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La présente invention est relative à un dispositif combiné de flottation et de clarification destiné à effectuer la flottation et la sédimentation d'impuretés véhiculées par un liquide.
Cette invention permet d'établir, en tant qu'appareil unique, un dispositif combiné pour la flottation et la sédimentation d'impuretés véhiculées par un liquide, dispositif dans lequel la flottation est réalisée par l'application d'une pression infra-atmosphérique à une partie de la masse totale du liquide contenu dans le bassin de clarification ou de sédimentation du dispositif.
Un objet de l'invention consiste à faire en sorte que le liquide passe- immédiatement d'une zone de flottation à une zone de
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sédimentation, cela d'une manière uniforme, et sans se troubler, ainsi qu'à établir des moyens grâce auxquels la dissipation de l'énergie cinétique ou initiale du courant qui forme l'affluent d'un dispositif de sédimentation peut être favorisée en augmentant la capacité volumétrique du puits d'alimentation, sans qu'il soit nécessaire d'allonger ce puits vers le bas ou de l'étendre latéralement.
L'objectif ci-dessus, ainsi que d'autres sont atteints, conformément au principe de la présente inventioh, grâce à la prévision-en un rapport fonctionnel avec l'affluent qui alimente l'appareil - d'une chambreà vide qui est en communication hydraulique directe avec la masse de liquide principale contenue dans cet appareil et qui est conçue en vue de maintenir le liquide en son intérieur à un niveau moyen plus élevé que celui de la masse de liquide dans le restant de l'appareil. Plus spécialement, la présente invention est basée sur la prévision d'un vase en forme de dôme, ouvert à sa partie inférieure et clos à sa partie supérieure et sur les côtés, ce vase étant monté dans un dispositif de sédimentation ou faisant corps avec celui-ci,
de telle manière que l'extrémité inférieure/de ce dôme soit toujours immergée dans la masse de liquide principale contenue dans le dispositif de sédimentation. Des moyens - une pompe aspirante ou un siphon, par exemple sont prévus pour établir une pression infra-atmosphérique à l'intérieur de la partie supérieure du dôme précité et pour faire en sorte que la totalité du liquide frais, appelé à être traité dans le dispositif, soit introduite en premier lieu dans la zone délimitée latéralement par le dôme.
Grâce à l'ensemble de ces dispositions, on obtient un appareil où un liquide véhiculant des matières susceptibles de former le flottant et le dépôt est introduit dans une zone de basse pression, dans laquelle la dépression détermine ou accentue la formation de bulles, la séparation hydraulique'des impuretés étant ainsi facilitée. Ensuite, le liquide se déplace vers le bas @ travers 1 adits chambre, d'où
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il se dirige directement, en passant par le fond ouvert de celleci, vers une seconde zone où, le liquide étant à l'état calme, a lieu la sédimentation de la matière solide à poids spécifique plus élevé.
Dans la pratique, le fonctionnement de l'appareil est continu, des moyens étant prévus pour l'évacuation de l'effluent traité, du flottant et du dépôt.
Dans sa conception la plus large, l'invention vise l'emploi du dispositif combiné de flottation et de clarification pour le traitement d'un liquide d'alimentation qui a trait déjà été soumis à un traitement d'aération. On conçoit à ce propos que l'air entraîné au milieu du liquide qui pénètre dans le compartiment de flottation accroît la tendance au flottement des particules flottables et que, sous l'effet de cet air, combiné avec l'effet de la pression réduite existant dans la partie supérieure du compartiment de flottation, il se produit un déplacement rapide des particules flottables vers le haut, ce qui est en effet de nature à provoquer la séparation hydraulique des particules qui, en l'absence d'une aération préalable, ne seraient pas considérées comme étant normalement flottables.
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Afin de faciliter la compréhension et la mise en pratique de la présente invention, on décrira cette dernière ci-apr à titre d'exemple, en se reportant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe transversale de l'appareil à flux radial, établi conformément au principe de la présente invention.
