Brevet FR2755620A1 — publié le 19980515

L'invention concerne une installation pour un massif d'épuration des eaux usées par filtration-percolation sur sable. L'invention concerne plus particulièrement une installation pour un massif d'épuration des eaux usées par filtration-percolation sur sable, du type comportant au moins un bassin contenant au moins une couche d'un matériau poreux comportant des moyens de dégradation des impuretés contenues dans l'eau à traiter, et du type dans lequel l'eau à traiter est répandue à la surface de la couche de matériau poreux et est récupérée au fond du bassin après avoir traversé le matériau poreux. De tels massifs d'épuration sont généralement utilisés en traitement secondaire dans les stations d'épuration d'eaux usées. Une telle installation permet d'obtenir, à partir d'une eau ayant déjà subi un certain nombre de traitements, une qualité élevée des eaux qui sont rejetées en aval de la station d'épuration. Avant d'être traitées par le massif filtrant, les eaux usées doivent donc subir tout d'abord un prétraitement qui peut constituer en un passage dans un dégrilleur, dans un dégraisseur et au travers de bassins de décantation et de rétention. Ensuite, lors d'un traitement dit primaire, I'eau est transférée vers un bassin de lagunage ou vers une fosse toutes eaux, un décanteur-digesteur, ou éventuellement un filtre planté de roseaux. Les performances en termes d'épuration d'un massif filtrant reposent notamment sur la durée du séjour de l'eau dans le massif filtrant, durée qui dépend notamment de la porosité du massif et qui dépend également de la manière dont est distribué le fluide à sa surface. L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception d'un réseau de distribution de l'eau à la surface d'un massif filtrant qui permettra d'obtenir de manière simple et fiable une répartition la plus homogène possible des eaux à la surface du bassin. Dans ce but, I'invention propose une installation du type décrit précédemment, caractérisée en ce que l'installation comporte un réseau d'alimentation en eau à traiter qui comporte une canalisation principale depuis laquelle s'étendent des canalisations de distribution dont les extrémités libres forment des orifices de distribution, et en ce que les orifices de distribution sont répartis de manière régulière à la surface du bassin. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le réseau d'alimentation est posé à la surface de la couche de matériau poreux - I'extrémité libre de chaque canalisation de distribution est recourbée à 90 degrés vers le haut - I'extrémité libre de chaque canalisation de distribution repose sur une plaque de répartition - la plaque de répartition est ajourée - la canalisation de distribution est fixée sur la plaque de répartition - au moins l'une des canalisations de distribution comporte un perçage de vidange qui est agencé au niveau d'un point bas de la canalisation - le bassin est sensiblement de forme rectangulaire, en ce que la conduite principale est agencée en position centrale selon la plus grande longueur du bassin, et les canalisations de distribution s'étendent perpendiculairement de part et d'autre de la canalisation principale, à intervalles réguliers - toutes les canalisations de distribution sont de longueur égale. - les eaux traitées sont évacuées par des conduites de drainage qui sont agencées au fond du bassin et qui comportent des fentes de récupération tournées vers le haut - le bassin comporte au moins deux conduites de drainage qui sont agencées de part et d'autre de la conduite principale et qui sont disposées sensiblement en dessous des orifices de distribution - I'installation comporte plusieurs bassins qui sont juxtaposés, en ce que les canalisations principales de chaque bassin sont alimentées par une canalisation commune qui s'étend perpendiculairement à celles-ci, à l'extérieur du bassin, chaque canalisation comporte une vanne de fermeture, et les conduites de drainage se déversent dans une conduite d'évacuation qui s'étend perpendiculairement à celles-ci, à l'intérieur du bassin, à l'opposé de la conduite principale d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une installation pour un massif d'épuration conforme aux enseignements de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure i ; - la figure 4 est une vue schématique illustrant de manière plus détaillée la réalisation d'une canalisation de distribution conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective illustrant plus en détail un mode de réalisation des conduites de drainage et d'évacuation. On a représenté sur les figures 1 à 3 une installation pour un massif d'épuration des eaux usées par filtrationpercolation sur sable, cette installation étant destinée à assurer le traitement de finition des eaux au sein d'une station d'épuration. Cette installation 10 se compose