Brevet FR2747671A1 — publié le 19971024

Ce procédé d'épuration par lagunage à filtres macrophyxes tlottants, utilisable en climat tropical, fait appel à des plantes pour absorber la pollution et réoxygéner l'eau de l'effluent. Les plantes amvées à maturité sont extraites pulls valonsées. L'effluent (ou eaux usées) passe d'abord dans un décanteur-digesteur, caracténsé entre autres par son temps de rétention (vanable de quelques heures à quelques Jours) Les particules lourdes s'y déposent au fond, les matières organiques y sont transformées en mlcroparticules en suspension dans l'eau sous l'action de bactéries anaérobies et de la fermentation. L'effluent est ensuite déversé dans la lagune. Les plantes flottantes y sont cultivées. Au départ de la lagune, l'effluent subit encore l'action anaérobie du traitement commencée dans le décanteur-digesteur. Les microparticules en suspension sont captées dans les racines des plantes. En contact avec la surface de l'eau, les feuilles irradiées par le soleil produisent de l'oxygène (photosynthèse). L'eau s'oxygène au contact des feuilles. Cette oxygénation favorise la prolifération de bactéries aérobies qui minéralisent les microparticules dont elles se nourrissent, les rendant ainsi assimilables par les plantes. Au fur et à mesure de l'avancement de l'effluent dans la lagune, l'oxygénation augmente, renforçant l'action aérobie du traitement en même temps que l'action anaérobie diminue. A un certain niveau d'oxygénation apparaissent des protozoaires et petits animaux microphages qui se nourrissent des bactéries et virus, dont certains sont pathogènes, parvenus jusque-la. Les plantes pendant ce temps absorbent la quasi totalité de la pollution entrée dans la lagune. Parvenues à maturité, il faut les récolter pour que d'autres, en phase de croissance, puissent se développer en captant leur part de pollution. Les plantes restées dans la lagune assureront la reproduction et donc le renouvellement des filtres. Jusqu'à ce jour, à ma connaissance, il existe deux types de réalisations de lagunes fonctionnant avec ce procédé. Fig. I - Une suite de bacs (représentés ici au nombre de 4) étroits et peu profonds sont disposés en série. Chaque bac est à un niveau supérieur à celui qui le suit. L'effluent est prétraité dans un décanteur-digesteur Dd. Les plantes sont récoltées manuellement depuis les berges des bacs. Le débit d'effluent admis et la section transversale de la tranche d'eau dans les bacs définissent la vitesse de l'effluent. Si cette vitesse dépasse une certaine valeur, elle est incompatible avec le développement des plantes. Ce système trés efficace, est de ce fait limité à quelques milliers d'équlvalent habitants. Il offre cependant deux avantages grace à l'étroitesse des bacs: - possibilité de récolter manuellement ou mécaniquement depuis les berges. - absence de passages préférentiels. Fig. 2 - Deux lagunes commutables sont alimentées à tour de rôle à travers un décanteur-digesteur. La récolte peut être automatisée grâce à l'utilisation de petites plantes passant dans les déversoirs en bout de lagune, soit mécaniquement avec un matériel permettant l'accès au milieu de la lagune éloigné des berges. Ce matériel est forcément lourd et coûteux. Ce système permet la réalisation de grandes stations. Des passages préférentiels peuvent se produire. Il est nécessaire de créer un brassage de l'effluent dans la lagune. L'épuration est poursuivie dans une lagune à plantes enracinées. Les dispositifs, faisant l'objet de cette demande, sont destinés à remédier à certains inconvénients des systèmes décrits cidessus. Ils permettent de gagner de la place en évitant le doublement de la surface de la lagune dans le cas de la Fig. 2 où les deux lagunes fonctionnent en alternance pour permettre les interventions d'entretien. Ils réduisent aussi la surface occupée dans le cas de la Fig. 1 en diminuant le nombre de digues qui séparent les bacs : un bras de longueur égale à la totalité des bacs les remplacera. En multipliant les bras, on multipliera la capacité de la station. En élargissant les bras, on diminuera le nombre de digues. Le gain de place peut être considérable. Dans le cas de la Fig. 1, si l'on a besoin d'intervenir sur un bac ou un décanteur-digesteur, on arrête la station. Les dispositifs, décrits ci-après, permettent