CH396786A - Procédé pour le traitement d'un milieu liquide par un mélange gazeux et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

  Procédé pour le traitement d'un milieu liquide par un mélange gazeux  et appareil pour la mise en     #uvre    de ce procédé         Uinvention    se rapporte<B>à</B> un procédé pour le trai  tement d'un milieu liquide par un mélange gazeux  contenant un composant séparable de celui-ci pendant  le passage du gaz<B>à</B> travers le     mi-lieu    liquide après in  troduction de gaz<B>à</B> travers des rangées d'éléments dif  fuseurs placés dans le liquide, et concerne en particu  lier, bien que non exclusivement, le traitement des  eaux d'égout ou résiduelles -et de déchets industriels.  



  Dans ce qui va suivre, on considérera le cas de  l'application du procédé ci-dessus au traitement d'eaux  résiduelles avec<B>de</B> l'air.  



  L'air peut être considéré comme un mélange  gazeux dont un composant est séparable. On com  prendra que<B>le</B> terme<B>e</B> composant séparable<B> </B> tel       qu'uti,lisé    ici -signifie que le composant peut être     6li-          miné    du gaz pendant son passage<B>à</B> travers le milieu  aqueux soit par absorption, par adsorption, soit par  réaction chimique.  



  Le taux élevé d'absorption     d'oxygùne    réalisé par  le procédé d'aération selon l'invention rend ce pro  <B>cédé</B> attrayant dans     Putilisation    de l'aération et de la  purification de l'eau pour le traitement d'eaux rési  duelles par exemple, par le procédé<B>de</B> boue activée,  par le procédé d'aération par degré, par des procédés  d'aération<B>à</B> vitesse élevée,     etc.,    dans des lagunes, des  courants     d7écoulcment    et analogues, de même que  dans la     flottation    de minerais, dans des procédés de  fermentation et analogues.

   Le<B>Procédé</B> Peut être uti  lisé pour améliorer la capacité d'aération des installa  tions existantes ou pour atteindre une capacité élevée  dans de nouvelles installations avec un petit capital  d'investissement.  



  <B>De</B> l'air diffusé est utilisé, par exemple, dans le  traitement d'eaux résiduelles pour fournir<B>de</B> l'oxy  gène en quantité satisfaisant la demande d'oxygène  biochimique     (D.O.B.)    -et pour mélanger complète-    ment et faire circuler les contenus<B>de</B> récipients ou  réservoirs.  



       Dan,s    un cas pratique d'aération d'eaux résiduelles,  on a donné la préférence<B>à</B> un dispositif d'aération<B>à</B>  air diffusé où une rangée de diffuseurs est disposée  le long d'un côté d'un réservoir de traitement des  eaux usées pour créer un écoulement en spirale dans  le réservoir d'aération. Des réservoirs<B>à</B> écoulement  en spirale utilisés dans le procédé     -standiard   <B>à</B> boue  activée, fonctionnent d'une façon générale avec un  débit     dai-r    de<B>85 à</B> 340     I/mn    par diffuseur.  



  Des variantes du procédé<B>à</B> boue     activéetelles    que  l'aération par degré, ont fonctionné<B>à</B> un débit 465<B>à</B>  <B>1395</B>     I/mn/m   <B>de</B> longueur de     réservoiT    et des procédés  d'aération<B>de</B> courte période<B>à</B>     D.O.B.    élevé compor  tant des taux de chargement<B>de</B>     D.O.B.    élevés, ont  fonctionné avec des débits d'air<B>de 1395 à</B> 4650 litres/       minute/mê,tre   <B>de</B> longueur de -réservoir.  



  Dans tous ces procédés, où     appaTait    un écoule  ment en spirale, la capacité d'oxygénation n'est pas  augmentée car de plus grandes quantités d'air ne peu  vent pas être introduites en raison des limitations des  installations d'aération disponibles pour l'introduction       d'ai.r.    Lorsque des quantités plus grandes     d7uir    que  celles dont il a été question précédemment, sont dési  rées, les industries pour le traitement de l'eau en     gé-          né,

  ral    et des eaux usées ont eu recours<B>à</B> des dispositifs  grâce auxquels de l'air est introduit dans le liquide<B>à</B>  travers des buses relativement grandes et des forces  <B>de</B> cisaillement sont créées par des hélices actionnées  mécaniquement.  



