Brevet FR2750417A1 — publié le 19980102

L'invention concerne un réacteur de traitement d'effluents chargés en matières organiques, notamment d'origine vinicole, ainsi qu'une installation de traitement d'effluents comportant un tel réacteur. On entend par effluents tous liquides, d'origine domestique, agricole ou industrielle, contenant des matières organiques en suspension, et destinés à être rejetés ou évacués. On entend par effluents d'origine vinicole notamment les eaux de vidange des pressoirs, cuves et autres appareil, ces eaux pouvant être chargées entre autres de jus, de moût, de lie ou de bourbe. Selon l'art antérieur connu du demandeur, il existe des installations de traitement d'effluents mettant en oeuvre une épuration biologique des effluents par l'action digestive de bactéries. Cette épuration biologique est souvent associée à un traitement chimique. Les installations connues sont généralement constituées d'un ou plusieurs conteneurs en béton, de volume important correspondant à des débits d'effluents élevés, et sont compliquées et coûteuses à réaliser, en raison des conteneurs et volumes en série et des divers systèmes d'alimentation externe nécessaires. De ce fait, ces installations ne conviennent pas au traitement de petites quantités ou de quantités irrégulières. Par ailleurs, ces installations sont prévues pour des effluents industriels de manière générale, mais ne sont pas adaptées aux effluents d'origine vinicole, dont les particularités sont d'être saisonniers, et d'une composition spécifique. Un premier but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients, et fournir un réacteur et une installation de traitement d'effluents notamment vinicoles qui soient de construction et d'utilisation simples et peu onéreuses, notamment pour des débits peu importants et/ou irréguliers. Un deuxième but est d'associer divers traitements d'effluents de façon à obtenir une efficacité accrue. Un quatrième but de l'invention est de fournir un réacteur et une installation de traitement adaptés aux effluents vinicoles. A cet effet, le réacteur de traitement d'effluents notamment d'origine vinicole, est caractérisé selon l'invention par le fait qu'il comporte une succession de compartiments reliés en série par des passages de communication entre un passage d'entrée et un passage de sortie, comprenant un compartiment d'oxydation initiale, un compartiment d'épuration biologique, un compartiment d'oxydation complémentaire, un compartiment de filtration, I'un au moins des compartiments d'oxydation étant alimenté en oxygène, de façon à favoriser des réactions aérobie d'oxydoréduction des matières organiques des effluents, le compartiment d'épuration biologique comportant un ensemencement par au moins une souche bactérienne adaptée pour la digestion des matières organiques des effluents, le compartiment de filtration comportant un filtre, de préférence un filtre à charbon actif. Le réacteur comprend en outre avantageusement un compartiment de tranquillisation disposé entre le compartiment d'oxydation initiale et le compartiment d'épuration biologique. De préférence, les compartiments d'oxydation comportent un moyen d'alimentation en air pulsé ou surpressé. Les autres compartiments peuvent être en relation avec l'air extérieur par des passages ouverts sans moyen de soufflage, de façon notamment à favoriser l'évacuation des gaz lors des réactions aérobies. L'ensemencement bactérien est avantageusement réalisé sur un ou des supports du compartiment d'épuration biologique, de façon à favoriser le développement des souches et leur activité. Ce support peut être constitué d'une succession de nappes textiles verticales juxtaposées, de façon à multiplier la surface active. Le passage d'entrée dans le compartiment d'épuration biologique est alors avantageusement connecté dans le compartiment d'épuration biologique à un dispositif de répartition des effluents au-dessus des supports d'ensemencement bactérien, par exemple une gouttière longitudinale. De préférence, le premier compartiment comporte un déflecteur disposé sous le passage d'entrée, de façon à briser le jet d'entrée des effluents. Le filtre est avantageusement associé à un dispositif de nettoyage à contre-courant, constitué par un élément diffuseur d'eau de lavage en aval du filtre, connecté par un conduit à une alimentation en eau, et un élément collecteur d'eau de lavage en amont du filtre. De préférence, les compartiments sont alignés dans une cuve cylindrique, en étant séparés par des parois dans lesquelles les passages sont ménagés. L'invention concerne également une installation de traitement, comprenant un réacteur tel que précisé ci-dessus, ainsi qu'un dispositif de filtration préliminaire comprenant par exemple un dégrilloir, un ou plusieurs tamis et un bac de pré-sédimentation, qui est disposé en amont de l'entrée du réacteur de façon à éliminer les matières solides ou non digestibles des effluents. En option, I'installation peut