Brevet FR2767521A1 — publié le 19990226

Procédé et installation pour le traitement des eaux intégrant un décanteur et un filtre multi-couches fonctionnant à grandes vitesses. La présente invention concerne le domaine du traitement des eaux. Plus précisément, I'invention concerne un procédé physique ou physico-chimique destiné à diminuer la teneur en matières en suspension ou en parasites de telles eaux, ainsi que l'installation correspondant à ce procédé. L'invention peut être utilisée pour traiter n'importe quelles eaux contenant des matières en suspension dont il est souhaitable de diminuer la teneur, telles que notamment: - les eaux usées déjà traitées par voie biologique, dans le but d'affiner l'épuration de celles-ci; - les eaux résiduaires destinées à être réutilisées après traitement, par exemple dans l'industrie ou l'agriculture, notamment pour l'irrigation; - les eaux destinées à être rejetées en mer; - les eaux usées déjà traitées, par voie biologique ou non, dans le but de contrôler la teneur en phosphore résiduel du rejet. Comme indiqué ci-après, le procédé et l'installation selon l'invention sont particulièrement intéressants pour traiter les matières en suspension contenues dans les eaux destinées à être réutilisées pour l'irrigation. Fol existe dans l'état de la technique plusieurs techniques de traitement des matières en suspension. Parmi ces techniques, on peut citer: - la décantation physique ou préférentiellement physico-chimique consistant à faire subir à l'eau une clarification éventuellement couplée à un ajout de réactif coagulant visant à augmenter la décantabilité des matières en suspension; - la filtration sur lit de sable d'épaisseur généralement comprise entre 1,5 et 2 m. En ce qui concerne les vitesses de traitement appliquées sur les décanteurs de type classique, celles-ci dépassent rarement 2 à 2,5 m/h. Ces vitesses de traitement peuvent être augmentées jusqu'à 10 à 15 m/h lorsque le décanteur utilisé est de type lamellaire et jusqu'à 20 m/h lorsque la décantation lamellaire est couplée à une étape de coagulation-floeulation. Pour obtenir une bonne qualité d'eau, l'art antérieur préconise d'utiliser les lits de sable avec une vitesse de filtration maximale de 10 m/h. Ces deux types de traitement présentent donc tous les deux l'inconvénient de ne pouvoir être mis en oeuvre à des vitesses élevées ce qui oblige à utiliser des installations de grandes dimensions impliquant des coûts de génie civil importants. L'objectif principal de la présente invention est de proposer un procédé de traitement des eaux destiné à abattre leur teneur en matières en suspension et le cas échéant en parasites (les oeufs d'helminthes notamment) permettant de travailler avec des ouvrages compacts de dimensions réduites par rapport aux installations de l'état de la technique, en obtenant une qualité d'eau traitée suffisante pour répondre aux exigences, par exemple pour une réutilisation telle que celles mentionnées ci-dessus. Cet objectif est atteint grâce à l'invention qui concerne un procédé de traitement des eaux usées visant à abattre leur teneur en matières en suspension et, le cas échéant, en parasites caractérisé en ce qu'il consiste à faire transiter lesdites eaux dans au moins un décanteur selon une vitesse de traitement supérieure à 20 m/h puis, selon un flux ascendant, dans au moins un filtre multi-couches à granulométrie décroissante selon une vitesse de traitement supérieure à 10 m/h. L'invention propose donc de traiter les matières en suspension et, le cas échéant les parsasites, en mettant en oeuvre un décanteur fonctionnant à vitesse élevée (c'est-à-dire à une vitesse supérieure à la vitesse classique préconisée par l'art antérieur pour la mise en oeuvre d'un tel décanteur) et un filtre multi-couches à granulométrie décroissante selon le sens ascendant de filtration fonctionnant également à vitesse élevée. Comme précisé ci-dessus, il était connu de traiter les matières en suspension, soit par décantation, soit par filtration sur lit de sable. Toutefois, il n'avait jamais été proposé, à la connaissance de la Demanderesse: - de coupler un tel décanteur à un filtre granulaire, notamment pas à un type très particulier de filtre, à savoir un filtre multi-couches à granulométrie décroissante et à courant ascendant, - ni d'utiliser