       On    a maintenant découvert qu'on peut introduire  de l'air dans les milieux aqueux en quantités que l'on  estimait impossibles jusqu'ici dans des dispositifs<B>à</B>  diffusion, pour réaliser une oxygénation<B>à</B> un rende  ment élevé d'absorption d'oxygène     tel    qu'il ne pouvait      être atteint jusqu'ici qu'à des vitesses d'entrée d'air  faibles     économ*quem-en-t    irréalisables.

   Une autre<B>dé-</B>  couverte surprenante est que le rendement élevé     d',ab-          sorption    d'oxygène est maintenu sensiblement inchangé  sur une gamme étendue de vitesse d'entrée d'air alors  que dans les dispositifs précédents, lorsque l'entrée  d'air était augmentée,<B>à</B> des vitesses économiquement  réalisables, le rendement     dabsorption    diminuait de  façon appréciable<B>à</B>     par-tir    de celui atteint aux vitesses  d'entrée économiquement irréalisables.  



  Dans le procédé pour le traitement d'un milieu  liquide par un mélange gazeux, objet -de l'invention,  le gaz est introduit par les -rangées d'éléments     diffu-          seu,rs    de manière<B>à</B> former des bandes     #espacées   <B>de</B>  gazéification<B>à</B> l'intérieur du milieu liquide, les rangées  d'éléments diffuseurs étant espacées de telle manière  que les lignes de périmètre adjacentes des rangées  soient séparées d'une distance variant entre environ  40 % et<B>150</B> % de la somme des largeurs desdites  bandes adjacentes.  



  On entend par<B> </B> bande de gazéification<B> </B> la pro  jection verticale     d7une    aire liée latéralement par une  ligne de périmètre passant par les extrémités des aires  effectives de diffusion<B>de</B> gaz des moyens diffuseurs.  De tels moyens diffuseurs peuvent consister en un seul  diffuseur ou en plusieurs diffuseurs. Une dispersion       gaz-liquide    partant d'un point d'introduction de gaz  peut     appardare    dans une vue en élévation verticale  comme un cône inversé ou un tronc de cône suivant  la distance dans la vue en élévation latérale sur la  quelle du gaz est introduit dans<B>le</B> milieu liquide.  



  On a trouvé     qu#on    peut obtenir un nouveau ren  dement d'absorption     d'oxygène,d'#u#n    niveau inattendu  si les bandes d'aération sont créées dans un milieu  liquide et si ces bandes sont placées selon les limites  indiquées plus haut.     L!espacement    des bandes     d,aéra-          tion    dans ces limites est nécessaire si une capacité  élevée, un rendement d'absorption d'oxygène élevé et  un traitement relativement complet doivent être main  tenus.

   Le rendement d'absorption      & oxygène    obtenu  par l'espacement correct des bandes d'aération peut  être accru en disposant ces bandes<B>de</B> telle manière  que la ligne centrale<B>de</B> la bande la plus près d'une  paroi<B>de</B> réservoir soit espacée<B>de</B> celle-ci d'une     di#s-          tance        comprise        entre        environ        70        %        et        200        %        de        la          larg,-ur,

  effecti#ve   <B>de</B> cette bande d'aération et<B>de</B> pré  férence égale approximativement<B>à</B> la largeur de la  dite bande. Dans un réservoir d'aération ayant les  moyens d'introduction<B>de</B> gaz disposés comme indiqué  ci-dessus, du gaz déchargé dans<B>le</B> milieu liquide  s'élève comme partie d'une dispersion     liquide-air    sui  vant une direction prédominante vers le     ha-ut    et crée  une circulation dans laquelle un déplacement de  liquide et d'air entre des bandes d'aération amène  ensemble des sections     d7écoulement   <B>à</B> partir de ban  des d'aération adjacentes dans une zone étendue de  mélange.

   En continuant l'introduction d'air, on réa  lise un écoulement continu de liquide et d'air<B>à</B>     Pinté-          rieur    des bandes d'aération et un mélange continu  dans les zones situées entre lesdites bandes,<B>de</B> sorte    que des zones de mélange étendues ou des aires tur  bulentes sont créées dans lesquelles des bulles de gaz  sont soumises<B>à</B> l'action de cisaillement ou d'attrition.  Le mélange turbulent crée de grandes aires pour<B>le</B>  contact intime du     aaz    et du liquide où les     écoulé-          ments    des parties     -dè    bandes d'aération adjacentes se  rencontrant.  



