Brevet FR2430919A1 — publié le 19800208

L'invention concerne généralement une station d'épuration des eaux-vannes et ménagères, en- particulier pour des habitations individuelles, pour un nombre d'usagers pouvant varier de I à 8 environ par exemple, et qui est destinée à assurer l'épuration de toutes les eaux usées provenant d'une habitation individuelle, Ces eaux usées comprennent les eaux-vannes et les eaux ménagères, et peuvent contenir des produits chimiques, des détergents, de l'ammoniaque, des matières organiques, des déchets solides, etc, en suspension et en solution, Pour l'épuration de ces eaux usées, on connaît déjà des microstations d'épuration, constituées par des cuves en général cylindriques d#tn volume 1 à 2 m3 environ, et qui sont équipées de moyens d'oxygénation des eaux, dMne chadlede décantation. Dans la technique connue, les moyens d'oxygénation sont constitués soit par un compresseur, entraîné par un moteur électrique associé à une horloge de programmation, et envoyant de l'air au fond de la cuve. Dans d'autres cas, ces moyens d'oxygénation comprennent un moteur électrique, associé à une horloge de programmation, entraînant une turbine qui crée un brassage d'eau avec formation d'air dans le liquide0 Ces micro-stations connu présentent un certain nombre dtinconvénients importants.Tout d'abord, le taux légal d'épuration des eaux (qui est de 9296) n'est pas atteint en continu et les eaux sont souvent rejetées à l'extérieur sans être parfaitement épurées, De plus, dans tous les cas, les moyens d'oxygénation sont associés à un moteur électrique d'entraînement, dont la consommation d'énergie est relativement importante Ces moyens sont bruyants et tombent fréquemment en panne, souvent en raison de l'atmosphère assez corrosive par exemple dans la cuve, ce qui entraîne un entretien coûteux et fréquent, On a également constaté que la mise en mouvement des eaux usées, ou leur brassage, provoqué par les moyens d'oxygénation, entraînait dans certains cas des augmentations des mousses de détergent. En résumé, on a depuis assez longtemps constaté que les micro-stations d'épuration connues étaient bruyantes, consommaient beaucoup d'énergie, n'assuraient pas une épuration suffisante des eaux usées, étaient peu fiables et nécessitaient un entretien fréquent. La présente invention a précisément pour but de résoudre les problèmes posés par ces micro-stations de la technique antérieure, et d'en éviter les inconvénients. L'invention a plus précisément pour objet une station d'épuration des eaux usées, pour des habitations individuelles, qui est constituée d'éléments statiques et ne comprend aucun élément mobile, de sorte que tous les inconvénients provenant de l'utilisation de pièces en mouvement (brassage des eaux, augmentation des mousses de détergent, usure des pièces, consommation d'énergie) sont évités. L'invention a encore pour objet une station d'épuration des eaux usées pour des habitations individuelles, permettant d'atteindre en continu une épuration sensiblement parfaite des eaux usées. Dans ce but, l'invention propose une station d'épuration des eaux-vannes et ménagères, en particulier pour des habitations individuelles, comprenant des moyens d'oxygénation des eaux à épurer et une chambre de décantation, caractérisés en ce que ces moyens d'oxygénation sont du type silencieux et dépourvus de pièces en mouvement, et en ce que ladite station comprend également, dans la chambre de décantation, une chambre tranquille de digestion bactériologique des matières organiques transportées par les eaux à épurer. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les moyens d'oxygénation sont constitués par un éjecteur d'eau à aspiration d'air extérieur, placé sensiblement sous la chambre tranquille précitée, ou bien par au moins une élec trodeplongée dans la chambre de décantation, en amont de la chambre tranquille, et alimentée en courant continu pour réaliser une hydrolyse partielle des eaux. On a constaté que l'association d'une chambre tranquille de digestion bactériologique avec des moyens d'oxygénation, constitués par un éjecteur d'eau à aspiration d'air ou par des électrodes réalisant une électrolyse de l'eau, produit des résultats surprenants et que l'on obtient, par cette association, une épuration sensiblement parfaite des eaux usées, qui n'avait jamais été obtenue dans les micro-stations de la technique antérieure, L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, avec arrachements partiels, d'une station d'épuration selon Iriil, vention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe, avec arrachements partiels, selon la ligne III-III de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale, correspondant à la figure 1, d'une variante de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est une vue schématique d'une autre varian- te de réalisation de l'invention, servant à l'alimentation d'une cuve d'épuration des eaux usées. On fera tout d'abord référence aux figures 1 à 3, dans lesquelles on a représenté schématiquement une station d'epu- ration des eaux usées, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Cette station d'épuration comprend une cuve 10, de forme sensiblement parallélipipédique rectangle allongée, Ltui peut être réalisée en tout matériau approprié, et qui comporte essentiellement trois compartiments, de taille différente, définis à l'intérieur de la cuve par des cloisons transversales verticales Il et 12 respectivement. La cuve est fermée à sa partie supérieure par une plaque horizontale 13 qui est pourvue de chapeaux amovibles 14, 15 et 16 respectivement, permettant l'accès aux divers compartiments. Ces trois compartiments définis à l'intérieur de la cuve forment respectivement une chambre de décantation 17, une chambre de clarification 18 et une chambre de filtration 19. A ses deux extrémités longitudinales opposées, la cuve 10 comprend un conduit 20 d'entrée des eaux usées, et un conduit 21 de sortie des eaux épurées, ces deux conduits étant placés tous les deux au niveau supérieur de la cuve. Le conduit 20 d'entrée des eaux usées débouche dans la chambre de décantation 17, par l'intermédiaire d'un déflecteur 22. La chambre de décantation 17 comporte encore une chambre tranquille 23, qui est constituée par un groupe de tubes 24 verticaux sensibleient cylindriques, ouverts à leurs extrémités opposées, qui sont disposés côte à côte et qui sont avantageusement constitués par des tubes transversalement annelés perforés. Cette chambre tranquille 23 forme une chambre de digestion bactériologique des matières organiques transportées par les eaux usées, ces matières étant digérées ou absorbées par des bactéries aérobies et anaérobies dont l'entretien et le développement est favorisé par la configuration annelée des tubes 24.En effet, l'utilisation de tubes annelés, par rapport à l'utilisation de tubes cylindriques à surface droite, permet d'augmenter de façon très importante la surface du tapis bactériologique avec lequel les eaux usées sont amenées en coeIt#at, et d'oe#I## l'#rod# # oe ~ biss. Dans l'exemple représenté, les tubes 24 sont groupés en un faisceau à contour circulaire, qui est supporté, de façon appropriée, par la cloison transversale Il séparant la chambre de dêcantation 17 de la chambre de clarification 18, et par une cornière transversale. La chambre de décantation 17 comprend encore des moyens d'oxygénation des eaux usées, qui sont ici constitués par un éjecteur d'eau à aspiration d'air extérieur 25, qui est supporté par le fondsde la cuve 10, et qui est disposé dans la chambre 17 de façon à se trouver sensiblement en-dessous de la chambre tranquille 23 et légèrement en avant ou en amont de celle-ci,comme représenté en figure 1. Ce type d'éjecteur à eau est bien connu, et son principe consiste à créer un écoulement axial d'eau au droit du débouché d'une conduite d'aspiration d'air, ce qui crée une aspiration d'air dans l'éjecteur par le courant d'eau.Dans le cas présent, le premier chapeau amovible 14 de la cuve 10, situé au voisinage du conduit d'entrée 20 des eaux usées, comprend deux conduits en attente, respectivement 26 et 27, destinés l'un à être relié à une canalisation d'eau, l'autre formant bouche d'aspiration d'air, Ces deux conduits 26 et 27 sont destinés à être reliés, par tout moyen approprié, aux entrées 28 et 29 de 11 éjecteur 