La figure 2 est une vue schématique en élévation et en coupe transversale d'un appareil à flux longitudinal, établi conformément au principe de la présente invention.
L'appareil selon la Fig. 1 montre l'application du principe
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de la présente invention à un dispositif de sédimentation où l'écoulement du liquide au cours de la sédimentation s'effectue radialement vers l'extérieur, vers un système d'évacuation du liquide traité, lequel est éloigné, tant fonctionnellement que physiquement, d'un système d'admission pour l'affluent, qui occupe une position sensiblement centrale. Ainsi, une paroi de bordure 10, qui présente de préférence une forme circulaire en coupe horizontale transversale, mais qui - en particulier là où un bassin existant doit être modifié pour se conformer aux principes de la présente invention - peut être de ferme rectangulaire, constitue, ensemble avec une paroi de fond 11, un bassin appelé à contenir une masse de liquide principale 12.
Les proportions de ce bassin sont telles que l'on obtient un état de calme relatif au sein de la masse de liquide principale, ce qui permet aux impuretés contenues dans celle-ci de se précipiter hors de ce liquide et de se déposer sur le fond 11, en formant une boue.
Le dôme à vide 15 occupe une position centrale à l'intérieur du bassin et est en communication hydraulique directe, par l'entremise de son fond ouvert, avec la masse de liquide principale.
La pompe à vide 32 et la pompe à vide 31 constituent les moyens pour engendrer une pression infra -atmosphérique dans la partie supérieure du dôme 15, de telle façon qu'une masse de liquide secondaire 16 soit maintenue à l'intérieur du dôme, le niveau de la surface de cette masse étant sensiblement supérieur à celui de la surface de la masse de liquide principale 12, ce dernier niveau étant déterminé, dans le mode de réalisation représenté, par le niveau du bord de déversement de la rigole à effluent 33. La conduite à affluent 13 et le tube montant 14 constituent les moyens d'alimentation en liquide non traité et sont appelés à débiter directement dans la région délimitée latéralement par le dôme 15.
Le liquide effluent, qui a été soumis au traitement dans le dôme et dans le bassin, se déverse dans
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la rigole 33, d'où il est dirigé, par la conduite 34, vers les points d'utilisation, vers son traitement ultérieur ou vers toute autre destination. Il convient de noter que la rigole 33 constitue le seul élément de soutirage de liquide qui doive être prévu dans l'appareil, avec ceci qu'il est désormais effectivement inutile de prévoir des lumières ou orifices submergés, comme c'est le cas dans le dispositif connu de flottation par le vide.
Grâce au fait que la rigole est disposée au niveau de la surface de la masse de liquide principale soumise au traitement de sédimentation, ou au voisinage de ce niveau, elle peut être inspectée visuellement avec facilité et peut être aisément soumise au nettoyage ou à d'autres formes d' entretien. Cette caractéristique hautement avantageuse constitue un des éléments importants de la présente invention.
Comme on le voit dans cette figure, un système d'écumage actionné par un arbre moteur 30 et constitué par des bras 23 munis de lames d'écumage 24 est disposé à l'intérieur de la chambre à vide, lesdites lames d'écumage étant en contact avec la surface de la masse liquide conterue dans cette chambre. Au cours de leur mouvement de rotation, les lames 24 agissent de manière à chasser l'écume vers l'auge 25 d'où cette écume se dirige, à travers le tuyau 26, vers la chambre à écume 27, cette dernière chambre étant à son tour pourvue d'un tuyau d'évacuation 28 muni d'une soupape 29.
Il ost bien entendu que la chambre 27 est maintenue à une pression sensiblement égale à celle existant au-dessus de la masseliquide 16, à l'intérieur du dôme 15.