  L'appareil de la mise en     #uvre    du procédé     ci-          dessus    comprend un support pour le milieu liquide et  des moyens diffuseurs de gaz placés au-dessous du  niveau normal de liquide dans le support.  



  Cet     appareâ    est caractérisé en ce que les moyens  de dispersion de gaz sont disposés dans -des rangées  espacées, la distance entre des lianes de périmètre de  rangées adjacentes des moyens de diffusion de gaz  dans leur projection sur un plan perpendiculaire<B>à</B> la  direction des rangées étant comprise entre 40<B>%</B> et  <B>150</B>     1)/o    de la somme des     largcurs    de diffusion de gaz       CD     desdites     rangé-es    adjacentes.  



  Le dessin     ann-.xé    représente,<B>à</B> titre d'exemple,  plusieurs formes d'exécution de l'appareil que com  prend l'invention.  



  La     fig.   <B>1</B> est une vue en coupe transversale d'un  réservoir avec des unités<B>de</B> dispersion de gaz dispo  sées symétriquement<B>;</B>  la     fig.    2 est une vue en plan du réservoir et des  unités de dispersion représentées<B>à</B> la fia.<B>1</B>  la     fig.   <B>3</B> est une vu.- en plan     d#un    -réservoir     u#tili-          san-t    deux types différents de     disp#erseuirs    pour créer  des bandes -d'aération<B>;

  </B>  la     fig.    4 est une vue en plan d'un réservoir ayant  des bandes d'aération disposées transversalement par  rapport<B>à</B> la direction d'écoulement du liquide<B>à</B> tra  vers le réservoir.  



  En se référant aux     fig.   <B>1</B> et 2, un réservoir<B>10</B>  ayant une largeur, par exemple de 8m, peut être  construit en un matériau approprié tel que du béton  -ou de     Pecier.    Des collecteurs<B>11</B> sont montés dans  le réservoir<B>10,</B> -ces collecteurs étant espacés<B>à</B> partir  du fond du     #réservoir.    Chaque collecteur<B>11</B> comporte  des paires associées et     es#pacées    d'unités 12 de diffu  seurs de gaz,     ces    unités étant représentées comme des  diffuseurs cylindriques ayant une longueur d'environ  <B>61</B> cm, chacune étant reliée au collecteur par     l'inter-          médiai,

  re    d'un conduit de support<B>15.</B> Les unités<B>de</B>  diffuseurs de gaz 12 s'étendent transversalement par  rapport au réservoir suivant trois bandes parallèles  longitudinales. Les collecteurs<B>11</B> sont reliés<B>à</B> une  source d'air sous pression (non représentée) par un  conduit 14.  



  En se référant<B>à</B> la fia.<B>3,</B> on a représenté un  réservoir 20 semblable<B>à</B> celui des     fig.   <B>1</B> et 2. Des  collecteurs 21, 22 et<B>23</B> sont montés dans le réservoir  20 et sont agencés<B>de</B>     maniùre   <B>à</B> conduire de l'air aux  diffuseurs.

   Le collecteur 21 est muni d'unités de dif  fuseurs cylindriques 24 et<B>25</B> espacées,<B>de</B> longueurs  différentes, connectées au collecteur par des -conduits  <B>26.</B> Le collecteur 22 est muni d'organes     aspergeurs     <B>27</B> et<B>28</B> reliés au collecteur par     l'i#nterm#,d.#aire    d'un  conduit<B>29.</B> Le collecteur<B>23</B> est muni d'unités de dif-           fuse,urs    cylindriques espacées<B>30</B> et<B>31</B> connectées au  collecteur pair des conduits<B>32.</B> Dans cette figure, les  lignes pointillées<B>33</B> et 34 indiquent les périmètres de  la bande d'aération créée par les diffuseurs<B>27</B> et<B>28</B>  autour du collecteur 22.

   On -remarquera que les dif  fuseurs représentés dans cette figure ne fournissent  pas un dessin symétrique des diffuseurs.  