25, comme représenté en figure le La cloison transversale I I, séparant la chambre de décantation 17 de la chambre de clarification 18, comprend, dans sa partie inférieure sous la chambre tranquille 23, deux orifices 30 et 31 placés l'un au-dessus de l'autre, l'orifice supérieur 30 étant destiné au passage des eaux de la chambre 17 dans la chambre 18, et l'orifice inférieur 31 permettant le retour des matières de la chambre 18 vers le fond de la chambre 170 Pour faciliter ce retour des matières, la seconde cloison transversale 12, séparant la chambre 18 de la chambre de filtration 19, forme à sa partie inférieure un plan incliné, constituant le fond de la chambre 18, et qui est dirigé vers 11 orifice inférieur 31 de la cloison transversale 11. -La partie supérieure de la seconde cloison transversale 12 comprend, au voisinage d'un de ses bords latéraux, un orifice 32, entouré par un déflecteur 33 placé dans la chambre 18, et permettant le passage des eaux de la chambre 18 vers la chambre de filtration. Cette chambre 19 est séparée en deux compartiments, de volumes égaux, par une cloison longitudinale verticale 34 pourvue à sa partie inférieure d'un orifice 35, de telle sorte que la chambre 19 forme en fait un syphon en U à deux branches verticales disposées côte à côte, Cette chambre 19 est remplie, au moins partiellement, et dans ses deux compartiments, de matériau léger tel que des déchets de polystyrène expansé, qui peuvent être avantageusement rassemblés dans un filet 36 à l'intérieur de chacun des deux compartiments de la chambre 19.#Le conduit de sortie 21 débouche à la partie supérieure du second compartiment de la chambre 19, opposé au premier compartiment comprenant l'orifice d'entrée 32. Le fonctionnement de cette station d'épuration est le suivant Les effluents (eaux-vannes et menagères) sont amenés à l'intérieur de la cuve 10 par le conduit d'entrée 20, passent par le déflecteur 22, et circulent lentement à l'intérieur de la chambre de décantation 17, comme indiqué par les flèches en figures 1 et 2. La circulation se fait par le débit naturel des eaux à l'intérieur de la cuve, sans apport d'énergie extérieure.Les eaux usées circulent lentement dans la chambre tranquille 23, de haut en bas, à l'intérieur des tubes annelés 24, où les matières organiques sont digérées et absorbées par le tapis bactériologique développé sur les surfaces annelées intérieures et extérieures dB tubes24. L'éjecteur 25 envoie par intermittence un débit d'eai etde bfles d'air (dans un rapport de volume de 1 à 5) sous la chambre tranquille 23, les bulles d'air remontant à l'intérieur des tubes 24 vers la surface, en favorisant le développement bactériologique d'une part, et en assurant d'autre part une dégradation des détergents et de l'ammoniaque0 La canalisation d'eau alimentant l'éjecteur 25 par l'intermédiaire du conduit 26 comporte une électro-vanne (non représentée) commandée par une horloge de programmation, qui assure l'ouverture de l'électro-vanne, et commande donc le fonctionnement de l'éjecteur 25, pendant une durée d'environ 3 minutes toutes les heures. On obtient ainsi une oxygénation optimale, que l'on peut d'autre part régler en fonction du degré de pollution des eaux usées pénétrant dans la cuve, et en fonction du débit de ces eaux usées (c'est-à-dire notamment en fonction du nombre d'usagers). On comprend que les matières lourdes transportées par les eaux usées se déposent sous forme de boues 37 sur le fond de la chambre de décantation 17. Les eaux sortant de la partie inférieure de la chambre tranquille 23 se dirigent vers l'orifice 30 de la cloison transversale 11, et passent dans la chambre de clarification 18, où elles remontent vers la surface et vers 11 orifice 32 de la cloison transversale 12. Pendant cette remontée des eaux vers la surface dans la chambre 18, une décantation secondaire se produit, et les matières lourdes sont ramenées par le plan incliné formé par la partie inférieure de la cloison 12, et par l'orifice 31 vers le fond de la chambre de décantation 17. Les eaux passent ensuite de la chambre 18 dans le premier compartiment de la chambre de filtration 99 par l'orifice 32, elles descendent