Le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement destinés à remplacer le dispositif de dissolution d'air (c'est à dire le « générateur » de microbulles) dans les installations de clarification par flottation à air dissous.

ART ANTERIEUR La flottation est un procédé de clarification de liquides chargés en matières en suspension (MES). Ce procédé utilise la propriété de très fines bulles de gaz d'adhérer aux particules (les MES) présentes dans le liquide et de les faire remonter à la surface du liquide. Le liquide est ainsi clarifié.

Chaque installation de clarification par flottation est composée de deux éléments-le dispositif de génération des bulles de gaz et le dispositif de séparation des MES (ce dernier est sans rapport direct avec l'invention et ne sera pas considéré). Le dispositif de génération des bulles de gaz peut tre conçu de plusieurs manières et avoir, selon la conception, des performances assez différentes.

En fonction de la technique de génération des bulles utilisée, on peut distinguer les types suivants : diffuseurs statiques L'élément principal de ce type de dispositif est un corps poreux fermé et immobile, dans lequel le gaz est introduit sous pression. La diffusion du gaz se fait à travers les pores. La taille des bulles dépend essentiellement de la taille des pores, de la vitesse de sortie du gaz

par les pores et de certaines caractéristiques physiques du liquide (température, salinité, présence de produits tensioactifs, etc.). Les bulles obtenues avec ce procédé sont assez grosses-plus de 2 mm de diamètre. Par conséquent leur capacité d'adhérer aux particules est faible et leur vitesse de remontée dans le liquide-trop élevée, provoquant des turbulences et perturbant la clarification. Ce type de dispositif a trouvé très peu d'applications industrielles. diffuseurs à turbine L'élément principal de ce type de dispositif est une turbine centrifuge qui est le plus souvent logée dans un corps semi fermé (comme une pompe centrifuge avec sa turbine). Le gaz est introduit sous pression à l'entrée de la turbine ou bien est aspiré par la dépression crée à l'entrée de la turbine par sa rotation. En passant par la turbine qui tourne à grande vitesse, le gaz est dispersé et mélangé avec le liquide. Le mélange liquide/bulles de gaz est propulsé par la turbine à l'extérieur du corps du dispositif dans le liquide. Les bulles obtenues par ce type de dispositif sont également grosses, généralement plus de 3 mm de diamètre. A l'échelle industrielle, ce type de générateur de bulles a trouvé des applications essentiellement dans la flottation des minerais et pour la séparation grossière des graisses dans le traitement des eaux résiduaires. dispositifs de pressurisation La solubilité d'un gaz dans un liquide dépend fortement de la pression. Ainsi, plus la pression augmente, et plus la solubilité du gaz dans le liquide augmente. Dans les dispositifs de pressurisation, le gaz est ainsi mélangé avec le liquide sous pression afin d'augmenter la quantité de gaz dissous dans le liquide. Ensuite, le liquide enrichi (voire saturé) en gaz dissous, est remis à la pression atmosphérique. Par conséquent, le surplus de gaz dissous dans le liquide est immédiatement re-largué sous forme de bulles. La taille des bulles dépend essentiellement de la chute de pression, de la concentration du gaz dans le liquide, de la température et des caractéristiques physiques du liquide. Les bulles obtenus par ce type de dispositif sont beaucoup plus fines par rapport aux bulles obtenus par les dispositifs précédents-leur diamètre est le plus souvent compris entre 40 et 120 um (micromètres). Ces bulles, appelées « microbulles » adhèrent très bien aux particules et leur vitesse de remontée est faible. Elles sont bien adaptées à la clarification fine des liquides

chargés. C'est pourquoi cette technique de génération de microbulles pour la flottation est la plus utilisée dans la pratique. Elle a donné son nom à ce type de clarification à savoir « clarification par flottation à air dissous » Les dispositifs de pressurisation sont en général composés de deux éléments : * la pompe de pressurisation, qui sert à faire monter la pression dans le ; le ballon (ou le tube) de pressurisation, assurant une certaine durée de contact, nécessaire à la dissolution du gaz dans le liquide.

