac.  



  Les appareils décrits ci-dessus peuvent être uti  lisés pour le traitement des eaux d'égout. Lorsqu'elles  atteignent une installation de traitement, les eaux  d'égout brutes contiennent de la matière flottante et  suspendue. Dans une installation moderne de traite  ment des eaux d'égout, ces dernières peuvent traver-         ser    une chambre à gravier et un broyeur, puis un  bac de dépôt primaire.  



  Les eaux d'égout brutes peuvent alors être sou  mises à un traitement d'aération dans l'appareil re  présenté aux     fig.    1 et 2, en lieu et place d'un appa  reil habituel. Les eaux d'égout brutes sont mélangées  avec de la boue activée et conduites dans le bac d'aé  ration. La teneur en matières solides du mélange  varie fortement mais est généralement maintenue  entre 600 et 4000 parties par million. L'air peut être  fourni par des compresseurs volumétriques ou centri  fuges.  



  L'air est introduit près du fond de chacun des  nombreux- dispositifs de dispersion d'air alignés le  long d'un côté du bac, en nombre permettant géné  ralement d'introduire entre 70 et 770     t/min    par  30 cm de longueur du bac. Le     sommet    des disposi  tifs de dispersion de gaz est placé par exemple à une  distance de 3,05 à 4,58 m en dessous de la surface  du liquide dans un bac     rempli    sur une profondeur  de 4,58 m. Un tuyau ouvert ou tout autre type d'in  jecteur à     bulles    grossières introduit le gaz dans la  chambre de dispersion de gaz sous forme de bulles  d'un diamètre variant de 5 à 30 mm de diamètre en  viron.

   Dans le traitement d'un     effluent    primaire, ce  mélange est retenu dans le bac d'aération pendant le  temps usuel dans la pratique, qui dépend de la con  centration des eaux d'égout.    Le procédé et l'appareil décrits ci-dessus sont  également applicables à des traitements tels que la  digestion anaérobie ou la digestion accélérée des  boues. Dans ces procédés, on utilise des gaz compri  més, y compris les gaz produits au cours du proces  sus de digestion, pour favoriser la croissance des or  ganismes qui décomposent les boues, et également  pour provoquer un mouvement dans la     matière    en  cours de digestion.

      La digestion anaérobie des boues peut être appli  quée aux eaux d'égout brutes, aux boues     primaires     ou aux mélanges de boues primaires et de boues ac  tivées produits par aération d'eaux d'égout. Dans ces  digestions anaérobies, un gaz, par exemple un gaz  contenant du méthane, est introduit au moyen d'un  dispositif de dispersion de gaz placé de préférence  au voisinage du fond et du centre du bac de traite  ment des boues.    Que ce soit dans le traitement     anaérobie    ou dans  le traitement aérobie des eaux d'égout, les boues ac  tivées recyclées ou les boues     d7ensemencement    recy  clées peuvent être introduites dans le dispositif de  dispersion de gaz.  



  L'appareil décrit peut également être     utilisé    dans  le domaine du traitement des eaux d'égout et des  déchets,     supplémentairement    aux procédés par boues  activées,     par    exemple dans les bassins d'oxydation,  l'aération en courant, les chambres à gravier aérées,  les digesteurs, les bacs de     préaération,    les bacs de       réaération,    etc.

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé pour mettre en contact un gaz avec un liquide se trouvant dans une enceinte, caractérisé en ce que l'on introduit ledit gaz dans un dispositif de dispersion de gaz comprenant une chambre contenant du même liquide, de section transversale horizontale plus petite que celle de l'enceinte et communiquant par une ouverture de son sommet avec le liquide en dessous de la surface de celui-ci,

   de manière à pro duire une colonne ascendante de liquide et de bulles de gaz s'élevant à travers l'ouverture de la chambre et entrant dans le liquide de l'enceinte, et de manière que le liquide pénétrant dans la chambre pour rem placer celui qui est transporté par la colonne ascen dante de gaz et de liquide entre dans la chambre par ladite ouverture et circule à contre-courant avec ladite colonne, de sorte que les bulles de gaz sont soumises à une action de cisaillement hydraulique. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on injecte le gaz dans la chambre sous forme de bulles dont plus de la moitié ont un dia mètre compris entre 5 et 30 mm, et en ce que l'on dimensionne la chambre de manière que le gaz dans la colonne ascendante au point d'entrée dans l'en ceinte soit sous forme de bulles dont plus de la moi tié ont un diamètre inférieur à 5 mm. 2. Procédé selon la revendication I, dans lequel le liquide est de l'eau d'égout et le gaz est de l'air, caractérisé en ce que l'on mélange de la boue aqueuse avec l'eau d'égout. 3.

   Procédé selon la revendication I, dans lequel le liquide est de l'eau d'égout et le gaz contient du méthane, caractérisé en ce que l'on introduit dans la chambre de la boue provenant d'une digestion anaé robie. 4. Procédé selon la revendication I, dans lequel le liquide est un mélange contenant de la boue d'égout et le gaz contient du méthane, caractérisé en ce que l'on mélange de la boue provenant d'une digestion anaérobie d'eau d'égout avec la boue d'égout. 5. Procédé selon la sous-revendication 4, carac térisé en ce que le gaz contenant du méthane est un gaz recyclé.

   REVENDICATION II Appareil pour la mise en oeuvre du procédé se lon la revendication I, caractérisé par une enceinte pour le liquide, un dispositif de dispersion de gaz comprenant une chambre de section transversale horizontale plus petite que celle de l'enceinte, fermée au fond et communiquant par une ouverture de son sommet avec l'enceinte, à un niveau inférieur au ni veau normal du liquide, et des moyens d'injection de gaz adjacents au fond de la chambre. SOUS-REVENDICATIONS 6. Appareil selon la revendication II, caractérisé en ce que la chambre est en forme d'un tube dont l'axe longitudinal est vertical. 7. Appareil selon la revendication II, caractérisé en ce que la chambre est en forme de canal et com prend des moyens d'injection de gaz espacés dans le canal. 8.

   Appareil selon la sous-revendication 7, carac térisé en ce que le canal s'ouvre dans le fond de l'enceinte. 9. Appareil selon la sous-revendication 7, carac térisé en ce que le canal est formé entre une paroi latérale de l'enceinte et un mur parallèle à ladite paroi et voisin de celle-ci. 10. Appareil selon la revendication II, destiné au traitement des eaux d'égout, caractérisé par un con duit pour le recyclage des matières solides, débou chant dans la chambre.