des vitesses de traitement élevées dans ce type de dispositif. La Demanderesse a constaté que, de façon très surprenante, I'utilisation de vitesses de traitement plus élevées que celles préconisées dans l'état de la technique à la fois dans le décanteur et dans le filtre granulaire permettait, dans le cadre d'une telle combinaison de moyens techniques, d'obtenir: - un très bon niveau d'abattement des matières en suspension et des parasites comme les oeufs d'helminthes et; - des vitesses d'encrassement du filtre nettement inférieures à celles obtenues en filtration classique. Un tel résultat ne découle pas de l'art antérieur qui ne préconisait pas l'association d'un décanteur et d'un filtre multi-couches ascendant et qui prévoyait des vitesses de traitement bien inférieures à celles proposées par l'invention pour obtenir un bon niveau d'épuration. Un tel résultat va également à l'encontre du préjugé de l'homme de l'art selon lequel la qualité de l'épuration diminue avec la vitesse de traitement. Selon une variante préférentielle de l'invention, ledit procédé comprend une étape intermédiaire consistant à tamiser lesdites eaux entre leur sortie dudit décanteur et leur entrée dans ledit filtre. L'utilisation d'un tel tamisage permet de protéger le faux-fond du filtre granulaire, c'est-à-dire d'éviter l'accumulation de boues dans l'espace prévu dans la partie inférieure du filtre sous le matériau granulaire, espace dans lequel sont amenées les eaux provenant du décanteur. Un tel tamisage permet également de retenir les filasses et les autres éléments colmatants qui peuvent être contenus dans les eaux provenant du décanteur. Cette étape intermédiaire présente les intérêts majeurs, par rapport au tamisage effectué en tête de traitement habituellement préconisé par l'état de la technique, d'être plus économique car mise en oeuvre sur des eaux moins chargées, et de protéger d'une manière plus directe les filtres même en cas de défaillance du système de décantation. On pourra envisager de mettre en oeuvre le décanteur sans ajoût d'agent coagulant. Dans ce cadre, des vitesses de traitement allant jusqu'à 30 m/h pourront être utilisées dans ce dispositif. Toutefois, le décanteur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera préférentiellement un décanteur à floc lesté par ajoût d'au moins un agent coagulant. Dans ce cas, la vitesse de traitement utilisée dans celui-ci pourra être d'au moins 35 m/h. De façon préférée entre toutes, le décanteur utilisé est un décanteur à floc lesté lamellaire. Dans ce cadre, la vitesse de traitement utilisée peut-être d'au moins 60 m/h et peut aller jusqu' à 200 m/h. Ces vitesses sont bien supérieures aux vitesses préconisées par l'art antérieur pour ce type d'installations qui, comme déjà indiquées ci-dessus ne dépassent pas 20 m/h, même dans le cas des décanteurs lamellaires à flocs lestés. Ce type de décanteurs est notamment décrit dans les brevets français FR 2627704 et FR 2719734 au nom de la Demanderesse. Leur utilisation dans le cadre du procédé selon l'invention permet donc d'augmenter encore les vitesses de traitement et donc la compacité des ouvrages. D'ordinaire, les procédés de traitement par floculation-décantation sont mis en oeuvre en prévoyant un système d'injection du réactif coagulant visant à disperser rapidement et énergiquement le réactif dans les eaux à traiter. Contrairement à cet enseignement de l'état de la technique, la Demanderesse préconise d'injecter le réactif coagulant directement dans la cuve de mélange rapide du décanteur à floc lesté dans un zone peu turbulente et éloignée des courants principaux ou encore d'injecter le réactif après une forte dilution préalable permettant d'injecter le coagulant sous forme de précipités de fer ou d'aluminium majoritairement constitués d'hydroxydes. En effet, il a été constaté, de façon surprenante, que l'utilisation de tels modes d'injection permettaient de limiter sensiblement l'élimination des phosphates voire même de la contrôler sans nuire à l'abattement des matières en suspension. Cette adaptation du procédé est particulièrement intéressante dans le cas des eaux destinées à être réutilisées pour l'irrigation qui conservent ainsi une teneur en phosphates suffisante. Dans cette variante préférentielle, la possiblité offerte de contrôler la