au fonide ce premier compartiment en traversant les matériaux légers contenus dans le filet 36, elles passent dans le second compartiment par l'orifice 35 de la cloison longitudinale 34, elles remontent vers la partie supérieure du second compartiment en traversant à nouveau les matériaux légers contenus dans-un filet 36, et sont évacuées par le conduit de sortie 21 en étant parfaitement débarrassées des impuretés solides en suspension, qui sont complètement arrêtées par les matériaux légers. A titre d'exemple on indiquera qutune cuve 10 selon l'invention a un volume utile de 2 m3 environ (par exemple pour une longueur totale de 2,15 m, une largeur de 80 cm et une hauteur de 1,4 m), qu'elle permet de traiter un volume d'eau usée de 250 l par usager pour un nombre d'usagers variant de 1 à 8, et que les#eaux usées séjournent environ 24 ou 25 heures dans la cuve On obtient ainsi un taux d'épuration en continu qui est supérieur à 92%, et qui peut atteindre 95 à 96% pour les matières en suspension. On remarquera encore que cette station d'épuration selon l'invention fonctionne sans aucune pièce mobile, avec un apport d'énergie extérieure extremement faible (comprenant seulement l'alimentation en eau de l'éjecteur 25 pendant environ 3 minutes par heure, et l'alimentation d'énergie électrique de l'électro-vanne et de l'horloge de programmation associées à l'électro-vanne). En figure 4, on a représenté une variante de réalisation de l'invention, qui correspond sensiblement aux modes de réalisation des figures 1 et 3, mais dans laquelle les moyens d'oxygénation, formés par ltéjecteur 25 dans le mode de réalisation précédent, sont ici constitués par une ou plusieurs électrodes 40 plongées dans la chambre de décantation 17 en amont de la chambre tranquille 23. Les électrodes 40 sont alimentées en courant continu, par exemple au moyen d'un simple transformateur branché sur l'alimentation secteur, de façon à réaliser une hydrolyse partielle des eaux, permet- tant une oxygénation et une hydrogénation de ces eaux. L'-oxygénation et l'hydrogénation favorisent le développement bactériologique dans la chambre tranquille 23, et d'autre part assurent une dégradation des détergents et de l'ammoniaque. Comme dans le mode de réalisation précédent, le fonctionnement des moyens d'oxygénation est intermittent, c'est-à-dire que les électrodes 40 sont alimentées en courant continu pendant quelques minutes par heure, au moyen d'une horloge de programmation associée à un relais prévu dans les lignes d'alimentation du transformateur. En figure 5, on a représenté encore une variante de réalisation de l'invention, qui concerne cette fois le traitement par champ magnétique et par ultra-sons des eaux usées, avant de rentrer dans la cuve 10. Le dispositif représenté comprend un tube en U 50, formant syphon, dont une première branche comprend un élément 51 métallique aimanté, émettant un champ magnétique permanent dont la puissance est proportionnelle à un débit prédéterminé des eaux. La -seconde branche du tube en U 50 comprend une capacité de faible volume 52 qui comprend des moyens 53 générateurs de vibration ultra-sonores, alimentés en énergie électrique par des fils 54. On sait en effet que les eaux-vannes sont des eaux chargées de matières minérales et de matières organiques en solution et en suspension. Le passage de ces eaux chargées dans le champ magnétique de ltélément 51 modifie les conditions de cristallisation des matières minérales, et empêche notamment la précipitation de ces matières sous forme de dépôts ou d'agglomérats qui sont nuisibles au développement de l'action bactérienne dans la chambre tranquille de la cuve 10. D'autre part, on sait que l'évolution bactériologique se développe d'autant plus favorablement que les matières organiques en suspension dans les eaux usées sont le plus finement divisées, en offrant ainsi les surfaces les plus grandes à l'action des bactéries. C'est pour favoriser cette division des matières organiques que les eaux usées sont soumises à l'action des vibrations ultra-soniques.Le générateur de vibrations ultra-soniques utilisé est d'un type bien connu, utilisé en particulier dans les industries