Brevet FR2590246A1 — publié le 19870522

La présente invention se rapporte à un dispositif d'oxygénation des effluents de l'épuration d'eaux usées par lagunage naturel. Le lagunage naturel est une technique de traitement des eaux usées urbaines, qui rend au milieu récepteur un effluent possédant les caractéristiques bactériologiques et chimiques voisines d'une eau de baignade. Une telle installation comprend généralement trois bassins d'épuration des eaux dans lesquelles des bactéries du type hétérotrophe dégradent la matière organique et la minéralisent. Ce type d'épuration présente de nombreux avantages techniques et financiers :simplicité, robustesse, rusticité, souplesse, d'un coût peu élevé tant dans l'investissement que dans le fonctionnement et, en outre, un intérêt essentiel qui est une excellente épuration bactériologique. Cependant, ses limites de fiabilité sont mal définies et il peut se produire des dysfonctionnements graves (odeur, couleur, rendement, épuratoire ...) notamment si l'entretien des infrastructures est inexistant. En effet chaque année à l'automne on a constaté dans les bassins de lagunage l'apparation d'une coloration rose préjudiciable à la qualité de l'épuration et à l'environnement, et psychologiquement indésirable, car elle se transmet ensirite aux milieux récepteurs. Cette coloration rose est due à un ensemble de facteurs - une baisse de la température qui se traduit par une efficacité moindre de l'épuration; - - une surcharge saisonnière avec, par exemple, un apport massif et en excès sur une courte période d'eaux de lavage industrielles ou agricoles, qui se traduisent par une charge polluante nettement plus importante - un excès de composés soufrés à l'état réduit (sulfures) - une croissance anormale de la population bactérienne du cycle du soufre avec, en particulier, la présence d'une espèce dominante qui s'apparente à thiocapsa roseapersicina donnant cette coloration rose aux eaux des bassins de lagunage; - une baisse de la transmission de la lumière qui se traduit par une diminution de la biomasse plytoplanctonique et en conséquence de celle des taux d'oxygène dissous dans les premiers bassins de lagunage. Pour compenser ce manque d'oxygène dissous il ne serait pas réaliste d'installer des aérateurs et de transformer le lagunage naturel en lagunage aéré à cause essentiellement des coûts d'exploitation élevés. De plus, l'emploi d'une turbine pourrait entraîner une aération uniquement en surface ou une tenue en suspension des sédiments et donc une consommation supplémentaire d'oxygène. La présente invention fournit un dispositif d'oxygénation peu onéreux et suffisamment efficace pour éviter les inconvénients précédents. L'invention a pour objet un dispositif d'oxygé- nation des effluents de lagunage naturel, notamment pour ouvrage de prétraitements ou de passage entre bassins de stabilisation, ouvrage comprenant un conduit d'arrivée des effluents, un conduit de sortie des effluents et une vanne de réglage du niveau des effluents en amont, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un appareil insufflant de l'air dans le conduit de sortie des effluents. Selon une première variante, l'appareil insuffiant de l'air est constitué par un surpresseur, relié à un tuyau d'arrivée d'air disposé dans le conduit de sortie des effluents. Le tuyau d'arrivée d'air peut être utilement entouré de filets à plancton, au niveau du conduit de sortie, afin de favoriser la diffusion de l'air dans l'eau. Selon une seconde variante, l'appareil insufflant de l'air est constitué par un système déprimogène, tel qu'un venturi, relié à une pompe aspirant les effluents en amont et rejetant les effluents ainsi oxygénés en aval dans le conduit de sortie. Dans les deux cas, l'appareil insufflant de l'air est utilement commandé par un appareil de mesure de la concentration d'oxygène dissous, lui-même relié à une sonde à oxygène pouvant être positionnée en un endroit choisi du plan d'eau, en amont ou en aval de l'ouvrage. Par ailleurs, le conduit de sortie peut avantageusement se prolonger, nettement au delà de l'ouvrage en aval. Le dispositif d'oxygénation selon l'invention peut être installé en divers point du trajet des effluents à épurer par lagunage naturel, notamment - au niveau du réseau dans les postes de relèvement; - au niveau des ouvrages de prétraitements avant l'arrivée des effluents dans le lagunage; - au niveau des passages entre les bassins de stabilisation. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés sur lesquels - les Fig. 1 et 2 représentent schématiquement deux réalisations du dispositif d'oxygénation selon l'invention intégré dans un ouvrage de passage entre deux bassins de stabilisation. Sur la Fig. 1, l'ouvrage 1 de passage des effluents entre deux bassins (B1, B2) de stabilisation comprend un conduit d'arrivée 2 des effluents, un conduit de sortie 3 des effluents dont l'extrémité 3' en aval s'étend nettement au delà de l'ouvrage 1, et une vanne 4 de réglage du niveau des effluents en amont, c'est à dire dans le bassin B1. Le dispositif d'oxygénation comprend un surpresseur d'air 5 relié à un tuyau 6 d'arrivée d'air, disposé dans le conduit de sortie 3, et entouré de filets à plancton 7 (ouverture de maille de 70 p) favorisant la diffusion de l'air dans l'eau. Le surpresseur 3 est commandé par un appareil 8 permettant, à l'aide d'une sonde 9, la mesure de la concentration d'oxygène dissous dans l'eau du bassin. Grâce à une bouée 10 et un lest appropriés, la sonde 9 à oxygène dissous peut être positionnée à l'endroit désiré, par exemple à 20 m de l'ouvrage, à une profondeur de 30 cm sous la surface de l'eau du bassin B2 en aval (ou bien dans le compartiment en amont du passage de bassin), soit environ 20 m de la berge à une hauteur de 30 cm sous la surface de l'eau dans le bassin aval soit, sous bouée , dans le compartiment amont du passage de bassin. La quantité d'oxygène dissous peut être mesurée en continu et quand celle-ci atteint une valeur critique (0,2 à 0,3 mg/l) le dispositif d'aération est aussitôt mis en marche automatiquement. Quand la quantité d'oxygène dissous est suffisamment élevée (2,5 à 3 mg/l) pour permettre un fonctionnement normal du lagunage, le dispositif d'aération s'arrête automatiquement. La durée de la remontée de la concentration en oxygène dissous peut suivant la charge polluante et les conditions climatiques varier de quelques heures à quelques jours. Une étude des taux d'oxygène dissous réalisée en fonction de la distance de l'endroit du dispositif d'oxygénation a montré qu'ils étaient pratiquement constants jusqu'à une distance d'environ 100 m. Le surpresseur 5 utilisé a par exemple les caractéristiques suivantes : le débit d'air avec 0,05 bars (5000 Pa) de perte de charge est égal au débit d'eau entre les deux bassins. Ici ce débit est d'environ 60 m3/h et nécessite une turbine de 0,75 CV. Selon la variante représentée sur la Fig. 2, le dispositif d'oxygénation comprend un système déprimogène 11 relié à une pompe 12 aspirant les effluents en amont provenant du bassin B1, par l'intermédiaire du conduit d'arrivée -2, et les rejetant sous forme d'un mélange air-eau dans le bassin B2, au moyen du conduit de sortie 3. De même que précédemment, le dispositif peut être commandé par un appareil 8 de mesure de la concentration d'oxygène au moyen d'une sonde 9. Les caractéristiques des éléments utilisés peuvent être les suivants : le débit d'eau de la pompe 12 est supérieur ou égal à la moitié du débit d'eau entre les deux bassins. Ce débit est par exemple d'environ 30 m3/h et nécessite un venturi adapté à ce débit en injectant 30 m3/h d'air dans la canalisation. Le tableau suivant donne les caractéristiques de l'éffluent lors d'essais d'un dispositif selon la Fig. 1, avant et après le traitement. Paramètres Avant traitement Après traitement étudiés (bassin B1) (bassin B O2 dissous 0-03 mg/l 2,5-3 mg/l Chlorophylle 300-400 pg/l 1000-1200 pg/l pH 7,7-7,8 8,0-8,2 MES 140-160 mg/l 100-120 mg/l DBO+5 (brute) 160-180 mg/l 90-110 mg/l * DCO (brute) 350-370 mg/l 180-100 mg/l NH4 25-27 mg/l 17-19 mg/l NO2 0,0-0,1 mg/l 0,1-0,2 mg/l PO43 30-40 mg/l 25-30 mg/l S 5-8 mg/l 1-2 mg/l Bactéries sulfooxydantes 109 b/ml 106-107 b/ml (roseapersicina) Bactéries sulfato- 105 b/ml 103-1 4 b/ml réductrices Couleur rose-violacé vert-brun (* charge polluante) Le bilan global peut se traduire par - une augmentation de la concentration en oxygène dissous et de la biomasse phytoplanctonique; ; - une diminution très nette de la charge polluante (DBO5, DCO ...), du taux des éléments présents à l'état réduit (NH4 - , S ...) et de nombre de bactéries anaérobies - une élimination de la couleur rose violacé socialement mal acceptée. De plus on a constaté que les effets obtenus sont durables. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'oxygénation des effluents de lagunage naturel, notamment pour ouvrage (1) de prétraitements ou de passage entre bassins de stabilisation, ouvrage (1) comprenant un conduit d'arrivée (2) des effluents, un conduit de sortie (3) des effluents et une vanne (4) de réglage du niveau des effluents en amont, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un appareil (5) insufflant de l'air dans le conduit de sortie (3) des effluents. 2. Dispositif selon la revendication 1,- caractérisé en ce que l'appareil (5) insufflant de l'air est cosntitué par un surpresseur, relié à un tuyau d'arrivée d'air (6) disposé dans le conduit de sortie (3) des effluents. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tuyau d'arrivée d'air est entouré de filets à plancton (7). 4. dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil insufflant de l'air est constitué par un système déprimogène (11), relié à une pompe (12) aspirant les effluents en amont et rejetant les effluents ainsi oxygénés en aval dans le conduit de sortie (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'appareil insufflant de l'air (5) est commandé par un appareil de mesure (8) de la concentration d'oxygène dissous, luimême relié à une sonde à oxygène (9). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit de sortie (3) se prolonge nettement au delà de l'ouvrage (1).