On voit également un système d'ébouage constitué par des bras 17 et des lames racleuses 18. Cet ensemble, lequel est actisnné directement par le tube montant rotatif 14 et indirectement par l'aroure moteur 30, agit de façon à transporter la matière sale déposée ou les boues vers un collecteur de boues 19 qui ceci une position centrale. Il convient de noter toutefois qu'en @ @ t siplement l'angle des lames 18, avec ou sans renverse-
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ment du sens de l'inclinaison du fond du bassin, il est aisé de faire en sorte que le système d'ébouage racle les boues dans le sens de leur éloignement de l'axe de l'appareil, vers un collecteur de boues non central.
On prévoit de préférence des lames d'épaissis sage de boues, telles que représentées en 22, afin d'augmenter la densité des boues, avant que celles-ci ne soient évacuées à travers la conduite 20 munie d'une soupape 21.
L'appareil selon la fig. 1 est appelé à fonctionner en marche continue. Le liquide à traiter, qui arrive par la conduite 13, se dirige vers le haut à travers le tube montant 14 et rejoint la masse liquide 16 à un niveau voisin de la surface de cette dernière. La partie de la masse liquide 16, qui est située audessus du niveau de la surface de la masse de liquide principale 12, est évidemment soumise à une pression infra-atmosphérique, la pression minimum se situant à la surface de la masse liquide 16.
Par conséquent, l'effet du vide, qui détermine la flottation, s'exerce au maximum dans la région prévue pour l'introduction de l'alimentation à traiter, avec ceci que, lorsque cette alimentation contient de la matière flottable, cette dernière a une forte tendance à se maintenir à la surface de la masse liquide 16 sous la forme d'une écume composée de matière solide flottable et/ou de matière liquide, accompagnées le plus souvent de gaz entraîné.
Cette écume est recueillie par le système d'écumage rotatif comprenant les bras 23 et les lames d'écumage 24 et est évacuée vers l'auge à écume 2ô. Il est vrai que l'on peut pomper l'écume directement à partir de cette auge à écume; il est cependant préférable de prévoir une chambre à écume distincte, aisément accessible, la chambre 27 par exemple, appelée à recevoir le contenu de l'auge à écume par l'entremise d'un conduit de communication, tel que 26 par exemple.
Le déplacement du liquide à l'intérieur du dôme 15, c'est- à-dire celui de la masse liquide 16, s'effectue essentiellement
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de haut en bas. Il a été indiqué plus haut qu'un des objectifs de la présente invention consiste à établir des moyens pour dissiper convenablement l'énergie cinétique du flux d'affluent qui parvient dans un dispositif de sédimentation, de façon à augmenter l'efficacité de la marche de ce dernier. La fig. 1 montre clairement la manière dont ce résultat recherché peut être obtenu, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des chicanes, d'empiéter sur la superficie réservée à la sédimentation, ni d'adopter des systèmes mécaniques à absorption d'énergie, ni aucun des autres moyens préconisés à ce jour.
Comme indiqué par les lignes de flux ondulées, que l'on voit au-dessous de la zone de flux radial voisine de la surface, le liquide qui amorce son mouvement descendant à travers le dôme 15 est susceptible d'être très turbulent, en donnant lieu à de nombreux remous et à des différences de vitesse. Grâce au volume relativement important de la masse liquide 16, déterminé par l'élévation du niveau de sa surface, en soumettant celle-ci à l'action du vide, l'effet d'amortissement naturel, dû au glissement interne, est à même d'égaliser le flux et d'éliminer sensiblement les turbulences.
Au moment' où le courant atteint le fond ouvert du dôme 15 et rejoint la masse liquide principale 12, sa vitesse est sensiblement uniforme sur toute sa section, de sorte que la perturbation de la sédimentation au sein de la masse de liquide principalle 12 est réduite au minimum.
Après avoir rejoint la masse de liquide principale 12, le flux se déplace vers la rigole 33 dans le sens pratiquement radial et à l'état calmé, rigole dans laquelle il pénètre et d'où il est évacué hors de l'appareil à travers la conduite 34. Lors du passage du liquide à travers le bassin de sédimentation, la matière solide susceptible de se déposer descend vers le fond 11 et est transportée vers le collecteur 19 par les bras de raclage rotatifs 17, muais de lames 18. On peut prévoir des lames rotatives telles
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que 22, appelées à épaissir les boues préalablement à leur évacuation du collecteur par la conduite 20 munie d'une soupape 21.