En général, le gaz est injecté dans le circuit entre la pompe de pressurisation et le ballon, ou bien directement dans le ballon. Certains constructeurs utilisent des pompes centrifuges particulières et injectent le gaz directement dans le corps de la pompe pour améliorer'le mélange.

Les dispositifs de pressurisation sont bien connus et utilisés depuis plusieurs décennies. Ils fonctionnent bien et donnent entièrement satisfaction sur le plan technique. Néanmoins, sur le plan économique, le fonctionnement de ces dispositifs est assez onéreux. En effet, la pression utilisée pour la dissolution est comprise entre 3 et 8 bars, étant le plus souvent de l'ordre de 5 à 6 bars.

Cette pression relativement élevée, entraîne une consommation d'énergie considérable, qui est perdue entièrement au moment de la détente. Le coût de fonctionnement entraîné par ce gaspillage d'énergie a toujours limité les applications industrielles de la clarification par flottation à air dissous.

Le dispositif selon l'invention apporte une solution moins coûteuse sur le plan énergétique, qui permet toutefois d'obtenir des microbulles d'une taille suffisamment petite pour tre utilisées pour la clarification par flottation.

On a décrit dans le document FR-A-2 736 279 un diffuseur de gaz tournant immergé dans le liquide. Ce diffuseur est conçu pour diffuser le gaz en tournant à très grande vitesse.

Cette grande vitesse a pour but de créer un frottement important entre le liquide et la

surface du diffuseur diffusant le gaz, le but étant de provoquer l'absorption et la dissolution directe du gaz dans le liquide sans passer par la formation de bulles de gaz. En réalité, le fonctionnement de ce dispositif connu s'est avéré peu satisfaisant. Ce dispositif est en effet très sensible à la pression et au débit du gaz et son fonctionnement est assez instable-la couche de liquide située à proximité du diffuseur est vite saturée en gaz, ce qui provoque l'apparition brutale de grosses bulles de gaz.

Le dispositif selon l'invention comprend (entre autre) un diffuseur tournant du type décrit dans le document précédent, mais il est utilisé selon une configuration différente et dans des conditions de fonctionnement différentes, 1'ensemble étant conçu pour obtenir un résultat globalement différent : justement la formation de bulles de gaz.

Ce dispositif de diffusion de microbulles de gaz dans un liquide, comprend un diffuseur de gaz fermé, alimenté en gaz sous pression, et tournant à grande vitesse au sein d'une enceinte contenant ledit liquide. Selon l'invention, il comprend au moins une entrée du liquide, et une sortie dudit liquide, respectivement dans et hors de l'enceinte. Ledit liquide est introduit sous pression au sein de 1'enceinte, de telle sorte à lui imposer une circulation au niveau de la zone de diffusion du gaz au voisinage du diffuseur.

La manière dont l'invention peut tre réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemple de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention en section verticale.

La figure 2 représente schématiquement le dispositif selon l'invention en section horizontale réalisée selon la ligne A-A sur la figure 1.

La figure 3 représente schématiquement une variante du dispositif selon l'invention en section verticale.

La figure 4 représente schématiquement le dispositif selon l'invention en section horizontale réalisée selon la ligne B-B sur la figure 3.

DESCRIPTION DETAILLEE DU DISPOSITIF SELON L'INVENTION Le dispositif selon l'invention permet de diffuser des microbulles de gaz dans le liquide et en mme temps d'évacuer immédiatement et en permanence le mélange microbulles/ liquide. L'évacuation immédiate et permanente du mélange microbulles/liquide a pour but d'éviter la saturation en gaz des couches du liquide proches du diffuseur, qui se traduit par une coalescence des microbulles et donc, par l'apparition de grosses bulles de gaz.

