Brevet FR2594430A1 — publié le 19870821

"Procédé et dispositif pour le traitement des eaux usées" __________ Le procédé et le dispositif selon l'invention ont trait au traitement deb eaux usées. Plus particulièrement, ils permettent d'améliorer l'épuration et la clarification de ces eaux usées. On connaît déjà des stations d'épuration capables d'aérer et de clarifier des eaux polluées. En général ces stations d'épuration sont de grandes dimensions et sont scindées en sous-ensembles distincts ayant chacun leur O10 fonction propre: à savoir, un bassin d'aération et un bassin de clarification distincts. On connaît aussi des stations d'épuration de plus petites dimensions, et de forme' parallélépipédique o toutes les opérations nécessaires à l'épuration de l'eau se déroulent dans un seul et même bassin; cependant l'épuration et la clarification des eaux traitées par ces stations posent encore des problèmes. En effet, les micro organismes participant à l'épuration des eaux usées travaillent à faible rendement, en outre des remontées de boues vers la goulotte de récupération des eaux épurées sont souvent décelées. L'invention a pour objet de pallier l'ensemble de ces problèmes. A cet effet, l'invention concerne un procédé de traitement des eaux usées préalablement dégrillées, dessablées et dégraissées ces eaux étant contenues dans un bassin d'épuration parallélépipédique à fond plat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - décantation primaire des eaux usées avec récupération et remaniement des boues créées, - activation, par oxygénation à forte, moyenne puis faible charge massique au fur et à mesure du déplacement d'un aérateur de l'amont vers l'aval du bassin et vice- versa, et remaniement des boues créées lors de cette activation, filtration au moyen d'éléments filtrants biologiques et/ou mécaniques, clarification au moyen d'un clarificateur à flux laminaire horizontal, ces différentes étapes étant effectuées darns ledit bassin parallélépipédique à fond plat, et un film d'eau continu s'étendant de la paroi amont à la-paroi aval dudit bassin. L'invention concerne également un dispositif selon le procédé décrit cidessus caractérisé en ce qu'il O10 comprend un organe de remaniement des boues, un moyen d'aération, une jupe, un filtre biologique et/ou mécanique et un clarificateur à flux laminaire horizontal comportant une succession de cloisons d'inclinaisons alternées dont les crêtes et les arêtes basses sont jointives deux à deux, les crêtes formant un rétreint avec la surface supérieure du plan d'eau, et les eaux usées décantées et aérées entrant dans ledit clarificateur par sa partie haute, après avoir subi ou non, une dénivellation au moyen d'un dispositif adapté à ne pas casser la continuité du film d'eau sur la totalité du bassin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure I représente un dispositif selon l'invention en coupe selon la ligne I-I de la figure 2; la figure 2 est une vue en plan du dispositif selon l'invention. Suivant la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 1 et 2, un bassin d'épuration 10 des eaux usées selon l'invention est constitué de deux parois longitudinales 11 et 12, disposées selon la longueur d'un parallélépipède, deux parois transversales 13 et 14 disposées selon la largeur de celui-ci, un fond plat et horizontal 15 et un couvercle 16 pouvant recouvrir partiellement le bassin et étant étanche à l'air. La paroi transversale 13 forme l'extrémité de la partie dite amont du bassin et la paroi transversale 14 forme l'extrémité de la partie dite aval. Ce bassin -est muni à l'amont de sa paroi 13 d'une zone de prétraitement des eaux usées 17, et comporte de l'amont vers l'aval une zone de décantation primaire 18, une zone d'activation 19, une zone de clarification 20 et une zone de stockage des boues 21. La zone de prétraitement 17 permet de dégriller, de dessabler et de dégraisser les eaux usées de manière connue en soi et ne sera donc pas détaillée dans le cadre de la présente invention. La zone de décantation primaire 18 permet une décantation des eaux usées