comprendre en outre une cuve tampon équipée d'un débit-mètre, disposée en amont de l'entrée du réacteur, de façon à réguler le débit d'entrée des effluents dans le réacteur. Cette cuve tampon peut être un réacteur de méthanisation, de façon à opérer une digestion préliminaire des effluents. L'installation peut comprendre en outre une cuve de décantation intercalée entre le dispositif de filtration préliminaire et la cuve tampon, cette cuve de décantation étant divisée par une paroi interne comportant un passage en un compartiment de décantation connecté à la sortie du dispositif de filtration préliminaire et un compartiment de pompage, dans lequel est disposée une pompe de relevage. Dans ce cas, lorsqu'il est prévu un dispositif de nettoyage du filtre, I'élément collecteur d'eau de lavage peut être connecté par un conduit au compartiment de décantation de la cuve de décantation. II peut en outre être prévu un dispositif de contrôle de pH, comportant une sonde entre la cuve tampon et le réacteur, qui est reliée à une pompe de dosage de pH disposée entre la cuve de décantation et la cuve tampon. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation effectuée en référence aux dessins annexés, parmi lesquels Ia figure 1 est une vue schématique en coupe verticale dans le plan longitudinal d'une installation de traitement d'effluents comprenant un réacteur selon l'invention Ia figure 2 est une vue analogue à la figure 1 dans une première variante de réalisation la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 dans une deuxième variante de réalisation. La figure 1 présente une vue schématique en coupe verticale dans le plan longitudinal d'une installation de traitement d'effluents vinicoles selon l'invention, comprenant un réacteur 1 sous la forme d'une cuve cylindrique d'axe horizontal. Le réacteur 1 comporte une entrée 2 à une de ses extrémités et une sortie 3 à l'autre extrémité. L'entrée et la sortie sont situées en partie haute du réacteur 1. L'entrée 2 est destinée à être connectée à une arrivée d'effluents liquides. chargées en matières organiques. La sortie 3 est destinée à être connectée à un réseau de dispersion des effluents traités dans le réacteur 1, ou permet de rejeter directement les effluents traités dans le milieu extérieur. Le réacteur 1 est divisé longitudinalement par des parois successives respectivement 4 à 7 en cinq compartiments 8 à 1 2 alignés et connectés en série entre eux. Dans l'ordre, à partir de l'entrée 2, il s'agit d'un compartiment d'oxydation initiale 8, d'un compartiment de tranquillisation 9, d'un compartiment d'épuration biologique 10, d'un compartiment d'oxydation complémentaire 1 1 et d'un compartiment de filtration 1 2. Un déflecteur 1 3 est disposé dans le premier compartiment audessous de l'entrée 2, de façon à briser le jet d'effluents pénétrant dans le réacteur 1. Le déflecteur 1 3 est situé par exemple à mi-hauteur dans le réacteur 1. Le compartiment d'oxydation 8 comporte un élément diffuseur d'air 1 4 connecté à un conduit d'alimentation 15, lui-même relié à un surpresseur d'oxygénation 1 6 disposé hors du réacteur. Le surpresseur d'oxygénation fournit de l'air surpressé ou de l'air pulsé. La paroi 4 entre le compartiment d'oxygénation 8 et le compartiment de tranquillisation 9 est inclinée vers la sortie et vers le bas. Elle comporte un passage 1 7 à la base et un passage 18 au sommet. La paroi 5 entre le compartiment de tranquillisation 9 et le compartiment d'épuration biologique 10 et la paroi 6 entre ce dernier et le compartiment de sédimentation 1 1 sont sensiblement verticales. Elles comportent chacune au moins un passage respectivement 1 9, 20 au sommet. Le passage 1 9 est connecté dans le compartiment d'épuration biologique 10 à une gouttière longitudinale de répartition 21. Audessous de cette gouttière 21 est disposé un support 22 d'ensemencement bactérien, qui est constitué par un ensemble de tiges 23 longitudinales disposées horizontalement entre les parois 5 et 6, auxquelles sont suspendues une succession de nappes 24 textiles verticales juxtaposées. Ce support 22 a pour fonction d'assurer la formation et la conservation d'un ensemencement de culture bactérienne. La fonction de la gouttière de répartition 21 est d'homogénéiser les effluents et d'assurer leur répartition sur ensemble de la surface de l'ensemencement bactérien. Dans le compartiment d'oxydation complémentaire 1 1 sont disposés deux éléments 25, 26 de diffusion d'air surpressé ou d'air pulsé, qui sont connectés au conduit d'alimentation 1 5 dans le compartiment d'oxydation initiale 9 par un conduit de raccordement 27. La paroi 7 entre les compartiments d'oxydation complémentaire 1 1 et de filtration 1 2 est inclinée vers la sortie et vers le bas. Elle comporte au moins un passage 28 au sommet. Le compartiment de filtration 1 3 comporte un filtre à charbon actif 29. Ce filtre 29 est de forme générale cylindrique d'axe vertical, sa face inférieure faisant fonction d'entrée et