Le mode de réalisation de la fig. 2 est analogue à celui de la fig. 1 en ce qui concerne tous les aspects fondamentaux de son fonctionnement; il en diffère cependant principalement par le fait qu'il représente une adaptation de l'invention à des bassins de sédimentation à flux longitudinal. Ainsi, dans la fig.
2, la paroi extérieure 110 et le fond 111 délimitent un bassin de sédimentation de forme généralement rectangulaire, qui contient une masse de liquide principale 112. Les proportions de ce bassin sont telles qu'une situation relativement calme est maintenue au sein de ladite masse de liquide principale, de sorte que les impuretés solides peuvent s'en séparer et se déposer sur le fond 111, de manière à former des boues Le dôme à vide 115 est disposé à une extrémité du bassin, à savoir, l'extrémité d'arrivée d'affluent, et est en communication hydraulique directe, par l'entremise de son fond ouvert, avec la masse de liquide principale 112, le niveau de cette dernière étant déterminé par le niveau du bord de déversement de la rigole à effluent 133.
La pompe à vide 132 et la conduite à vide 131 constituent des moyens pour établir une pression infra-atmosphérique dans la partie supérieure du dôme 115, de telle sorte qu'une masse de liquide secondaire 116 est maintenue à l'intérieur du dôme, le niveau de la surface de cette dernière masse étant sensiblement plus élevé que celui de la surface de la masse de liquide principale. La conduite à affluent 113 et le tube montant 114 constituent des moyens d'alimentation en liquide à traiter, appelés à amener le liquide directement dans la région délimitée latéralement par le dôme. Le liquide effluent, qui a été soumis au traitement dans le dôme et dans le bassin, arrive dans la rigole 133 et se dirige de là, par la conduite 134, vers son point d'utilisation, de traitement ultérieur ou vers
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toute autre destination.
Un système d'écumage rotatif, actionné par l'arbre moteur 130 et muni de bras 123 et de lames d'écumage 124 est représenté à l'intérieur de la chambre ou dôme à vide, ces laines d'écumage étant en contact avec la surface de la uasse liquide contenue dans ce dôme. Au cours de leur déplacement, les lames 124 agissent de manière à refouler l'écume flottante vers l'auge 125, d'où cette écume se dirige, par la conduite 126, vers la chambre à écume 127, cette dernière étant à son tour munie d'un tuyau d'évacuation 128 pourvu d'une soupape 129. Il est bien entendu que la chambre à écume 127 est maintenue à une pression sensiblement égale à. celle qui règne au-dessus de la masse de liquide 116 contenue dans le dôme 115.
On a également représenté un système d'ébouage mécanique, constitué par une courroie ou chaîne sans fin 117 et des racles 118. Ce système, actionné par un mécanisme de commande extérieur (non représenté), agit de manière à transporter la/matière solide déposée ou les-boues vers un collecteur de boues 119 qui, comme on le voit, est dans ce cas disposé au voisinage de l'extrémité du bassin par laquelle se fait l'arrivée de l'affluent. Il convient de noter que les racles montées sur une courroie sans fin peuvent être remplacées par des barres racleuses mobiles qui se déplacent périodiquement d'une extrémité à l'autre du bassin. Les boues recueillies dans le collecteur 119 sont évacuées de celui-ci au moyen d'un tuyau 120 pourvu d'une soupape 121.
Il est bien entendu que l'appareil selon la fig. 2 est également destiné à un fonctionnement en marche continue.
Le liquide à traiter qui arrive par la conduite 113 se dirige vers' le haut à travers le tube montant 114 et rejoint la masse de liquide 116 à un niveau proche de la surface de celle-ci.