prétraitées et se distingue de la zone d'activation 19 par le fait qu'elle n'est jamais aérée. En aval de la zone de décantation primaire 18 (figures 1 et 2) on trouve un translateur 22 mobile sur la partie haute des parois longitudinales 11 et 12 et portant des moyens d'oxydation des eaux et de remaniement des produits de décantation. Ces moyens de remaniement sont constitués entre autres par deux racleurs de fond 23, 24 disposés l'un en amont, I'autre en aval du moyen d'oxydation ou aérateur 25. Autour et en aval de l'aérateur 25 une jupe 26 partiellement immergée s'étend sensiblement en demi-cercle de la paroi longitudinale 11 à la paroi longidutinale 12, et est solidaire du translateur 22 avec lequel elle se déplace. La zone de clarification 20 est constituée par un dispositif de clarification ou clarificateur 27. La zone de stockage des boues 21 est constitué par le volume compris sous le clarificateur 27. Ce clarificateur 27 (figures 1 et 2) est constitué d'un système de cloisons obliques 27a inclinées à environ 60', par rapport à l'horizontale. Ces cloisons ont des inclinaisons alternées et se joignent suivant des arêtes basses et des crêtes. Dans chacune des arêtes basses de ces cloisons, on trouve des tuyaux perforés 28. Un tampon (ou filtre) biologique et/ou mécanique 29, est partiellement ou totalement immergé, et est placé sur l'une quelconque des crêtes formées par les cloisons obliques 27a ou sur plusieurs d'entre elles. Ce filtre peut avantageusement être disposé de façon inclinée par rapport au plan vertical passant par chacune des crêtes ou bien être vertical. Un tuyau perforé 30 d'aspiration des boues déposées sous le clarificateur 27, est placé à l'extrémité inférieure aval du bassin 10 à proximité de la paroi transversale 14. Cette paroi 14 comporte à son extrémité supérieure une goulotte 31 de récupération des eaux épurées munie d'une lame déversante 31a. Les crêtes formées par les cloisons obliques 27a, portent un évent 27b, constitué d'un simple tuyau débouchant au-dessus du niveau des eaux du bassin 10, et mettant en communication le volume 21 situé sous le clarificateur 27 avec l'air extérieur, ou tout dispositif de récupération de gaz. Ce volume 21 constitue la zone de stockage des boues du bassin. En outre un silo de stockage des boues 32 (figures 1 et 2) est avantageusement placé près de la paroi transversale 14 du bassin parallélépipédique 10 de façon soit adjacente soit éloignée de cette paroi 14. Ce silo se compose d'une cuve dont le fond 33 est muni de tuyaux perforés 34 d'aspiration des boues. A proximité de la face supérieure de la cuve débouche un tuyau d'approvisionnement en boues 35 provenant des tuyaux d'aspiration 28 et 30, ce tuyau déverse les boues par son embouchure 36 sur un élément en forme d'arc de cercle 37 ou coude de refoulement. Le silo est muni d'un trop plein 36a qui se déverse sous le clarificateur 27. Le procédé d'épuration des eaux usées et prétraitées consiste donc dans un premier temps en une décantation primaire des eaux usées, puis en une activation ou aération, puis en une clarification des eaux épurées avant renvoi dans un cours d'eau récepteur ou vers un dispositif de potabilisation (non représenté). Ces différentes étapes du procédé de traitement des eaux sont décrites ci-après. L'eau prétraitée est amenée dans la zone de décantation primaire o elle se décante. Les boues recueillies par les râcleurs 23 et 24 dans cette zone.de décantation primaire participent activement et de façon primordiale au procédé de traitement des eaux usées, comme cela sera explicité ci-après. Les eaux s'écoulent ensuite dans la zone d'activation 19. Cette zone d'activation est constituée d'une zone d'oxydation à forte charge massique 19a, puis d'une zone d'oxydation à moyenne charge massique 19b, et d'une zone de décantation et d'oxydation à faible charge massique 19c. Ces différentes zones d'oxydation présentent un rapport "Demande Biochimique en Oxygène (DBO)/biomnasse" successivement fort, moyen et faible au fur et à mesure que l'eau avance dans le bassin. Ainsi, une épuration