FR2798602A1

FR2798602A1 - Aeration and circulation system for e.g. open- or waste waters, includes bell-shaped annular intake accelerating water to improve air distribution

Info

Publication number: FR2798602A1
Application number: FR9911753A
Authority: FR
Inventors: Raymond Berchotteau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: FR2798602B1

Abstract

A narrow section with bell-shaped flare (14) is located at the top of the vertical immersed cylinder (10). Water entrained, is accelerated in this section, improving air distribution into it. Preferred Features: An annular passage is defined by walls of the section (14) and those of an aerator (16) of complementary shape, attached to it. The upper part emerges from the liquid. The lower end of the aerator includes a propeller (12). Upstream, the entry of the passage is parallel to the liquid level (26). It is set just below this level. Air is taken to the propeller by a pipe (22) with an inlet above water level. Propeller blades with hollow, airfoil-like cross section, are connected to the pipe (22). The trailing section of the upper wall of each blade, is perforated to distribute air into the water. The assembly is mounted on floats (28) allowing levels to be adjusted precisely. Radial baffles (30) fixed to the internal wall of the cylinder (10) and/or in the annular passage, are flow straighteners. Additional pipes (32) drag any scum formed at the surface, to the bottom. The cylinder (10) is of adjustable length, allowing its lower end to be placed near the bottom of the reservoir, to agitate any possible sludge deposits. The deflector (34) at the lower end, directs the two-phase flow outwardly. Aerator (16) walls facing the narrow section are perforated.

Description

La présente invention concerne un dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un bassin pour la diffusion d'un gaz dans le liquide, comprenant un cylindre fixe sensiblement vertical de circulation immergé dont l'extrémité supérieure est substantiellement sous le niveau du liquide, le cylindre de circulation enfermant une hélice rotative dont les pales entrainent le liquide du haut vers le bas. Un tel dispositif trouve une application, notamment, dans les bassins d'épuration des eaux usées, les systèmes de traitement des isiers, pour l'aération des eaux de pisciculture, etc... Dans ce domaine, on connait du document EP-A-0 026 493 un spositif pourvu d'une hélice en forme de vis d'Archimède disposée dans un cylindre et permettant de mettre en contact un gaz et un iquide dans un bassin de petites dimensions. Le cylindre affleure le veau du liquide, et le mélange diphasique est nature lement perpétuellement recyclé, ce qui n'offre pas un grand intérêt. Le document EP-A-0 015 050 décrit un disposit plus élaboré dans lequel de l'air est amené à l'hélice dont une paroi des pales est perforée pour assurer le mélange de l'air et du iquide. Rien n'est prevu pour guider le liquide en amont, ce qui limite grandement les possibilités de ce dispositif. The present invention relates to a device for circulating a liquid in a pool for the diffusion of a gas into the liquid, comprising a substantially vertical immersed circulating fixed cylinder whose upper end is substantially below the level of the liquid, the circulation cylinder enclosing a rotating propeller whose blades drive the liquid from top to bottom. Such a device finds application, in particular, in the sewage treatment basins, the treatment systems of the isiers, for the aeration of fish culture water, etc. In this field, EP-A is known -0 026 493 a spositif provided with an Archimedean screw-shaped helix disposed in a cylinder and for bringing into contact a gas and a liquid in a small basin. The cylinder is flush with the calf of the liquid, and the diphasic mixture is naturally perpetually recycled, which does not offer much interest. EP-A-0 015 050 discloses a more elaborate device in which air is supplied to the propeller, a blade wall of which is perforated to ensure mixing of the air and the liquid. Nothing is planned to guide the liquid upstream, which greatly limits the possibilities of this device.

L'invention se situe dans ce contexte et a pour but d'obvier aux 'nconvénients de l'art antérieur et de maximiser la diffusion du gaz dans le liquide à puissance déterrai Selon l'invention, l'extrémité supérieure du cylindre comporte un col évasé déterminant un passage annulaire de section réduite par rapport à celle du cylindre pour le liquide, de manière à augmenter substantiellement en amont la vitesse linéaire du liquide entrainé en amont et à déterminer une meilleure diffusion du gaz dans le liquide. The invention lies in this context and is intended to obviate the disadvantages of the prior art and to maximize the diffusion of gas in the liquid at a low power. According to the invention, the upper end of the cylinder comprises a collar. flare determining an annular passage of reduced section relative to that of the cylinder for the liquid, so as to increase substantially upstream the linear velocity of the liquid entrained upstream and to determine a better diffusion of the gas in the liquid.

