Brevet FR2782508A1 — publié le 20000225

La présente invention concerne d'une façon générale, le traitement des effluents de ce qu'il est convenu d'appeler des petites collectivités, c'est-à-dire des collectivités présentant de 200 à 2 000 eH (équivalent habitant). La France comporte environ 36 000 communes, dont 31 300 communes de plus de 200 habitants et de moins de 2 000 habitants, lesquelles représentent une io population de l'ordre de 15 000 000 d'habitants constituant environ 25% de la population française totale. Le parc national français des stations d'épuration comporte environ 12 000 stations d'épuration parmi lesquelles 60% ont une taille inférieure à 2 000 eH. Le plus souvent, ces stations d'épuration pour petites collectivités mettent en oeuvre un traitement biologique par boues activées bien que cette technique ne soit absolument pas adaptée à des stations d'épuration d'une telle dimension, ceci notamment en raison d'un coût d'investissement élevé et surtout de coûts d'exploitation excessifs. Par ailleurs, I'efficacité de telles stations est souvent médiocre. L'homme de l'art sait que le traitement biologique des effluents par boues activées doit être réservé aux installations les plus importantes. Le problème devant être résolu réside dans le développement d'une technique adaptée à de telles petites installations pour un coût d'exploitation financièrement acceptable. En particulier, I'objectif est d'atteindre, pour des installations de traitement d'effluents d'une capacité comprise entre 200 et 2 000 Eh, un coût d'exploitation réduit de 50 à 70% par rapport à celui des installations mettant en oeuvre un traitement biologique par boues activées. Afin de résoudre le problème mentionné ci-dessus, I'invention se propose d'apporter une filière de traitement originale, peu coûteuse en investissement et en exploitation et répondant bien entendu, aux exigences de rejet de l'arrêté du 21 juin 1996 (JO du 9 août 1996) relatif aux ouvrages de traitement des eaux usées des petites collectivités, c'est-à-dire de 200 à 2 000 eH (> 12 kg DBO5 et 2 2782508 - soit un rendement minimal de 60% sur la DBO5 ou la DCO, - soit une concentration maximale de I'effluent traité de 35 mg DBO5/l. Ces exigences sont bien entendu remplies par le procédé et l'installation objets de la présente invention. En conséquence, cette invention concerne en premier lieu un procédé de traitement d'effluents de petites collectivités, c'est-à-dire de 200 à 2000 eH caractérisé en ce qu'il consiste: - a effectuer un traitement biologique de l'effluent à l'aide d'un lit bactérien et, - a réaliser une élimination des matières en suspension dans l'effluent ainsi io traité et simultanément un traitement des boues, par filtration- compostage sur des filtres plantés de roseaux, ceux-ci étant de préférence des Phragmites australis. L'invention concerne également une installation en vue de la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte: - un lit bactérien comportant au moins un étage recevant l'effluent à traiter et, - au moins une cellule de filtration-compostage, alimentée à partir du lit bactérien, chacune desdites cellules comportant des couches successives de matériaux de remplissage et de sable, et leur surface supérieure étant plantée de roseaux, notamment de Phragmites australis. Ainsi qu'on le comprend, les exigences de rejet mentionnées dans l'arrêté du 21 juin 1996, sont respectées par l'invention en mettant en oeuvre un lit bactérien, c'est-à-dire une filière de traitement du type culture fixée à faible temps de contact, l'alimentation en effluents s'effectuant directement sans passage dans un décanteur primaire. La technique du lit bactérien, dans sa conception moderne (absence de décantation primaire, filière de traitement de type tamisage, poste de pompage " alimentation-recirculation ", lit à garnissage plastique), permet un traitement économique des effluents du fait notamment, d'une faible consommation énergétique (près de deux fois moins importante qu'en boues activées, à performance égale), d'un coût d'exploitation réduit en termes de main d'oeuvre (elle est beaucoup moins exigeante à l'égard de la surveillance du procédé), en termes de renouvellement du matériel (le renouvellement des équipements, notamment électromécaniques, étant particulièrement coûteux sur des installations de petites 3 2782508 tailles). Le coût d'investissement reste intéressant