Brevet FR2766479A1 — publié le 19990129

BASSIN D'AERATION PERFECTIONNE POUR STATION DE TRAITEMENT D ' EAUX USEES L'invention a pour objet un bassin d'aération perfectionné du genre de ceux qui sont utilisés dans les stations de traitement d'eaux usées, notamment urbaines, le bassin d'aération étant un des éléments constitutifs d'une telle station. I1 est rappelé que dans les stations de traitement d'eaux usées ou stations d'épuration, les eaux usées sont tout d'abord débarrassées des impuretés grossières telles que les produits grossiers flottants ou minéraux lourds, puis amenées, par gravité, dans un bassin d'aération. Dans ce bassin d'aération, les eaux usées sont brassées par des moyens mécaniques permettant d'amener de l'air au sein de la masse liquide. L'introduction de l'air, notamment de l'oxygène, permet l'élimination de la pollution organique dissoute et colloïdale par un procédé biologique aérobie. Les eaux usées ayant subi ce brassage et cette aération, forment des boues activées, c'est à dire des boues biologiques chargées d'oxygène en suspension dans le milieu liquide. Ces boues activées doivent être séparées des eaux qui seront rejetées dans le milieu naturel. La séparation des boues est effectuée par décantation après dégazage. Pour effectuer le dégazage, les eaux brassées et aérées sont amenées dans un dégazeur placé, dans les stations d'épuration qui existent déjà, à quelques mètres du bassin d'aération. Dans ce dégazeur, l'oxygène est en grande partie libéré. A la sortie du dégazeur, les eaux sont amenées dans un clarificateur dans lequel les boues peuvent décan ter, une partie de ces boues est renvoyée dans le bassin d'aération, l'autre partie est extraite en vue de son traitement, tandis que les eaux ainsi purifiées sont rejetées dans le milieu naturel. Dans le cas des stations d'épuration qui existent déjà, on rencontre les problèmes suivants. Au moins certains des éléments constituant les stations d'épuration, à savoir le bassin d'aération et le dégazeur sont de préférence enterrés pour des raisons esthétiques et de sauvegarde de l'environnement. Ainsi, le dégazeur est disposé à une distance de 3 à 5 mètres du bassin d'aération. La nature du sol pouvant varier d'un point à un autre et les volumes et masses respectifs du bassin d'aération et du dégazeur étant très différents, il se pose des problèmes de tassement différentiel, ce qui rend difficile l'ajustement de la profondeur d'enterrement de ces deux éléments. Par ailleurs, dans ces stations d'épuration connues, les eaux usées s'écoulent à la sortie du bassin d'aération par débordement dans un tuyau d'évacuation débouchant dans le dégazeur. L'utilisation d'un tel tuyau d'évacuation rempli par débordement rend difficile le maintien d'un volume d'eau à traiter constant dans le bassin et par conséquent d'une hauteur constante de liquide au-dessus de l'ouverture d'entrée de ce tuyau. Or, les turbines d'aération dont est équipé le bassin d'aération ont un fonctionnement optimal pour une profondeur d'immersion donnée. Par conséquent, toute variation de la hauteur d'eau au-dessus de l'ouverture d'entrée du tuyau d'évacuation nuit au fonctionnement optimal des turbines d'aération puisqu'elle traduit une variation du volume de liquide contenu dans le bassin ; de plus, le liquide entrant par débordement dans ce tuyau d'évacuation est encore agité et contient donc une grande quantité d'oxygène qui devra être éliminée dans le dégazeur. Ainsi, dans le cas des ensembles existants, il est difficile d'obtenir un bon équilibre entre d'une part l'étape de brassage et d'aération, c'est-à-dire l'étape d'oxydation des matières organiques contenues dans les eaux usées et, d'autre part, l'étape de dégazage nécessaire en vue de la décantation subséquente. L'invention a pour but, surtout, de remédier à ces inconvénients et de fournir un bassin d'aération permettant à la fois d'obtenir un équilibre satisfaisant entre les étapes