Selon un mode préféré de réalisation, le passage annulaire est déterminé par les parois du col et celles d'un aérateur de forme sensiblement complémentaire, solidaire du col, et dont la partie supérieure émerge du liquide, l'extrémité inférieure de l'aérateur portant l'hélice. According to a preferred embodiment, the annular passage is determined by the walls of the neck and those of an aerator of substantially complementary shape, integral with the neck, and whose upper part emerges from the liquid, the lower end of the aerator bearing the propeller.

De préférence, l'entrée amont du passage annulaire est sensiblement parallèle au niveau du liquide et est ajustée pour être située juste au-dessous du niveau du liquide. Preferably, the upstream inlet of the annular passage is substantially parallel to the level of the liquid and is adjusted to be located just below the level of the liquid.

Selon un mode préféré de réalisation, le gaz est amené jusqu'à l'hélice au moyen d'un conduit dont l'entrée est émergée. Les pales de l'hélice présentent une forme d'aile d'avion de section creuse reliée à ce conduit, de multiples perforations étant pratiquées sur la partie de traînée de la paroi supérieure de chaque pale pour la diffusion du gaz dans le liquide. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaitront plus clairement la lecture de la description qui suit de modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessins est annexée sur laquelle La Figure unique représente schématiquement en coupe axiale un dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un bassin pour la diffusion d'un gaz dans un liquide conforme à la présente invention. According to a preferred embodiment, the gas is brought to the helix by means of a duct whose inlet has emerged. The blades of the propeller have an airfoil shape of hollow section connected to this conduit, multiple perforations being made on the drag portion of the upper wall of each blade for the diffusion of gas in the liquid. The invention will be better understood, and other objects, advantages and features thereof will appear more clearly reading the following description of preferred embodiments given without limitation and to which a drawing sheet is appended to The single Figure schematically shows in axial section a device for circulating a liquid in a basin for the diffusion of a gas in a liquid according to the present invention.

En référence maintenant à la Figure unique, le dispositif de mise en circulation d'un liquide selon l'invention comporte essentiellement un cylindre creux immergé 10 sensiblement vertical, enfermant une hélice rotative 12 dont les pales entra nent le liquide du haut vers le bas. Des flèches, sur le dessin, montrent le sens de la circulation du liquide. Referring now to the single Figure, the device for circulating a liquid according to the invention essentially comprises a submerged hollow cylinder 10 substantially vertical, enclosing a rotating propeller 12 whose blades drive the liquid from top to bottom. Arrows, in the drawing, show the direction of the circulation of the liquid.

L'extrémité supérieure du cylindre se prolonge d'un col évasé 14. Un aérateur 16, d'une forme sensiblement complémentaire à celle du col 14 dans lequel il pénètre, est monté coaxialement au cylindre 10. The upper end of the cylinder is extended by a flared collar 14. An aerator 16, of a shape substantially complementary to that of the neck 14 into which it penetrates, is mounted coaxially with the cylinder 10.

Les parois en regard du col 14 et l'aérateur 16 déterminent un passage annulaire pour le liquide, dont l'entrée amont est sensiblement parallèle au niveau 26 du liquide et est ajustée pour être située juste au-dessous de ce niveau 26, de manière à prélever le liquide sensiblement en surface et le rejeter au fond du bassin. The facing walls of the neck 14 and the aerator 16 determine an annular passage for the liquid, whose upstream inlet is substantially parallel to the level 26 of the liquid and is adjusted to be situated just below this level 26, so take the liquid substantially at the surface and discharge it to the bottom of the pond.

L'aérateur 16 est rendu solidaire du col 14 au moyen d'entretoises 18, Ces entretoises 18 peuvent être réglables de manière ajuster la section du passage annulaire. Cette section est rendue inférieure à celle du cylindre 10 de manière à augmenter substantiellement la vitesse linéaire du liquide en amont et créer une dépression relative en aval de l'hélice 12. The aerator 16 is secured to the neck 14 by means of spacers 18, These spacers 18 may be adjustable to adjust the section of the annular passage. This section is made smaller than that of the cylinder 10 so as to substantially increase the linear velocity of the upstream liquid and create a relative depression downstream of the propeller 12.

