Brevet FR2702469A1 — publié le 19940916

DISPOSITIF D'EPURATION DES EAUX RESIDUAIRES L'invention est relative à un dispositif d'épuration des eaux résiduaires provenant essentiellement des industries agro-alimentaires qui combine judicieusement des procédés connus dans un ensemble de conception tout à fait inédite et originale. Les procédés connus sont essentiellement de trois types 1) les procédés en aérobie - boues activées par apport d'oxygéne et brassage mécanique par surpresseur - lits bactériens absorbant la pollution - lagunages naturels ou aérés - épandage - bassins d'évaporation 2) les procédés en anaérobie : par exemple des cuves en béton armé étanche 3) les procédés physico-chimiques. Les principaux inconvénients rencontrés sont liés - au degré insuffisant de la réduction de la pollution principalement dans le traitement des eaux résiduaires agro-alimentaires qui sont fortement chargées en matières carbonées oxydantes; - au déréglement des processus naturels à cause du déséquilibre important existant entre les éléments carbone, azote et phosphore des eaux résiduaires agro-alimentaires; - aux contraintes liées à ltoccupation des sols (épuration horizontale) et - aux problèmes de voisinage (odeurs); - à la technicité et aux précautions à prendre dans les procédés anaérobie; - aux investissements souvent importants nécessaires; - aux contraintes liées aux terrains (lagunage et épandage): infiltrations; - au rapport degré d'épuration / unité de temps. En effet, les eaux résiduaires agro-alimentaires qui proviennent essentiellement du lavage du matériel, contiennent une pollution fortement oxydable (matières solubles et matières en suspension). Leur mauvaise épuration conduit à des rejets qui provoquent des perturbations sur la faune et sur la flore pour les rejets en milieu naturel et sur les stations d'épuration pour les rejets en égout. Les Agences de l'Eau ont mis en place un système de taxation très pénalisant pour les industries polluantes et il est donc important pour celles-ci de se doter d'un matériel susceptible d'épurer correctement au prix le plus bas (investissement et fonctionnement). L'invention vise à réaliser un dispositif d'épuration apte à combiner, de par sa conception tout à fait particulière, une épuration physico-chimique (phase 1) suivie d'une épuration biologique aérobie forcée (phase 2) suivie d'une épuration biologique aérobie naturelle (phase 3) de telle manière que, au lieu de faire en une seule étape,dans un filtre bactérien classique de grand volume, une épuration biologique, le dispositif selon l'invention permet de réaliser les deux phases biologiques en exploitant au mieux les propriétés trophiques des bactéries. En phase 2, comme la pollution carbonée est abondante, le développement des levures est privilégié. Ces micro-organismes restent dans la chambre correspondante du dispositif. En phase 3, ce sont les molécules, plus difficilement biodégradables, qui vont constituer la source de carbone. La flore biologique qui doit s'adapter deviendra majoritaire, même contrôlable,sans l'influence gênante des levures qui ont déjà joué leur rôle. Grâce à cette définition étagée de l'épuration, les propriétés du actif jouent pleinement leur rôle (diminution des phénols,tanins,colorants...). Le dispositif selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte, comme constituants de base, au moins trois volumes bien délimités physiquement et correspondant chacun à une phase bien spécifique d'épuration : - un premier volume, dénommé chambre de floculation-flottation, pourvu, en partie haute, d'une grille à mailles fines au travers de laquelle l'effluent, préalablement dosé chimiquement de produits coagulants et floculants, est déversé et, en partie basse, d'une pompe, du type émulseur, dont les microbulles d'air qu'elle génére ont pour effet d'entrainer verticalement les matières coagulées et floculées vers la surface du liquide pour y etre évacuées;; - un deuxième volume, dénommé chambre de biofiltration aérobie forcée, pourvu, en partie basse, d'une ouverture de communication avec le premier volume de manière à être alimenté, selon le principe des vases communicants, par le liquide contenu dans ledit premier volume et, à l'intérieur, de matériaux de garnissage grossier offrant une grande surface