d'aération et de dégazage tout en évitant les problèmes de tassement différentiel. Et il est du mérite de la Société Demanderesse d'avoir trouvé que ce but pouvait être atteint en agençant les bassins d'aération du genre en question, dans lesquels le bassin d'aération proprement dit et le dégazeur sont reliés l'un à l'autre par un tuyau d'évacuation, de telle sorte que - d'une part le bassin d'aération comporte un dis positif propre à éliminer toute agitation du li quide acheminé vers l'entrée du tuyau d'évacua tion, ledit dispositif comportant essentielle ment un élément cylindrique d'axe vertical ou vert au moins en son extrémité inférieure, ainsi qu'un élément tronconique également d'axe verti cal, cet élément tronconique ayant un diamètre tel qu'il puisse être disposé à l'intérieur de l'élément cylindrique, l'élément tronconique et l'élément cylindrique comportant chacun une ou verture, les deux ouvertures étant coaxiales et de même diamètre, le tuyau d'évacuation communi quant grâce auxdites ouvertures par l'une de ses extrémités avec l'intérieur de l'élément tronco nique, - d'autre part, le bassin d'aération présente au niveau où débouche le tuyau d'évacuation une configuration extérieure qui est complémentaire de la configuration extérieure du dégazeur de telle sorte que le dégazeur peut être monté par emboîtage sur la paroi extérieure du bassin d'aération. Plus particulièrement, l'élément tronconique ou cône de reprise comprend une partie supérieure de grand diamètre ouverte et une partie inférieure de petit diamètre fermée, une ouverture latérale étant pratiquée dans la partie inférieure de cet élément tronconique, à laquelle est reliée une conduite horizontale débouchant dans le dégazeur. L'élément tronconique est solidaire de l'élément cylindrique ou cloison siphoide qui l'entoure. L'élément cylindrique a une section transversale supérieure à la surface définie par l'extrémité supérieure de l'élément tronconique. Cet élément cylindrique est disposé à l'intérieur du bassin d'aération à un niveau tel que la partie supérieure de l'élément tronconique règle la hauteur des eaux usées à traiter qui remplissent le bassin d'aération en fonctionnement normal. Cet élément cylindrique est un cylindre de révolution ou un cylindre à base quelconque, par exemple ovale, carrée, hexagonale ou octogonale. L'ensemble cône de reprise / cloison siphoide permet d'une part de retenir dans le bassin d'aération la majeure partie des éventuelles particules flottantes solides et les éventuelles mousses formées lors du brassage des eaux usées et, d'autre part, de réaliser un début de dégazage. Le niveau des eaux dans le cône de reprise, dans la canalisation horizontale et dans le dégazeur est situé en dessous du niveau des eaux dans le bassin d'aération, ce niveau étant équilibré par le niveau d'eau dans le clarificateur. Les dernières particules flottantes ainsi que les mousses sont bloquées dans leur majeure partie par la paroi verticale de la cloison siphoide. Seules les eaux brassées provenant des parties profondes du bassin d'aération peuvent pénétrer par débordement dans le cône de reprise en passant dans l'espace compris entre l'élément cylindrique et l'élément tronconique. La pente du cône de reprise est choisie telle que les eaux qui y pénètrent s'écoulent régulièrement le long de la pente évitant ainsi toute perturbation et toute agitation de ces eaux à l'intérieur du cône de reprise. De ce fait, un premier dégazage se produit à l'intérieur du cône de reprise puis à l'intérieur du tuyau d'évacuation qui est constitué par une conduite horizontale comme indiqué plus haut. De préférence, l'angle formé entre la paroi inclinée de l'élément tronconique et la partie inférieure horizontale de petit diamètre de cet élément est compris entre environ 92 et 1780 et de préférence entre 95 et 1600. Quand l'angle est inférieur à 920, l'eau entrant par débordement risque de tomber brutalement dans le cône de