La partie de la masse de liquide 116, qui est située au-dessus du
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niveau de la surface de la masse de liquide principale 112, est évidemment soumise à une pression infra-atmosphériques, la pression minimum se situant à la surface de la masse liquide !16. Par conséquent, l'effet du vide, qui détermine la flottation, s'exerce au maximum dans la région prévue pour l'introduction de l'alimen- tationà traiter, avec ceci que., lorsque cette alimentation contient de la matière flottable,cette dernière a une forte tendance à se maintenir à la surface de la masse liquide 116 sous la forme d'une écume composée de matière solide flottable et/ou de matière liquide,accompagnées le plus souvent de gaz entraîné.
Cette écume est recueillie par le système d'écumage rotatif comprenant les bras 123 et les lames d'écumage 124 et est évacuée vers l'auge à écume 125. Il est vrai que l'on peut pomper l'écume directement à partir de cette auge à écume; il est cependant préférable de prévoir une chambre à écume distincte, aisément accessible, la chambre 127 par exemple, appelée à recevoir le contenu de l'auge à écume par l'entremise d'un conduit de communication, tel que 126 par exemple.
Le déplacement du liquide à l'intérieur du dôme 115, c'est- à-dire celui de la masse liquide 116, s'effectue essentiellement de haut en bas. Il a été indiqué plus haut qu'un des objectifs de la présente invention consiste à établir des moyens pour dissiper convenablement l'énergie cinétique du flux affluant qui parvient dans le dispositif de sédimentation, de façon à augmenter l'efficacité de la marche de ce dernier. Tout comme c'était le cas pour la fig. 1. la fig. 2 montre clairement la manière dont ce résultat recherché peut être obtenu, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des chicanes,d' empiéter sur la superficie réservée à la sédimentation, ni d'adopter des systèmes mécaniques à absorption d'énergie, ni aucun des autres moyens préconisés à ce jour.
Comme indiqué par'les lignes de flux ondulées, que l'on voit au-dessous
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de la zone de flux radial voisine de la surface, le liquide qui amorce son mouvement de descente à travers le dôme 115 est susceptible d'être très turbulent, en donnant lieu à de nombreux remous et à des différences de vitesse. Grâce au volume relativement important de la masse liquide 116, déterminé par l'élévation du niveau de sa surface, en soumettant celle-ci à l'action du vide, l'effet de l'amortissement naturel, dû au glissement interne, est à même d'égaliser le flux et d'éliminer sensiblement les turbulen- ces.
Au moment où le courant atteint le fond ouvert du dôme 115 et rejoint la masse liquide principale 112, sa vitesse est essentiellement uniforme sur toute sa section, de sorte que la perturbation de la sédimentation au sein de la masse de liquide principale 112 est réduite au minimum. Après avoir rejoint la masse de liquide principale 112, le flux se déplace vers la rigole 133 dans le sens pratiquement radial et à l'état calmé, rigole dans laquelle il pénètre et d'où il est évacué hors de l'appareil à travers la conduite 134. Lors du passage du liquide à travers le bassin de sédimentation, la masse solide susceptible de se déposer descend vers le fond 111 et est transportée vers le collecteur 119 par les bras de raclage 118.
Les deux modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus peuvent être exploités d'une manière très avantageuse conjointement avec un dispositif d'aération dans lequel la liqueur d'alimentation est soumise à un traitement d'inclusion d'air dans un aérateur préalablement à son introduction dans le compartiment de flottation. Il s'ensuit que l'invention englobe d'autre part une telle combinaison, ce qui permet de réaliser une amélioration considérable du fonctionnement.
On conçoit à ce propos que l'entraînement de l'air dans l'alimentation, qui pénètre dans le dôme à vide, a pour effet de transporter rapidement, vers
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la surface rehaussée du niveau du liquide contenu dans le dôme, non seulement les particules qui, normalement, se prêtent aisément à la flottation, mais aussi, le cas échéant, certaines particules qui ne seraient pas aussi aisément flottables en l'absence d'aération.