Avant de décrire la construction et le fonctionnement du dispositif selon l'invention, il convient de préciser que la taille des bulles diffusées par un diffuseur poreux immobile dépend de la taille des pores, de la vitesse de sortie du gaz à travers les pores et des caractéristiques physique du liquide et du gaz, notamment la tension superficielle entre les deux phases. Le gaz passant par un pore forme dans le liquide une bulle qui grandit progressivement jusqu'à ce que son volume, et par conséquent la force de flottation, devienne supérieure à la force d'adhésion (provoquée par la tension superficielle entre le gaz et le liquide) reliant la bulle à la surface poreuse. A ce moment la bulle se détache de la surface poreuse et part vers la surface du liquide.

C'est en raison de cette force d'adhésion entre la bulle et la surface poreuse que les bulles diffusées par des pores très fins (quelques microns) arrivent parfois à un diamètre de quelque millimètres avant de se détacher de la surface poreuse.

Si le liquide se déplace par rapport à la surface poreuse, la bulle sera détachée non seulement par la force de flottation, mais aussi par le frottement entre le liquide et la surface poreuse. Dans ce cas la bulle sera « arrachée » à une taille plus faible que dans le cas d'absence de frottement entre le liquide et la surface de diffusion du gaz, d'où l'intért du diffuseur tournant.

Le dispositif selon l'invention peut tre réalisé de plusieurs façons différentes. Deux variantes A et B sont représentées à titre indicatif et non limitatif, la première en relation avec les figures 1 et 2, et la seconde en relation avec les figures 3 et 4. La différence entre les deux variantes du dispositif selon l'invention réside essentiellement au niveau du sens de passage du liquide par rapport à la planéité de rotation du diffuseur.

Variante A (fig. 1. 2) Selon une première caractéristique, le dispositif selon l'invention comporte un diffuseur tournant de gaz (1) logé dans une enceinte (2) (voir fig. 1 et fig. 2). Le gaz est introduit sous pression à l'intérieur du diffuseur par l'intermédiaire de l'espace (3) et le canal (4).

L'étanchéité de l'espace (3) est assurée par la garniture mécanique gaz double cartouche (5) et (6). La cartouche (5) assure l'étanchéité entre l'espace (3) et l'extérieur, et la cartouche (6) entre 1'espace (3) et l'espace interne de 1'enceinte (2). Le gaz passe à l'intérieur de la garniture mécanique par un passage (16) prévu à cet effet. Le diffuseur est monté sur un axe (7) supporté par les roulements (8,9). La rotation du diffuseur est assurée par un moteur (non montré) par l'intermédiaire de la courroie (10).

Le diffuseur (1) est composé de deux disques (11) et (12) et d'une virole poreuse (13) fermant l'espace entre les deux disques. Le corps (2) dans lequel est logé le diffuseur (1) comporte une entrée (14) et une sortie (15).

Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante : Le liquide est introduit sous pression dans l'espace (17) défini par 1'enceinte (2). Poussé par la pression, il passe entre la paroi interne de l'enceinte (2) et la virole poreuse (13).

Le diffuseur (1) est alimenté en gaz sous pression (cette pression est supérieure à la pression du liquide) et tourne à grande vitesse à l'intérieur de l'enceinte (2). La vitesse de rotation du diffuseur (1) et la taille des pores de la virole poreuse (13) sont choisies de façon à ce que les bulles de gaz diffusées par le diffuseur (1) soient « arrachées » de la surface de la virole poreuse (13) lorsque leur taille est suffisamment petite. D'une manière générale, pour une taille des pores donnée, plus le diffuseur tourne vite, plus le diamètre des bulles « arrachées » sera faible. La distance entre la face latérale interne (2) et la virole poreuse (13) du diffuseur (1) est calculée par rapport au débit du liquide de façon à ce que la vitesse de passage du liquide entre les deux soit suffisamment élevée pour que les bulles formées soient évacuées suffisamment rapidement pour éviter la saturation dans les couches du liquide proches de la surface poreuse (13), la coalescence des bulles et, par conséquent, la formation de grosses bulles de gaz. Le liquide, comportant les microbulles diffusées par le diffuseur (1), est collecté dans l'espace (18), situé au-dessus du diffuseur (1) et est ensuite évacue par la sortie (15).

