Brevet FR2709429A1 — publié le 19950310

L'invention concerne un dispositif pour extraire de bassins rectangulaires les eaux usées clarifiées. Dans la technique du traitement des eaux usées, on utilise de plus en plus, sur les installations d'épuration, des bassins de décantation secondaire ayant en projection horizontale une forme rectangulaire. Dans ces bassins, la séparation des phases s'effectue par sédimentation des particules lourdes de boues, et les eaux usées épurées arrivent à la surface en suivant un déplacement vertical. Pour que ce mouvement vertical ne soit pas perturbé par des phénomènes d'écoulement dans le bassin, le système de décharge des eaux usées épurées doit être conçu de façon à assurer un débit d'eau, vers le système de décharge, qui soit constant par unité d'aire. A l'heure actuelle, on utilise en tant que systèmes de décharge essentiellement des rigoles d'écoulement suspendues. Ces rigoles assurent une évacuation des eaux usées purifiées, sous forme de rigoles collectrices. L'écoulement dans la rigole est défini par le fait que le débit augmente dans le sens de l'écoulement, au contraire de la profondeur d'écoulement, qui doit diminuer. Les ouvertures allant vers la rigole de décharge doivent être adaptées à cette situation, ce qui signifie ou bien que l'on a une diminution du nombre des ouvertures dans le sens de l'écoulement, ou bien que l'aire de passage des ouvertures diminue dans le sens de l'écoulement. Le dimensionnement de ces rigoles de décharge est donc difficile, car l'uniformité de la charge dépend de la précision du calcul. Comme la vitesse de passage, sur les différences de hauteur entre le bassin et la rigole, est fixée au centimètre près, le dimensionnement est grevé d'incertitudes. Les rigoles suspendues, à surface libre, présentent par ailleurs quelques caractéristiques désavantageuses. D'une part, elles doivent être nettoyées à grand frais. C'est là une conséquence de la croissance des algues dans la zone de la surface libre. D'autre part, c'est là o la vitesse est la plus petite qu'elles disposent de l'aire de passage la plus grande. Du fait des propriétés de la rigole collectrice, c'est au début de la rigole que la profondeur de l'eau est la plus grande. L'action du vent influe sur l'écoulement. L'invention a pour but, dans des dispositifs de ce type destinés à extraire l'eau de bassins de décantation, non seulement d'empêcher presque complètement la croissance des algues et de rendre l'extraction aussi indépendante que possible de l'action du vent, mais aussi d'uniformiser l'écoulement. Ce but est atteint selon l'invention, dans un dispositif destiné à extraire les eaux résiduaires clarifiées à partir d'un bassin rectangulaire, par au moins un tube plongeur, entièrement rempli, disposé en- dessous de la surface de l'eau dans le bassin rectangulaire, ce tube étant disposé et conçu de façon à assurer, sur la totalité du bassin, une extraction uniforme (par unité d'aire) des eaux usées traitées. De préférence, chaque tube a approximativement une aire de captage identique. Avantageusement, les tubes sont disposés à 20-30 cm en-dessous de la surface de l'eau se trouvant dans le bassin, et à au moins 30 cm endessous de cette surface dans le cas des tubes ayant un diamètre supérieur à DN 500. Il en résulte que les tubes plongeurs sont traversés par l'eau sous pression, de sorte que la mise en place d'orifices d'arrivée dans le tube plongeur ne présente aucun caractère décisif. De préférence, pour assurer une vitesse uniforme d'extraction sur toute la longueur du ou des tubes plongeurs, on prévoit des fentes dans la ou dans les parois des tubes plongeurs, la longueur des fentes étant conçue de façon à pouvoir varier entre le point opposé à la sortie et le point de sortie proprement dit. En général, la largeur des fentes est d'au moins 10 mm. Grâce aux mesures selon l'invention, c'est-à-dire l'extraction des eaux usées traitées à une profondeur minimale prédéfinie en-dessous de la surface, avec une certaine relation entre les paramètres, cette extraction est considérablement uniformisée. La croissance des algues est ainsi presque entièrement inhibée. Même en présence d'une forte action du vent, on est quand même assuré d'une extraction