de contact et un vide circulatoire important, recouverts de micro-organismes qui ont pour effet de transformer et de dégrader la pollution organique dissoute par fermentation aérobie qui est alimentée par l'essentiel des microbulles d'air générées par la pompe précédente et qui entrainent verticalement, vers la surface du liquide, la crème de biomasse pour y être évacuée;; - un troisième volume, dénommé chambre de percolation, alimenté, en partie haute, par le trop-plein provenant du volume précédent, se présentant sous la forme d'une tour de biofiltration aérobie naturelle contenant un garnissage réalisé à partir de granulés moyens et évacuant, en partie basse, les eaux non-polluées. Les phases 1 et 2 peuvent être répétées au moyen de chambres supplémentaires de manière à obtenir un degré d'épuration supérieur. Ainsi réalisé, le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants - élimination totale des nuisances (déchets, odeurs); - génie-civil réduit au minimun; - ensemble compact de faible encombrement; - continuité du flux sans stockage de l'effluent et des boues; - automatisme complet du fonctionnement; - surveillance et préparations espacées (hebdomadaires) avec tenue d'un cahier d'exploitation simplifié; - nettoyage et entretien réalisés en 2 ou 3 heures en début et en fin de campagne; - autres utilisations pour fermenter des liquides en aérobie. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue en coupe partielle du dispositif; - la figure 2 est une vue de dessus partielle dudit dispositif faisant apparaître les bras racleurs au dessus des chambres. Le dispositif représenté aux figures comporte - Un premier volume (1), dénommé chambre de floculation-flottation, pourvu, en partie haute, d'une grille (2) à maille fines au travers de laquelle l'effluent (3), préalablement dosé chimiquement de produits coagulants et floculants, est déversé et,en partie basse, d'une pompe (4), du type émulseur,dont les microbulles d'air (17) qu'elle génére ont pour effet d'entrainer verticalement les matières coagulées et floculées vers la surface du liquide contenu dans ledit volume qui est également pourvu, en partie haute, d'un moyen de raclage (5,6) apte à évacuer lesdites matières ainsi que les résidus retenus par la grille (2) vers une canalisation de sortie des boues (23). Dans la réalisation préférée de l'invention, le premier volume se présente sous la forme d'une cuve cylindrique (1) alimentée par un déversoir rotatif (12) pourvu d'une sortie excentrée (13) balayant la surface de la grille (2) qui est légérement inclinée dans le sens opposé de la canalisation de sortie des boues (23). A titre d'exemple, le diamètre de la cuve (1) est de 1 mètre et sa hauteur de 3 mètres. Le moyen de raclage (5) est un bras tournant autour de l'axe de symètrie (22) dudit dispositif et raclant la surface de la grille (2). Le volume (1) est alimenté à partir d'une unité de relevage et de dosage chimique des eaux résiduaires comportant un bassin tampon pourvu d'une sonde de niveau et d'une pompe de relevage, un doseur de produit coagulant basique calcifiant (du type chaux par exemple) et une pompe doseuse de produit floculant (du type polymère par exemple) actionnés par ladite sonde. Les produits en question matérialisent une bonne partie des matières contenues dans les eaux résiduaires. - Un deuxième volume (7), dénommé chambre de biofiltration aérobie forcée, pourvu, en partie basse, d'une ouverture (8) de communication avec le premier volume de manière à être alimenté, selon le principe des vases communicants, par le liquide contenu dans ledit premier volume et, à l'intérieur, de matériaux de garnissage grossier (28), maintenus entre une grille basse (18) et une grille haute (19), offrant une grande surface de contact et un vide circulatoire important, recouverts de micro-organismes qui ont pour effet de transformer et de dégrader la pollution organique dissoute par fermentation aérobie qui est entretenue par l'essentiel des microbulles d'air (20) générées par la pompe précédente et qui entraînent verticalement, vers la surface du liquide contenu dans ledit volume, la crème de biomasse résultant de la dégradation de la matière organique, ledit deuxième volume étant également pourvu, en partie haute, d'un moyen de raclage (6) apte