Brevet FR2609979A1 — publié le 19880729

"Procédé et dispositif pour l'épuration d'eaux polluées" La présente invention est relative à un procédé pour l'épuration d'eaux fortement polluées, du genre notamment des eaux résiduaires d'installations industrielles, et plus généralement des eaux usées de rejet d'une collectivité ou d'une agglomération urbaine ou autre. On applique déjà depuis de nombreuses années, dans les techniques d'épuration par le sol des eaux polluées des procédés permettant de diminuer leur pouvoir colmatant, tel le dégrillage des éléments flottants, le tamisage des matières en suspension, la décantation des sables ainsi que des graisses et des huiles. Les eaux ainsi prétraitées percolent ensuite un sol non saturé o elles s'épurent des matières polluantes résiduelles qu'elles contiennent, notamment les matières organiques, par le biais d'une oxydation microbienne aérobie. Dans le cas notamment des dispositifs d'assainissement individuel ou encore regroupé, le sol peut être naturellement perméable, ou encore être un sol artificiellement reconstitué comme c'est le cas dans les dispositifs du type à "lit d'infiltration"; il présente alors une granulométrie appropriée, lui conférant une perméabilité suffisante à l'air et un bon pouvoir de fixation de la microflore épuratrice. Dans le cas notamment des bassins d'infiltration contrôlée, les eaux résiduaires affinées par un tel prétraitement, et convenablement réparties, percolent une couche filtrante perméable dont l'épaisseur et la nature sont déterminées de telle manière que les matières polluantes résiduelles biodégradables contenues dans ces eaux soient progressivement éliminées par la microflore épuratrice présente au sein de cette couche non saturée, constituant le fond du bassin; la couche filtrante est généralement formée par un sol granulaire rapporté, mais elle peut, le cas échéant, être également formée par des matériaux synthétiques à forte surface spécifique, améliorant encore leur capacité épuratrice. En général, l'eau dépolluée s'élimine au sein d'un terrain perméable sousjacent o elle recharge une nappe d'eau souterraine; mais, le cas échéant, ces eaux peuvent être récupérées au moyen d'un réseau de drains de collecte disposés à la base de ces dispositifs pour petre recyclées ou encore pour être reJetées vers un cours d'eau. Or, on sait cependant que l'activité épuratrice de la flore microbienne d'un sol vis-à-vis d'une charge polluante qui percole un milieu perméable non saturé pré- sente une efficacité qui diminue rapidement en raison de la décroissance d'oxygène libre dans l'atmosphère du milieu épurateur, la consommation maximale d'oxygène étant caractérisée par un coefficient connu, dénommé "demande chimique en oxygène" ou "DCO", correspondant à une oxyda- tion totale du carbone organique biodégradable. Il est donc nécessaire, pour obtenir un facteur d'épuration acceptable, de mettre un tel bassin de filtra- tion en chomage pendant des durées déterminées, alternant avec des périodes o les eaux polluées sont infiltrées dans ce bassin, en stoppant ainsi périodiquement son alimentation de telle sorte que l'atmosphère du sol se renouvelle. Cette succession des phases de mise en eau et de chomage du bassin, limite l'efficience de ce dernier et surtout ne permet pas d'obtenir une dépollution poussée des eaux très fortement polluées, l'activité de la flore microbienne étant particulièrement sensible à la propor- tion d'oxygène disponible qui risque alors de devenir trop fréquemment insuffisante. La présente invention concerne un procédé qui, en retenant le principe de l'épuration des eaux polluées prétraitées par infiltration contrôlée en bassins ou en lits d'infiltration, tels que décrits précédemment, permet d'en améliorer encore l'exploitation, en renforçant leur pouvoir épurateur et en accroissant leur capacité à dégrader certaines formes de pollution généralement plus difficiles à éliminer par les procédés biologiques classiques, notamment celles résultant de certains procédés de synthèse de la chimie organique. Le procédé selon l'invention consiste essentielle- ment à réaliser une aération artificielle par ventilation entretenue du milieu filtrant; il permet notamment d'envisager la mise en oeuvre de tels bassins d'infiltra- tion contrôlée ou lits d'infiltration, de façon plus rapide, avec une plus grande efficacité et un rendement plus élevé pour une plus large gamme de pollutions à éliminer. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, simple, robiste et fiable et qui, également, présente l'avantage d'un prix de revient, à la construction du bassin, particulièrement réduit. A cet effet, le procédé considéré se caractérise en ce qu'il consiste à contrôler, en continu ou en discon- tinu, la capacité d'oxydation de la couche non saturée constituant la masse d'un lit filtrant ou le fond d'un bassin d'infiltration contrôlée dans lequel est fixé une flore microbienne aérobie, en provoquant un renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans ladite couche afin de main- tenir en permanence dans cette dernière un taux d'oxygène approprié. Avantageusement, le renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans la couche filtrante non saturée est réalisé au cours du déroulement de séquences prédétermi- nées sucessives de mise en pression puis en dépression de l'air à l'intérieur de la couche non saturée ou par créa- tion à travers celle-ci d'un gradient de pression, provo- quant un écoulement d'air à débit donné. La différence de pression créée dans la couche filtrante est généralement extrêmement faible, de l'ordre de quelques décimètres de colonne d'eau, de façon à assurer une ventilation lente et uniforme de la couche, intensifiant les processus biologi- ques mis en Jeu. Pour la mise en oeuvre du procédé considéré, le dispositif selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte au moins un réseau de gaines de ventilation, noyé au sein de la couche filtrante non saturée, ledit réseau étant réuni alternativement à des moyens de mise sous pression d'air et des moyens de mise en dépression. De préférence, le réseau de gaines comporte au moins deux collecteurs parallèles indépendants, s'étendant au sein de la couche filtrante et sur chacun desquels sont raccordés des éléments tubulaires disposés transversale- ment vis à vis de ces collecteurs, ces éléments également noyés dans la couche, étant imbriqués selon qu'il sont raccordés à l'un à l'autre collecteurs. En variante, aux éléments tubulaires sont substitués des bandes d'un matériau fibreux à forte porosité et perméabilité à l'air élevée. Le contrôle des pressions d'air dans les collec- teurs du réseau de gaines d'aération est naturellement déterminé à la demande, ou selon un processus automatisé, en fonction des paramètres de fonctionnement de la couche filtrante non saturée, en particulier selon la tempéra- ture, la pression régnant au sein de cette couche, la vitesse d'écoulement de l'eau, les caractéristiques des effluents à filtrer, telles que la charge polluante et la vitesse d'infiltration en fond de bassin de ceux-ci. Le gradient de pression dans le réseau de gaines d'aération est réalisé par tout moyen connu tel que pompe à vide, turbine, colonne en charge, etc. selon les condi- tions d'utilisation et la nature des eaux résiduaires à dépolluer. Dans tous les cas, le réseau de gaines d'aération permet de maintenir constante, lors de la mise en eau du bassin, le rapport établi entre le taux d'infiltration des eaux polluées et le taux de renouvellement de l'atmosphère à l'intérieur de la couche filtrante constituant le fond du bassin, puis en période de chômage du bassin, de réduire les périodes nécessaires au décolmatage du fond de celui-ci. D'autres caractéristiques du procédé et du dispositif de filtration d'eaux polluées selon I'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel: - La Figure 1 est une vue schématique en perspec- tive et en coupe partielle d'un bassin d'infiltration, muni d'un réseau de gaines d'aération selon l'invention. - La Figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle d'une variante de réalisation du bassin selon la Figure 1. Sur la Figure 1, la référence 1 désigne une couche de terrain superficielle dans laquelle est aménagé, de façon en elle-même connue, un bassin d'infiltration 2, dont le fond 3 constitue une couche filtrante ou un lit filtrant. Ce fond 3 surmonte une formation perméable sous- jacente 4, contenant elle-même en profondeur une nappe d'eau souterraine 5, étant précisé que cette structure géologique n'est nullement nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention, l'eau filtrée ayant traversé la couche de fond 3 pouvant par exemple être reprise par des moyens de soutirage et de pompage appropriés. Le bassin d'infiltration 2 est notamment prévu pour assurer la filtration d'un débit d'eau polluée, en particulière d'une eau résiduaire, amenée au bassin par une canalisation 6 sur laquelle est montée une vanne 7, l'extrémité de la canalisation 6 étant portée au niveau de la partie supérieure 1 de la couche de fond 3 par une plaque d'appui 8, de telle sorte que l'eau polluée alimen- tant le bassin 2 se répande uniformément dans le bassin avec un débit approprié. Le fond 3 est constitué par une couche de gravier ou autre support poreux non saturé, par exemple du sable de rivière, dans laquelle est naturelle- ment fixé une biomasse, contenant une flore microbienne apte à dégrader les matières organiques ou autres conte- nues dans l'eau à épurer qui percole lentement et reguliè- rement la couche 3 puis de là, la formation de terrain 4 avant de se recueillir dans la nappe 5. Selon l'invention, afin de réaliser au sein de la couche de fond 3 et au profit de la flore microbienne qui s'y trouve naturellement fixée, un apport d'oxygène accroissant fortement son pouvoir épurateur, on dispose préalablement dans cette couche de fond 3, par exemple lors de la construction du bassin 2, au moins un réseau de gaines de ventilation 9. Dans l'exemple considéré sur la figure 1, le réseau est constitué par deux collecteurs indépendants, parallèles, 10 et 11, respectivement réunis à l'extérieur du bassin 2 à deux pompes