Modélisation de l' Hydrodynamique et du transfert d'oxygène dans les chenaux d'aération

par Yannick Fayolle

Thèse de doctorat en Epuration des eaux usées

Sous la direction de Alain Héduit.

Soutenue en 2006

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    L’objectif général du travail présenté était de développer un outil d'analyse et de simulation des écoulements et du transfert d'oxygène en bassins d'aération équipés de diffuseurs fines bulles et d'agitateurs lents à grandes pales. A terme, cet outil permettra de simuler et d'interpréter l'impact de paramètres de conception, de dimensionnement et de gestion technique des installations sur les capacités d'oxygénation des systèmes d'aération. Dans un premier temps, des méthodes de mesure ont été développées pour mesurer in situ les paramètres locaux caractéristiques des écoulements et du transfert d'oxygène en eau claire sur site réel (vitesse de circulation horizontale de l'eau, rétention gazeuse, taille des bulles). La faible influence de la mise en circulation de l'eau sur la taille des bulles d'air (de 4,6 à 4,4 mm pour une augmentation de la vitesse horizontale de l'eau de 0 à 0,42 m. S-1) a été mise en évidence. L'augmentation du transfert d'oxygène (+29%) par imposition d'une vitesse de circulation horizontale de l'eau est principalement due à une augmentation de la rétention gazeuse globale, par neutralisation des spiral flows. Le deuxième objectif a été de développer un outil numérique permettant de simuler les écoulements gaz/liquide dans les bassins d'aération. Cet outil, validé expérimentalement sur un bassin pilote (1 m3) et sur un site réel (1493 m3), permet de reproduire précisément le transfert d'oxygène. Dans un troisième temps, cet outil numérique a permis d'analyser localement les phénomènes de transfert d'oxygène. L'évolution de la concentration en oxygène à saturation instantanée CL * et son influence sur la détermination du coefficient de transfert d'oxygène ont été mises en évidence. Une adaptation de la méthode de détermination du coefficient de transfert d'oxygène réel prenant en compte cette évolution a été proposée. L'impact de la disposition des rampes de diffuseurs, du débit d'air surfacique et de la vitesse de circulation de l'eau sur le transfert d'oxygène ont été analysé globalement et localement

  • Titre traduit

    Flow and oxygen modelling in aeration tanks


  • Résumé

    The objective of this work was to develop a tool in order to analyse and to model hydrodynamics and oxygen mass transfer in aeration tanks equipped with EDPM fine bubble membrane diffusers and slow speed mixers. This tool will be used to simulate and interpret the impact of design and operating parameters on oxygen transfer in aeration tanks. Measurement methods were firstly developed to determine in situ local parameters that govern hydrodynamics and oxygen mass transfer (horizontal liquid velocity, gas hold-up, bubble size), in clean water on real sites. The bubble size slightly decreases with the horizontal liquid velocity (from 4. 6 to 4. 4 mm for an increase in horizontal liquid velocity from 0 to 0. 42 m. S-1). The obtained enhancement of the oxygen transfer coefficient (+29%) with the horizontal liquid velocity is mainly due to the increase in the global gas hold-up, by neutralization of the spiral flows. The second objective was to develop a computerised tool in order to simulate gas/liquid flows in aeration tanks. This tool, validated on a pilot unit (1 m3) and on a real site (1493 m3), can precisely reproduce the oxygen transfer. Finally, this numerical tool was used to analyze the local oxygen transfer phenomena. The evolution of the instantaneous saturation oxygen concentration CL* and its influence on the determination of the oxygen transfer coefficient were highlighted. An adaptation of the method to determine the oxygen transfer coefficient taking into account this evolution was proposed. The impact of the arrangement of diffuser grids, of the surface air flow rate (air flow divided by the total area covered by the diffuser grids) and of the horizontal liquid velocity on oxygen transfer was globally and locally analyzed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (265 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [249-258].

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
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  • Cote : 2006/856/FAY

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  • Cote : 06 ISAT 0035
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