pour un traitement limité à l'élimination de la pollution carbonée. En fonction des contraintes du milieu naturel, il est possible d'envisager un traitement de nitrification de l'azote ammoniacal, en surdimensionnant le lit bactérien, ou en prévoyant un deuxième étage. Ainsi, le dimensionnement du premier étage doit être défini, selon l'invention, en fonction des obligations de rejet et des traitements d'élimination de la pollution de l'effluent à effectuer. Les effluents ainsi traités sont ensuite débarrassés des matières en suspension par passage au travers des cellules de fitration plantées de roseaux o io s'effectue également le traitement des boues par rhizocompostage. On peut également compter sur un traitement complémentaire des effluents dans le massif filtrant des cellules de filtration. Selon la présente invention, le pré-traitement des effluents se limite à un dégrillage fin (maille 3 mm) ou un tamisage (maille 6 mm) permettant d'éliminer les i5 déchets divers. Il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre un système de dessablage-dégraissage étant donné que les particules (matières organiques y compris les graisses, sable) dont la granulométrie est inférieure à la maille de dégrillage ou de tamisage, n'ont pas d'incidence sur la filière de traitement (lit bactérien + filtre-rhizo-compostage). A titre d'exemple de réalisation non limitatif, on peut indiquer qu'un dispositif réalisé selon la présente invention comporte un premier poste de relèvement- recirculation (équipé de deux pompes dont une en secours) alimentant en permanence le lit bactérien. Ce dernier est du type à garnissage plastique PVC (courant croisé, surface spécifique 165 m2/m3) présentant une hauteur d'environ 5 mètres, la charge hydraulique moyenne étant de l'ordre de 2 m/h. On prévoit, dans ce poste, une cloison afin de pomper en priorité les effluents bruts à traiter, avec un apport complémentaire d'effluents traités afin d'assurer les conditions hydrodynamiques du lit bactérien. Les effluents traités sur le lit bactérien accèdent à un deuxième poste de pompage, par trop-plein du poste de relèvement-recirculation, ce deuxième poste de pompage, équipé de deux pompes dont une en secours, présentant un volume de marnage suffisant pour permettre une alimentation par bâchée des cellules de filtration-compostage (bâchées de 5 à 15 cm, sur 10 à 20 minutes). 4 2782508 Selon cet exemple de réalisation de la présente invention, I'installation de traitement comporte des cellules de filtration- compostage dont le nombre est au minimum de trois. La surface de ces cellules est de 0,4 à 1 m2 par eH et la surface maximale unitaire est de 100 à 150 m2. A chaque bâchée, correspond l'alimentation du lit d'une cellule. Selon la présente invention, on prévoit un automatisme, au niveau du deuxième poste de pompage, afin d'assurer une alimentation de toutes les cellules de filtration-compostage, par permutation circulaire, avec en permanence au moins une cellule au repos durant une semaine. A titre d'exemple, les cellules de filtration-compostage peuvent être réalisées o0 à partir de pieux et de panneaux de clôture en béton, jointoyés, présentant une hauteur d'environ 2 mètres (ce qui ménage une hauteur libre de 1,50 m.) et une largeur maximale de 5 m. afin de permettre un accès pour l'enlèvement des boues. Le soubassement des cellules est constitué d'une bâche en matière plastique sur laquelle sont disposés des drains, afin d'assurer la récupération des effluents traités, dans une couche de cailloux (h = 20 cm environ et granulométrie de l'ordre de 30/80 mm). Cette couche de cailloux est recouverte successivement d'une couche de graviers (h = 10 cm environ) et d'une couche de sable (h = 40 cm, sable lavé exempt de fines). Un traitement biologique du type culture fixée s'opère sur la couche de sable 2o et avec l'effet mécanique de la filtration, il est possible d'obtenir de bonnes performances épuratoires. Les surfaces des cellules de filtration-compostage sont plantées de roseaux (phragmites australis) dont le développement racinaire intense favorise la circulation de l'air et assure un compostage des boues. En fonctionnement normal, la siccité des boues est d'environ 12% et le niveau de voile des boues dans les cellules augmente de 20 à 30 cm par an. Après environ cinq années de fonctionnement, il est nécessaire d'assurer l'extraction des boues accumulées (compost). Après une période de repos de l'ordre de une à deux semaines, le compost est extrait et il est mis en stockage provisoirement, pour séchage, sur une aire avoisinante. Après plusieurs semaines de séchage, il est possible d'obtenir un produit parfaitement stabilisé présentant une siccité supérieure à 30%. Le tableau 1 ci-après donne à titre d'exemple, le dimensionnement des divers éléments de stations d'épuration selon la présente invention, pour différentes tailles d'installation. 