de traitement de surface pour le dégraissage des métaux, et ne sera donc pas décrit ici plus en détail, La sortie du tube en U 50 est reliée directement au conduit 20 d'entrée de la cuve 10, de sorte que les eaux usées ayant circulé dans le tube 50, et ayant donc subi l'action du champ magnétique et l'action des vibrations ultra-soniques, circulent ensuite dans la cuve 10 pour y subir une oxygénation, passentdans la chambre tranquille où les matières organiques sont digérées, puis sont clarifiées dans la chambre 18 et filtrées dans la chambre 190 On notera que, dans certains cas, la cuve 10 peut alors être dépourvue de moyens d'oxygénation. On notera encore que l'appareil générateur d'ultra-sons ne fonctionne pas en continu, mais de façon intermittente, gracie à la présence de la capacité 524 On remarquera enfin que, dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, la cuve 10, en raison de ses faibles dimensions, peut être installée dans une cave, hors sol, et qu'elle ne nécessite qu'un entretien rapide une ou deux fois par an, pour l'extraction des boues et des déchets déposés au fond de la chambre de décantation 17o Les tubes annelés perforés constituant la chambre tranquille sont fixés en faisceaux de façon amovible sur la cloison transversale 11, de façon à-pouvoir être sortis facilement de la cuve, en vue de leur nettoyage, il en est de même pour les matériaux légers contenus dans la chambre 19 de filtration. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, En particulier, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent0 REVENDICATIONS - e e e - e - e - - - e - e e - e - C - C - le Station d'épuration des eaux-vannes et ménagères, en particulier pour des habitations individuelles, comprenant des moyens d'oxygénation des eaux à épurer et une chambre de décantation1 caractérisée en ce que les moyens d'oxygénation sont du type silencieux et dépourvus de pièces en mouvement, et en ce que ladite station comprend également, dans la chambre de décantation, une chambre tranquille de digestion bactériologique des matières organiques transportées par les eaux à épurer. 2. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'oxygénation sont constitués par un éjecteur d'eau à aspiration d'air extérieur, placé sensiblement sous la chambre tranquille précitée. 3. Station selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'éjecteur d'eau précité est à fonctionnement intermittent automatique programmé, par exemple au moyen d'une electro-vanne commandée par une horloge. 4. Station selon la revendication 1, caractériséeen ce que les moyens d'oxygénation comprennent au moins une électrode plongée dans la chambre de décantation, en amont de la chambre tranquille, et alimentée en courant continu pour réaliser une hydrolyse partielle des eaux. 5. Station selon l'une des revendications-précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend, en aval de la chambre de décantation, une chambre de clarification. 6. Station selon la revendication 5, caractérisée en ce que le fond de la chambre de clarification est formé par un plan incliné débouchant sur le fond de la chambre de décantation, 7. Station selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend également, en sortie, une chambre de filtration formant syphon, remplie au moins partiellement de matériaux légers, par exemple du type polystyrène expansé. 8 Station selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre tranquille précitée est constituée par un groupe de tubes cylindriques annelés perforés, ouverts à leurs extrémités-et disposés verticalement côte à côte. 90 Station selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites chambres de décantation, de clarification et de filtration sont contenues dans une cuve allongée, ayant par exemple un volume utile de 2 m3 environ. 10. Station selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est alimentée en eau à épurer par l'intermédiaire d'un syphon ou tube en U dont une branche comprend un élément aimanté produisant un champ magnétique permanent et dont l'autre branche comprend une capacité de faible volume dans laquelle sont logés des moyens générateurs d 'ultra-sons0