ou turbines 12 et 13. Ces collecteurs sont par ailleurs reliés à un ensemble d'élé- ments tubulaires ou gaines transversales 14 qui s' imbriquent mutuellement d'un collecteur à l'autre comme illustré sur le dessin afin de se répartir de façon approximativement uniforme dans toute l'étendue de la couche 3. Les gaines qui leur sont reliées, peuvent être ou non perforées en 10a, lia et 14a afin de laisser échapper au sein de la couche un débit d'air approprié si le collecteur considéré est en légère pression ou au contraire aspirer un débit correspondant si le collecteur est en dépression. Ainsi à titre indicatif, on a supposé que le collecteur 10 était en pression et le collecteur 11 en dépression, -les flèches Fl et F2 schématisant le sens d'écoulement de l'air respectivement refoulé et aspiré dans et hors du réseau 9. Il en résulte, à travers les interstices de la couche filtrante et en particulier la biomasse ou flore microbienne dispersée dans celle-ci, un débit d'air sous une pression généralement faible, de l'ordre de quelques décimètres d'eau, assurant un approvisionnement en oxygène efficace du milieu épurateur et accroissant notamment de façon significative son pouvoir d'oxydation des matières organiques contenues dans l'eau percolant la couche. Le débit d'air dans la couche peut être ajusté et contrôlé, de manière à être permanent ou discontinu, avec des phases successives de mise en pression et en dépres- sion, selon tout processus assurant un renouvellement adéquat de l'air sous-jacent au coeur de la couche perméable. Le réseau peut être réalisé de toute manière appropriée avec un nombre de gaines aussi élevé que sou- haité, réparties selon la surface et l'épaisseur de la couche. Par ailleurs, on peut prévoir plusieurs réseaux distincts, superposés ou imbriqués. Dans la variante représentée sur la figure 2, les collecteurs 10 et 11 avec leurs orifices 10a et lia sont associés, non plus à des gaines transversales, mais à des bandes 15 d'un matériau fibreux tissé ou non, présentant une forte porosité et une perméabilité à l'air élevée, Jouant le même rôle quant à la répartition de l'air introduit dans la couche de fond 3 et à l'oxygénation de la flore microbienne inclue dans celle-ci. Ces bandes peuvent être réparties dans l'épaisseur de la couche de toute façon appropriée et, comme dans l'exemple précédent, être imbriquées les unes vis-à-vis des autres, n'importe quelle configuration particulière du réseau pouvant être envisagée selon les caractéristiques de fonctionnement du bassin ou du lit d'infiltration utilisé. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'épuration des eaux polluées, notamment d'eaux usées d'installations individuelles ou semi-collectives, ou encore d'eau d'égout urbain, ou encore d'effluents industriels biodégradables, caractérisé en ce qu'il consiste à contrôler, en continu ou en discon- tinu, la capacité d'oxydation de la couche non saturée constituant la masse d'un lit filtrant ou le fond d'un bassin d'infiltration contrôlée dans lequel est fixé une flore microbienne aérobie, en provoquant un renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans ladite couche afin de main- tenir en permanence dans cette dernière un taux d'oxygène approprié. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans la couche filtrante non saturée est réalisé au cours du déroulement de séquences prédéterminées successives, de mise en pression puis en dépression de l'air à l'intérieur de la couche non saturée ou par création à travers celle- ci d'un gradient de pression, provoquant un écoulement permanent d'air à débit donné. 3 - Procédé selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la différence de pression créée dans la couche filtrante est faible, de l'ordre de quelques décimètres de colonne d'eau. 4 - Dispositif pour la mise en service du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce qu'il comporte au moins un réseau de gaines de ventilation (9), noyé au sein de la couche filtrante non saturée (3), ledit réseau étant réuni alternativement à des moyens de mise sous pression d'air et des moyens de mise en dépression (12 ou 13). - Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le réseau de drainage (9) comporte au moins un collecteur (10-11) s'étendant au sein de la couche filtrante (3) et sur lesquels sont raccordés des éléments tubulaires (14) s'étendant transversalement vis à vis de ce collecteur. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux collecteurs indépendants (10-11), les éléments tubulaires (14) raccordés à ces collecteurs étant également noyés dans la couche et imbriqués selon qu'ils se raccordent à l'un ou à l'autre collecteur. 7 - Dispositif service du procédé selon la reven- dication 4, caractérisé en ce qu'aux éléments tubulaires sont substituées des bandes transversales d'un matériau fibreux à forte porosité et perméabilité à l'air élevée. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le gradient de pression dans le réseau de gaines (9) est réalisé par tout moyen connu tel que pompe à vide, turbine, colonne en charge ou en dépression.