sa face supérieure de sortie. Cette face supérieure est connecté à la sortie 3 par l'intermédiaire d'un conduit 30. II est prévu en outre à partir d'un orifice de vidange 31 au sommet du réacteur 1 un réseau 32 de canalisations de vidange débouchant à proximité du fond d'une partie au moins des compartiments 8 à 1 2 du réacteur 1. Le réacteur 1 comporte des regards 33, 34, 35 qui sont disposés respectivement au sommet du réacteur, au-dessus du compartiment d'oxygénation 8, d'épuration biologique 10 et de clarification 1 2. Le premier regard 33 permet notamment de surveiller l'entrée 2 et le compartiment d'oxydation initiale. Le deuxième regard 34 permet notamment la surveillance et le remplacement éventuel du milieu de culture 25. Le troisième regard 35 permet notamment le contrôle, le nettoyage et le remplacement du filtre 28. En amont de l'entrée 2 du réacteur 1 est prévu un dispositif de filtration préliminaire 36, comportant un dégrilloir 37, un ensemble 38 de trois tamis amovibles, et un bac de présédimentation 39. Une pompe de relevage 40 permet d'alimenter le réacteur 1 par l'intermédiaire d'une canalisation 41. Ce dispositif de filtration préliminaire 36 permet de fluidifier les effluents entrant dans le réacteur 1, les matières solides et de volume important étant retenues ou se déposant. Le fonctionnement de l'installation est le suivant. Les effluents qui pénètrent dans l'installation subissent tout d'abord une épuration par tamisage et pré-sédimentation dans le dispositif de filtration préliminaire 36, de façon à retenir les matières solides et les éléments non digestibles. Les effluents sont ensuite introduits dans le réacteur 1 au moyen de la pompe 40, et pénètrent par l'entrée 2 dans le premier compartiment 8 en étant amortis par le déflecteur 1 3. Ils subissent un début d'oxydation dans le compartiment d'oxydation initiale 8, qui est favorisé par l'apport d'air pulsé ou surpressé par l'intermédiaire des éléments diffuseurs 1 4. Cette oxydation se poursuit dans le compartiment de tranquillisation 9. Les effluents pénètrent ensuite dans le compartiment d'épuration biologique 10, dans lequel les matières organiques en suspension sont dégradées et digérées par les bactéries réparties sur le support 22. La conformation et la disposition du support 22 sur une partie importante du volume du compartiment d'épuration biologique 10 au-dessous de la gouttière de répartition 21 permet d'obtenir une surface active très importante entre l'ensemencement bactérien du support 25 et les effluents, de telle sorte que l'action bactérienne est rapide et efficace. Les effluents passent ensuite dans le compartiment d'oxydation complémentaire 11, dans lequel les réactions d'oxydation initiées dans les compartiments précédents 8 à 10 se poursuivent, en étant favorisées notamment par l'apport en air pulsé ou surpressé par l'intermédiaire de la prolongation 27 et des éléments diffuseurs 25, 26. Enfin, les effluents traversent le compartiment de filtration 11, dans lequel ils passent à travers le filtre à charbons actifs 29, puis sortent du réacteur par la sortie 3. Les effluents sont alors pratiquement dépourvus de toute impureté organique, et peuvent être rejetés dans le milieu extérieur sans danger pour l'environnement. Selon une variante de réalisation qui est représentée sur la figure 2, une cuve tampon 42 équipée d'un débit-mètre 43 de sortie est intercalée entre le dispositif de filtration préliminaire 36 et le réacteur 1 dans l'installation de la figure 1. On a conservé les mêmes références pour les éléments analogues à ceux de la figure 1. La cuve tampon 42 permet de réguler le débit d'entrée d'effluents à traiter dans le réacteur 1. En option, la cuve tampon 42 pourra être une cuve de méthanisation, le biogaz étant alors stocké et utilisé par exemple comme source d'énergie domestique. Selon une autre variante de réalisation qui est représentée sur la figure 3, une cuve de décantation 43 est en outre intercalée entre le dispositif de filtration préliminaire 36 et la cuve tampon 42 dans l'installation de la figure 2. On a conservé les mêmes références pour les éléments analogues à ceux de la figure 2. Cette cuve de décantation 43 est divisée par une paroi interne 44 comportant un passage 45 en un compartiment de décantation 46 connecté à la sortie du dispositif de filtration préliminaire 36 et un compartiment de pompage 47, dans lequel est disposée une double pompe de relevage 48. II est prévu en outre dans cette variante un dispositif de nettoyage du filtre à charbon actif 29 du réacteur 1, constitué par un élément 49 diffuseur d'eau de lavage en aval du filtre à charbon actif 29, connecté par un conduit 50 à une alimentation en eau, et un élément 51 collecteur d'eau de lavage en amont du filtre, connecté par un conduit 52 au compartiment de décantation 46 de la cuve de décantation 43. On notera qu'afin d'accommoder le dispositif de nettoyage du filtre 29, L'entrée du filtre à charbon actif 29 est à