à évacuer ladite crème de biomasse, qui traverse la grille (19), vers la canalisation de sortie des boues (23). Dans la réalisation préférée de ltinvention, le deuxième volume se présente sous la forme d'une cuve périphérique (7), concentrique à la première et séparée de celle-ci par la jupe commune (21), communiquant avec le volume (1) par une ouverture périphérique (8) et recevant l'essentiel du liquide émulsé (14) provenant du fond dudit volume (1). A titre d'exemple, le diamètre extérieur de la chambre (7) est de 2 mètres et la hauteur identique à celle de la chambre (1). Le moyen de raclage (6) est un bras, tournant autour de l'axe de symètrie (22) dudit dispositif et raclant la surface de la grille (19) ainsi que la surface du liquide contenu dans le volume (1). Les volumes (1) et (7) ont un fond commun (24). Ledit fond est conique lorsque les volumes (1) et (7) sont cylindriques. Une vis sans fin (25), contenue dans un fourreau cylindrique (26), remonte au dessus de la grille (2), par l'ouverture tournante (27), la boue déposée dans le fond (24). - Un troisième volume (9), dénommé chambre de percolation, alimenté, en partie haute, par le trop-plein (10) provenant du volume précédent, se présentant sous la forme d'une tour de biofiltration aérobie naturelle contenant un garnissage (15) réalisé à partir de granulés moyens et évacuant, en partie basse, les eaux non-polluées (11). Dans la réalisation préférée de l'invention, le troisième volume se présente sous la forme d'une goulotte en spirale (9), accolée à la paroi extérieure de la cuve périphérique (7), légèrement inclinée, alimentée par le trop-plein (10), remplie, sur toute sa longueur, du garnissage (15) et présentant, tout le long de son fond, des perforations (16) permettant un écoulement partiel du liquide qui subit dans ledit volume une épuration biologique finale (écoulement lent du liquide). A titre d'exemple, la goulotte en spirale permet un développé de 60 mètres pour 3 mètres de hauteur. Ainsi dimensionné, l'ensemble du dispositif peut par exemple traiter un débit régulé de 2 m3 / heure. Le déversoir rotatif (12) a par exemple une capacité de plusieurs dizaines de litres. Un motoréducteur (29) entraîne ledit déversoir et également la vis de relevage (25) et les bras racleurs (5) et (6) par l'intermèdiaire de la gaine (30). Le bras racleur (6) est soutenu par la barre (31). Les boues (23) sont transformées en compostau moyen d'une unité de compostage comportant un pressoir associé à un doseur de support carboné, par exemple de la paille, et à un doseur d'engrais, par exemple des granulés NPK. L'unité de compostage est prévue pour traiter automatiquement en continu tous les déchets venant d'un point unique de collecte du système d'épuration. Ces déchets sous forme de boue contiennent des micro-organismes. La fermentation thermophile caractéristique d'un compostagepeut démarrer,sans perdre de temps,sur un substrat idéal fait de support carboné(paille broyée), de boues et d'engrais en granulés du commerce pour apporter l'azote, le phosphore et la potasse désirés. L'avaloir du pressoir reçoit cycliquement, par exemple, d'abord une couche de paille de 25 kgs ou 100 litres, puis 100 kgs de boues et 1 kg d'engrais. Ces couches sont pressées et évacuées tout au long du temps de travail. Après 3 à 4 semaines, le compost élaboré est de bonne qualité. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté pour lequel on pourra prévoir d'autres variantes dans - le nombre de phases d'épuration; - les formes et les dimensions des divers modules; - leur position relative; - les matériaux de-garnissage utilisés; - le traitement spécifique des effluents en amont et des boues en aval; sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'épuration des eaux résiduaires provenant essentiellement des industries agro-alimentaires, caractérisé en ce qu'il comporte,comme constituants de base, au moins trois volumes bien délimités physiquement et correspondant chacun à une phase bien spécifique d'épuration, à savoir - un premier volume(1),dénommé chambre de floculation-flottation,pourvu,en partie haute,d'une grille (2) à mailles fines au travers de laquelle lteffluent (3),préalablement dosé chimiquement de produits coagulants et floculants ,est déversé et,en partie basse,d'une