  Le réservoir 40 représenté<B>à</B> la     fig.    4     estsembla-          ble   <B>à</B> celui représenté aux     fig.   <B>1</B> et 2. Des collecteurs  41, 42, 43 -et 44 sont montés dans<B>le</B> réservoir 40  disposés transversalement par rapport<B>à</B> la direction  d'écoulement du -liquide selon la flèche<B>A.</B> Les col  lecteurs 42 et 44 sont munis d'éléments diffuseurs  espacés 45 et 46 respectivement, reliés aux     colflec-          teurs    par des conduits 47 et 48 respectivement.  



  Les organes de diffuseurs de trois types sont     #re-          présentés    pour montrer que différents types d'éléments  peuvent être efficaces dans un seul réservoir. Le col  lecteur 41 est muni d'éléments de diffuseurs 49     qui,          vus    en plan, sont des éléments de farine circulaire du  type     aspergeur.        lie    collecteur 43 est muni d'éléments       diffuse,urs   <B>50</B> disposés symétriquement, c'est-à-dire  des éléments de farine carrée, vus en plan,

   illustrant  des diffuseurs<B> </B>     sheaT    box<B> </B> où du gaz est introduit  dans le fond     d#un    élément tubulaire carré fermé sur  les côtés et au fond et ouvert au sommet pour     par-          mettre    l'écoulement de liquide<B>à</B> partir du     Técipient     dans l'élément tubulaire<B>à</B> contre-courant avec une  colonne de liquide montante et des bulles de gaz.  



  Les eaux usées brutes pénètrent dans le réservoir  40 par un conduit<B><I>51</I></B>     Telié   <B>à</B> un déversoir d'entrée<B>52.</B>  De la boue activée, recyclée provenant d'une source  (non     repr6son-tée)    -est introduite dans le conduit<B>51</B> par  l'intermédiaire d'une conduite<B>53.</B>  



  L'appareil décrit ci-dessus peut être utilisé de  façon efficace pour le traitement     descaux    résiduelles.  Ces eaux brutes, lorsqu'elles atteignent une installa  tion de traitement, contiennent de la matière flottante  et en suspension. Dans une installation moderne pour  les eaux -résiduelles, ces eaux peuvent     s'écouleïr   <B>à</B> tra  vers une chambre de grès et     un    broyeur et ensuite<B>à</B>  travers un réservoir primaire de décantation.

       Les    eaux  résiduelles brutes ou     6,coulement    primaire peuvent  être soumises<B>à</B> un traitement d'aération dans     l'appa-          rei,l    décrit en     référenceaux        fig.   <B>1 à</B> 4 remplaçant un  appareil conventionnel.     126coulement    primaire où<B>les</B>  eaux résiduelles brutes sont mélangées -avec de la  boue activée recyclée et     amanées,au    réservoir d'aéra  tion. Le contenu solide du mélange peut varier con  sidérablement, mais est généralement maintenu dans  la gamme     si-tuée    entre<B>600</B> et 4000 parties par mil  lion.

   De l'air est fourni par déplacement ou par des  soufflantes centrifuges.     Uair    est débité aux     umtés    de  dispersion de gaz en quantité variant entre<B>930</B> et  <B>9300</B>     1/mn/m    de longueur de réservoir. Les unités de  dispersion de gaz sont disposées, par exemple<B>à</B> au  moins<B>3</B> m au-dessous de la surface de liquide dans  le réservoir rempli jusqu'à une hauteur de 4,5 m.  L'écoulement primaire traité dans un tel réservoir est  retenu dans le réservoir      & .aération    selon la pratique    usuelle en fonction de la concentration des eaux usées.

    Lorsqu'on utilise, par exemple, un appareil tel que  décrit en référence aux     fig.   <B>1</B> et 2,<B>là</B> charge de     D.O.B.     du réservoir peut être augmentée en proportion di  recte avec l'augmentation de rendement de     rabsorp-          tion        d#oxygÙne    accessible     compaTativement    -au rende  ment d'absorption d'oxygène     que    l'on peut obtenir si  le réservoir fonctionne -conformément au principe<B>de</B>  l'écoulement -en spirale.

