Brevet FR2337106A1 — publié le 19770729

La présente invention a trait au domaine du traitement, par voie physique et biologique des eaux résiduaires, notamment des eaux industrielles de re Jet et des eaux d'égout brutes. Elle concerne plus spécialement un procédé de filtration de telles eaux, destiné à éliminer de fines particules en suspension ainsi que des matières en solution génératrices de pollution. On sait que les eaux usées telles que par exemple les eaux égouts, municipales ou industrielles, doivent subir une série de traitements physiques et éventuellement, chimiques ou biologiques, avant de pouvoir être rejetées à la rivière sans créer de pollution et être ré-utilisées. Par exemple, on effectue habituellement une série d'opérations dénommées : dégrillage c'est-à-dire arrêt par des grilles ou tamis des amas de matières en suspension, dessablage c'està-dire décantation des sables et boues et dégraissage destiné à la séparation des eaux et des graisses qui surnagent à la surface. Ces traitements exigent la mise en oeuvre d'installations dont les coûts de réalisation et les frais d-ex- ploitation sont élevés.Certes, il est possible dans certains cas de remplacer au moins une partie des opérations précitées par une filtration plus ou moins poussée mais les procédés et appareillages proposés à cet effet entraînent une assez grande consommation d'énergie électrique, ce qui augmente notablement le coût du traitement. La demanderesse a proposé, dans la demande de brevet français Numéro 75.37198 du 27 Nov. 1975 un nouveau procédé de traitement des eaux usées par microtamisage à l'aide d'un dispositif à tambour tournant ne nécessitant pratiquement aucune énergie électrique pour son fonctionnement. Cette technique permet d'obtenir d'excellents résultats dans l'épuration. Toutefois, lorsque le taux de pollution résiduelle des eaux ainsi traitées, à rejeter en rivière, n'est pas conforme aux sévères exigences des législations actuelles. Il est nécessaire de conduire les eaux tamisées dans une installation biologique ou traitement de filtration équivalent. L'installation de traitement biologique. classique (filtre ou boues activées) est coûteuse en énergie électrique, notamment pour le recyclage de l'eau ou pour l'alimentation des turbines ou surpresseurs d'air; de plus, elle demande un temps assez long de maturation et elle manque de souplesse. On a tenté, certes, de substituer au traitement biologique, par exemple dans le cas d'eaux usées de laiteries ou analogues, une filtration sur lit de charbon fossile c'est-à-dire de matériaux souples et légers d'origine végétale. Mais ces tentatives n'ont pas donné les résultats escomptés par suite d'un-colmatage rapide du lit filtrant et d'un défaut de régénération, dans les conditions opératoires mises en oeuvre. L'invention apporte une solution nouvelle au problème de la filtration en proposant un procédé qui, utilisé en complément d'une phase de microtamisage d'eaux usées ou en substitution des phases classiques de décantation-clarification-filtration biologique, donne lieu à une très faible consom- mation d'énergie électrique et conduit à l'obtention d'eaux totalement épurées de leurs matières en suspension et/ou solution. Le nouveau procédé fait également appel à un lit de charbon fossile mais il permet, grâce à une combinaison de moyens résultant de l'étude approfondie des facteurs critiques dans ce type de filtration, d'éviter les inconvénients précités de colmatage et de rendre industriellement possible et rentable la filtration sur des éléments d'origine végétale. La technique est caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement a) à mettre en oeuvre comme masse filtrante un matériau de structure ligneuse et spongieuse, à grande capacité de rétention d'eau, ce matériau vivant de type évolutif renfermant, dans une texture hétérogène, des matières organiques destinées à la nourriture et au développement de la flore et de la faune. b) à déposer ledit matériau, en une épaisseur bien déterminée, sur une as sise permettant un égouttage rapide sans conduire à un entrainement de ma tière c) à diviser la surface filtrante en plusieurs zones avec permutation auto matique des zones de travail et des zones de repos et en règlant les vites ses d'égouttage, après Upersion du lit, et les vitesses de filtration à des taux tels que le lit puisse subir une décompression, avec déplacement de la faune, et conserver sa structure spongieuse et son caractère évolutif. L'ensemble des caractéristiques précitées, exigées pour le matériau de filtration, a conduit la Demanderesse à porter son choix sur la tourbe. Parmi les catégories de tourbes utilisables, on peut citer :la tourbe dite mousseuse, d'âge inférieur à 8000 ans, mais de préférence les tourbes blondes ou encore les tourbes dites brunes,#d'age 15.000 ans ou plus. Il a également été trouvé que des mélanges de telles tourbes et de déchets de matières spongieuses, naturelles ou artificielles (par exemple des déchets de mousses plastiques à cellules ouvertes), en des proportions respectives variant dans une fourchette pondérale de 30/70 à 90/10, donnaient également de bons résultats grâce à leur texture hétérogène et souple.Toutefois d'autres matériaux à structure analogue peuvent convenir tels que, par exemple, certains composts ou matériaux de synthèse utilisés notamment par les agriculteurs et horticulteurs. Ces matériaux filtrant utilisés comme matières premières sont de type évolutif grâce à leur teneur en substances organiques où chaque élément vivant joue un rôle différent. Les mousses et les sphaignes participent au renouvellement de la couche supérieure du lit et interviennent notamment dans la fixation de l'azote. Les bactéries et protozoaires effectuent une transformation aérobie ou semi-aérobie des matières organiques, Enfin les vers ou animaux analogues provoquent, par leur travail, une sorte de décompression et une aération du lit