pompe (4),du type émulseur,dont les microbulles d'air qu'elle génére ont pour effet d'entraîner verticalement les matières coagulées et floculées vers la surface du liquide contenu dans ledit volume qui est également pourvu, en partie haute, d'un moyen de raclage (5,6) apte à évacuer lesdites matières foculées ainsi que les résidus retenus par la grille (2) vers une canalisation de sortie des boues (23); - un deuxième volume (7), dénommé chambre de biofiltration aérobie forcée, pourvu, en partie basse, d'une ouverture (8) de communication avec le premier volume de manière à être alimenté, selon le principe des vases communicants, par le liquide contenu dans ledit premier volume et, à l'intérieur, de matériaux de garnissage grossier (28), maintenus entre une grille basse (18) et une grille haute (19), offrant une grande surface de contact et un vide circulatoire important, recouverts de micro-organismes qui ont pour effet de transformer et de dégrader la pollution organique dissoute par fermentation aérobie qui est entretenue par l'essentiel des microbulles d'air (20) générées par la pompe précédente et qui entraînent verticalement, vers la surface du liquide contenu dans ledit volume, la crème de biomasse résultant de la dégradation de la matière organique, ledit deuxième volume étant également pourvu, en partie haute, d'un moyen de raclage (6) apte à évacuer ladite crème de biomasse,qui traverse la grille (19), vers la canalisation de sortie (23);; - un troisième volume (9),dénommé chambre de percolation,alimenté,en partie haute, par le trop-plein (10) provenant du volume précédent, se présentant sous la forme d'une tour de biofiltration aérobie naturelle contenant le garnissage (15) réalisé à partir de granulés moyens et évacuant, en partie basse, les eaux non-polluées (11). 2- Dispositif, selon la revendication I, caractérisé en ce que le premier volume se présente sous la forme d'une cuve centrale cylindrique (1) alimentée par un déversoir rotatif (12) pourvu d'une sortie excentrée (13) balayant la surface de la grille (2) qui est légérement inclinée dans le sens opposé à la canalisation de sortie des boues (23). 3- Dispositif, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le deuxième volume se présente sous la forme d'une cuve périphérique (7), concentrique à la première et séparée de celle-ci par la jupe commune (21), communiquant avec le volume (1) par une ouverture périphérique (8) et recevant l'essentiel du liquide émulsé (14) provenant du fond dudit volume (1). 4- Dispositif, selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le troisième volume se présente sous la forme d'une goulotte en spirale (9), accolée à la paroi extérieure de la cuve périphérique (7), légèrement inclinée, alimentée par le trop plein (10), remplie, sur toute sa longueur, du garnissage (15) et présentant, tout le long de son fond, des perforations (16) permettant un écoulement partiel du liquide qui subit dans ledit volume une épuration biologique finale. 5- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de raclage (5) est un bras tournant autour de l'axe de symètrie (22) dudit dispositif et raclant la surface de la grille (2). 6- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de raclage (6) est un bras tournant autour de l'axe de symètrie (22) dudit dispositif et raclant la surface de la grille (19) ainsi que la surface du liquide contenu dans le volume (1). 7- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les volumes (1) et (7) ont un fond commun (24). 8- Dispositif, selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce qu'une vis sans fin (25), contenue dans un fourreau cylindrique (26), remonte au dessus de la grille (2), par l'ouverture tournante (27), la boue déposée dans le fond (24). 9- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume (1) est alimenté à partir d'une unité de relevage et de dosage chimique des eaux résiduaires comportant un bassin tampon pourvu d'une sonde de niveau et d'une pompe de relevage, un doseur de produit coagulant et une pompe doseuse de produit floculant actionnés par ladite sonde. 10- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une unité de compostage, comportant un pressoir associé à un doseur de support carboné et un doseur d'engrais, récupère les boues (23).