teneur en phosphore résiduel en fonction du type d'application sans dégrader l'abattement des matières en suspension, sans être limité sur les quantités de réactifs ajoutées et sur les valeurs de phosphore résiduel très basses, est particulièrement intéressante. Selon une variante préférentielle du procédé, celui-ci comprend une étape supplémentaire consistant à injecter au moins un réactif floculant dans lesdites eaux en amont dudit filtre. Selon une autre variante préférentielle de l'invention, la vitesse de traitement utilisée dans le filtre granulaire multicouches à courant ascendant est comprise entre 25 m/h et 45 m/h. Selon un autre aspect de l'invention, le lavage du filtre est effectué préférentiellement en faisant transiter de l'eau décantée à courant dans ledit filtre et en dérivant le courant d'eau sale sortant alors du filtre. Un tel mode de lavage permet d'effectuer celui-ci sans avoir recours à des pompes ou à un stockage d'eau filtrée de lavage, ce qui permet de diminuer le coût et la complexité du procédé. Lorsque l'on choisira d'utiliser plusieurs filtres en parallèles, le lavage par eau décantée d'un filtre pourra être effectué simplement en augmentant le débit d'eau dans ledit filtre au détriment d'un ou plusieurs autres filtres. Une telle opération de lavage peut être effectuée avec un injection concomitante, continue ou intermittente, d'air dans le matériau filtrant, dans le but d'améliorer son efficacité. On pourra également prévoir d'injecter systématiquement ou de temps en temps un agent désinfectant, tel que du chlore dans l'eau servant au lavage. Egalement selon une variante, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre en amont d'une installation de traitement biologique des eaux usées. Il peut également être mis en oeuvre en aval d'une installation de traitement dont il permet d'améliorer les performances et/ou les conditions de fonctionnement. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus caractérisée en ce qu'elle est constituée par l'association d'au moins un décanteur suivi d'au moins un filtre multi-couches à granulométrie décroissante dans le sens ascendant de filtration. Préférentiellement, l'installation comprend au moins un tamis prévu entre ledit décanteur et ledit filtre, de maille comprise entre 0,5 et 5 mm, préférentiellement entre 500 KLm et 2 mm. Avantageusement, ledit décanteur est un décanteur à floc lesté, préférentiellement lamellaire. Selon une variante de l'invention, ledit filtre multi-couches comprend au moins une couche de graviers et au moins une couche de sable. Préférentiellement, l'installation comprend également un dispositif de désinfection situé en amont dudit filtre. Enfin, également préférentiellement, l'installation comprend des moyens permettant d'extraire en cours de cycle de filtration par une ou plusieurs chasses gravitaires au moins une partie des matières retenues dans le fond dudit filtre. L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci en référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 représente un graphe montrant les courbes d'abattements des matières en suspension obtenus grâce à l'invention et, à titre comparatif, avec un procédé ne mettant pas en oeuvre de filtre multi-couches à courant ascendant; - la figure 3 représente un graphe montrant les courbes d'encrassement dans le filtre multi-couches utilisé dans le cadre du procédé selon l'invention et dans un filtre classique; - la figure 4 représente un graphe montrant les courbes d'évolution des pertes de charges dans le filtre multi-couches utilisé dans le cadre du procédé selon l'invention et dans un filtre classique. En référence à la figure 1, l'installation est constituée par un décanteur 1 à floc lesté de type lamellaire, d'un filtre multi-couches 2 à courant ascendant et d'un tamis 3 prévu entre ce décanteur et le filtre 2. Le décanteur 1 à floc lesté comprend deux compartiments amonts la et lb et un compartiment formant clarificateur lc pourvu de lamelles inclinées ld. Des moyens de distribution 5 d'un agent coagulant sont prévus pour distribuer un tel agent dans le compartiment la et des moyens de distribution 6 d'un réactif floculant sont prévus sur le compartiment lb. Le filtre multi-couches 2 comprend quatre couches superposées de graviers 2a,2b et de sable 2c,2d formant