Brevet FR2495183A1 — publié le 19820604

La présente invention est relative à un filtre ou lit bactérien. On sait que les filtres ou lits bactériens sont utilisés pour l'épura. tion biologique des effluents industriels et urbains des petites et moyennes collectivités. Un lit bactérien classique est constitué par un empilage, sur une certaine hauteur (de l'ordre de 1 à 3 mètres), de matériaux filtrants tels que, notamment, de la pouzzolane, sur lesquels se fixe la masse mucilagineuse, couramment appelée "gélatine", dans laquelle vivent les microorganismes. Les eaux à traiter sont déversées à la surface du lit, et, durant leur traversée de ce dernier, les matières polluantes qu'elles contiennent sont retenues par les boues gélatineuses. A la partie inférieure, on prévoit un moyen de drainage pour collecter liteau, tout en permettant une circulation naturelle de l'air. Les filtres bactériens actuellement réalisés présentent un certain nombre d'inconvénients, parmi lesquels on peut citer - l'obligation de réaliser des ouvrages de génie civil en béton, relativement coûteux, pour l'implantation des filtres - ils se colmatent relativement rapidement, ce qui oblige à réaliser pério diquement un décolmatage, souvent difficile à effectuer, ou à remplacer les matériaux du lit - la prolifération de mouches, qui doit être combattue en évitant toute interruption dans l'alimentation des filtres, en chlorant ces derniers, ou en utilisant des insecticides - l'impossibilité de mat'trisser les différents paramètres biologiques ren contrés dans l'exploitation des filtres, ce qui ne permet pas d'atteindre l'objectif de rejet de qualité de l'effluent. La présente invention se propose d'apporter un filtre bactérien ne présentant pas les inconvénients ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un filtre ou lit bactérien caractérisé en ce qu'il est réalisé par un empilage d'un certain nombre de plateaux ou châssis comportant chacun une pluralité de lames disposées en forme de persiennes, ces plateaux, réalisés en un matériau rigide ou semirigide (de préférence en une matière plastique telle que du polyéthylène ou du polychlorure de vinyle), étant munis d'une ouverture centrale, de préférence circulaire, permettant de réaliser une tubulure d'alimentation des eaux à traiter, qui sont ainsi amenées à ruisseler au travers de l'empilage ainsi réalisé, constituant le lit bactérien, un moyen de drainage étant prévu, comme connu, à la partie inférieure de l'empilage pour collecter l'eau. Selon l'invention, l'empilage des plateaux est réalisé de façon que les lames des plateaux successifs, ou les lames de séries de plateaux suc cessifs, soient disposées en quinconce, c1est-à-dire qu'elles forment un angle de 90 avec les lames du plateau précédent, ou de la série précédente, cette rotation d'un quart de tour étant toujours réalisée dans le meme sens. Selon une caractéristique de cette invention, les plateaux sont munis de rebords formant butées de positionnement, conçus de façon à s'emboiter les uns dans les autres lors de l'empilage, les ouvertures centrales de chacun des plateaux pouvant etre également conçues de façon à s'emboiter les unes dans les autres, afin de constituer la tubulure d'alimentation. Selon une autre caractéristique de cette invention, le filtre est constitué de plusieurs empilages de plateaux, convenablement écartés les uns des autres de façon à constituer des tours qui sont disposées à intervalles réguliers sur une dalle horizontale ceinturée par le moyen assurant le drainage des eaux traitées, la sortie de ces dernières pouvant etre dirigée soit vers un exutoire, soit vers un décanteur secondaire, avec ou sans recirculation. Chacun des empilages peut etre muni d'une alimentation individuelle en eau à traiter par sa tubulure centrale, ou bien encore, l'ensemble des empilages peut etre alimenté par un distributeur rotatif unique. Selon encore une autre caractéristique de cette invention, chaque empilage de plateaux peut comporter une alimentation en eaux à traiter à la par. tie supérieure de ltempilage, et au moins une alimentation secondaire à une hauteur intermédiaire de l'empilage, un disque perforé étant prévu, à ce niveau intermédiaire, dans l'empilage des plateaux pour assurer cette alimentation secondaire, et la tubulure centrale d'alimentation étant munie, à ce niveau, d'au moins une ouverture latérale. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limita- tif. Sur les dessins - la Figure 1 est une vue en plan d'un plateau utilisé pour réaliser le filtre bactérien selon l'invention - la Figure 2 est une vue en coupe, selon 2-2, de la Figure I - la Figure 3 est une vue en élévation représentant un empilage de plateaux,selon les Figures 1 et 2, constituant un filtre bactérien selon l'in invention - la Figure 4 est une vue en plan, avec arrachement partiel, de la Figure 3;; - la Figure 5 est une vue partielle, à échelle agrandie, représentant les butées de positionnement prévues sur les rebords des plateaux; et, - la Figure 6 représente, en perspective et de façon schématique, un exemple de réalisation de filtre bactérien selon cette invention. Ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus, un filtre ou lit bactérien selon l'invention est constitué par un empilage d'une pluralité de châssis ou de plateaux présentant certaines caractéristiques. L'un de ces plateaux a été représenté aux Figures 1 et 2, auxquelles on se référera maintenant. Dans l'exemple considéré, chaque plateau 10 est de forme carrée. Il demeure bien entendu qu'il peut présenter toute autre forme, notamment circulaire. Les quatre côtés de ce plateau 10 supportent des lames parallèles 12 disposées en forme de persiennes. Comme on peut le voir sur le dessin, ces lames 12 ont une section en forme de S aplati, incliné par rapport à la direction perpendiculaire au plan du plateau. Chacun des côtés de plateau 10 comporte une lisse centrale 14 et deux lisses latérales 16, 18, formant cornières. Les extrémités des lames 12 sont réunies aux lisses 16 et 18, comme on peut le voir sur la Figure 2. Chacun des plateaux l0 est muni, sur chacun de ses angles, d'un rebord supérieur 20 en forme de cornière, et d'un rebord inférieur 22, également en forme de cornière (Fig. 2).- Ces deux rebords 20-22 constituent des butées de positionnement, conçues de façon à s'emboîter les unes dans les autres lors de l'empilage, comme on le verra plus loin. Chaque plateau, qui est réalisé en un matériau rigide ou semi-rigide, de préférence en une matière plastique telle que du polyéthylène ou du polychlorure de vinyle, est muni d'une ouverture centrale 24. Cette ouverture 24 est délimitée par une virole cylindrique 26, venant de moulage avec le corps du plateau, qui comporte un épaulement supérieur mâle 30 et un épau lement inférieur femelle 28, de façon à permettre un encastrement des viroles 26 les unes dans les autres, lors de l'empilage des plateaux 10. On se réfère maintenant aux Figures 3 à 5, qui représentent partiellement un filtre bactérien selon l'invention > constitué par un empilage de plateaux ou châssis 10. Cette partie de filtre comprend trois plateaux empilés 10, 10', 10". On voit (Figure 5) que la forme des butées de positionnement 20, 22 est telle que, lorsque on réalise l'empilage de plusieurs plateaux, la lisse latérale inférieure (par exemple 18) d'un plateau supérieur (10, dans cet exemple) vient se placer au-dessus de la lisse latérale supérieure 16' du plateau immédiatement inférieur 10', et que chaque rebord (respectivement 22, 22', 22") de plateau supérieur vient s'engager dans l'angle intérieur du plateau inférieur correspondant, tandis que le rebord (respectivement 20, 20', 20") du plateau inférieur correspondant reçoit la partie externe de l'angle du plateau supérieur correspondant. Au centre de chaque plateau, ltépaulement mâle 30 de la virole 26 d'un plateau inférieur reçoit l'épaulement femelle 28 de la virole du plateau supérieur, ce qui permet d'obtenir une tubulure centrale continue 24, qui est utilisée pour l'alimentation en eaux à traiter du filtre bactérien. Comme on le voit sur les Figures 3 et 4, l'empilage des plateaux est réalisé de façon que les lames soient orientées en quinconce, c'est-à-dire que les lames d'un plateau forment un angle de 90 avec les lames du plateau précédent, et ainsi de suite, cette rotation d'un quart de tour étant toujours effectuée dans le meme sens. On obtient ainsi une répartition exceptionnellement homogène de l'effluent à l'intérieur de l'empilage. On se réfère maintenant à la Figure 6, qui représente de façon schématique un filtre bactérien selon l'invention. On voit que le filtre est constitué de plusieurs empilages de châssis 10, convenablement écartés les uns des autres. On constitue ainsi des tours T1 T2, ... T6 qui sont disposées à intervalles réguliers sur une dalle horizontale (non représentée), ceinturée d'un moyen de drainage des eaux traitées, dont la sortie peut être dirigée soit vers un exutoire, soit vers un décanteur secondaire, avec ou sans recirculation. Le positionnement relatif des tours T1 T6 peut etre défini par des plots 32, par exemple en béton préfabriqué, comportant les empreintes de positionnement du plateau inférieur. La hauteur des plots 32 permet de délimiter un espace libre entre la dalle horizontale sur laquelle est disposé le filtre et le plateau inférieur des empilages, cet espace libre permettant une ventilation naturelle du filtre de bas en haut. Cette disposition permet d'éliminer le plancher perforé obligatoire sur les filtres bactériens actuellement connus. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 6, qui vise un filtre de petite capacité, chaque empilage de plateaux en tours T1. . . T6 est alimenté individuellement en eaux à traiter par l'intermédiaire de sa tubulure d'alimentation centrale 24, la répartition des eaux, au sommet de chaque tour, étant obtenue par un distributeur en forme de disque 34, placé en position horizontale à 1' extrémité supérieure de la tubulure d'almentation 24. Chaque tubulure d'alimentation centrale 24 est raccordée à une conduite 38, elle-meme alimentée par un collecteur 36.La répartition des débits sur chaque tour peut être effectuée, par exemple, de la façon suivante : on interpose une vanne à membrane 40 sur chaque conduite d'alimentation 38, ou bien encore, on prévoit un emmanchement télescopique permettant de régler la position en hauteur des disques répartiteurs 34, et de faire ainsi varier les débits . Pour la réalisation de filtres bactériens de grande capacité, les tours, constituées par les empilages de plateaux, sont disposées à l'intérieur d'un cercle, et elles sont alimentées par un distributeur rotatif central unique, des déflecteurs, convenablement placés à la partie supérieure du filtre, permettant de rétablir la forme cylindrique du filtre en compatibilité avec la distribution périphérique du distributeur rotatif. Cette variante n'a pas été représentée sur les dessins. Selon une autre variante (non représentée), chaque tour, ou certaines d'entre elles, comporte, en plus de l'alimentation en eaux à traiter à la partie supérieure de l'empilage, au moins une alimentation secondaire, à un niveau intermédiaire de la hauteur de l'empilage. On interpose à ce niveau intermédiaire, entre deux plateaux successifs, un disque perforé pour permettre cette alimentation secondaire, la tubulure d'alimentation centrale étant munie d'au moins un orifice latéral pour assurer cette alimentation intermédiaire. Le filtre selon l'invention est sensible aux écarts de température, en raison de son hyperventilation. Pour remédier à cet inconvénient, on prévoit une protection, réalisée par une enceinte de panneaux légers en matière plastique ou en matériaux légers, édifiée à une distance conïenable de la périphérie du ou des empilages, afin de ne pas perturber la circulation de l'air. On peut aussi réaliser, à cet effet, une enceinte de briques à clairevoie. Dans le cas d'un filtre réalisé par un empilage sans protection contre l'action du vent, on réalisera un système d'élingÜage. On a donné ci-après quelques résultats obtenus avec un exemple de réalisation d'un filtre bactérien selon cette invention. Dans cet exemple de réalisation, les empilages comportaient 40 châssis ou plateaux du type décrit Z ci-dessus, représentant 51 m de surface mouillée, et un volume de 1,048 m. - charge hydraulique admissible pour 1 m2 de filtre 3,5 m3/m2/h. - charge volumique (quantité de D30 en kg par jour): 4 kg/m3 de filtre. 5 - rendement réduction D3O5 .... 60 % - organique Rapport DCO = 1,46 DBO De la lecture de la description qui précède, on comprend que le filtre bactérien selon la présente invention met en oeuvre un ruisselement maîtrisé, sous la forme de gouttelettes, jusqutà une charge hydraulique, par mètre carré de filtre, de : 3,5 m3/m2/heure. La disposition en quinconce des lames des plateaux, outre qu'elle favorise la répartition homogène de l'effluent sur toute la surface utile de l'empilage, permet à chaque niveau l'éclatement des gouttelettes d'eau. La tension superficielle de ces gouttelettes et la surface interfaciale par unité de volume sont alors respectivement à leur valeur minimum et maximum ; le coefficient global de transfert de chaque gaz est donc très important. Ce phénomène, ainsi que l'hyperventilation naturelle du filtre, assurent les conditions optimales de transfert des gaz. Les conditions sont favorables pour permettre l'oxydation de la matière organique par l'oxygène, ainsi que l'élimination de gaz carbonique et d'azote contenus dans l'effluent. De cette réaction immédiate, liée à l'action biologique du film mucilagineux rencontré dans tout système de percolation, résulte une chute rapide de la pollution organique. Si l'on se réfère à la gamme des différents procédés biologiques connus en partant de la très faible charge, exemple lagunage, et en passant par des traitements dits "à faible et moyenne charge", exemple boues activées et lits bactériens classiques, l'invention s'inscrit dans les procédés dits à haute et très haute charge. On voit tout de suite qu'un filtre selon l'invention peut s'insérer en amont de channe d'épuration traditionnelle à faible ou moyenne charge existante, où, par sa capacité de réduction de la DCO, il permet d'intégrer un effluent à l'origine à haute charge, dans une ligne à faible ou moyenne charge, sans perturber son fonctionnement. Parmi les avantages apportés par le filtre bactérien selon l'invention, on peut notamment citer - il n'exige pas d'ouvrage de génie civil pour recevoir les plateaux consti tuant les empilages ou tours - le montage est particulièrement simple : il permet, notamment, de réali ser une tour de 1 m3 en 30 minutes - il perme*'obtenir une ventilation intense naturelle dans toute la masse du filtre bactérien, ce qui assure les conditions d'oxygénation maximales aux micro-organismes épurateurs - il est incolmatable - la répartition du mucilage est régulière sur toute la hauteur et la section transversale - absence de mouche, due à la répartition homogène en fines gouttelettes de l'effluent à l'intérieur du filtre. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ou représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. -- REVENDICATIONS 1 - Filtre bactérien caractérisé en ce qu'il est réalisé par un empli lage d'un certain nombre de plateaux ou châssis (10) comportant chacun une pluralité de lames (12) disposées en forme de persiennes, ces plateaux, réalises en un matériau rigide ou semi-rigide, étant munis d'une ouverture centrale, de préférence circulaire (24) permettant de réaliser une tubulure d'alimentation des eaux à traiter- (26), qui sont ainsi amenées à ruisseler au travers de l'empilage des plateaux constituant le lit bactérien, un moyen de drainage étant prévu, comme connu, à la partie inférieure de l'empilage pour collecter l'eau. 2 - Filtre bact érien selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'empilage des plateaux est réalisé de façon que les lames des plateaux suc cessifs, ou les séries de plateaux successifs, soient disposées en quinconce, c'est-à-dire forment un angle de 900 avec les lames du plateau précédent, ou la série de plateaux précédente, cette rotation d'un quart de tour étant toujours réalisée dans le même sens. 3 - Filtre bactérien selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les plateaux sont munis de rebords (20-22) formant butées de positionnement, conçues de façon à s'emboîter les uns dans les autres lors de l'empilage. 4 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plateaux ont une forme circulaire ou polygonale, de préférence carrée ou rectangulaire. 5 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures centrales de chacun des plateaux sont conçues de façon à s'emboîter les unes dans les autres. 6 - Filtre bactérien selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames des plateaux ont une section en S aplati, de préférence incliné par rapport à la direction normale au plan du plateau. 7 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il est constitue de plusieurs empilages (T1 T2, .. . T ) de plateaux ou chassis, convenablement écartés les uns des 6 autres de façon à constituer des tours qui sont disposées à intervalles ré guliers sur une dalle horizontale ceinturée par le moyen drainant les eaux traitées, la sortie de ces dernières pouvant etre dirigée soit vers un exu- toire, soit vers un décanteur secondaire, avec ou sans recirculation. 8 - Filtre bactérien selon la revendication 7, caractérisé en ce que le positionnement relatif des empilages, constituant les tours est obtenu au moyen de plots (32) munis d'empreintes destinés à recevoir les butées de positionnement du plateau inférieur, la hauteur desdits plots étant choisie de façon à délimiter un espace libre entre la dalle et l'empilage, afin de per* mettre une ventilation naturelle de bas en haut. 9 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une alimentation en eaux à traiter à la partie supérieure de l'empilage, et au moins une alimentation secondaire à une hauteur intermédiaire de l'empilage, un disque perforé étant prévu à ce niveau intermédiaire, dans l'empilage des plateaux, pour perpermettre cette alimentation secondaire,et la tubulure d'alimentation centrale étant pourvue, à ce niveau, d'au moins une ouverture latérale pour assurer ladite alimentation secondaire. 10 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque empilage est alimenté individuellement en eaux à traiter par la tubulure centrale, la répartition des eaux au sommet de chaque tour étant effectuée au moyen d'un disque (34) placé en position horizontale à l'extrémité haute de la tubulure d'alimentation. 11 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que les tours qui constituent les empilages de plateaux sont disposées à l'intérieur d'un cercle, et elles sont alimentées par un distributeur rotatif central unique, des déflecteurs, convenablement positionnés à la partie supérieure du filtre, rétablissant la forme cylindrique de ce dernier en compatibilité avec la distribution périphérique dudit distributeur. 12 - Filtre bactérien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni d'un écran de protection contre les écarts de température, cet écran pouvant etre constitué par une enceinte de panneaux légers, placés à distance convenable de la périphérie du filtre, afin de ne pas gene r la circulation de l'air.