reprise créant ainsi des perturbations ou agitations les eaux étant encore agitées, des quantités d'air peuvent s'ajouter. Or, au niveau du cône de reprise, les eaux ont déjà été suffisamment aérées et il convient au contraire de commencer le dégazage. Par ailleurs, les dimensions respectives de l'ensemble cône de reprise / cloison siphoide et de la conduite horizontale constituant le tuyau d'évacuation sont choisies de telle sorte qu'en fonctionnement normal la conduite horizontale n'est jamais complètement remplie. De préférence les eaux qui la traversent n en remplissent qu'un tiers, ce grâce à quoi il subsiste au-dessus de ces eaux un espace rempli d'air, permettant le dégazage. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'ensemble cône de reprise / cloison siphoïde est suspendu dans le bassin d'aération de telle sorte qu'à partir d'une ouverture supérieure de ce bassin, aménagée au-dessus de cet ensemble, on puisse ajuster la position dans le sens vertical de l'ensemble cône de reprise / cloison siphoïde afin d'avoir une reprise sur toute la périphérie du bord supérieur du cône de reprise. Cette position est choisie par l'homme du métier de telle façon que le fonctionnement des moyens d'aération et de brassage soit optimal. L'ajustement dans le sens vertical de l'ensemble cône de reprise/cloison sipholde est rendu possible par un montage flexible du tuyau d'évacuation tant sur l'ensemble que sur le dégazeur, ce montage autorisant un débattement de quelques degrés dans toutes les directions dudit tuyau. Conformément à l'invention, le dégazeur est fixé sur la partie arrière du bassin d'aération et comporte une première ouverture latérale par laquelle pénètrent les eaux à traiter provenant de l'ensemble cône de reprise / cloison siphoide, et une deuxième ouverture pour la sortie des eaux traitées après dégazage, l'ouverture de sortie étant disposée à un niveau inférieur par rapport à l'ouverture d'entrée, permettant ainsi une évacuation des eaux traitées par gravité. Le dégazeur et la partie du bassin d'aération sur laquelle il doit être fixé sont agencés de façon telle qu'ils présentent des formes complémentaires permettant d'emboîter au moins partiellement le dégazeur sur la partie en question du bassin d'aération. Les problèmes de tassement différentiel sont donc éliminés du fait de cette disposition particulière du dégazeur par rapport au bassin d'aération. Afin d'obtenir un dégazage optimum, le dégazeur a une section transversale au niveau de la hauteur des eaux usées qui le remplissent en fonctionnement normal tel que le rapport du débit d'entrée des eaux dans le dégazeur à la susdite section transversale, rapport appelé "vitesse de Hazen" est compris entre 20 et 80 m/h, de préférence entre 40 et 60 m/h. Chacun des éléments constitutifs du bassin d'aération selon l'invention est dimensionné par l'homme du métier en fonction du débit et des charges polluantes d'entrée des eaux usées à traiter. Notamment, il est possible d'augmenter la longueur du bassin d'aération et d'ajouter, si besoin est, des systèmes supplémentaires de brassage et d'aération des eaux usées à traiter. Les moyens d'aération et de brassage utilisés dans le bassin d'aération selon 1 invention sont classiques on peut avoir recours à des agitateurs à pales ou à des turbines d'aération, choisis en fonction de leur puissance de brassage et de la quantité d'air qu'ils peuvent véhiculer. Selon un mode de réalisation préférentiel, le bassin d'aération est caractérisé par le fait qu'il est réalisé par assemblage d'éléments modulaires cylindriques; ces éléments modulaire peuvent être préparés par moulage de résine synthétique renforcée ; ils peuvent également être préparés en tout autre matériau. La réalisation de la cuve du bassin à partir d'éléments modulaires obtenus par moulage permet, en fonction du débit d'eau à traiter, d'ajouter des éléments modulaires cylindriques, pour augmenter la longueur du