Brevet FR2801805A1 — publié le 20010608

Dispositif d'épuration des eaux usées par filtration percolation. L'invention concerne une installation pour un massif d'épuration des eaux usées par filtration-percolation, notamment sable. L'invention concerne plus particulièrement une installation pour un massif épuratoire des eaux usées comprenant au moins un bassin avec au minimum une couche d'un matériau poreux, intégrant des moyens de dégradation des impuretés contenues dans l'eau à traiter type de massif dans lequel l'eau à traiter est répandue à la surface 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 consister en un passage dans un degrilleur. Ensuite, lors d'un traitement dit "primaire", l'eau est transférée dans une fosse toutes eaux ou un décanteur-digesteur. performances en terme d'épuration massif filtrant reposent notamment sur la durée du séjour de l'eau dans le massif filtrant, durée qui depend notamment de la porosité du massif et qui dépend également de la manière dont est distribué le fluide à sa surface. On connaît, par le document français n 2 755 620 (Jean VOISIN SA), un massif filtrant comprenant un réseau d'alimentation en eaux à traiter qui comporte une canalisation principale depuis laquelle s'étendent des canalisations de distribution dont les extrémités libres forment des orifices de distribution répartis de manière régulière à la surface du bassin. Le fonctionnement ce réseau d'alimentation donne toute satisfaction. En raison des contraintes d'urbanisation et écologiques, le besoin est apparu de réduire l'espace occupé par une telle installation et de réduire les odeurs dégagées qui constituent des nuisances olfactives. L'objet de la présente invention est de fournir un dispositif amélioré permettant le traitement d'eaux usées avec une réduction des émissions d'odeurs gênantes et une réduction de l'espace occupé. Le dispositif, selon l'invention, de type massif filtrant, est destiné à l'épuration d'eaux usées et comprend un moyen pour filtrer les eaux usées, un moyen de couverture amovible, formant barrière anti- odeur, laissant passer au moins en partie le rayonnement solaire à l'intérieur du dispositif, et disposé au dessus du moyen pour filtrer les eaux usées, et un moyen de circulation à travers le moyen pour filtrer les eaux usées. Les bactéries présentes dans le dispositif sont rendues plus actives par l'augmentation de température dûe aux rayons solaires ce qui accroit la capacité de traitement du dit dispositif. Avantageusement, le moyen de couverture comprend une bulle transparente et étanche. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen de couverture est réalisé à base d'aluminium et de polycarbonate. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen de circulation d'air comprend une ouverture d'aspiration située dans une partie supérieure du dispositif. On peut ainsi faire circuler vers le haut de l'air en provenance du moyen pour filtrer les eaux usées, l'air étant chauffé par les rayons solaires sous le moyen de couverture et s'écoulant sans apport d'énergie artificielle par l'ouverture. On crée ainsi une convection naturelle. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'ouverture d'aspiration est équipée d'un filtre, par exemple à charbon actif, pour éliminer les odeurs indésirables. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen de circulation d'air comprend un ventilateur. On peut ainsi faire circuler vers le moyen pour filtrer les eaux usées de l'air en provenance du moyen de couverture. Les odeurs sont alors filtrées par le moyen pour filtrer les eaux usées. La présence d'un filtre dédié aux odeurs est alors facultative. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend, en amont du moyen pour filtrer les eaux usées dans le sens d'écoulement des dites eaux usées, un décanteur-digesteur ou une fosse septique toutes eaux. Avantageusement, le dispositif comprend un moyen d'alimentation en eaux usées sous la forme d'une chasse automatique apte à fonctionner sans énergie ou sous la forme d'un poste d'injection, le choix étant effectué en fonction de la topographie des lieux. De préférence, le moyen pour filtrer les eaux usées comprend une couche inférieure de gravier pour le drainage des effluents et l'aération, une couche intermédiaire de gravier plus fin que celui de la couche inférieure pour l'aération et la nitrification et une couche supérieure de sable pour la fixation des bactéries. La couche inférieure peut être d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,25 m, de préférence entre 0,15 et 0,2 m, par exemple de gravier roulé de calibre l0/20. La couche intermédiaire peut être d'épaisseur comprise entre 0,15 et 0,35 m, de préférence entre 0,2 et 0,3 m, exemple 