Dans cette version du dispositif selon l'invention le liquide s'écoule parallèlement à l'axe de rotation du diffuseur (1).

Cette version du dispositif selon l'invention peut etre réalisée de plusieurs façons. Ainsi, l'entrée (14) et la sortie (15) du corps peuvent tre inversées-entrée en haut et sortie en bas. L'essentiel reste le sens d'écoulement du liquide parallèlement à l'axe (7).

La virole poreuse (13) du diffuseur (1) peut tre constituée d'un seul élément ou bien de plusieurs éléments de construction et de fonction différentes.

L'angle a, défini comme étant l'angle entre le fond et les parois latérales de 1'enceinte (2) peut tre inférieur à 90°, de façon à ce qu'il y ait un angle d'attaque entre la virole poreuse (13) et le sens d'écoulement du liquide, ceci dans le but d'augmenter le frottement exercé par le liquide sur la virole (13).

Le disque (12) peut tre muni d'une ou plusieurs palles (19) telle la turbine d'une pompe centrifuge. Les palles permettraient de créer la circulation du liquide par le diffuseur mme et d'éviter ainsi la nécessité d'avoir une source de pression extérieure.

Variante B (fig. 3.4) Le dispositif selon cette variante B est réalisé globalement de la mme façon que celui de la variante A. La différence réside dans le sens d'écoulement du liquide par rapport au diffuseur (1). Dans ce cas, le liquide circule perpendiculairement à l'axe de rotation (7) du diffuseur (1). Ainsi l'entrée (20) et la sortie (21) ne sont pas situées au-dessus et respectivement en dessous du diffuseur, mais sensiblement à la mme hauteur. La distance entre les disques supérieur et inférieur (11 et 12) du diffuseur et les parois respectivement supérieure et inférieure de 1'enceinte (2) est faible, ce qui oblige le liquide à circuler dans l'espace (23), et de suivre la surface de la virole poreuse (13) sur presque toute sa circonférence. La durée de contact entre le liquide et la virole poreuse du diffuseur est dans ce cas plus longue par rapport à la celle de la variante A.

Le sens de rotation du diffuseur peut tre le mme que le sens d'écoulement du liquide. Par conséquent le frottement entre le liquide et le diffuseur va « accélérer » le liquide. Le diffuseur peut tourner également à contresens par rapport au sens d'écoulement du liquide.

Dans ce cas le frottement « freinera » la circulation du liquide.

Outre les variantes de réalisation A et B décrites ci-dessus, il est possible de réaliser d'autres modes d'entrée et de sortie du liquide dans le corps du dispositif, afin d'obtenir un parcours différent du liquide. Il est par exemple possible de réaliser une combinaison entre les variantes A et B, c'est à dire introduire le liquide au-dessus (ou en dessous) du diffuseur comme dans la variante A et de le faire circuler et ressortir du corps comme dans la variante B et vice versa. Il est également possible de prévoir plusieurs points d'entrée et/ou plusieurs points de sortie du liquide de l'enceinte (2) du dispositif.

A titre indicatif et non limitatif, les caractéristiques du dispositif selon l'invention peuvent avoir des valeurs de l'ordre de grandeur suivant : diamètre du diffuseur (1) : quelque centaines de millimètres (300-400 mm), taille des pores de la virole poreuse : quelques microns, vitesse de rotation du diffuseur (1) : 3000 tours/mn, vitesse de passage du liquide entre la paroi interne de 1'enceinte (2) et la virole poreuse (13) du diffuseur : quelques mètres par seconde.

On conçoit dès lors tout l'intért du dispositif conforme à l'invention, dans le cadre de la clarification par flottation à air dissous. En effet, l'énergie consommée pour la rotation du diffuseur dépend essentiellement du frottement entre le liquide et le diffuseur et est plusieurs fois inférieure à l'énergie nécessaire pour faire monter la pression du liquide à 5- 6 bars.