Dans l'exemple représenté, l'hélice 12 est entra née en rotation au moyen d'un moteur électrique 24 disposé sur la partie émergée de l'aérateur 16. Il est cependant également possible d'utiliser un moteur d'entraînement immergé et disposé immédiatement sous l'hélice 12. In the example shown, the propeller 12 is rotated by means of an electric motor 24 disposed on the emergent part of the aerator 16. It is however also possible to use a submerged drive motor and arranged immediately under the propeller 12.

Le gaz est amené à l'hélice 12 au moyen d'un conduit 22 dont l'entrée est émergée. Dans l'exemple représenté, ce conduit 22 est un tube coaxial à l'arbre d'entraînement de l'hélice et protégeant ce dernier. L'entrée du conduit 22 peut être libre, si le gaz iffusé est de l'air, mais elle peut être connectée à une source d'un gaz tel que l'ozone, l'oxygène ou le dioxyde de carbone, en fonction des souhaits de l'utilisateur. The gas is fed to the propeller 12 by means of a duct 22 whose inlet has emerged. In the example shown, this conduit 22 is a tube coaxial with the drive shaft of the propeller and protecting the latter. The inlet of the duct 22 may be free, if the flared gas is air, but it may be connected to a source of a gas such as ozone, oxygen or carbon dioxide, depending on the wishes of the user.

L'hélice 12 est équipée d'une pluralité de pales présentant chacune la forme d'une aile d'avion creuse, par exemple ayant un profil connu sous le nom NACA. Dans la partie de traînée de la paroi supérieure de chaque aile ont été pratiquées de multiples perforations pour permettre l'évacuation du gaz dans le liquide. The propeller 12 is equipped with a plurality of blades each having the shape of a hollow airplane wing, for example having a profile known as NACA. In the trailing part of the upper wall of each wing were made multiple perforations to allow the evacuation of gas in the liquid.

Comme l'homme de l'art l'aura compris, la mise en rotation de 1 hélice 12 provoque la mise en circulation du liquide vers la partie inférieure du cylindre 12. I1 se crée alors une dépression au niveau de la partie de traînée de la paroi supérieure de chaque pale. Cette dépression aspire d'abord le liquide résiduel dans le conduit 22, is, en régime normal, le gaz dans ce même conduit 22. Le gaz est alors diffusé dans le liquide dans une poche de cavitation. Le mélange diphasique gaz-liquide est alors brassé par l'hélice, puis, du fait de la différence entre la section du passage annulaire et celle du cylindre, il se crée, au droit de l'hélice, une diminution de la pression du mélange diphasique permettant au gaz de se diffuser complètement dans le liquide. L'hélice devient ainsi une hélice de gavage. As those skilled in the art will have understood, the rotation of 1 propeller 12 causes the circulation of the liquid to the lower part of the cylinder 12. There is then created a depression at the drag portion of the upper wall of each blade. This vacuum first draws the residual liquid in the conduit 22, is, in normal operation, the gas in the same conduit 22. The gas is then diffused into the liquid in a cavitation pocket. The two-phase gas-liquid mixture is then stirred by the propeller, then, because of the difference between the section of the annular passage and that of the cylinder, it is created, at the helix, a decrease in the pressure of the mixture diphasic allowing the gas to diffuse completely into the liquid. The propeller thus becomes a booster propeller.

Le dispositif illustré ne provoque donc pas de remous importants en surface du liquide et, par suite, ne produit aucune projection en surface. I1 n'y a donc pas de diffusion du liquide dans l'air ambiant et, en conséquence, il n'y a pas d'odeur additionnelle due au mouvement du liquide. The illustrated device therefore does not cause significant turbulence on the surface of the liquid and, consequently, produces no surface projection. There is therefore no diffusion of the liquid in the ambient air and, consequently, there is no additional odor due to the movement of the liquid.

De préférence, le dispositif est monté sur un flotteur 28 permettant d'ajuster de façon précise la distance entre 'entrée amont du passage annulaire et le niveau 26 du liquide dans le bassin. En outre, des plaques radiales 30 peuvent être fixées aussi bien à la paroi intérieure du cylindre 10 en aval de l'hélice, qu amont dans le passage annulaire, de manière à maintenir circulation sensiblement recti igne du liquide. Preferably, the device is mounted on a float 28 for accurately adjusting the distance between 'upstream inlet of the annular passage and the level 26 of the liquid in the basin. In addition, radial plates 30 may be attached both to the inner wall of the cylinder 10 downstream of the propeller, and upstream in the annular passage, so as to maintain substantially constant circulation of the liquid.