0,25 m de gravier roulé de calibre 4/6. La couche supérieure peut être d'épaisseur comprise entre 0,3 et 0,45 m, de préférence entre 0,35 et 0,4 m, par exemple de sable de calibre 0,02I6. Les calibres sont exprimés généralement centimètres. Avantageusement, le dispositif comprend un réseau de gaines de ventilation communicant avec un espace situé entre le moyen pour filtrer les eaux usées et le moyen de couverture, le réseau de gaines étant disposé entre la couche intermédiaire et la couche supérieure. L'invention a également pour objet un procédé d'épuration d'eaux usées à travers un massif filtrant dans lequel on filtre les eaux usées tout en les maintenant sous une couverture amovible, formant barrière anti- odeur, et laissant passer au moins en partie le rayonnement solaire à l'intérieur du dispositif et on fait circuler de l'air à travers le moyen pour filtrer les eaux usées. On parvient ainsi à traiter des eaux usées sans apport de produit chimique et dans un volume de massif filtrant réduit de l'ordre de 50%. Dans un mode de réalisation de l'invention, on fait circuler de l'air de bas en haut à travers le moyen pour filtrer les eaux usées, on filtre ensuite ledit air. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on fait entrer de l'air sous la couverture, et on le fait circuler de haut en bas à travers le moyen pour filtrer les eaux usées, qui filtre également ledit air. Le dispositif et le procédé de traitement des eaux usées, selon l'invention, sont bien adaptés à des petites installations dédiées exemple à des hameaux, petits villages ou lotissements, dont les effluents doivent - assainis avec une place réduite et souvent à proximité habitations. Par ailleurs, l'invention permet une meilleure nitrification qui se traduit par une diminution du taux Azoté Kiedal (ammoniaque) présent dans l'eau rejetée en sortie et de passer en dessous du seuil de 10 mg/1 de composants N.K. L'amélioration de la nitrification est obtenue grâce à l'activité accrue des bactéries due à l'élévation de la température dans le massif filtrant grâce à la bulle qui le recouvre qui offre un effet de serre. présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels figure 1 est une vue schématique de dessus d'une installation pour un massif d'épuration, selon l'art antérieur; figure 2 est une vue schématique de dessus d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention; figure 3 est une vue en coupe transversale d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention; et figure 4 est une vue en coupe transversale d'une installation selon un autre mode de réalisation de l'invention. a représenté sur la figure 1, une installation pour un massif d'épuration des eaux usées par filtration-percolation sur sable, cette installation étant destinée à assurer le traitement de finition des eaux au sein d'une station d'épuration. Pour plus de détails, le lecteur est invité à se reporter au document français n 2 755 620. Cette installation 1 se compose de trois bassins 2 rectangulaires qui sont accolés par leurs côtés de plus grande longueur. Chaque bassin 2 contient trois couches superposées de matériau de filtration tel que gravier ou sable. Le lit de filtration ainsi constitué sert fixer des micro organismes 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. Après avoir subi les traitements permettant d'éliminer le maximum de matière en suspension qu'elles contiennent, les eaux usées sont distribuées à la surface des bassins 2 par un réseau d'alimentation 3, à la suite de quoi elles circulent par gravité au travers des couches du matériau de filtration. Les eaux ainsi traitées sont ensuite collectées et évacuées par un réseau d'évacuation 4. La durée de percolation dépend de la charge hydraulique, c'est- dire de la hauteur d'eau qui est alimentée à la surface des bassins 2. Ainsi, pour obtenir un traitement homogène des eaux usées sur toute la surface du bassin, il est nécessaire que la répartition l'eau soit la plus régulière possible, notamment au moment de l'alimentation. 