matériaux filtrants. La couche 2a est constitué de gros gravier de 10 à 20 mm de diamètre et présente une épaisseur de 0,2 m. La couche 2b est constitué de petit gravier de 5 à 10 mm de diamètre et présente une épaisseur de 0,5 m. La couche 2c est constitué de gros sable de 2,5 à 5 mm de diamètre et présente une épaisseur de 0,3 m. La couche 2d est constitué de petit sable de 1,5 à 3 mm de diamètre et présente une épaisseur de 0,2 m. Il n'agit bien évidemment là que d'un exemple de réalisation du filtre multi-couches qui pourra, dans d'autres modes de réalisation présenter une autre structure sans sortir du cadre de l'invention. Le filtre comprend également des moyens d'amenée 8 de l'eau provenant du décanteur lamellaire à flocs lestés 1 prévus dans sa partie inférieure et des moyens d'évacuation 9 de l'eau ayant transité dans le matériau filtrant prévus dans la partie supérieure du filtre. Le filtre est par ailleurs pourvu de moyens d'injection d'air 10, et d'évacuation des eaux par chasse gravitaire 11 et des eaux de lavage par surverse 12. Le tamis 3 prévu entre le décanteur 1 et le filtre granulaire 2 présente une maille de 1 mm. L'installation présente également préférentiellement des moyens d'injection 4 d'un désinfectant prévus immédiatement en amont du filtre. Le lavage du filtre peut facilement être effectué à l'aide d'eau décantée provenant du décanteur 1 et en dérivant l'eau sale sortant du filtre. L'efficacité du lavage est renforcée en distribuant dans l'eau décantée un composé désinfectant tel que le chlore grâce aux moyens d'injection 4 et/ou en mettant en oeuvre une injection d'air dans le matériau de filtration grâce aux moyens 10. Conformément à la présente invention, I'installation représentée à été mise en oeuvre avec une vitesse de traitement dans le décanteur de 120 m/h et une vitesse de traitement dans le filtre multi-couches de 30 m/h. Les résultats obtenus pendant 4 jours de fonctionnement sur l'abattement des matières en suspension sont données à la figure 2. Sur cette figure, la teneur avant traitement des eaux en matières en suspension est indiquée sur la courbe du haut, et la teneur après traitement selon l'invention est indiquée par la courbe sur laquelle les points de mesure apparaissent sous forme de triangles. Des essais comparatifs ont été effectués sur une installation du type de celle décrite en référence à la figure 1 mais intégrant un filtre classique avec une vitesse de filtration de 10 m/h. Les résultats obtenus pendant 4 jours de fonctionnement sur l'abattement des matières en suspension sont également portés sur la figure 2 (courbe sur laquelle les points de mesure apparaissent sous forme de triangles).. La comparaison de ces deux dernières courbes permet de constater que les qualités d'eau obtenues sont quasiment identiques. L'utilisation de vitesse élevées de traitement dans le filtre ascendant multi-couches selon l'invention n'entraîne donc pas une détérioration de la qualité du traitement. La figure 3 montre quant à elle l'intérêt de l'invention par rapport à une solution classique du point de vue de la vitesse de l'encrassement du filtre. En effet, non seulement l'encrassement est nettement plus lent (entre 5 et 10 fois) dans le cas de l'invention (voir courbe A) que dans le cadre d'un filtre mono-couche classique (voir courbe B) mais en plus, cet encrassement ne s'accélère pas lorsque les vitesses de filtration augmentent, contrairement aux solutions classiques. La figure 4 montre un exemple de l'évolution des pertes de charge au cours d'un cycle pour un filtre classique (courbe C) et pour un filtre multi-couches ascendant (courbe D). On peut remarquer l'évolution nettement plus lente des pertes de charge sur la filtration multi-couches ainsi que l'efficacité des chasses gravitaires effectuées en cours de cycle. On notera que l'installation selon la présente invention présente des dimensions réduites par rapport aux installations de l'état de la technique. Le type d'ouvrage la composant permet de traiter tant les eaux par temps sec que par temps de pluie. De plus, il est possible de diminuer les doses de réactifs utilisées dans le décanteur par rapport aux doses nécessaires quand un décanteur seul est utilisé. Le mode de réalisation de l'invention ici décrit n'a pas pour objet de réduire la portée de celle-ci. n pourra donc y être apporté de nombreuses modifications sans sortir de son cadre. En particulier on notera que l'on pourra utiliser non pas un seul filtre mais une batterie de filtres fonctionnant en parallèle. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des eaux visant à abattre leur teneur en matières en suspension et, le cas échéant en parasites, caractérisé qu'il consiste à faire transiter lesdites eaux dans au moins un décanteur (1) selon une vitesse de traitement supérieure à 20 mlh puis, selon un flux ascendant, dans au moins un filtre multi-couches à granulométrie décroissante (2) selon une vitesse de traitement supérieure à 10 m/h. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une étape intermédiaire consistant à tamiser lesdites eaux entre leur sortie dudit décanteur (1) et leur entrée dans ledit filtre (2). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit décanteur (1) est un décanteur à floc lesté par addition d'au moins un agent coagulant et en ce que la vitesse de traitement utilisée est d'au moins 35 mlh. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit décanteur (1) est un décanteur à floc lesté par addition d'au moins un agent coagulant présentant une structure lamellaire et en ce que la vitesse de traitement utilisée est d'au moins 80 mlh. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que lesdites eaux sont des eaux destinées à être réutilisées pour l'irrigation. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit agent coagulant est injecté dans une cuve du décanteur à floc lesté dans un zone peu turbulente de celle-ci. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il comprend un étape consistant à diluer fortement l'agent coagulant avant de l'introduire dans ledit décanteur. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant à injecter au moins un réactif floculant dans lesdites eaux en amont dudit filtre. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il consiste à faire transiter lesdites eaux dans ledit filtre multi-couches de granulométrie décroissante selon une vitesse comprise entre 25 m/h et 45 m/h. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'il comprend une étape de lavage dudit filtre consistant à faire transiter de l'eau décantée, éventuellement additionnée d'un agent désinfectant, à co-courant dans ledit filtre et à dériver le courant d'eau sale sortant du filtre. 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que ladite étape de lavage est effectuée et en mettant en oeuvre une injection intermittente ou continue d'air dans le matériau filtrant constituant celuici. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en aval d'une installation de traitement biologique des eaux usées. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en aval d'une installation de traitement dont il permet d'améliorer les performances et/ou les conditions de fonctionnement. 14. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisée en ce qu'elle est constituée par l'association d'au moins un décanteur (1) suivi d'au moins un filtre multi-couches (2) à granulométrie décroissante dans le sens ascendant de filtration. 15. Installation selon la revendication 14 caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un tamis (3) prévu entre ledit décanteur (1) et ledit filtre (2), de maille comprise entre 0,5 et 5 mm, préférentiellement entre 500 )lm et 2 mm. 16. Installation selon l'une des revendications 14 ou 15 caractérisée en ce que ledit décanteur (1) est un décanteur à floc lesté. i 7. Installation selon la revendication 16 caractérisée en ce que ledit décanteur (1) est un décanteur à floc lesté lamellaire. 18. Installation selon l'une quelconques des revendications 14 à 17 caractérisée en ce que ledit Jiltre multi-couches comprend au moins une couche de graviers (2a) et au moins une couche de sable (2b). 19. Installation selon l'une quelconque des revendications 14 à 18 caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de désinfection (4) situé en amont dudit filtre (2). 20. Installation selon l'une des revendications 14 à 19 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (11) permettant d'extraire en cours de cycle de filtration par une ou plusieurs chasses gravitaires au moins une partie des matières retenues dans le fond dudit filtre.