Suivant le liquide traité, il peut produire un développement de mousses en surface du liquide. Pour éliminer celles- ci, on prévoit pluralité de conduits additionnels 32 reliant la surface du liquide à une zone médiane du cylindre 10, de manière à les aspirer et à entraîner vers le fond. Alternativement, lorsque 1e dispositif est monté sur des flotteurs, une accélération sensible de la vitesse de rotation de l'hélice engendre une force verticale tendant à soulever l'ensemble, ce qui permet d'aspirer les mousses de surface en même temps que le liquide et de les dissoudre en les entraînant vers le fond. Depending on the liquid treated, it can produce a development of foams on the surface of the liquid. To eliminate these, there is provided a plurality of additional conduits 32 connecting the surface of the liquid to a central zone of the cylinder 10, so as to suck and drive towards the bottom. Alternatively, when the device is mounted on floats, a substantial acceleration of the speed of rotation of the helix generates a vertical force tending to lift the assembly, which allows the surface foams to be sucked together with the liquid. and dissolve them by dragging them to the bottom.

La longueur du cylindre 10 est éventuellement ajustable de manière à ce que son extrémité inférieure approche le fond du bassin. En effet, lorsque l'extrémité inférieure du cylindre 10 approche le fond du bassin, il se produit un effet d'affouillement l'encontre de dépôt éventuels de boues sur le fond du bassin. On peut également prévoir de disposer un déflecteur 34 à l'extrémité inférieure du cylindre 10 de manière à orienter le courant du mélange diphasique à l'extérieur du cylindre. Ce déflecteur 34 peut avantageusement être constitue par un cône, comme représenté sur la Figure, ou bien par un coude du cylindre 10. The length of the cylinder 10 is optionally adjustable so that its lower end approaches the bottom of the basin. Indeed, when the lower end of the cylinder 10 approaches the bottom of the basin, there is a scouring effect against possible deposit of sludge on the bottom of the basin. It is also possible to provide a deflector 34 at the lower end of the cylinder 10 so as to direct the flow of the two-phase mixture outside the cylinder. This deflector 34 may advantageously be constituted by a cone, as shown in the Figure, or by a bend of the cylinder 10.

Comme on le comprendra, il se crée un effet de turbulence en aval cylindre 10, ce qui peut également permettre d'éviter le dépôt de boues sur le fond du bassin, boues qui restent alors en suspension dans le liquide. Cet effet de turbulence peut être favorablement utilisé dans les bassins d'épuration des eaux usées pour le développement de bactéries, les parcelles en suspension des boues servant de support à ces bactéries. Dans certains cas, il peut même être avantageux de rajouter dans le liquide une poudre de micro-sable à cet effet. Toutefois, le matériau de l'hélice devra alors être choisi en fonction de la corrosité du liquide. As will be understood, it creates a turbulence effect downstream cylinder 10, which can also prevent the deposit of sludge on the bottom of the basin, sludge which then remain in suspension in the liquid. This turbulence effect can be favorably used in sewage treatment basins for the development of bacteria, the suspended sludge plots supporting these bacteria. In some cases, it may even be advantageous to add in the liquid a microsand powder for this purpose. However, the material of the propeller will then have to be chosen according to the fluid's corrosiveness.

Dans un exemple de réalisation dans lequel le gaz est de l'air, on a obtenu un débit du mélange diphasique dans le cylindre de l'ordre de<B>600</B> m3/h avec une puissance d'entrée de 3 kWatts et une dissolution d'environ 7 kg d'oxygène. La vitesse du mélange diphasique à la sortie du cylindre était de 5 m/s. In an exemplary embodiment in which the gas is air, a flow rate of the two-phase mixture in the cylinder of the order of <B> 600 </ B> m3 / h was obtained with an input power of 3 kWatts and a dissolution of about 7 kg of oxygen. The speed of the two-phase mixture at the exit of the cylinder was 5 m / s.