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 du matériau de filtration. Par ailleurs, l'alimentation de chaque bassin de l'installation 1 doit être indépendante car les bassins 2 ne sont pas tous utilisés en même temps. En effet, le métabolisme des micro-organismes qui conduit à la destruction des particules qui polluent l'eau est de type aérobie. Il est nécessaire d'assurer périodiquement une oxygénation de tout le massif filtrant. A cet effet, le bassin est asséché régulièrement, pour des périodes dont la durée est égale la durée pendant laquelle ils sont utilisés pour filtrer les eaux usées. Typiquement, des périodes d'oxygénation d'environ 8 jours succèdent à des périodes d'utilisation de même durée. Chaque bassin 2 comporte une canalisation d'alimentation principale 5 qui s'étend sensiblement au centre de chaque bassin 2 selon la direction de plus grande longueur de celui-ci. Les trois canalisations principales 5 sont alimentées par un tronc commun 6 qui s'étend en-dehors des bassins 2 sensiblement perpendiculairement aux canalisations principales 5, le long des côtés de petite longueur de chacun des bassins 2. Des canalisations de distribution 7 s'étendent transversalement depuis la canalisation principale 5, de part et d'autre de celle-ci. Les canalisations principales 5 et de distribution 7 sont simplement posées sur la couche de matériau de filtration. Les extrémités libres de chacune des canalisations de distribution 7 forment des orifices de distribution 8. Les longueurs de chacune des canalisations de distribution 7 sont sensiblement égales, et la distance qui sépare deux rangées formées par deux canalisations 7 qui s'étendent transversalement vis-à-vis de chaque côté de la canalisation principale 5, est telle que les quatre orifices de distribution 8 de deux rangées forment sensiblement un carré. Une plaque anti-affouillement 9 ajourée est disposée sur la couche de matériau de filtration et sous l'orifice de distribution 8, afin d'éviter que le débit relativement important d'eau lors de l'ennoiement du bassin 2 ne dégrade le lit matériau de filtration. Entre le tronc commun 6 et la canalisation principale 5, est disposée une vanne 10 permettant d'interrompre l'alimentation en eaux usées. A l'autre extrémité de chaque canalisation principale 5, est prévu un robinet de vidange 11 permettant notamment de mettre l'installation hors gel. Dans chaque bassin 2, le réseau d'évacuation 4 comporte deux conduites de drainage 12 qui s'étendent parallèlement à la conduite principale 5, de part et d'autre de celle-ci, chacune sensiblement au dessous des orifices de distribution 8 du réseau d'alimentation 3. Les conduites de drainage 12 sont réalisées sous la forme de tuyaux cylindriques en PVC munis de fentes ouvertes vers le haut. Les conduites de drainage 12 se déversent dans une conduite d'évacuation 13 qui s'étend perpendiculairement aux conduites de drainage et qui court le long des trois bassins 2 de manière qu'elles recueillent l'eau traitée collectée par les conduites de drainage 12 des trois bassins 2. A chaque intersection entre une conduite de drainage 12 et la conduite d'évacuation 13, il est prévu une cheminée d'aération verticale 14 qui s'étend vers le haut en dépassant au-dessus du niveau maximum de remplissage du bassin 2 et qui est munie d'un chapeau d'aération amovible destiné à éviter que l'eau de pluie ne puisse pénétrer dans la cheminée 14. La conduite d'évacuation 13 est agencée du côté opposé au tronc commun d'alimentation 6 par rapport au bassin 2. Comme on peut le voir sur la figure 2, le dispositif comprend une fosse toutes eaux ou un décanteur digesteur 15 qui reçoit directement les eaux usées ayant éventuellement fait l'objet au préalable dégrillage destiné à retenir les éléments solides les plus importants. En sortie de la fosse toutes eaux ou du décanteur digesteur 15, est prévu un élément 16 qui peut etre soit un poste de relèvement du type équipé d'une pompe lorsque la topographie des lieux l'exige, soit un dispositif de chasse automatique sans énergie lorsque l'écoulement peut s'effectuer par gravité. Un tel dispositif de chasse sans énergie est connu par les documents français n s 2 109 et 2 774 110. En aval de l'élément 16, se trouve le tronc commun 6 d'alimentation qui alimente une installation de filtration-percolation 17 recouverte de deux éléments de couverture 18. Bien entendu, le nombre d'éléments de couverture 18 dépend de la dimension de l'installation et sera compris en général entre 1 et 5. Chaque élément de couverture 18 se présente sous la forme d'une bulle, par exemple en aluminium et en polycarbonate, qui forme une barrière étanche pour les odeurs, évite la chute de l'eau de pluie sur le massif filtrant et permet de conserver dans l'espace qu'il couvre une partie de la chaleur due au rayonnement solaire à l'instar d'une serre. On provoque ainsi une élévation de la température du massif filtrant qui accroît l'activité des bactéries qui dégradent les élément organiques et azotés. Un ou plusieurs aspirateurs mécaniques avec traitement des odeurs est prévu au sommet des éléments de couverture. A titre de variante, on pourrait prévoir plusieurs aspirateurs 19 par élément de couverture 18 ou au contraire que certains éléments de couverture 18 soient dépourvus d'aspirateurs 19. Chaque aspirateur est pouvu d'un filtre à charbon actif qui permet une circulation d'air et qui est