uniforme sur toute la surface du bassin. Avantageusement, les tubes sont dimensionnés de façon à avoir des diamètres étagés, de sorte que, à l'exception du début du tube, on maintienne une vitesse minimale d'écoulement. Le diamètre du système de décharge augmente dans le sens de l'écoulement. Grâce à ce système selon l'invention, on utilise toujours complètement l'aire transversale disponible d'écoulement. L'uniformité de la charge appliquée au système de décharge est assurée par une adaptation, présentant une optimisation hydraulique, du diamètre des tubes, de la pression intérieure des tubes et de l'orifice d'entrée des tubes, cette optimisation étant favorisée en particulier par le fait que les ouvertures d'arrivée, conçues comme des fentes, ont une longueur variable. Il est possible d'adapter la longueur des fentes de façon à arriver, pour chaque fente, à un débit d'arrivée uniforme. L'extraction de l'eau, uniforme par unité d'aire, sur toute la surface du bassin, est facilitée par le fait que, grâce à la combinaison de la distance entre les tubes et de la distance entre les ouvertures d'arrivée et le tube, chaque ouverture du système de décharge se voit affecter la même aire de bassin. Ce système travaille d'une manière autonome et indépendamment du débit. Avantageusement, un système de commande, installé au niveau de la décharge du système, maintient éventuellement constant le niveau de l'eau dans le bassin. C'est ainsi que le système de commande de la décharge peut être constitué de crêtes réglables en hauteur, d'un écoulement sous une vanne plane à fente de sortie variable, ou encore d'un robinet vanne plan installé dans la tuyauterie. Les ouvertures allant vers le tube plongeur peuvent être conçues comme des fentes, de façon qu'il soit possible, grâce à une modification de la longueur des fentes, d'assurer une adaptation rigoureuse aux conditions hydrauliques limites. Avantageusement, le tube plongeur est conçu pour une vitesse maximale de sortie en particulier de 0,32 m/s, avec une vitesse identique dans chaque tronçon de tuyauterie, grâce à la combinaison d'un rapetissement des fentes vers la sortie et d'un élargissement des tubes, de façon à améliorer l'uniformité du débit d'eau arrivant dans le tube plongeur. Avantageusement, les tubes étagés peuvent être en alignement à leur partie supérieure, en étant étagés à leur partie inférieure. Si, du fait de l'arrangement des racleurs dans un bassin, on a besoin d'une disposition non symétrique des tubes, on pourra alors installer par exemple deux tubes et demi, le "demi-tube" n'ayant alors qu'une puissance deux fois plus faible. Les fentes ont alors une taille deux fois plus faible. Grâce à une distance de 20 & 30 cm entre la surface de l'eau et le bord supérieur du tube, on évite presque complètement les pertes à l'entrée, et une surpression suffisante se maintient sur toute la longueur. On évite les risques provoqués par des couvertures trop petites, et donc par une irruption d'air à l'occasion des tourbillons. Les fentes ont en général une forme rectangulaire, avec aux extrémités un diamètre d'arrondi correspondant à la largeur des fentes, cette largeur étant de 10 mm quand la largeur minimale des tubes est supérieure à DN 300, (DN signifiant diamètre nominal). Les tubes peuvent avoir une section transversale rectangulaire. La charge de la vitesse dans le tube est limitée à environ 5 mm, ce qui correspond à une vitesse maximale dans le tube d'environ 0,32 m/s. Les fluctuations de la vitesse dans le tube sont alors de 0 à 32 cm/s dans le premier tronçon, et d'environ 0,2 à 0,32 m/s dans le deuxième tronçon et dans les suivants. De petites variations sont inévitables, en raison de l'étagement des diamètres dans la zone des 50 mm. En général, les fentes sont réalisées sur le côté supérieur des tubes, mais en aucun cas sur leur côté inférieur, surtout du fait que, dans le cas de tubes plus gros, le calcul montre que l'on aurait un orifice de sortie trop profond. Un exemple de réalisation d'un bassin rectangulaire a les dimensions suivantes: longueur 40 m, largeur 10 m, profondeur 7 m. On pourra alors prévoir par exemple trois tubes dans le sens longitudinal, équidistants, avec les étagements D N 300, 400, 500 et 550. En