2782508 Tableau 1 DONNEES DE BASE Capacité Nominale eH 200 500 1000 1500 2000 Débit journalier m%/j 30 75 150 225 300 DB05 nd Eaux brutes kg/j 12 30 60 90 120 OBJECTIF DE REJET DBO5 ad2 rejet visée mg/i 35 35 35 35 35 (sortie lit bactérien) DEGRILLAGE FIN (type Aquagard 3mm) Production de déchets kg/an 438 1095 2190 3285 4380 POSTE DE POMPAGE RECIRCULATION Débit unitaire M/h | 8,0 20 40 60 80 Nombre de pompe u 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 LIT BACTERIEN Rendement lit %(sur EB 87 87 87 87 87 ad2) Surface développée à prévoir m2 2600 6600 13000 20000 26000 Diamètre m 3,2 4,1 5,1 6,2 6,4 Débit minimum de la pompe de m3/h 8,0 20 40 60 80 recirculation Production de boues non stabilisées kg MES/j 13,4 33,5 66,9 100,4 133,9 POSTE DE ELEVEMENT SECONDAIRE Débit de pompage vers les cellules m3/h 15 38 56 56 56 FILTRATION, RHIZOCOMPOSTAGE Nombre de cellule de rhizocompostage u 3 3 4 6 8 Surface unitaire des cellules m2 30 74 112 112 112 Production de compost m/an 16 40 79 119 159 6 2782508 En ce qui concerne la consommation d'espace, le tableau 2 ci-après indique les surfaces totales devant être mises en oeuvre d'une part dans les techniques antérieures et d'autre part dans une installation selon la présente invention mettant en oeuvre un lit bactérien combiné à des cellules de filtration-rhizocompostage. Dans ce tableau, " GDE " désigne une grille d'égouttage par exemple telle que définie dans Fr-A-2 754 191. Tableau 2 Capacité eH 200 500 1000 1500 2000 Filtres enterrés M2 500 1175 2300 3425 4550 Infiltration PercolationM2 750 1725 3350 4975 6600 Lagunage naturel M2 4500 11250 22500 33750 45000 Lits bactériens + Clarif + GDE + Silo M2 300 750 1500 2250 3000 Boues activées + Clarif + GDE + Silo M2 200 500 1000 1500 2000 Filtres plantés de roseaux deux étages M2 600 1500 3000 4500 6000 Lit bactérien + Filtre rhizocompostage M2 100 350 700 1050 1400 lo L'examen de ce tableau 2 fait clairement ressortir que la technique proposée par l'invention est très peu gourmande en espace, ce qui lui confère un avantage important, par rapport aux autres techniques, notamment par rapport au lagunage et à toutes les techniques dans lesquelles intervient la filtration pour le traitement des effluents. Le tableau 3 permet de comparer les coûts d'investissement des installations selon l'invention, à ceux des installations selon les autres filières de traitement. Les valeurs indiquées dans le tableau 3 correspondent à des coûts relatifs exprimés par rapport au cas de figure le plus onéreux, arbitrairement chiffré à 1 000. 7 2782508 Tableau 3 Capacité 200 eH 500 eH 1000 eH 1500 eH 2000 eH Filtres enterrés 1000 847 Lagunage naturel 840 445 290 245 230 Infiltration Percolation735 460 260 200 185 Lits bactériens + Clarif 795 380 290 245 230 + GDE + Silo Boues activées + Clarif + GDE + Silo 655 410 320 275 260 Filtres plantés de roseaux (2 étages) 550 380 275 245 230 Lit bactérien + Filtre Rhizocompostage 520 320 260 230 215 Les ratios de prix mentionnés ci-dessus sont donnés à titre indicatif, avec un objectif du respect des normes précédemment mentionnées, hormis la technique du lagunage (norme particulière sur échantillons du rejet préalablement filtré). En ce qui concerne la technique par boues activées, il est fait référence à un traitement du type aération prolongée. Pour les installations de capacité inférieure à 500 eH, il n'est pas pris en compte un épaississement dynamique (par exemple " GDE " ou autres techniques similaires). Le tableau 3 fait clairement ressortir que la technique apportée par la présente invention est particulièrement intéressante pour des stations présentant des tailles inférieures ou égales à 1 000 eH. On notera par ailleurs que le prix du terrain n'a pas été pris en considération dans ces évaluations de coûts, ce qui peut s'avérer être un paramètre déterminant dans le choix de la solution qui sera à adopter. A cet égard, la technique selon la présente invention présente des avantages déterminants dans le cas d'un prix de terrain élevé. Le tableau 4 ci-après permet de comparer les coûts d'exploitation de stations d'épuration de différentes capacités selon la présente invention à ceux de stations d'épuration de même capacité selon les techniques antérieures. Le tableau 4 donne les coûts approximatifs d'exploitation par an et par équivalent Habitant (exprimés en ratio par rapport au coût d'exploitation le plus élevé). 