progressive des eaux usées est réalisée et le gradient de stabilisation des boues est également progressif. En effet, la biomasse présente dans le bassin 10, a des besoins en oxygène qui varient avec l'épuration qu'elle a à effectuer. Immédiatement après la zone de décantation primaire 18, l'épuration doit être importante, c'est pourquoi la demande en oxygène est grande, ce qui explique la nécessité d'aérer fortement l'eau. Plus l'eau avance dans le bassin et plus elle est épurée donc plus la demande en oxygène diminue. Il est à noter cependant que ce ne sont pas les mêmes micro-organismes (biomasse) qui travaillent dans chacune des zones d'oxydation. Plus l'eau est épurée et plus les micro-organismes qui constituent la biomasse sont des organismes complexes. L'aérateur 25 aspire l'eau et la boue du fond du bassin et la propulse vers le haut pour laisser retomber le mélange (eau + boue) directement sur le plan d'eau contenu dans le bassin, ceci de façon à apporter de l'oxygène aux micro-organismes qui dégradent la matière organique. L'aérateur se déplace de l'amont vers l'aval et vice-versa, de façon solidaire avec le dispositif supportant les racleurs 23 et 24. Il peut être indifféremment en fonctionnement continu, ou par périodes de durée variable, suivant l'épuration souhaitée, le type et le volume d'eaux usées traitées. Le rôle de la jupe 26 est de confiner les turbu- lences créées par l'aérateur 25, donc de protéger des turbulences hydrauliques la partie en aval de cette jupe et de faciliter ainsi la sédimentation des matières en suspension. Le rôle des racleurs 23, 24 est de stocker les boues sous forme de talusdans la zone de décantation primaire 18 et le long de la paroi transversale 14 et d'en ramener une partie vers les zones d'oxydation 19a, 19b, 19c, lors du retour du translateur. Ces amas de boues provoquent et facilitent des phénomènes de dénitrification et déphosphatation (élimination d'azote et de phosphore) et produisent des matières collagènes et des enzymes. Ces enzymes sont nécessaires à la purification de l'eau. Ainsi lors du raclage du fond par les racleurs 23 et 24, les boues situées en zone de moindre oxydation sont ramenées vers les zones de forte oxydation et les boues résultant de la décantation primaire 18 sont remplacées par des boues ayant travaillées en milieu aérobie, ce qui améliore leurs qualités épuratrices. Grâce à la mobilité du translateur et de ses racleurs les boues sont donc constamment remaniées et déplacées (donc dégazées) afin de participer activement à l'épuration et à empêcher l'apparition du phénomène dit de "builking" dû au dégazage des boues stagnantes. En aval de la jupe 26 les matières contenues dans l'eau se redécantent. L'eau est ensuite obligée de passer par un tampon biologique et/ou mécanique 29 dont le rôle est de retenir les micro-organismes, les déchets, les boues ayant participé à l'épuration de l'eau. Ce tampon ou filtre 29 peut être placé sur l'une quelconque des crêtes du clarificateur 27 ou sur plusieurs d'entre elles voire même en aval du clarificateur et en amont d'une goulotte de récupération des eaux 31 ou bien en aval de cette goulotte 31.L'essentiel est que l'eau soit filtrée avant d'être rejetée dans le milieu naturel, par exemple dans un cours d'eau, ou dans un dispositif de traitement ultérieur par exemple un dispositif de potabilisation (non représenté). Lors de son passage dans le clarificateur 27, l'eau s'écoule en flux laminaire généralement horizontal, ce qui provoque le dépôt par gravité, des particules lourdes au fond des cloisons à inclinaison alternée 27a, tandis que l'eau filtrée et clarifiée s'écoule vers la goulotte 31 de récupération des eaux. Le rôle joué par les crêtes supérieures des cloisons obliques 27a est très important. En effet ces crêtes forment avec la surface du plan d'eau un rétreint. Le passage du fluide par ce rétreint favorise l'agglutination des flocs ou boues ce qui les rend plus denses, d'autre part l'inclinaison des parois 27a favorise la sédimentation des flocs qui glissent le long des parois. De plus la circulation