Brevet FR2644773A2 — publié le 19900928

FR 2644773 A2 19900928 FR 8903658 A 19890321 Procédé et dispositif pour l'épuration d'eaux polluées'. La présente invention concerne le procédé et le dispositif qui font l'objet du brevet principal. Ce procédé et ce dispositif ont pour but d'assurer l'épuration d'eaux fortement polluées par traitement dans une couche filtrante, et ce au moyen d'une flore microbienne aérobie, la couche filtrante étant maintenue non saturée. Conformément à la caractéristique essentielle du procédé selon le brevet principal, on assure le renouvellement contrôlé de l'atmosphère régnant dans la couche filtrante, en organisant une circulation d'air à travers celle-ci. A cet effet, le dispositif décrit dans le brevet principal comporte un ou plusieurs réseaux de tubes perforés qui sont noyés à l'intérieur de la couche filtrante et qui sont destinés à servir de moyens d'amenée d'air sous pression ou au contraire de moyens d'aspiration d'air. La circulation d'air ainsi organisée, dans un sens ou dans l'autre, à travers la couche filtrante a pour effet de maintenir en permanence dans cette dernière un taux d'oxygène approprié, ce qui permet une épuration efficace des eaux à traiter. Dans l'exemple de réalisation décrit dans le brevet principal, il est prévu que les eaux dépolluées s'éliminent au sein d'un terrain perméable sous-jacent, ou bien qu'elles soient récupérées au moyen d'un réseau de drains de collecte disposés à la base du dispositif utilisé. La présente invention a pour but d'apporter un certain nombre de perfectionnements au procédé et au dispositif selon le brevet principal afin d'en accroître l'efficacité. A cet effet, ces perfectionnements visent notamment à diminuer considérablement les périodes de submersion du massif filtrant. Cependant ces perfectionnements ont également pour objet d'améliorer et de simplifier les conditions de récupération des eaux dépolluées ainsi que les conditions d'amenée ou d'évacuation de l'air assurant la circulation d'air organisée à l'intérieur de la couche filtrante. A cet effet, le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce que - d'une -part on assure l'alimentation de la surface supérieure de la couche filtrante en eaux polluées au moyen d'un système répartiteur disposé au dessus de celle-ci, en réduisant ainsi considérablement, ou même en éliminant complètement, les périodes de submersion de la couche filtrante, - d'autre part on prévoit, au-dessous de cette couche filtrante en sable, une couche de base drainante en un matériau de forte perméabilité -tel que granulat ou géotextile- en disposant à l'intérieur de cette couche drainante, un réseau de drains ou de passages de circulation que l'on raccorde à la fois à un réservoir de récupération des eaux filtrées et au dispositif d'extraction ou de pulsion d'air prévu pour assurer une circulation d'air a l'intérieur de la couche filtrante. Ainsi ce réseau sert non seulement a la récupération des eaux filtrées, mais également à l'évacuation ou à l'arrivée de l'air circulant à travers la couche filtrante. Par ailleurs, la réduction importante, ou même l'élimination complète des périodes de submersion de la couche filtrante, a pour avantage d'améliorer les conditions d'infiltration des eaux polluées dans la couche filtrante, en permettant une communication semi-permanente à permanente de l'atmosphère interne de la couche filtrante avec l'extérieur. La présente invention a également pour objet un dispositif spécialement conçu pour la mise en oeuvre de cette forme perfectionnée du prése#nt procédé. Les caractéristiques et avantages de ce dispositif, ainsi que du procédé selon l'invention, apparaitront au cours de la description suivante. Celle-ci est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif, et sur lequel La figure 1 est une vue schématique en perspective et en coupe du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle en coupe d'une variante de réalisation de ce dispositif. Les figures 3 et 4 sont des vues partielles en coupe, à échelles différentes, respectivement d'un drain prévu dans le cas de la figure 1 et d'un passage de circulation existant dans le cas de la figure 2. Dans l'exemple représenté aux figures 1 et 3, le dispositif selon l'invention comporte, à l'intérieur d'un bassin 1, la superposition d'une couche filtrante 2 et d'une couche de base drainante 3. Le bassin 1 peut être aménagée dans le sol, ses parois étant imperméables. A cet effet, celles-ci peuvent être réalisées en maçonnerie, ou par compactage du sol correspondant ou bien encore par mise en place d'une membrane imperméable. La couche filtrante 2 est constituée d'un matériau poreux et perméable. L'épaisseur, la perméabilité et la porosité de ce matériau sont choisies de façon à obtenir une bonne infiltration des eaux polluées, un fort développement bactérien et une libre circulation de l'air. Cette couche filtrante peut être constituée par une couche unique de sable ou par superposition de plusieurs couches de sable de granulométrie différentes. Ainsi, elle peut consister par exemple en une couche de 1,50m d'épaisseur comportant la superposition de sable fin (granulométrie inférieure à lmm) et de sable plus gros (granulométrie inférieure à 4mm). Quant à la couche drainante 3, elle est constituée par du gravier de plus forte granulométrie. Ainsi, elle peut consister par exemple en une couche de 20cm d'épaisseur environ de gravier ayant une granulométrie comprise entre 2 et 20mm. Au dessus de la couche filtrante 2, il est prévu un système répartiteur pour l'alimentation du dispositif en eaux polluées a traiter. Ce système répartiteur comprend un réseau de tubes 4 partant d'une conduite 5 d'alimentation en eaux polluées. Les tubes 4 sont disposés au-dessus de la couche filtrante 2 et ils comportent une série d'orifices ou d'ajutages de sortie 4a pour assurer une alimentation par simple écoulement gravitaire ou par aspersion sous pression. Une vanne 6 ou tout autre dispositif de réglage approprie, montée sur la conduite d'alimentation 5, permet de régler le débit d'alimentation de façon à éviter, ou tout au moins à limiter considérablement, les périodes de submersion de la couche filtrante 2. A l'intérieur de la couche de base drainante 3, il est prévu un réseau de drains 7 posés contre le fond 8 du bassin 1. Comme représenté sur la figure 3, ces drains peuvent être constitués par des tubes dont les parois présentent des fentes 7a permettant la pénétration de l'eau à l'intérieur de ces drains. Ceux-ci sont branchés sur une conduite collectrice 9 qui est raccordée à la fois à un appareil 10 d'aspiration d'air et à un réservoir 11 de récupération des eaux dépolluées. En effet, conformément au procédé selon l'invention, les drains 7 servent à la fois à assurer l'organisation d'une circulation d'air à l'intérieur de la couche filtrante 2 et à réaliser la récupération des eaux dépolluées circulant par gravite dans la couche drainante 3. En conséquence, une lame de circulation d'eau 12 est formée dans le fond de chaque drain 7, le reste de l'espace disponible servant à la circulation d'air. Dans l'exemple mentionné ci-dessus, cette circulation s'effectue de façon continue par aspiration à la base du bassin de traitement. Cependant, elle pourrait tout aussi bien être réalisée de façon continue par refoulement d'air à la base de ce bassin. Dans ce cas, l'appareil d'aspiration 10 serait remplacé par un appareil de refoulement d'air sous pression. Par ailleurs, au lieu de réaliser une circulation continue à l'intérieur de la couche filtrante 2, il serait possible de réaliser des séquences prédéterminées de mise en pression et/ou de mise en dépression, comme cela est prévu dans le brevet principal. Conformément au procédé selon la présente invention, on réalise l'alimentation du bassin de traitement en eaux polluées en réglant le système répartiteur 4-5 de façon à limiter dans toute la mesure du possible, ou même à éliminer complètement, les périodes de submersion de la surface supérieure de la couche filtrante 2. Il est possible de réaliser une infiltration continue, auquel cas la charge hydraulique apportée doit être inférieure à celle qui serait susceptible de créer une lame d'eau permanente à la surface de la couche filtrante. Cependant il est également possible de réaliser une infiltration intermittente par apport séquentiel d'eaux polluées. Dans ce cas, les périodes de submersion de la surface de la couche filtrante 2 doivent être très courtes par rapport aux périodes d'émersion de celle-ci. Dans l'un et l'autre cas on obtient ainsi une communication permanente, ou semi-permanente, de l'atmosphère de la couche filtrante 2 avec l'extérieur, ce qui améliore les conditions d'infiltration des eaux polluées dans la couche filtrante. Les eaux polluées ainsi infiltrées dans la couche 2 traversent celle-ci par gravité pour gagner la couche de base drainante 3. Cependant au cours de la traversée de la couche filtrante, les eaux polluées subissent une épuration due à leur traitement par la flore microbienne contenue dans cette couche. L'efficacité de ce traitement est due au fait qu'il y a un renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans cette couche filtrante en raison de la circulation d'air prévu à l'intérieur de celle-ci. Après ce traitement, les eaux dépolluées sont recueillies dans les drains 7 et évacuées vers le réservoir 11. Comme déjà indiqué, la circulation d'air organisée à l'intérieur de la couche filtrante peut être assurée par une dépression continue à la base de cette couche. Cette dépression peut être obtenue au moyen d'un ventilateur appliquant une dépression relativement faible dont la valeur peut correspondre par exemple à une colonne d'eau de 20cm. Mais encore une fois, au lieu d'une aération par dépression continue, il est possible de réaliser une aération par refoulement d'air par le bas, et ce avec des résultats similaires. Du reste, il est également possible de réaliser des séquences pré-déterminées d'aspersion et/ou de refoulement. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité à la seule forme de réalisation décrite précédemment. Ainsi, les figures 3 et 4 représentent une variante dans laquelle la couche de base drainante 3 en gravier est remplacée par une couche inférieure drainante 3a constituée d'un matériau géotextile. Cette couche drainante est disposée contre le fond 8a du bassin la correspondant. Cependant ce fond comporte une série de canivaux 13 qui permettent d'obtenir, à la base de la couche drainte 3a, une série de passages 14 de circulation susceptibles de remplacer les drains 7 prévus dans la forme de réalisation précédente. En effet, ces passages 14 qui communiquent librement avec la couche drainante 3a en géotextile, peuvent à la fois collecter les eaux traitées et servir de passages de circulation pour l'organisation d'une circulation d'air à travers la couche filtrante 2. A cet effet, ces passages 14 sont branchés sur une conduite collectrice telle que la conduite 9 prévue dans l'exemple précédent, celle-ci étant elle-même raccordée à la fois à un appareil ventilateur et à un réservoir de récupération des eaux traitées. Ainsi, ce dispositif est susceptible de permettre la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans les mêmes conditions que le dispositif décrit précédemment. Cependant de nombreuses variantes et autres formes de réalisation peuvent être envisagées. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés pour l'épuration d'eaux fortement polluées, par exemple des eaux résiduaires d'installations industrielles ou des eaux usées de rejet d'une collectivité ou d'une agglomération urbaine. Les essais réalisés dans une installation pilote correspondant au dispositif selon l'invention ont permis de constater que la capacité d'élimination de la pollution organique d'un tel dispositif peut être de l'ordre de 1,5 Kg de DCO (Demande Chimique en Oxygène) par ma de la couche filtrante. Quant à la consommation de courant électrique nécessaire pour réaliser une aération continue de celle-ci, elle est inférieure à 17W par m2 de la surface d'infiltration. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'épuration des eaux polluées selon la revendication 1 du brevet principal dans lequel on assure le renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans la couche filtrante par organisation d'une circulation d'air à l'intérieur de celle-ci, tout en maintenant non saturée cette couche filtrante, caractérisé en ce que - d'une part on assure l'alimentation de la surface supérieure de la couche filtrante (2) en eaux polluées, et ce au moyen d'un système répartiteur (4-5) disposé au dessus de celle-ci, en réduisant ainsi considérablement, ou même en éliminant complètement, les périodes de submersion de la couche filtrante (2), - d'autre part on prévoit, au dessous de cette couche filtrante (2) en sable, une couche de base drainante (3, 3a) en un matériau de forte perméabilité tel que granulat ou géotextile- en disposant à l'intérieur de cette couche drainante, un réseau de drains (7) ou de passages de circulation (14) que l'on raccorde à la fois à un réservoir (ll) de récupération des eaux filtrées et au disposition (10) d'extraction ou de pulsion d'air prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de la couche filtrante (2), de sorte que ce réseau sert non seulement à la récupération des eaux filtrées, mais également à l'évacuation ou à l'arrivée de l'air circulant à travers la couche filtrante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en eaux polluées étant réalisée de façon continue, on règle le système répartiteur (4-5) de façon que la charge hydraulique apportée soit inférieure à celle qui serait susceptible de créer une lame d'eau permanente à la surface de la couche filtrante (2). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en eaux polluées étant réalisée de façon intermittente, on règle le système répartiteur (4-5) de façon que les périodes de submersion de la couche filtrante (2) soient plus courtes que les périodes d'émersion de celle-ci. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la circulation d'air à l'intérieur de la couche filtrante (2) est assurée par une aspiration continue d'air dans la couche inférieure drainange (3-3a). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la circulation d'air à l'intérieur de la couche filtrante (2) est assurée par un refoulement continu d'air dans la couche inférieure drainante (3-3a). 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, par renouvellement contrôlé de l'atmosphère dans la couche filtrante par organisation d'une circulation d'air à l'intérieur de celle-ci, tout en maintenant non saturée cette couche filtrante, caractérisé en ce que - d'une part, au dessus de la couche filtrante (2), il comporte un système répartiteur (4-5) d'alimentation en eaux polluées, qui est apte à réduire considérablement, ou même à éliminer complètement, les périodes de submersion de la couche filtrante (2), - d'autre part, au dessous de celle-ci, il est prévu une couche de base drainante (3-3a) en un matériau de forte perméabilité -tel que granulat ou géotextile- à l'intérieur de laquelle est disposé un réseau de drains (7) ou de passages de circulation (14), raccordé à la fois à un réservoir (ll) de récupération des eaux filtrées et du dispositif (10) d'extraction ou de pulsion d'air prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de la couche filtrante.