filtrant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le maté- riau filtrant doit être associé à un support permettant un égouttage rapide sans perte de matière solide et ne nécessitant pas, comme dans les systèmes conventionnels de filtration biologique, une véritable ventilation du lit. Un dispositif commode, mais non limitatif, satisfaisant à ces critères, est constitué par un ensemble comprenant : un radier de base en béton armé ou analogue ; un plancher constitué par l'alignement de corps creux par exemple des éléments en forme de U dont les courbures sont disposées sous le radier et qui sont serrés les uns contre les autres de façon à réduire au minimum les intersectices d'écoulement d'eau ; une-ou plusieurs rigoles de réception des eaux en provenance de ces canaux crées entre les corps creux. En pratique, l'épaisseur de lit filtrant à mettre en oeuvre est fonction de divers facteurs, notamment du film actif en surface que l'on désire obtenir et de la zone sous-jacente servant de support élastique et de réserve de développement. il a été constaté que, dans la majorité des cas, des épaisseurs comprises entre 20 et 50 cm. convenaient bien, avec une fourchette préférentielle de 25 à 40 cm Selon un autre aspect important de l'invention, la surface filtrante, qui peut être compartimentée ou non, doit être divisée en plusieurs zones, de façon à faire alterner une phase d'activité et une phase de repos. Par exemple lorsqu'il y a trois zones, l'une d'entre elles sera maintenue en arrêt pendant le travail des deux autres, avec permutationsultérieurtp Cette mise au repos est nécessaire pour obtenir à la fois un égouttage correct ainsi qu'une décompression du matériau et une incitation au déplacement de la faune vers la surface du lit. La répartition en zones peut se faire par tout moyen connu, par exemple à l'aide de rigoles ou de tourniquets hydrauliques. La mise en service et les temps de repos sont conditionnés par un programme réglable agissant soit sur des pompes soit sur des électrovannes, cette dernière solution étant préférable car très avantageuse au plan de l'économie d'énergie réalisée. Les temps de mise au repos doivent être suffisants pour permettre l'égouttage mais pas trop longs pour éviter la saturation du lit en éléments antiseptiques, du type acides ultrique ou gallique, qui sont nuisibles à la prolifération de la faune de surface. En pratique, il a été trouvé que des durées de repos de deux à quatre heures (selon la qualité de l'eau et du matériau filtrant) étaient généralement satisfaisantes, ce qui correspond à des vitesses d'égouttage, après arret de l'aspersion, de l'ordre de 10 à 30 cm à l'heure, souvent voisines de 20 cm/h. Quant aux vitesses de filtration, qui permettent de déterminer la. surface filtrante à mettre en oeuvre, elles sont non avantageusement comprises entre 5 et 20 cm/h mais, de préférence,/supérieures à 15 cm/h environ dans la plupart des applications. Par exemple, dans une série d'expériences réalisées pendant une durée de plusieurs mois sur une tourbe bru ne, avec une surface utile de 900 m2 répartie en trois zones (dont deux en activité et une au repos) et un débit maximum d'admission sur le filtre égal à 90 m3/h, on atteignait une vitesse instantanée de : 90/600 = 0,15 m/h et une vitesse théorique générale de : 90/900 = 0,10 m/h. Ces essais ont en outre per, mis de déterminer, par approximation, que le cycle d'utilisation d'une masse donnée de lit filtrant devait atteindre au moins deux ans, ce qui, compte-tenu de la faible dépense d'énergie électrique pour le fonctionnement, renforce encore l'intérêt du procédé au plan économique. R E V E N D I C A T I Q X S 1. Procédé de filtration des eaux usées sur lit de charbon fossile caractérisé en ce qu'il consiste a) à mettre en oeuvre comme masse filtrante un matériau de structure ligneuse et spongieuse, à grande capacité de rétention d'eau, ce matériau vivant de type évolutif renfermant, dans une texture hétérogène, des matières organi ques destinées à la nourriture et au développement de la flore et de la faw b) à déposer ledit matériau, en une épaisseur bien déterminée, sur une assise permettant un égouttage rapide sans conduire à un entrainement de matière c) à diviser la surface filtrante en plusieurs zones avec permutation automa tique des zones de travail et des zones de repos et en réglant les vitesses d'égouttage, après aspersion du lit, et les vitesses de filtration à des taux tels que le lit puisse subir une décompression, avec déplacement de la faune, et conserver sa structure spongieuse et son caractère évolutif. z Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau filtrant est choisi dans le groupe des tourbes,en particulier tourbe mousseuse, tourbe blonde ou tourbe brune. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la tourbe est asso ciée à un matériau du type éponge, natuedle ou artificielle. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'assise du matériau filtrant est constituée par un radier de base en béton armé ou analogue suppor tant un alignement de corps creux à canaux d'écoulement internes débouchant sur des rigoles de réception des eaux et en ce que l'épaisseur du lit filtrant est comprise entre 20 et 50 centimètres. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que les corps creux sont constitués par des éléments en forme de U dont les courbures sont alignées sous le radier et qui sont serrées les uns contre les autres de façon à obtenir un espace minimum d'interstices d'écoulement d'eau, ensemble permettant une circulation de l'air sans toutefois conduire à une ventilation du lit filtrant. 6. Procédé selon la revendication 1 ctractérisé en ce que la vitesse d'égouttage} après arrêt de l'aspersion du lit, est réglée entre 10 et 30 cm/h pour un tiops de repos de 2 à 4 heures et en ce que la vitesse de filtration est avantageu sement comprise entre 5 et 20 cm/h pour la partie de surface filtrante en acti vité.