des filets des fluides montant et descendant le long des parois inclinées s'organise correctement sans donner naissance à des turbulences. On a donc intérêt à multiplier le nombre de crêtes et le nombre de filtrations. Les tuyaux perforés 28 récupèrent les boues fines déposées le long des cloisons 27a par aspiration, ou tout autre moyen équivalent. Les évents 27b permettent aux gaz s'accumulant sous le clarificateur de s'échapper. En effet, la réserve de boue 21 constituée sous le clarificateur, dégage une quantité notable de gaz. Ces gaz peuvent bien sûr être recueillis en vue d'utilisations ultérieures. Le silo concentrateur de boues 32, permet de concentrer les boues reprises au fond et sous le clarificateur 27 par les tuyaux d'aspiration 28 et 30. Ces boues sont amenées par le tuyau 35 et refoulées dans la cuve du silo. La gerbe d'eau et de boues émise par l'embouchure 36 du tuyau 35 est orientée par le coude de refoulement 37 de façon à donner à la masse du liquide une impulsion circulaire (flèche A), allongeant ainsi la trajectoire du liquide injecté, donc augmentant le temps de séparation des boues. Les surnageants c'est-à-dire les éléments à faible concentration de boues sont repris juste en amont du coude de refoulement 37 par le trop-plein 36a dont la canalisation débouche dans le bassin de traitement pour subir une nouvelle épuration. Le système de tuyaux d'aspiration 34 situé sur le radier de cet ouvrage, permet de soutirer les boues en excès alors qu'elles se présentent dans leur maximum de concentration. Ces boues soutirées peuvent par exemple être employées comme engrais et envoyées en épandage dans les champs. Il est également possible de soutirer directement les boues accumulées sous le clarificateur 27 pour les utiliser en épandage grâce à un système de vanne à deux et à trois voies de type connu. Toutes ces opérations de soutirage sont avantageusement effectuées par une pompe P. Ainsi toutes les opérations d'épuration de l'eau sont réalisées dans un même ouvrage à fond entièrement plat et de forme plus généralement parallélépipédique très allongée. L'eau à épurer traverse impérativement les différentes étapes de l'épuration. Pour chacune de ces étapes, les filets du fluide ont une organisation bien déterminée et rationnelle.- Un des avantages important du procédé est l'élimination de l'azote et du phosphore, lors du remaniement des boues. En effet, la zone d'oxydation du bassin produit nitrites et nitrates. Lorsque les boues sont remaniées par les racleurs du translateur, soit dans la zone de décantation primaire, soit dans la réserve de biomasse aval sous le clarificateur, une dénitrification se produit du fait du passage aérobie/anaérobie, ce qui crée des phénomènes provoquant l'élimination des nutrients (azote, phosphore,...). Il est à noter que la jupe 26 peut ne pas être fixée au translateur 22 mais être fixée sur les parois longitudinales 11 et 12 de manière définitive ou amovible. Cependant cette jupe est bien sûr toujours située en amont du clarificateur 27 et en aval de l'aérateur 25. Il est à noter que l'aCrateur 25, permet de réaliser un collage connu en soi en amont du clarificateur 27. En effet l'aérateur 25 projette audessus de la surface'du plan d'eau un mélange d'eau et de boues qui retombent sur le plan d'eau sous forme de nappe. Lors du déplacement de l'aérateur, cette nappe de boues redescend lentement vers le fond du bassin en piégeant sur son passage une partie des particules en suspension dans l'eau. On réalise ainsi une prédécantation des eaux usées avant leur passage dans le clarificateur 27. En ce qui concerne le clarificateur et contrairement à l'art antérieur en la matière, l'eau à clarifier entre dans le clarificateur par-dessus et non par-dessous, ce qui a pour avantage une réduction importante de la surface du clarificateur et une meilleure fiabilité. En effet, un clarificateur conventionnel est calculé d'après sa charge de surface (CS) qui est définie comme CS Q 2 x 10-4 m/s s o Q est le débit entrant et S la surface du clarificateur. Or, le clarificateur selon l'invention