bassin. Le bassin d'aération selon l'invention est illustré par les figures 1 et 2 dans lesquelles - la figure 1 est une représentation schématique d'ensemble d'un bassin d'aération conforme à l'invention ; - la figure 2 est une coupe transversale de la partie arrière du bassin d'aération, montrant en coupe et en position emboîtée le dégazeur et l'ensemble cône de reprise / cloison siphoïde. Sur la figure 1 on a représenté un bassin d'aération 1 selon l'invention, destiné à être partiellement enterré dans le sol, jusqu'au niveau des supports des moyens d'agitation et de brassage. Ce bassin d'aération 1 qui est de forme générale cylindrique et comporte deux extrémités respectivement E1 et E2 est représenté en fonctionnement normal, c'est-àdire qu'il est rempli d'eaux usées 2 jusqu'à une hauteur H1. Les eaux usées sont introduites au niveau de l'extrémité E1 dans le bassin par un dispositif 3 d'amenée des eaux usées. Ce dispositif 3 comporte une grille 4 permettant de retenir les éléments grossiers et une cloison verticale coulissante 5 permettant, si besoin est, d'isoler le dispositif 3 par rapport au bassin d'aération 1. Le bassin d'aération comporte des systèmes d'agitation et de brassage 6 qui sont constitués par des agitateurs à pâles. Il comporte également, au niveau de son extrémité E2, un ensemble cône de reprise / cloison siphoide désigné globalement en 7 et communiquant par une canalisation d'évacuation horizontale 8 avec un dégazeur 9. Le dégazeur 9 comporte en sa partie inférieure une canalisation 10 pour l'évacuation des eaux traitées dégazées. La canalisation 10 assure le transport des eaux usées vers un clarificateur non représenté. La figure 2 représente la partie correspondant à l'extrémité E2 du bassin d'aération 1 et montre plus en détail l'ensemble 7 cône de reprise / cloison siphoïde et le dégazeur 9. L'ensemble 7 cône de reprise / cloison siphoide comporte un élément tronconique ou cône de reprise 11 dont la partie inférieure 12a de petit diamètre est fermée et dont la partie supérieure de grand diamètre 12b est ouverte ; l'élément tronconique a une ouverture latérale 13 qui permet d'acheminer les eaux usées entrant par débordement dans le cône de reprise vers la canalisation horizontale 8 reliant le cône de reprise 11 au dégazeur 9. L'élément tronconique 11 est disposé à l'intérieur d'un élément cylindrique 14, ou cloison siphoïde dont il est rendu solidaire. Dans ce mode de réalisation particulier, l'élément cylindrique est un cône de révolution à section circulaire. L'élément cylindrique 14 est ouvert à son extrémité supérieure 15 et ouvert à son extrémité inférieure 16, qui plonge dans les eaux à traiter, et qui permet le passage des eaux usées dans le cône de reprise 11 par débordement. L'extrémité supérieure 15 de la cloison siphoide est bien entendu toujours au-dessus du niveau des eaux à traiter. L'élément 14 est suspendu par des moyens de suspension 17 aux bords d'une ouverture 18 ménagée dans la paroi supérieure du bassin d'aération 1. Les moyens de suspension 17 comportent des moyens de réglage 17a permettant de faire varier dans le sens vertical la position de l'ensemble 7 cône de reprise/ cloison siphoïde. Le dégazeur 9 est disposé contre une partie 19 de la paroi supérieure arrière du bassin d'aération. La partie 19 a une configuration complémentaire à celle du dégazeur permettant d'emboîter le dégazeur sur la partie 19. La configuration de la partie 19 fait qu'elle forme une zone de siège 20 sur laquelle prend appui le dégazeur 9 ; elle comporte une zone sensiblement verticale 21 et un décrochement horizontal 22 faisant saillie ; audessous du décrochement 22, la partie 19 comporte une zone 23 qui est sensiblement verticale et qui présente une ouverture 24 dans laquelle est engagée la canalisation horizontale 8. Au-dessous de la partie 23 sensiblement verticale, se trouve la zone de siège 20 qui comporte une zone descendante inclinée vers l'extérieur 20a