présence d'une disposition symétrique, les fentes étant écartées de 0, 5 m, chaque fente draine une surface de 0,5 x 10/3 = 1,66 m2. Des formes de réalisation de l'invention vont être maintenant expliquées plus en détail à titre d'exemples, par référence aux dessins ci-joints, dans lesquels: La Figure 1 présente une vue d'un bassin en projection horizontale; La Figure 2 présente une coupe longitudinale à travers un bassin; La Figure 3 présente une vue schématique en coupe transversale à travers un bassin; Les Figures 4 et 5 représentent la conception des tubes, et La Figure 6 représente la section transversale d'une rigole de décharge. Le bassin 10 selon la Figure 1 dispose d'une arrivée 12 et d'une décharge 14, et, dans l'exemple de réalisation, est pourvu de tubes continus 16, qui courent pratiquement sur toute la longueur du bassin. Les tubes débouchent dans la décharge 14. Les tubes sont équidistants. On a déjà une charge uniforme à partir de la rigole d'arrivée qui, dans l'exemple de réalisation, court sur toute la longueur du bassin. La Figure 2 correspond à la Figure 1, en coupe longitudinale. On voit un tube unique 16, qui présente des étagements, à partir du côté opposé à la sortie, jusqu'au point de sortie se trouvant dans l'arrivée, et portant par exemple les numéros 18, 20, 22 et 24. Pour un grand bassin, par exemple de 40 x 10 x 7 m, on a les étagements DN 300, 400, 500 et 550 (numéros de référence 18, 20, 22, 24). La Figure 3 est une vue en coupe transversale du bassin selon la ligne III/III de la Figure 1. On reconnaît le courant d'arrivée vers les tubes 16, dirigé vers le haut, et l'arrivée 12, l'écoulement s'effectuant par l'intermédiaire de la rigole d'arrivée 28, à effet de répartition. La répartition de l'écoulement dans le bassin est indiquée en 30. La Figure 4 est une vue agrandie des rigoles de la Figure 2, dans laquelle on voit en outre les fentes. Dans cette forme de réalisation (représentée ici avec un seul tube plongeur), ce dernier est étagé du côté d'entrée au côté de sortie, avec une section transversale croissante, le tube étant aligné à sa partie supérieure mais étagé à sa partie inférieure, comme il ressort des Figures 4 et 5. L'écoulement s'effectue de la gauche 30 vers la droite 32, et le tube plongeur, toujours disposé en-dessous du niveau de l'eau 34 (dans le bassin) reçoit un écoulement de débit uniforme. Les sections transversales des fentes rectangulaires sont adaptées au débit d'arrivée, c'est- à-dire que l'on a en 36 une section transversale plus petite, mais, en 38, le débit d'eau qui arrive est déjà plus grand, ce qui explique que la section transversale soit plus grande. En vue de dessus, on voit que les troncons de tubes sont disposés symétriquement les uns par rapport aux autres et par rapport à un axe central 40. Dans cette forme de réalisation, les fentes 42, 44 deviennent plus petites vers le point de décharge, c'est-à-dire que la longueur en 42 est supérieure à la longueur en 44. Il en résulte une homogénéisation de l'écoulement. On en arrive par exemple à la possibilité de maintenir une vitesse maximale d'écoulement de 0,30 à 0,32 m/s. La Figure 6 présente une vue en coupe transversale de la rigole de décharge 14, le point d'entrée du tronçon de tube 24 dans la rigole de décharge, qui assure une extraction uniforme de l'eau, dans le sens transversale sur toute la longueur du bassin. A la partie supérieure, le niveau d'eau 50 correspond à un débit minimal, et le niveau d'eau 52 correspond à un débit maximal. Dans d'autres formes de réalisation, la transition avec les tubes de diamètres plus grands peut dans la pratique s'effectuer d'une manière continue et progressive. Le fait que les fentes deviennent de plus en plus petites en se rapprochant du point de décharge empêche que la vitesse dépasse une vitesse maximale. La combinaison avantageuse de l'élargissement du tube vers le point de décharge, et d'une diminution de la longueur des fentes dans les tubes rectangulaires installés dans les bassins rectangulaires, empêche l'apparition éventuelle de flocs de boues, car les forces d'entraînement sont alors plus petites. Des propositions connues (brevet soviétique N 1 367 998 A 1), comportant des organes d'obturation sur différents tubes, ne résolvent pas le problème posé ici, et elles sont chères et exigent des opérations d'entretien. Revendications 1. Dispositif pour extraire des eaux usées clarifiées d'un bassin rectangulaire, caractérisé par au moins un tube plongeur (16; 16), entièrement rempli, disposé en-dessous de la surface (34) de l'eau se trouvant dans le bassin rectangulaire, la disposition et la conception du tube plongeur permettant, sur la totalité du bassin (10), une extraction uniforme, avec un débit constant par unité d'aire, des eaux usées clarifiées. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes plongeurs (16; 16) sont répartis dans le bassin (10) de façon que chaque tube possède approximativement la même aire de captage. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, en présence d'une disposition non symétrique des tubes, on dispose des tubes n'ayant qu'une capacité partielle, par exemple deux tubes et demi. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (16; 16) sont disposés à 20 30 cm en-dessous du niveau de l'eau dans le bassin. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes ayant un diamètre supérieur à DN 500 sont disposés à au moins 30 cm en- dessous de la surface (34) de l'eau se trouvant dans le bassin. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures d'arrivée dans le tube plongeur sont conçues comme des fentes (42; 44), de façon à permettre, par une modification de la longueur des fentes, une adaptation rigoureuse aux conditions hydrauliques limites. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les tubes plongeurs sont traversés par l'eau sous pression, de telle sorte que la mise en place des ouvertures d'arrivée de l'eau dans le tube plongeur ne présente aucun caractère critique. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour garantir une vitesse d'extraction uniforme sur toute la longueur du ou des tubes plongeurs, les fentes sont prévues, à leur partie supérieure sur les parois des tubes plongeurs, de façon que la longueur des fentes puissent varier du point opposé au point de sortie, jusqu'au point de sortie proprement dit. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur (Ll, L2) des fentes (42, 44) diminue vers la conduite de décharge. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube plongeur a une section transversale qui augmente vers le point de sortie, en commençant au point opposé à la conduite collectrice de sortie. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tube plongeur présente un élargissement par étagements progressifs (36; 38). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube plongeur est adapté à une vitesse maximale de sortie notamment de 0,32 m/s, et à une vitesse identique dans chaque tronçon des tubes, par une combinaison des fentes qui deviennent de plus en plus petites vers le point de sortie et du diamètre du tube, qui s'élargit, et ce dans le but d'améliorer l'uniformité du tube plongeur. 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les tubes plongeurs étagés sont en alignement à leur partie supérieure et en étagement à il leur partie inférieure. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par une largeur minimale de fente de 10 mm. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que, dans le cas des tubes ayant une section transversale rectangulaire, les fentes ont une forme rectangulaire en coupe transversale, une largeur minimale de 10 mm pour les tubes ayant un DN supérieur à 300, les fentes présentant des diamètres d'arrondi, en leurs extrémités, égaux à la largeur des fentes. 16. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en présence d'une disposition symétrique, les fentes étant écartées de 0,5 m les unes des autres, chaque fente assure l'extraction de l'eau sur une aire de 1,66 m2. 17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif de décharge, d'un type ayant une conception hydraulique précise permettant d'obtenir une extraction uniforme. 18. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif de commande de la décharge, qui est constitué de crêtes réglables en hauteur, de vannes planes dont la fente de sortie inférieure est variable, ou encore de robinets vannes plans disposés dans la tuyauterie proprement dite.