Brevet FR2702470A1 — 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 itoccupation 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 charbon 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 être 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 parfermentation 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 11 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 apparaitre plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés. Sur ces dessins - la figure I est une vue en coupe partielle du dispositif de base; - la figure 2 est une vue de dessus partielle dudit dispositif faisant appa raître les bras racleurs au dessus des diverses chambres; - la figure 3 est une vue d'ensemble en coupe d'une variante du dispositif de base; - la figure 4 est une vue partielle détaillée du dégrilleur-écrémeur; - la figure 5 est une vue en-coupe du doseur du produit basique. Le dispositif représenté aux figures 1 et 2 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 émul seur,dont les microbulles d'air (17) qu'elle génére ont pour effet d'entrai- ner 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 l'invention, 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 tune 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 compost au moyen d'une unité de compos tage 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. Le dispositif représenté aux figures 3 à 5, qui est une variante du dispositif représenté aux figures 1 et 2, comporte essentiellement - Une cuve (32), séparée de l'ensemble décrit précédemment, pour le traitement physicochimique, la rectification du pH et la séparation et le traitement des boues. La séparation des boues est obtenue, suivant la composition des effluents, soit par écrémage au moyen d'un dégrilleur-écrémeur (33), soit par décantation dans le fond de la cuve (32). Ce traitement commence par une correction éventuelle du pH, puis une floculation accompagnée ou non d'un microbullage. Les boues récupérées,en flottation,par le dégrilleur-écrémeur (33), -comme celles provenant de la décantation, sont additionnées aux déchets solides dans le casier de précompostage (34) garni préalablement de matière carbonnée (type paille par exemple). Les écoulements de précompostage sont récupérés dans la cuve-tampon de stockage des effluents (35) qui sert également de stockage aux effluents (2 à 3 jours de stockage). Une pompe (36), avec des sondes de niveau haut et bas, dont le débit est préréglé, relève les eaux usées vers le dégrilleur-écrémeur qui filtre l'effluent de tous les déchets solides comme, dans le cas de la vendange, les rafles, les pépins et les pulpes. - Une cuve (37), également séparée de l'ensemble décrit précédemment, pour la biofiltration aérobie immergée. Cette phase est essentielle car elle met en oeuvre des micro-organismes en aérobie Une première population bactérienne est mise en développement sur un garnissage filtrant (60) complétement immergé dans ladite cuve où l'aération contrôlée (38) par le fond fait oxyder très rapidement la matière organique qui nourrit la zooglée bactérienne. Le garnissage est choisi pour ses qualités d'imputrécibilité. - Un lit bactérien étalé (39), également séparé de l'ensemble décrit précédemment. Il reçoit l'effluent ou biofiltrat qui sort par le haut de la cuve (37) et qui s'évacue gravitairement sur ledit lit bactérien ensemencé de germes qui digèrent les molécules polyphénoliques. A ce niveau de traitement la DB05 est inférieure à 100 mgl. L'effluent peu chargé et aéré peut être ensuite envoyé dans un filtre de finition à sable qui assure l'élimination par barrière physique des cellules de la zooglée. Le filtre à sable se régénére automatiquement suivant l'état de colmatage et assure un rejet épuré au pluvial (40). La cuve (32) comporte une arrivée de microbulles (41) générées au moyen d'un émulseur (42). Au dessus de la cuve (32), se trouve le dégrilleur-écrémeur (33) qui comporte une cinématique (43), du type chaîne sans fin, qui entraîne des peignes (44) montés pivotants autour d'un axe (45) au moyen d'une chape (53) et pourvus d'une lame-ressort (46) et d'un patin (47) qui maintiennent lesdits peignes en appui élastique sur la rampe (48),par exemple en tole, pour remonter les déchets solides (49) qui sont éjectés en partie haute lorsque l'extrémité de chaque peigne quitte la rampe (48). La cinématique comporte des poulies (50). L'ensemble comporte des flasques latéraux (51). Les patins s'appuient sur une rampe de guidage (54) réglable en position. Il peut fonctionner soit en dégrilleur soit en écrémeur avec ou non inversion du sens de rotation. Au dessus de la cuve (32) se trouve également un doseur (52) d'un produit basique correcteur de pH (par exemple de la chaux) qui comporte,à l'intérieur, une ouverture de fond (55), des bras rotatifs (56) destinés à entrainer le produit dans l'ouverture (55), des barres de maintien (57) reliées à l'axe d'entraînement (58) par l'intermèdiaire d'un moyeu (61) et par dessous lesquelles passent les bras rotatifs (56). Le long de l'axe (58), des bras (59) sont destinés à casser les strates de produit. Le lit bactérien étalé (39) met en oeuvre des rampes inclinées dans les deux sens (62) et (63) qui déversent leur contenu sur des paliers successifs (64) et (65) pour se déverser, par l'ouverture (66) du bac (67), dans le pluvial (40) directement ou par l'intermèdiaire d'un filtre à sable. Le fonctionnement général dudit dispositif est le suivant : l'effluent à traiter est stocké dans la cuve (35) et transféré, par l'intermèdiaire de la pompe (36) et de la canalisation (68), au dessus de la rampe du dégrilleur (33) par la sortie (73); une fois la cuve (32) remplie, on actionne soit le doseur (52) de produit basique (par exemple de la chaux) soit l'un des doseurs (74) ou (75) de produit acide pour la correction du pH et l'autre pour le transfert du produit floculant : ils sont constitués par deux cuves (74) et (75) indépendantes associées à deux pompes (76) et (77) indépendantes; la pompe (42), qui comporte une prise d'air (78), crée des bulles d'air (41), elle est montée en circuit fermé sur la cuve (32) grâce à la canalisation (84); les matières floculées