et une zone horizontale 20b. L'extrémité inférieure de la zone inclinée 20a est à un niveau inférieur par rapport à la zone horizontale 20b, une zone 20c inclinée vers le haut relie 20a à 20b. Au-dessous du siège 20, la partie 19 de la paroi arrière du bassin constitue la paroi inférieure 21. La paroi 25 du dégazeur 9 par laquelle celui-ci est placé au contact de la partie 19 de la paroi arrière du bassin d'aération a une configuration complémentaire de cette partie 19, permettant ainsi un assemblage par emboîtement. Pour parfaire la fixation, le dégazeur peut en outre être relié à la partie supérieure de la paroi 21 du bassin d'aération par des boulons non montrés. La paroi 25 du dégazeur comporte une ouverture 26 disposée en regard de l'ouverture 24 de la partie 19 de la paroi arrière du bassin d'aération. Dans cette ouverture 26 est insérée la canalisation horizontale 8 reliant le cône de reprise 11 au dégazeur 9. Le dégazeur 9 comporte en sa partie inférieure une ouverture de sortie 27 dans laquelle est disposée une ex trémité de la canalisation 10 qui assure le transport des eaux traitées et dégazées vers le clarificateur non représenté. La canalisation 10 est disposée à un niveau inférieur par rapport à la canalisation 8 par laquelle les eaux entrent dans le dégazeur 9, ce, grâce à quoi, les eaux traitées sont évacuées par gravité. Les différents éléments du bassin d'aération selon l'invention sont dimensionnés de telle sorte que la hauteur H1 des eaux usées en fonctionnement normal dans le bassin d'aération permet le remplissage du cône de reprise par débordement, et la hauteur H2 des eaux à l'intérieur du cône de reprise, de la canalisation 8 et du dégazeur 9 est équilibrée par la hauteur des eaux dans le clarificateur. Ce niveau est situé en dessous du niveau des eaux usées dans le bassin 1. La hauteur H2 des eaux usées dans le cône de reprise permet leur transport par la canalisation 8 vers le dégazeur en assurant un début de dégazage étant donné que le diamètre de la canalisation 8 est conçu de telle sorte que les eaux ne la remplissent pas en totalité. Par ailleurs, la hauteur H1 est déterminée par l'homme du métier pour obtenir un fonctionnement optimal des turbines d'aération 6. Comme représenté sur la figure 2, les canalisations 8 et 10 sont emboitées dans les éléments auxquels elles sont fixées par des joints 28 d'étanchéité à l'eau en caoutchouc autorisant un débattement de la tuyauterie de 5 dans toutes les directions et par là le réglage en hauteur de l'ensemble élément cylindrique / élément tronconique. Ainsi, les eaux usées qui pénètrent par le dispositif d'amenée 3 muni de la grille 4 sont débarrassées de leurs impuretés grossières, remplissent le bassin 1 sur une hauteur H1 qui est la hauteur optimale pour le fonctionnement des dispositifs de brassage et d'aération 6 en raison de la paroi latérale de la cloison siphoïde 14, seules les eaux usées situées en profondeur dans le bassin 1, après avoir monté dans l'élément cylindrique ou cloison siphoide 14, peuvent pénétrer par débordement dans l'élément tronconique ou cône de reprise 11 en s'écoulant le long de la paroi latérale du cône de reprise. Ainsi, le passage des mousses ou des matières flottantes dans le cône de reprise 11 est empêché. De plus, les eaux étant amenées doucement dans le cône de reprise, toute agitation et toute perturbation de l'écoulement de ces eaux usées et aérées vers le dégazeur 9 est évitée. Un premier dégazage se produit au niveau du transport des eaux usées depuis le cône de reprise 11 vers le dégazeur 9 en raison du fait que la canalisation horizontale 8 est seulement partiellement remplie. Ensuite, le dégazage des eaux usées est activé dans le dégazeur 9, les eaux s'écoulant par gravité par la canalisation 10 vers le clarificateur non montré. REVEND I CAT IONS 1. Bassin d'aération 1 comportant un dispositif 3 d'amenée des eaux usées, des moyens de brassage et d'aération 6 des eaux