de trois bassins 12 rectangulaires qui sont accolés par leur côté de plus grande longueur. Comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 2 et 3, le bassin 12 contient une première couche inférieure 14 de gravier, d'environ 20 cm, une couche intermédiaire 15 d'environ 10 cm de gravier plus fin, et une couche supérieure 16, d'environ 70 cm, de sable lavé, calibré avec un fuseau granulométrique précis de manière à présenter une porosité connue et maîtrisée. Le lit de sable ainsi constitué sert à fixer des microorganismes tels que des bactéries qui sont susceptibles de dégrader notamment les matières organiques et les composés azotés présents dans les eaux usées lorsque celles-ci circulent au travers du filtre constitué par la couche de sable 16. Après avoir subi des traitements permettant d'éliminer le maximum des matières en suspension qu'elles contiennent, les eaux usées sont donc distribuées à la surface des bassins 12 par un réseau d'alimentation 18, suite à quoi elles circulent par gravité au travers de la couche de sable 16 selon le principe de la percolation. Les eaux ainsi traitées sont ensuite collectées et évacuées par un réseau d'évacuation 20. La porosité du matériau est un des facteurs qui déterminent la durée du passage des eaux usées au travers du filtre, durée qui est nécessaire pour que les micro-organismes puissent dégrader les impuretés résiduelles. La durée de percolation dépend également de la charge hydraulique, c'est-à-dire de la hauteur d'eau qui est alimentée à la surface des bassins 12. Ainsi, pour obtenir un traitement homogène des eaux usées sur toute la surface du bassin, il est nécessaire que la répartition de l'eau soit la plus régulière possible, notamment au moment de l'alimentation. En effet, les bassins sont généralement alimentés par bâchées successives, c'est-à-dire qu'une grande quantité d'eau est déversée en un temps assez court à la surface de la couche de sable 16. Typiquement, chaque bassin 12 est alimenté de manière à être recouvert d'une couche d'eaux usées d'environ 4 cm en moins de 4 minutes. Par ailleurs, I'alimentation de chaque bassin 12 de l'installation 10 doit être indépendante car les bassins ne sont pas tous utilisés en même temps. En effet, le métabolisme des micro-organismes qui conduit à la destruction des particules qui "polluent" I'eau est un mécanisme aérobie qui nécessite de l'oxygène. Aussi, il est nécessaire d'assurer périodiquement une oxygénation de tout le massif filtrant, c'est-à-dire de l'intégralité de la couche de sable 16. A cet effet, le bassin doit être asséché régulièrement, pour des périodes dont la durée est égale à la durée pendant laquelle ils ont été utilisés pour filtrer les eaux usées. Typiquement, des périodes d'oxygénation d'environ 8 jours succèdent à des périodes d'utilisation de même durée. Une telle installation doit donc comporter au minimum deux bassins 12 fonctionnant en alternance. Toutefois, il est préférable de prévoir un troisième bassin qui permet de pallier tout problème. Comme on peut le voir sur les figures, chaque bassin 12 comporte donc une canalisation d'alimentation principale 22 qui s'étend sensiblement au centre de chaque bassin 12 selon la direction de plus grande longueur de celui-ci. Les trois canalisations principales 22 sont alimentées par un tronc commun 24 qui s'étend en dehors des bassins 12, sensiblement perpendiculairement aux canalisations principales 22, le long des côtés de petite longueur de chacun des bassins 12. La circulation des eaux usées dans le réseau d'alimentation 18 est commandée par un dispositif 19 qui comporte une pompe, ou, si la topographie et l'implantation de l'installation permettent une distribution par gravité, qui comporte une chasse d'eau, pour distribuer les eaux usées stockées en amont dans un réservoir (non représenté). Chacun des bassins 12 comporte une vanne 26 de type quart de tour qui permet d'interrompre à tout instant la communication entre le tronc commun 24 et la canalisation principale 22 correspondante. L'une au moins des vannes 26 comporte un dispositif de vidange antigel 27. Dans chaque bassin 12, des canalisations de distribution 28 s'étendent transversalement depuis la canalisation principale 22, de part et d'autre de celle-ci. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, les canalisations principales 22 et de distribution 28 sont simplement posées sur la couche de sable 16. Les extrémités libres de chacune des canalisations de distribution 28 forment des orifices de distribution 30. Les longueurs de chacune des canalisations de distribution 28 sont sensiblement égales, et la distance qui sépare deux rangées formées par deux canalisations 28 qui s'étendent transversalement en vis-à-vis de chaque côté de la canalisation principale 22, est telle que les quatre orifices de distribution 30 de deux rangées forment sensiblement un carré. Toutefois, l'alimentation en eaux d'un bassin par bâchées oblige à prévoir un débit d'alimentation relativement important. Or, la pression de l'eau à la sortie des orifices de distribution 30 ne doit en aucun cas provoquer un déplacement ou une déformation de la couche de sable 16 qui lui ferait perdre son homogénéité, ce qui aurait pour conséquence une baisse notable des performances de la station d'épuration. Aussi, le réseau d'alimentation 18 selon l'invention comporte divers moyens qui permettent d'éviter tout risque de dégradation du lit de sable. Selon un premier aspect de l'invention, les extrémités des canalisations de distribution 28, qui sont par exemple réalisées sous la forme de tuyaux cylindriques en polychlorure de vinyle (PVC), sont recourbées à 90" vers le haut de manière que le jet d'eau qui est débouche au niveau de l'orifice de distribution 30 soit le moins puissant possible lorsqu'il arrive au contact du sable 16. Par ailleurs, les extrémités des canalisations de distribution 28 reposent chacune sur une plaque antiaffouillement 32 ajourée qui repose à même le sable et qui permet de répartir l'eau autour de l'orifice de distribution 30 avant qu'elle ne s'écoule sur le sable. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures, les plaques 32 présentent la forme d'un carré d'environ 75 cm de côté, elles sont réalisées en métal ou en plastique, et elles sont munies d'une multitude de perçages qui laissent passer l'eau. Ainsi, même sous haut débit, les eaux usées parviennent contre la couche supérieure de la couche de sable 16 avec une vitesse et une force relativement faibles qui empêchent tout phénomène de creusement au niveau de l'orifice de distribution 30. Comme on peut le voir sur les figures, les extrémités libres des canalisations de distribution 28 sont fixées chacune sur la plaque anti-affouillement 32 correspondante par un collier de fixation 33. Par ailleurs et comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 4, les extrémités libres formant des orifices de distribution 30 de chaque canalisation de distribution 28 sont munies d'un trou de vidange 34 qui est agencé au niveau d'un point bas de la canalisation 28 pour éviter que de l'eau ne puisse stagner à l'intérieur de celle-ci. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures, chaque bassin 12 comporte quatre rangées de deux canalisations de distribution 28. La canalisation principale 22 est elle réalisée en deux tronçons qui comportent chacun deux rangées de canalisations de distribution 28 et qui sont réunis par un raccord démontable 36. Dans chaque bassin 12, le réseau d'évacuation 20 comporte deux conduites de drainage 38 qui s'étendent parallèlement à la conduite principale 22, de part et d'autre de celle-ci, chacune sensiblement en dessous des orifices de distribution 30 du réseau d'alimentation 18. Les conduites de drainage 38 sont réalisées sous la forme de tuyaux cylindriques en PVC munis de fentes ouvertes vers le haut. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 5, il est prévu deux séries de fentes 40a, 40b disposées en quinconce sur la demi-périphérie supérieure de la conduite cylindrique. Les séries 40a, 40b de fentes sont disposées effectivement d'un côté ou de l'autre par rapport à un plan vertical de symétrie de la conduite 38, et elles sont intercalées axialement l'une par rapport à l'autre. Comme on peut le voir sur les figures, les conduites de drainage 38 se déversent dans une conduite d'évacuation 42 qui s'étend perpendiculairement aux conduites de drainage 38 et qui court le long des trois bassins 12 de manière à recueillir l'eau traitée collectée par les conduites de drainage 38 des trois bassins 12. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 5, à chaque intersection entre une conduite de drainage 38 et la conduite d'évacuation 42, il est prévu de cheminée d'aération verticale 44 qui s'étend vers le haut, de manière à dépasser au-dessus du niveau maximum de remplissage du bassin, et qui est munie d'un chapeau d'aération amovible 46 destiné à éviter que l'eau de pluie ne puisse pénétrer dans la cheminée 44. Comme on peut le voir sur les figures, la conduite d'évacuation 42 est agencée du côté opposé au tronc commun d'alimentation 24 par rapport aux bassins 12. A titre d'exemple, une installation pour un massif d'épuration alimenté à l'aide d'une chasse d'eau automatique fournissant des bâchées d'un volume de 3 m3 peut comporter un tronc commun d'alimentation 24 d'un diamètre de 160 mm, des canalisations principales d'alimentation 22 d'un diamètre de 140 mm et des canalisations de distribution 28 de 50 mm de diamètre. Les conduites de drainage 38 peuvent avoir un diamètre de 100 mm et la conduite d'évacuation 42 un diamètre de 160 mm. Dans une autre installation alimentée par des pompes ayant un débit de 50 m3 par heure pour fournir des bâchées de 3 m3, le tronc commun d'alimentation peut avoir 110 mm de diamètre, les conduites principales 22 un diamètre de 90 mm et les canalisations de distribution 28 un diamètre de 40 mm. Dans ce cas, le même réseau d'évacuation 20 pourra être utilisé que dans le cas précédent. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures, I'alimentation du bassin en eaux usées est particulièrement bien répartie puisqu'il y a un orifice de distribution pour environ 9 m2. Les bassins 12 sont généralement réalisés par excavation et leur étanchéité est assurée par une membrane étanche, par exemple réalisée en polyéthylène haute densité (PEHD) de 1 mm d'épaisseur. Il est par ailleurs prévu un textile de protection, à l'extérieur de la membrane, qui peut par exemple avoir un grammage de l'ordre de 150 à 200 g par m2. Une telle installation pour un massif d'épuration est particulièrement simple à réaliser et à mettre en oeuvre. En effet, le réseau d'alimentation 18 est simplement posé à la surface de la couche de sable 16. L'utilisation de conduites et de canalisations en PVC lui assure une grande légèreté ce qui en facilite l'installation, d'autant plus que les canalisations principales 22 peuvent être divisées en deux tronçons au niveau de leur raccord démontable 36. Les opérations d'entretien du lit de sable en lui-même s'en trouvent donc simplifiées car il est très facile de démonter provisoirement le réseau d'alimentation 18 pour intervenir sur les bassins 12. REVENDICATIONS 1. Installation pour un massif d'épuration des eaux usées par filtration-percolation sur sable, du type comportant au moins un bassin (12) contenant au moins une couche (16) d'un matériau poreux comportant des moyens de dégradation des impuretés contenues dans l'eau à traiter, et du type dans lequel l'eau à traiter est répandue à la surface de la couche de matériau poreux et est récupérée au fond du bassin (12) après avoir traversé le matériau poreux, caractérisée en ce que l'installation comporte un réseau d'alimentation (18) en eau à traiter qui comporte une canalisation principale (22) depuis laquelle s'étendent des canalisations de distribution (28) dont les extrémités libres forment des orifices de distribution (30), et en ce que les orifices de distribution (30) sont répartis de manière régulière sur la surface du bassin (12). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau d'alimentation (18) est posé à la surface de la couche (16) de matériau poreux. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité libre de chaque canalisation de distribution (30) est recourbée à 90 degrés vers le haut. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité libre de chaque canalisation de distribution (28) repose sur une plaque de répartition (32). 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la plaque de répartition (32) est ajourée. 6. Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la canalisation de distribution (28) est fixée sur la plaque de répartition (32). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins l'une des canalisations de distribution (28) comporte un perçage de vidange (34) qui est agencé au niveau d'un point bas de la canalisation (28). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bassin (12) est sensiblement de forme rectangulaire, en ce que la conduite principale (22) est agencée en position centrale selon la plus grande longueur du bassin (12), et en ce que les canalisations de distribution (28) s'étendent perpendiculairement de part et d'autre de la canalisation principale (22), à intervalles réguliers. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que toutes les canalisations de distribution (28) sont de longueur égale. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les eaux traitées sont évacuées par des conduites de drainage (38) qui sont agencées au fond du bassin (12) et qui comportent des fentes de récupération (40a, 40b) tournées vers le haut. 11. Installation selon la revendication 10 prise en combinaison avec les revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le bassin (10) comporte au moins deux conduites de drainage (38) qui sont agencées de part et d'autre de la conduite principale (22) et qui sont disposées sensiblement en dessous des orifices de distribution (30). 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'installation comporte plusieurs bassins (12) qui sont juxtaposés, en ce que les canalisations principales (22) de chaque bassin (12) sont alimentées par une canalisation commune (24) qui s'étend perpendiculairement à celles-ci, à l'extérieur du bassin (12), en ce que chaque canalisation comporte une vanne de fermeture (26), et en ce que les conduites de drainage (38) se déversent dans une conduite d'évacuation (42) qui s'étend perpendiculairement à celles-ci, à l'intérieur du bassin (12), à l'opposé de la conduite principale d'alimentation (24).