remontent à la surface, le dégrilleur-écrémeur (33) se charge de les évacuer vers le casier (34); une fois ladite phase terminée; l'émulseur (42) s'arrête et la pompe (69) transfère le contenu de la cuve (32), par I'intermèdiaire de la canalisation (38) et du déflecteur (70), vers la cuve (37) qui comporte le garnissage (60) compris entre une grille basse (71) et une grille haute (72); le trop-plein de la cuve (37) est évacué par la canalisation (79) vers le lit bactérien étalé (39), la pompe (80) comporte une prise d'air (81) pour l'émulsion, elle travaille en circuit fermé sur la cuve (37) en prenant le fluide dans le fond de la cuve par la canalisation (85) et en le réinjectant-dans le fluide qui arrive en (38). Les prises d'air sur les pompes d'émulsion (42) et (80) donnent naissance, par le phénomène de la cavitation, à des bulles d'air lors du passage dans la turbine. Le casier (34) comporte une sortie (82) pour l'égouttage du compost dans la cuve (35). Une armoire électrique (83) gère l'ensemble des composants du système. Dans la phase I (physico-chimique) on élimine plus de 95% des matières en suspension. Le traitement peut être adapté en fonction de la période d'utilisation (vendange, soutirage ou détartrage). Il s'effectue en moins de 5 ou 6 heures. On peut arrêter le bio-réacteur, il suffira de le réhydrater 3 à 4 jours avant sa remise en service. En période de faibles rejets, l'écoule- ment au pluvial peut être recyclé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes dans - le nombre de phases d'épuration; - les formes et les dimensions des divers modules; - leurs positions relatives; - les matériaux de garnissage utilisés; - la nature des micro-organismes 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 sous-ensembles essentiels, au moins trois volumes disposés en série et correspondant, chacun, à une phase bien spécifique d'épuration, à savoir a) un premier volume, pour le traitement physicochimique, la rectification du pH et la séparation des boues, constitué par une cuve (1,32) comportant - en partie haute, un moyen (2,33) apte à éliminer les particules solides et les boues contenues dans l'effluent; - en partie basse, un moyen (4,42), du type émulseur, apte à générer des microbulles d'air (17,41) qui entraînent les boues à la surface de l'efflu- ent contenu dans la cuve (1,32); - des doseurs de produits basiques (52) et acides (74), pour la correction du pH, et des produits floculants (75); b) un deuxième volume, pour la biofiltration aérobie forcée, du type lit bactérien immergé, constitué par une cuve (7,37) comportant - en partie basse, une arrivée (20,38) d'une émulsion de l'ef fluent provenant de la cuve précédente; - à l'intérieur, un garnissage grossier (28,60), compris entre une grille basse (18,71) et une grille haute ((19,72), complétement immergé et porteur d'une population bactérienne; - en partie haute, une canalisation de sortie (10,79) évacuant le trop-plein de la cuve (7,37); c) un troisième volume, pour la biofiltration aérobie naturelle, du type lit bactérien étalé, constitué par une rampe (9,39) alimentée par le haut à partir du trop-plein provenant de la cuve (7,37) précédente et compotant, tout le long, un garnissage à base de granulés, porteur d'une population bactérienne et, en partie basse, une sortie d'évacuation (11,66) vers un pluvial (40). 2- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen apte à éliminer les particules solides et les boues contenues dans lteffluent est du type grille (2) à mailles fines associée à un moyen de raclage (5) apte à évacuer les matières floculées et les résidus solides retenus par la grille vers une canalisation (23) de sortie des boues. 3- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen apte à éliminer les particules solides et les boues contenues dans l'ef fluent est du type dégrilleur-écrémeur (33) qui fonctionne d'une part en dégrilleur par rapport aux déchets solides provenant de la cuvetampon (35) et d'autre part en écrémeur, avec ou non inversion du sens de rotation, pour les boues qui remontent à la surface de l'ef fluent contenu dans la cuve (32). 4- Dispositif d'épuration, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dégrilleur-écrémeur (33) comporte une cinématique (43), du type chaîne sans fin, qui entraîne des peignes (44) montés pivotants autour de l'axe (45) et pourvus d'une lame-ressort (46) et d'un patin (47), frottant sur le guide (54), qui maintiennent lesdits peignes en appui élastique sur la rampe (48) dans le but de remonter les déchets solides (49). 5- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen, type émulseur, est réalisé à partir d'une pompe (42) qui comporte une prise d'air (78) et qui est montée en circuit fermé sur la cuve (32) grâce à la canalisation (84) de prélévement. 6- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doseur (52) de produits basique comporte, à l'intérieur, une ouverture de fond (55), des bras rotatifs (56) destinés à entraîner le produit floculant dans l'ouverture (55), des barres de maintien (57) reliées à un axe rotatif d'entraînement (58) par l'intermèdiaire d'un moyeu (61) et par dessous desquelles passent les bras rotatifs (56), l'axe (58) étant pourvu de bras (59) aptes à casser les strates des produits servant au dosage. 7- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les doseurs des produits acides et floculants sont constitués respectivement par deux cuves (74) et (75) associées respectivement à deux pompes (76) et (77). 8- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe (69), qui sert au transfert de l'effluent de la cuve (32) à la cuve (37), est couplée à une pompe (80), du type émulseur, qui comporte une prise d'air (81) et qui est montée en circuit fermé sur la canalisation d'arrivée (38) de I'effluent et sur la canalisation (85) de fond de cuve. 9- Dispositif d'épuration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume (1,32) est alimenté à partir d'une unité de relevage (36), du type pompe, située dans la cuve tampon (35) de stockage des effluents pourvue d'une sonde de niveau. 10- Dispositif d'épuration, 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 (23,73).