le fonctionnement normal de la station en cas d'intervention pour son entretien. Ils réduiront le nombre de dénivelés ce qui diminue la puissance nécessaire pour le relevage de l'effluent. Ils permettent une récolte aisée aussi bien manuelle que mécanique. En effet, le problème de la récolte peut être considéré comme résolu Si l'on parvient à amener les plantes en un point précis du système en fin de traitement. C'est l'un des objets de l'invention. La station fonctionnera par gravité ne nécessitant aucune machinerie à l'exception, éventuellement, d'une pompe de recyclage pour renforcer le dispositif de chasse décrit plus loin. Ces dispositifs confèreront une grande flexibilité d'utilisation en climat tropical où une saison sèche succède à une saison pluvieuse. En saison sèche, on fermera un certain nombre de bras pour maintenir un niveau suffisant dans les autres, la station pouvant éventuellement fonctionner sans rejet d'eau si l'évaporation est forte. Dans la description qui suit, le mot lagune désigne l'ensemble des bras d'une station d'épuration. La lagune (Fig. 3) est divisée en n bras en parallèle (ici au nombre de 4 pour simplifier) situés au même niveau. Deux décanteurs-disgesteurs Ddl et Dd2 reçoivent l'effluent par un répartiteur r. L'effluent regroupé dans r' alimente les différents bras. En cas d'intervention sur Ddl, par exemple, on formera V1 et V3. Les vannes V2, V4, V5, V6, V7, et V8 resteront ouvertes. Le temps de rétention des décanteurs-digesteurs même divisé par deux permettra un fonctionnement correct de la station, le cas étant prévu dès la conception. De même, la fermeture d'un bras aura une incidence d'autant plus réduite que le nombre n de bras sera grand. La station pourra être réalisée sur un remblai argileux. L'étanchéité des décanteurs digesteurs devra être assurée par une géomembrane (non représentée Fig. 4). Le niveau de l'eau dans chaque bras sera fixé par un déversoir. La Fig. 5 représente une lagune identique à celle de la Fig. 3. L'effluent entre dans un répartiteur d'où il est divisé vers les décanteurs-digesteurs ddl et dd2 de faibles largeur et hauteur, dont le rôle est de retenir un maximum de sables décantés sous forme de dépôt boueux et de matériaux légers accumulés dans une croûte flottante. La rétention de ces éléments dans ddl et dd2 évitera des interventions trop fréquentes sur Ddl et Dd2 rendues difficile à cause de leurs grandes hauteur et largeur. La fermeture d'une série de décanteurs-digesteurs (ddl et Ddl par exemple) permet, comme dans le cas précédent, un fonctionnement correct de la station. De meme, la fermeture d'un bras n'aura qu'une faible incidence sur le fonctionnement de l'ensemble. La Fig. 6 est un diagramme des dénivelés. Blen que comptant un dénivelé de plus que dans le cas précédent (Fig. 3), la dénivellation totale sera plus réduite pour une station de grande largeur le dénivelé (Fig. 4) de r vers Ddl et Dd2 est conditionné par la pente à donner aux tuyaux de liaison et à la longeur de ces liaisons. La Fig. 5 montre que la longueur des liaisons n'est pas conditionnée par l'importance de la station. Sur la Fig. 7, les décanteurs-digesteurs sont en nombre égal aux bras. Chaque décanteurtigesteur est en série avec un bras. Dans ce dispositif, la répartition est à un seul étage. Le dénivelé total sera inférieur à ceux des deux cas précédents. La longueur occupée par la station sera supérieure pour des temps de rétention équivalents des décanteurs-digesteurs. La Fig. 8 est le diagramme des dénivelés. La Fig; 11 montre dans sa partie haute une autre disposition des décanteursdigesteurs. L'effluent arrive dans le répartiteur r où il est divisé dans ddl et dd2 de faible profondeur et hauteur, donc faciles à vidanger. L'effluent est regroupé dans r' d'où il part vers les décanteurs-digesteurs disposés à l'entrée de chaque bras qu'ils alimentent, DDA pour le bras A, DDB pour le bras B, etc... La fermeture de ddl ou dd2 rend la perte de temps de rétention négligeable par rapport à celui de la totalité des décanteurs-digesteurs en fonction : ddl (ou dd2) + DDA + DDB etc... La Fig. 9 montre un dispositif à bras larges que l'on peut fermer par des portes dans la partie étroite de l'entonnoir pour les isoler. Les bras A, B et C sont représentés fermés par les portes pl, p2 et p3. Elles doivent