l'extrémité supérieure, et sa sortie à l'extrémité inférieure. Par ailleurs, la première paroi 4 est supprimée, de telle sorte que le réacteur ne comprend pas de compartiment de tranquillisation 9, mais que le compartiment d'oxydation initiale 8 est directement relié au compartiment d'épuration biologique 10 par le passage 1 9 de la paroi 5. Enfin, I'installation de la figure 3 comprend un dispositif de contrôle de pH, comportant une sonde 53 entre la cuve tampon 42 et le réacteur 1, qui est reliée à une pompe 54 de dosage de pH disposée entre la cuve de décantation 46 et la cuve tampon 42. REVENDICATIONS 1. Réacteur de traitement d'effluents notamment d'origine vinicole, caractérisé par le fait qu'il comporte entre un passage d'entrée (2) et un passage de sortie (3) une succession de compartiments (8 à 12) reliés en série par des passages de communication (18, 19, 20, 28), comprenant un compartiment d'oxydation initiale (8), un compartiment d'épuration biologique (10), un compartiment d'oxydation complémentaire (11), un compartiment de filtration (12), les compartiments (8, 11) d'oxydation étant alimentés en oxygène, le compartiment (10) d'épuration biologique comportant un ensemencement par au moins une souche bactérienne adaptée pour la digestion des matières organiques des effluents, le compartiment (12) de filtration comportant un filtre (28), de préférence un filtre à charbons actifs. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un compartiment (9) de tranquillisation est disposé entre le compartiment d'oxydation préliminaire (8) et le compartiment d'épuration biologique (10). 3. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les compartiments (8, 11) d'oxydation comportent un moyen (14 à 16) d'alimentation en air pulsé ou surpressé. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'ensemencement bactérien (25) est réalisé sur un ou des supports (22) du compartiment (10) d'épuration biologique. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le support (22) est en forme d'une succession de nappes (24) textiles verticales juxtaposées. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que le passage (19) d'entrée dans le compartiment d'épuration biologique (10) est connecté à un dispositif (21) de répartition des effluents au-dessus des supports (22) d'ensemencement bactérien, par exemple une gouttière longitudinale. 7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le premier (8) compartiment comporte un déflecteur (13) disposé sous le passage d'entrée (2), de façon à briser le jet d'entrée des effluents. 8. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le filtre (29) est associé à un dispositif de nettoyage à contre-courant, constitué par un élément diffuseur (49) d'eau de lavage en aval du filtre, connecté par un conduit (50) à une alimentation en eau, et un élément collecteur (51) d'eau de lavage en amont du filtre (29). 9. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les compartiments (8 à 12) sont alignés dans une cuve cylindrique, en étant séparés par des parois (4 à 7) dans lesquelles les passages (18, 19, 20, 21) sont ménagés. 1 0. Installation de traitement d'effluents notamment d'origine vinicole, caractérisée par le fait qu'elle comprend un réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ainsi qu'un dispositif (36) de filtration préliminaire, disposé en amont de l'entrée (2) du réacteur (1), comprenant par exemple un dégrilloir (37), un ou plusieurs tamis (38) et un bac de pré-sédimentation (39). 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu'elle comprend une cuve tampon (42) équipée d'un débit-mètre (43) disposée en amont de l'entrée (2) du réacteur (1). 1 2. Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait que la cuve tampon (42) est un réacteur de méthanisation. 1 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 ou 12, caractérisée par le fait qu'une cuve de décantation (43) est intercalée entre le dispositif de filtration préliminaire (36) et la cuve tampon (42), cette cuve de décantation (43) étant divisée par une paroi interne (44) comportant un passage (45) en un compartiment de décantation (46) connecté à la sortie du dispositif de filtration préliminaire (36) et un compartiment de pompage (47), dans lequel est disposée une pompe de relevage (48). 14. installation selon l'une quelconque des revendications 1 1 à 13, comprenant un réacteur (1) selon la revendication 8, caractérisée par le fait que dans le dispositif de nettoyage du filtre (29), l'élément (51) collecteur d'eau de lavage en amont du filtre est connecté par un conduit (52) au compartiment de décantation (46) de la cuve de décantation (43). 1 5. installation selon l'une quelconque des revendications 1 3 ou 14, caractérisée par le fait qu'un dispositif de contrôle de pH, comportant une sonde (53) entre la cuve tampon (42) et le réacteur 1, qui est reliée à une pompe (54) de dosage de pH disposée entre la cuve de décantation (46) et la cuve tampon (42)