permet de passer outre ce type de calcul, car il est à flux laminaire horizontal et la surface à considérer n'est plus la surface du clarificateur seul, mais celle du plan d'eau partant de la paroi amont du bassin jusqu'à la goulotte 31. Ainsi pour le même débit entrant que celui des installations tradi- tionnelles, la surface propre du clarificateur peut être considérablement réduite, entre autres par le fait qu'il faut tenir compte de l'existence des surfaces de la phase de décantation primaire et de la phase d'oxydation. Ainsi la charge de surface est déterminée par la totalité de la surface du bassin de la zone d'activation 19 à la lame déversante 31a et non pas seulement par la surface proprement dite du clarificateur c'est-à-dire de la cloison 27a la plus en amont, à la lame déversante 31a. L'essentiel pour le bon fonctionnement du clarifi- cateur est que le bassin 10 soit conçu de telle façon que l'on ait une continuité du film d'eau s'étendant de la paroi amont 13 du bassin jusqu'à la goulotte 31. Cette continuité n'implique pas forcément que le plan d'eau contenu entre ces deux limites soit au même niveau tout le long du bassin. Il existe, en effet, des dispositifs (lame déversante par exemple) permettant que dans deux bassins consécutifs le niveau ne soit pas le même sans pour cela casser la continuité du film d'eau. Il est à noter que le clarificateur selon l'in- vention a une double fonction. D'une part, une fonction de clarification qui est effectuée par le volume d'eau compris au-dessus des cloisons 27a et d'autre part une fonction de stockage des boues qui est effectuée par le volume 21 compris en-dessous de ces mêmes cloisons. Le ou les filtres 29 peuvent être avantageusement inclinés vers l'amont par rapport au plan vertical passant par chacune des crêtes du clarificateur 27, ou bien vertical. Ces dispositions permettent en effet d'utiliser les phénomènes de remous qui sont observés au niveau du passage des crêtes du clarificateur, pour faire légèrement vibrer les filtres 29 et assurer ainsi un décolmatage spontané de ceux-ci. L'inclinaison des filtres, lorsque tel est le cas, facilite par ailleurs ce décolmatage et incite les particules piégées à retomber. Il est à noter que la disposition en longueur du bassin permet au moment opportun, l'addition, sur toute la longueur de celui-ci de produits participant à l'épuration, par exemple de floculants, comme le sulfate d'alumine, le chlorure ferreux, le dichlorosulfate, de désinfectants ou tout autre produit de nature quelconque (solide, liquide ou gazeux). Le couvercle 16 ou cloche de confinement peut recouvrir le bassin 10 est étanche et englobe la zone de décantation primaire 18, et les zones d'oxydation 19a, 19b, 1 1 19c. Il peut également s'étendre sur l'une quelconque ou plusieurs des zones 18, 19a, 19b, 19c et 20. On peut avantageusement enfermer un mélange gazeux particulier sous ce couvercle: par exemple pour accélérer le processus d'épuration, on peut travailler sous oxygène pur. On peut au contraire ne pas utiliser l'aérateur 25, dès lors le bassin travaille en processus anaérobie et dans ce cas il y a dégazage de gaz pauvre du type méthane, sulfure d'hydrogène, et équivalents. Le couvercle sert alors de réceptacle pour ces gaz qui peuvent être par exemple régulièrement soutirés et utilisés en vue de production d'énergie par exemple. IL est cependant à noter que dès que l'on utilise un couvercle, on place le moteur d'entrainement du translateur 22 à l'extérieur du couvercle de manière à éliminer les risques d'explosions dûs à l'accumulation de gaz sous le couvercle, le passage de l'arbre d'entrainement du moteur est alors rendu étanche en incorporant des paliers dans la paroi du couvercle. Il est parfois nécessaire de couvrir certaines ou toutes les parties du bassin 10, si l'on travaille à basses températures et si l'on désire, par exemple, se protéger du gel. Bien entendu, la présente invention ne saurait se limiter au mode de réalisation décrit et il est possible d'envisager des variantes sans sortir du domaine de l'invention, notamment il est possible de réinjecter l'eau s'écoulant par la goulotte'31 en un ou plusieurs endroits quelconque de l'unité d'épuration. Ainsi l'apport de cette eau, riche en nitrate permet de provoquer une nouvelle dénitrification ce qui améliore le processus d'épuration. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des eaux usées préalablement dégrillées, dessablées et dégraissées, ces eaux étant contenues dans un bassin d'épuration (10) parallélépipédique à 'fond plat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - décantation primaire des eaux usées avec récupération et remaniement des boues créées, - activation, par oxygénation à forte, moyenne puis faible charge massique au fur et à mesure du déplacement d'un aérateur (25) de l'amont vers l'aval du bassin (10) et vice versa, et remaniement des boues créées lors de cette activation, - filtration au moyen d'éléments filtrants (29) biologiques et/ou mécaniques, - clarification au moyen d'un clarificateur (27) à flux laminaire horizontal, ces différentes étapes étant effectuées dans le dit bassin parallélépipédique à fond plat (10) et un film d'eau continu s'étendant de la paroi amont à la paroi aval dudit bassin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de clarification est effectuée avant l'étape de filtration. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue le remaniement des boues créées pendant l'étape de décantation primaire et pendant l'étape d'activation à l'aide d'un seul et même organe de remaniement (23,24). 4. Dispositif selon le procédé décrit dans les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de remaniement des boues (23,24), un moyen d'aération (22,25), une jupe (26), un filtre biologique et/ou mécanique (29) et un clarificateur (27) à flux laminaire horizontal comportant une succession de cloisons (27a) d'inclinaisons alternées dont les crêtes et les arêtes basses sont jointives deux- à deux, les crêtes formant un rétreint avec la surface supérieure du plan d'eau, et' les eaux usées décantées et aérées entrant dans ledit clarificateur par sa partie haute, après avoir subi ou non, une dénivellation au moyen d'un dispositif adapté à ne pas casser la continuité du film d'eau sur la totalité du bassin (10). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clarificateur (27) est muni de tuyaux perforés (28) d'aspiration des boues ménagés à proximité desdites arêtes basses. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le volume (21) compris en dessous du clarificateur (27) sert de stockage des boues et de récupérateur des gaz créés par les boues situées sous le clarificateur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le ou les filtres (29) sont soit disposés sur une ou plusieurs des crêtes du clarificateur (27) de sorte à assurer le décolmatage des filtres (29) de façon spontanée, soit ces filtres sont situés soit en amont soit en aval du clarificateur. 8. Dispositif selon l'une quelconque dles revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la charge de surface du dispositif est déterminée entre autres par la totalité de la surface du bassin (10) de la paroi transversale (13) à la lame déversante (31a) d'une goulotte (31). 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de remaniement des boues est constitué par deux racleurs de fond (23,24) adaptés à s'engager au-dessous du clarificateur (27) jusqu'à toucher une paroi transversale (14) d'une part et dans la zone de décantation primaire (18) jusqu'à toucher une paroi transversale (13) d'autre part, ces racleurs permettant de stocker les boues sous forme de talus le long des parois transversales (13,14) et d'en ramener une partie vers le centre de la zone d'activation (19). 10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen d'aération ou d'oxygénation (22, 25) comprend un aérateur (25) solidaire d'un translateur (22), et en ce que la jupe (26) permet de confiner les turbulences créées à son amont, ladite jupe (26) étant soit fixée au translateur (22) et se déplace avec lui, soit placée en amont du clarificateur (27) et en aval de l'aérateur (25).