   En     d7autres    mots, la dimen  sion du réservoir peut être réduite ou le temps de  traitement peut être réduit d'une quantité directement  proportionnelle<B>à</B> l'augmentation de rendement<B>ob-</B>  tenue     par    l'utilisation du procédé décrit.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé pour<B>le</B> traitement d'un milieu liquide par un mélange gazeux, contenant un composant sé parable<B>de</B> celui-ci pendant le passage du gaz<B>à</B> tra vers<B>le</B> milieu liquide après m-troduction du mélange gazeux<B>à</B> travers des rangées d'éléments diffuseurs placés dans le liquide, caractérisé en ce que le gaz est introduit par les rangées d'éléments diffuseurs de ma nière<B>à</B> former des bandes espacées<B>de</B> gazéification<B>à</B> 11nt6rieur du mi-lieu liquide, les rangées d'éléments diffuseurs étant espacées<B>de</B> telle manière que les lignes de périmètre adjacentes des rangées soient,

   sé- parées d'une distance variant -entre envilrion 40<B>M,</B> et <B><I>150</I> ()/0</B> de la somme des largeurs de#sdites band-es ad jacentes.

   <B>Il.</B> Appareil pour la mise en #uvre du procédé selon la revendication I, comprenant un support pour le milieu liquide et des moyens de diffusion de gaz placés au-dessous du niveau normal de liquide dans le support, caractérisé en ce que les moyens<B>de</B> dis persion de gaz sont disposés dans des rangées espa cées,

   la -distance entre des lignes de périmètre de rangées adjacentes des moyens de diffusion<B>de</B> gaz dans leur projection sur un plan perpendiculaire<B>à</B> la direction des rangées étant comprise entre 40<B>0/0</B> -et 150 % de la somme des largeurs de diffusion de gaz desdites -rangées adjacentes.

   SOUS-REVENDICATIONS <B>1.</B> Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la ligne centrale d'une bande de gazéification est éloignée d'une parai -adjacente d'une distance égale <B>à</B> une valeur comprise -entre 70 % et 200 % de la largeur de ladite ban-de. 2.

   Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le milieu liquide s'écoule par rapport aux moyens diffuseurs, les rangées des moyens diffuseurs s'étendant transversalement par -rapport<B>à</B> la direction d'écoulement. <B>3.</B> Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le milieu liquide s'écoule par rapport aux moyens diffuseurs, les rangées de diffuseurs s'éten- da,nt dans la direction<B>de</B> l'écoulement. 4.

   Procédé selon la revendication I, le milieu liquide étant un milieu aqueux, caractérisé en ce que le gaz -est de lair. <B>5.</B> Procédé selon la revendication<B>1,</B> dans lequel le milieu liquide est des eaux résiduelles et le gaz est de l'air, caractérisé en ce que l'air est introduit en quantité allant jusqu'à<B>13 900,</B> de préférence au moins <B>2780</B> litres d'air par minute et par mètre de longueur en direction de l'écoulement. <B>6.</B> Procédé selon la sous-revendication <B>5,</B> carac térisé en ce que de la boue activée est ajoutée aux eaux résidualles avant l'introduction d'air.

   <B>7.</B> Appareil selon la revendication II, caractérisé en ce que la ligne centra-le de la formation en Tangées des diffuseurs adjacents<B>à</B> une paroi du support est espacée de oelle-ci d'une distance comprise entre <B>70</B> % et 200 ()/o de la largeur effective de diffusion de gaz<B>de</B> la rangée. <B>8.</B> Appareil selon la revendication<B>11,</B> dans lequel le supportest disposé pour l'écoulement d'une extré- mi#té <B>à</B> l'autre, caractérisé -en ce que les rangées de moyens de diffusion de gaz s'étendent transversalement par rapport<B>à</B> la direction de l'écoulement.

   <B>9.</B> Appareil selon la revendication II, dans lequel le support est disposé pour l'écoulement d'une extré mité<B>à</B> l'autre, caractérisé en<B>ce</B> que les rangées<B>de</B> moyens de diffuseurs d'écoulement<B>de</B> gaz s'étend#ent dans la direction de l'écoule-ment. <B>10.</B> Appareil salon la sous-revendication <B>9,</B> ca- ract6risé en ce que les moyens de diffusion de gaz ne sont disposés que dans une région s'étendant<B>de</B> l'extrémité d'entrée du support vers l'extrémité de sortie.

   <B>11.</B> Appareil selon la revendication II, caractérisé ence que les moyens idediffusion de gaz sontagen- cés de manière<B>à</B> introduire du gaz en volumes com pris entre<B>2780</B> et<B>13 900</B> litres par minute et par mètre de longueur de siupport.