8 2782508 Tableau 4 Capacité 200 eH 500 eH 1000 eH 1500 eH 2000 eH Boues activées 1,00 0,70 0,44 0,39 0,34 Lit bactérien + Rhizofiltre 0,66 0,43 0,26 0,22 0,19 Lagunage naturel 0,36 0,20 0,17 0,15 0,14 Infiltration Percolation 0,32 0,23 0,21 0,20 0,19 Filtres plantés de roseaux (2 étages) 0,23 0,16 0,15 0,14 0,13 Lit bactérien + Filtre Rhizocompostage 0,44 0,21 0,17 0,13 0,11 La lecture de la description qui précède fait clairement ressortir que l'invention apporte un procédé et une installation de traitement des effluents dont le dimensionnement optimisé permet de réduire les coûts d'investissement et de fonctionnement, en bénéficiant des avantages de chacun des postes de traitement (lit bactérien et filtres de rhizocompostage) ceci étant particulièrement vrai en ce qui io concerne le second poste dans lequel sont assurés simultanément la filtration des effluents provenant du lit bactérien et le compostage de la phase boues. Le procédé et le dispositif objet de cette invention permettent d'obtenir une boue stabilisée, non fermentescible et commode d'emploi en particulier pour la réalisation de remblais, pour des applications agricoles, etc. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et/ou représentés ici mais qu'ellle en englobe toutes les variantes entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées. 9 2782508 REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'effluents de petites collectivités, c'est-àdire de 200 à 2 000 eH (équivalent habitant) environ, caractérisé en ce qu'il consiste a: - effectuer un traitement biologique de l'effluent à l'aide d'un lit bactérien et, - réaliser une élimination des matières en suspension dans l'effluent ainsi traité et,simultanément,un traitement des boues par filtration-compostage sur des filtres plantés de roseaux. 2 - Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que lesdits filtres sont plantés de Phragmites australis. 3 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte: un lit bactérien comportant au moins un étage recevant l'effluent à traiter et, au moins une cellule de filtration-compostage alimentée à partir du lit bactérien, chacune desdites cellules comportant des couches successives de matériau de remplissage et de sable et leur surface supérieure étant plantée de roseaux, notamment de Phragmites australis. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les dimensions du lit bactérien sont déterminées en fonction des traitements d'élimination de la pollution de l'effluent à effectuer. - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois cellules de filtration-compostage. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 5 caractérisé en ce que la surface maximale unitaire de chacune des cellules de filtration est de l'ordre de 100 à 150 m2. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 5 et 6 caractérisé en ce que la surface des cellules de filtration compostage est d'environ 0,4 à 1 m2 par eH. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce qu'on prévoit en outre un automate afin d'assurer une alimentation des cellules de filtration-compostage, par permutation circulaire. 2782508 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de prétraitement des effluents avant leur passage sur le lit bactérien en vue d'éliminer les déchets. - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit moyen est constitué d'un systeme de dégrillage ayant une dimension de maille de l'ordre de 3 mm. 11 - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit moyen est constitué d'un système de tamisage présentant une dimension de maille de l'ordre de 6 mm. 12 - A titre de produit industriel nouveau, une boue stabilisée, non fermentescible et commode d'emploi caractérisée en ce qu'elle est obtenue par la mise en oeuvre du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, cette boue pouvant être utilisée notamment pour la réalisation de remblais et pour des applications agricoles.