être manoeuvrables manuellement par deux hommes. Elles ne dépasseront pas 5m de longueur et leur hauteur sera approximativement de Im. Elles seront décrites plus tard en annexe à la présente demande. La longueur de la porte ne doit pas être inférieur au 1/3 de la largeur du bras qu'elle ferme. L'angle a, formé par le bord de l'entonnoir et la berge ne doit pas dépasser 30 (Fig. 9). Pour les bras de largeur supérieure à 15m, il faudra 2 (Fig. 11), 3 (Fig. 13) ou 4 (Fig 12) portes par bras ou plus si nécessalre. La Fig. 12 montre un dispositif laissant un passage maximum aux plantes. Des plots en béton servent de supports aux portes. La Fig. 10 est une coupe longitudinale partielle grossie du bras D de la Fig. 9. Elle montre le profil montant du fond de l'entonnoir et la position des plantes dans l'eau. La hauteur (hc) de l'eau dans le canal est environ la moitié de celle (h) dans le bras. Cette faible hauteur facilite le drainage des plantes dans le canal. L'extrémité du bras et le canal sont bétonnés pour résister au courant devenu important depuis la rampe amont (voir plus loin). La Fig. 14 montre l'extrémité des cinq premiers bras d'une lagune qui en compte n. Chaque bras est terminé par deux entonnoirs correspondant à deux portes. Un dispositif de chasse des plantes, par accélération du courant, constitué de tuyaux cylindriques en PVC ou en béton est représenté en pointillés. Le tuyau collecteur 1T' traverse la totalité des bras. Il est fermé aux extrémités. Chacune des rampes, proche de la sortie du bras, est isolée par une vanne (V3 et V4, Fig. 15, pour les bras C et D). Ces vannes sont disposées au fond de caissons bétonnés entre deux bras (Fig. 15, 16 et 17). La vanne 5, facultative, est représentée en pointillés (Fig. 15). Une rampe amont située au dernier 1/5ème de la longueur de chaque bras est isolée par une vanne (V1 et V2 pour C et D, Fig. 15). Les bras A et B sont représentés vides de plantes (Fig. 14). Les portes des bras A, B, D, E et suivants non représentés, sont fermées. Les portes de C sont ouvertes. Toutes les vannes amont sont fermées sauf Vi pour C. Toutes les vannes aval sont ouvertes sauf V3 pour C (Fig. 15). Tous les bras sont alimentés en effluent qui n'a d'autre issue que l'extrémité de C. Les niveaux dans les bras A, B, D, E et les suivants tendent à augmenter. Tout dénivelé provoquera un écoulement vers la rampe amont de C à travers le collecteur TT' par paliers chaque fois qu'il reçoit l'effluent d'un bras. Les pertes de charge suivent une augmentation conséquente à cette accélération. Le collecteur 1T' ainsi que les liaisons aux rampes amont et aval seront dimensionnées de façon que le dénivelé maximal ne mette pas le niveau d'eau au-dessus des berges dans les pires conditions envisageables. Le flux de liquide dans les bouches des rampes doit être équitablement réparti au refoulement il faut donc procéder à des dislslons successives symétriques en Y. Le nombre de bouches sera donc de 2 ou 4 ou 8 ou 16 etc. La section totale des tuyaux, après chaque division devra être égale à celle du tuyau qui l'alimente. Les coudes brusques devront être évités (la Fig. 14 n'est qu'un schéma de principe). L'eau collectée en aval des n bras sauf C, sortira par la rampe amont de C, accélérant le courant dont la vitesse sera n fois celle de C avant la rampe amont, facilitant le drainage des plantes dans l'extrémité du bras, les entonnoirs et le canal vers la sortie. Par exemple, si la vitesse du courant dans chaque bras est de 30rn/jour après stabilisation des niveaux, le rétrécissement de l'entonnoir 1/3 de la largeur du bras, la remontée du fond hc = 1/2 h (Fig. 10) et n = 10 bras, on aura au passage étroit de l'entonnoir une vitesse ve = 30m/jour x 3 x2 x 10 = 1 800m/jour. Pour maintenir cette vitesse dans le canal, il faut maintenir sa hauteur au niveau du passage aux portes et sa largeur égale à la totalité de la largeur des portes de chaque bras. En cas d'obstruction de l'un des entonnoirs, on peut fermer l'autre pour accélérer le courant. En cas d'insuccès, on peut fermer V1 et ouvrir V3 pour rapprocher la chasse du bouchage. On pourra aussi utiliser une pompe de recyclage de l'effluent en sortie du canal pour renforcer le courant dans Tut'. On peut enfin tout simplement déboucher manuellement, la hauteur d'eau dans le canal