usées à l'intérieur du bassin, et relié à un dégazeur 9 par un tuyau d'évacuation 8 caractérisé par le fait que: - d'une part il comporte un dispositif propre à éliminer toute agitation du liquide acheminé vers l'entrée du tuyau d'évacuation, ledit dis positif comportant essentiellement un élément cylindrique d'axe vertical ouvert au moins en son extrémité inférieure, ainsi qu'un élément tronconique également d'axe vertical, cet élé ment tronconique ayant un diamètre tel qu'il puisse être disposé à l'intérieur de l'élément cylindrique, l'élément tronconique et l'élément cylindrique comportant chacun une ouverture, les deux ouvertures étant coaxiales et de même dia mètre, le tuyau d'évacuation communiquant grâce auxdites ouvertures par l'une de ses extrémités avec l'intérieur de l'élément tronconique, - et d'autre part il présente au niveau où débou che le tuyau d'évacuation une configuration ex térieure qui est complémentaire de la configura tion extérieure du dégazeur de telle sorte que le dégazeur peut être monté par emboîtage sur la paroi extérieure du bassin d'aération. 2. Bassin d'aération selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif propre à éliminer toute agitation du liquide acheminé vers l'entrée du tuyau d'évacuation comporte un élément 11 tronconique comprenant une partie supérieure de grand diamètre ouverte et une partie inférieure de petit diamètre fermée, une ouverture latérale étant pratiquée dans la partie inférieure de cet élément tronconique, à laquelle est reliée une conduite horizontale débouchant dans le dégazeur, ledit élément tronconique étant solidaire d'un élément cylindrique d'axe vertical, ou cloison siphoïde, qui l'entoure et qui a une section transversale supérieure à la surface définie par l'extrémité supérieure de l'élément tronconique, l'ensemble étant disposé à l'intérieur du bassin d'aération à un niveau tel que la partie supérieure de l'élément tronconique règle le niveau des eaux usées qui remplissent le bassin d'aération en fonctionnement normal. 3. Bassin d'aération selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'angle formé entre la paroi inclinée de l'élément tronconique 11 et la partie inférieure 12 horizontale de petit diamètre de cet élément tronconique est compris entre 92 et 178 , de préférence entre 95 et 1600. 4. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dégazeur 9 est fixé sur la partie arrière du bassin d'aération et comporte une ouverture latérale 26 par laquelle y pénètrent les eaux à traiter provenant du dispositif propre à éviter l'agitation du liquide, et une ouverture de sortie 27 des eaux traitées après dégazage, ladite ouverture de sortie étant disposée à un niveau inférieur par rapport à celui de l'ouverture d'entrée 26. 5. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dégazeur 9 et la partie arrière du bassin d'aération sur laquelle le dégazeur est fixé présentent des formes com plémentaires permettant d'emboîter au moins partiellement le dégazeur sur ladite partie du bassin d'aération. 6. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la section transversale du dégazeur à la surface H2 des eaux usées qui le remplissent en fonctionnement normal est telle que le rapport du débit d'entrée des eaux dans le dégazeur à ladite section transversale est compris entre 20 et 80 m/h, de préférence entre 40 et 60 m/h. 7. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la canalisation horizontale 8 a un diamètre tel qu'en fonctionnement normal elle est remplie partiellement, de préférence au tiers de son volume total. 8. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les moyens d'aération consistent en un agitateur à pales ou en une turbine d'aération. 9. Bassin d'aération selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est réalisé par assemblage d'éléments modulaires cylindriques préparés par moulage de résine synthétique renforcée, ou préparé à partir de tout autre matériau.