L'homme du métier aura compris que le dispositif selon l'invention aspire lui-même le gaz et ne nécessite ni compresseur ni surpresseur du gaz. En outre, fonctionnant sans huile, le gaz diffusé est garanti sans trace d'huile. Par ailleurs, les perforations de diffusion du gaz ne peuvent pas s'obstruer, puisque le système fonctionne en dépression. Bien évidemment, la vitesse d'entraînement du liquide doit être telle que les bulles de gaz ne puissent pas remonter en surface par le passage annulaire d'entrée amont, ce qui perturberait le fonctionnement du dispositif. Those skilled in the art will have understood that the device according to the invention itself sucks gas and requires neither compressor nor gas booster. In addition, operating without oil, the diffused gas is guaranteed without trace of oil. Moreover, the diffusion perforations of the gas can not be clogged, since the system operates in depression. Obviously, the liquid drive speed must be such that the gas bubbles can not rise to the surface through the upstream inlet annular passage, which would disrupt the operation of the device.

Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini ci-après. Although it has been shown and described what is currently considered to be the preferred embodiments of the present invention, it is obvious that those skilled in the art can make various changes and modifications without departing from the scope of the present invention. the present invention as defined below.

Par exemple, les perforations prévues sur la partie de traî des pales de l'hélice peuvent être obtenues en utilisant un matériau poreux pour le gaz utilisé. Autre exemple, le conduit 22 d'arrivée du gaz peut être constitué par l'arbre 24 d'entra nement de l'hélice, l'arbre étant alors creux. De même, la paroi de l'aérateur 16 en regard du col 14 peuvent être pourvues de multiples perforations, notamment lorsque le gaz introduit est de l'air.For example, the perforations provided on the propeller blade portion of the blades can be obtained by using a porous material for the gas used. Another example, the conduit 22 of the gas inlet may be constituted by the drive shaft 24 of the propeller, the shaft then being hollow. Similarly, the wall of the aerator 16 facing the neck 14 may be provided with multiple perforations, especially when the gas introduced is air.

Claims

1 - Device for circulating a liquid in a basin for the diffusion of a gas in said liquid comprising a fixed cylinder (10) substantially vertical submerged circu ion whose upper end is substantially below the upper level (26) of said liquid, said circulating cylinder (10) enclosing a rotating propeller (12) whose blades cause the liquid from the top downwards, characterized in that the upper end of said cylinder (10) comprises a flare (14) determining an annular passage of reduced section relative to the said cylinder (10) for said liquid, so as to substantially increase upstream the linear velocity of the entrained liquid and to determine a better diffusion of said gas in the said liquid. 2 - Device according to claim 1, characterized in that said annular passage is determined by the walls of said neck (14) and those of an aerator (16) of substantially complementary shape, integral with said neck (14), and whose upper part emerges from the liquid, the lower end of said aerator (16) carrying said propeller (12). 3 - Device according to claim 2, characterized in that the upstream inlet of said annular passage is substantially parallel to the level (26) of said liquid and is adjusted to ititait just below the level (26) of said liquid. 4 - Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said gas is brought to said propeller (12) by means of a conduit (22) whose inlet is emerged. 5 - Device according to claim 4, characterized in that the blades of said propeller (12) have a hollow section aircraft wing shape connected to said duct (22), multiple perforations being made on the part of dragging the upper wall of each blade for the diffusion of said gas in said liquid. 6 - Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is mounted on a float (28) for accurately adjusting the distance between the upstream inlet of said annular passage and the level (26). of said liquid in the basin. 7 - Device according to any one of the preceding claims, characterized in that radial plates (30) are fixed to the inner wall of said cylinder (10) and / or in said annular passage, so as to maintain a substantially rectilinear liquid. 8 - Device according to any one of the preceding claims, characterized in that additional ducts (32) connect the surface of the liquid to a central zone of said cylinder so as to cause the bottom foams optionally formed on the surface. 9 - Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said cylinder (10) has a possibly adjustable length such that its lower end approaches the bottom of said basin, so as to determine a scouring effect to the against possible deposits sludge on the bottom of the basin 10 - Device according to any preceding claim, characterized in that a deflector (34) is disposed at the lower end of said cylinder (10), so as to orient the current of the two-phase mixture downstream of said cylinder (10). 11 - Device according to any one of claims 2 to 10, characterized in that the wall of said aerator (16) facing said neck (14) are provided with multiple perforations.