étant inférieure à 0,5m, elle permet le passage à pied. Le bras D est représenté Fig. 14 prêt à la récolte. Pour le récolter, on ouvre les portes de ce bras, on ouvre V2 (Fig. 15), on ouvre V3, on ferme V1, on ferme V4, on ferme les portes de C. On pourra ainsi récolter successivement 1/5ème des plantes de chaque bras. Dans le bras C refermé dont la partie aval a été vidée de ses plantes, le courant diminue brusquement pour retrouver sa valeur initiale. Les plantes redescendront lentement vers la rampe aval, et le bras pourra être récolté de nouveau le moment venu. La Fig. 15 représente une section grossie de la Fig. 16 selon a, b, c, d. La Fig. 16 représente une vue de droite selon b, d. La Fig. 17 représente une vue de face selon c, d. Il est à noter qu'il est possible de récolter deux bras à la fois sur une même lagune en fermant une vanne médiane placée directement sur TT' On pourra alors utiliser les deux extrémités du canal pour la récolte, le niveau de la lagune étant alors fixé par deux déversoirs. REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné au traitement des eaux usées par lagunage à filtres macrophytes flottants caractérisé par une batterie de décanteurs-digesteurs, caractérisé par la division de la lagune en n bras parallèles horizontaux, de même niveau fonctionnant indépendemment, reliés entre eux à leur extrémité aval par un canal de drainage des plantes vers l'une de ses extrémités où se trouve un déversoir qui fixe le niveau général de la lagune et par un système hydraulique de chasse des plantes vers le point de récolte. 2) Dispositif selon la revendication I caractérisé par une batterie de deux décanteursdigesteurs en parallèle alimentés par un répartiteur r. Ces décanteurZigesteurs peuvent indépendemment ou ensemble, alimenter les différents bras de la lagune à travers un répartiteur r' (Fig. 3). 3) Dispositif selon la revendication I caractérisé par une batterie de quatre décanteurs-digesteurs disposés en deux séries parallèles fonctionnant ensemble ou isolément. Les décanteurs-digesteurs ddl et dd2 sont de largeur et de profondeur réduites par rapport à Ddl, et Dd2 (Fig. 5). 4)Dispositif selon la revendication I caractérisé par une batterie de décanteursdigesteurs alimentée par un répartiteur. Chaque décanteur-digesteur est en série avec le bras qu'il alimente (Fig. 7). 5)Dispositif selon la revendication I caractérisé par une batterie de décanteursdigesteurs dont deux ddl, et dd2 de faibles profondeur et hauteur, alimentés par un répartiteur r, fonctionnent en parallèle ou séparément. Ils regroupent l'effluent dans un répartiteur r' qui les redistribue aux différents décanteurs-digesteurs placés dans le prolongement des bras qu'ils alimentent respectivement (Fig. 11). 6) Dispositif selon la revendication I caractérisé par la fermeture des bras par une porte (Fig. 9), deux portes (Fig. 11), trois portes (Fig. 13), quatre portes (Fig. 12) ou plus si nécessaire, sur chaque bras. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on fixe le niveau de la lagune par un seul déversoir placé à une extrémité du canal qui relie entre eux les bras en aval des portes. 8) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le flux de tous les bras de la lagune passe dans un seul bras, à partir d'un niveau déterminé dans sa longueur pour évacuer les plantes vers le point de récolte. Tous les bras de la lagune pouvant être récoltés à tour de rôle par un jeu de portes et de vannes. Ce dispositif comprend les portes des bras donnant accès au canal, un tuyau collecteur traversant tous les bras de la lagune (Fig. 14). Une rampe aval située près de la sortie de chaque bras est reliée au collecteur et peut être isolée de celuici par une vanne. Une rampe amont située au niveau du bras à partir duquel on veut récolter les plantes est reliée au collecteur et peut être isolée de celuici par une vanne. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé par l'adjonction d'une pompe à l'extérieur d'un bras situé en bordure de la lagune, la pompe recyclant l'eau après le déversoir dans rF' pour renforcer le courant dans le bras récolté. 10) Dispositif selon 8 caractérisé par la séparation de la lagune en deux par simple fermeture d'une vanne sur le collecteur rF' pour récolter deux bras en même temps par les deux extrémités du canal.