nécessaire à la vie des bactéries des couches filtrantes, mais évite que des odeurs désagréables ne se répandent à l'extérieur. Le fonctionnement de cette installation sera mieux compris à l'étude de la description de la figure 3. L'installation comprend un bac étanche formé d'une paroi de fond 20, d'une paroi latérale enterrée 21 et d'une paroi latérale supérieure 22, par exemple du type bordure autostable étanche. A côté et à l'extérieur des bordures 22, est disposé un drain 23 de récupération des eaux pluviales afin d'éviter les infiltrations d'eaux pluviales non polluées à l'intérieur de l'installation. Dans le fond du bassin ainsi formé, sont disposées les canalisations 12 décrites en référence à la figure 1, et pourvues de leurs cheminées d'aération 14 qui s'étendent à l'extérieur du bassin proprement dit. Les canalisations 12 sont disposées en contact avec la paroi de fond 20 et recouvertes d'une couche inférieure 24 de gravier de calibre 10/20 d'environ 15 cm d'épaisseur, elle- même recouverte d'une couche intermédiaire 25 de gravier de calibre 4/6 d'environ 25 cm d'épaisseur, elle-même recouverte d'une couche supérieure de sable de calibre 0,02I6 d'environ 40 cm d'épaisseur. Entre la couche intermédiaire 25 et la couche supérieure 26, de préférence affleurant la surface supérieure de la couche intermédiaire 25, sont disposées une pluralité de canalisations horizontales 27 perforées, parallèles canalisations 12 et reliées à des cheminées d'aération 28 qui présentent un orifice supérieur 29 débouchant au-dessus de la couche supérieure 26 Les canalisations 27 servent à faciliter la circulation gazeuse entre les couches inférieure 24 et intermédiaire et le dessus de la couche supérieure 26 qui présente une porosité inférieure à celle des deux autres couches 24, 25 en raison de sa plus faible granulométrie. Au-dessus des bordures étanches 22, sont disposés un ou plusieurs éléments de couverture 18 montés d'un côté des charnières 30 autour desquelles ils peuvent pivoter de façon qu'ils puissent être relevés pour l'entretien de l'installation. L'aspirateur mécanique 19 qui se présente sous la forme d'une portion de tube verticale est disposé sensiblement au sommet de l'élément de couverture 18 et est pourvu d'un filtre 31 du type à charbon actif. Un espace libre 32 est formé entre la couche supérieure 26 et les éléments de couverture 18. Les orifices 29 des cheminées 28 débouchent dans ledit espace 32. L'air ou plus généralement les gaz qui se trouvent dans l'espace 32 sont chauffés par le rayonnement solaire qui traverse l'élément de couverture 18 qui pourra être transparent, ou semi-transparent. Les gaz ainsi chauffés tendent à s'échapper par la cheminée 19 en passant par le filtre 31, ce qui assure l'épuration des mauvaises odeurs. Un appel d'air est ainsi créé, qui provoque une circulation qui est illustrée par les différentes flèches que l'on voit sur la figure 3. Ainsi, de l'air frais entre par les cheminées 14, passe dans les canalisations 12, traverse les couches inférieure 24 et intermédiaire 25, circule dans la couche supérieure 26 et dans les canalisations 27 et les cheminées 28 pour déboucher par leurs orifices 29 dans l'espace 32. Ainsi, dès qu'un échauffement des gaz dans l'espace 32 se produit, une circulation d'air s'enclenche, sans apport d'énergie électrique, qui assure une aération du massif filtrant nécessaire à la vie des bactéries présentes dans la couche supérieure 26 et ce sans dégager de mauvaises odeurs grâce au filtre 31. Le mode de réalisation de la figure 4 est similaire à celui de la figure 3, à ceci près que la circulation des gaz se fait en sens inverse. Un ventilateur électrique 33 est prévu au sommet d'un élément de couverture 18 et remplace l'aspirateur 19. Le ventilateur 33 assure l'introduction d'air en provenance de l'extérieur dans l'espace 32 défini par l'élément de couverture 18 et la couche supérieure 26. L'air descend ensuite dans les canalisations 27 par l'intermédiaire des cheminées 28 et également en partie à travers la couche supérieure 26, puis traverse vers le bas la couche intermédiaire 25 puis la couche inférieure 24, circule dans les canalisations 12, remonte par les cheminées 14 et s'échappe à l'extérieur. Les odeurs indésirables sont ici traitées naturellement en traversant le massif filtrant composé des trois couches 24 à 26. Les gaz issus des cheminées 14 ne présentent donc pas de désagrément particulier. L'élévation de température due à la bulle formée par l'élément de couverture 18, tout en maintenant une aération, favorise considérablement le développement des bactéries tout en améliorant la nitrification à travers la surface de gravier. Pour l'aération, on utilise soit un ventilateur électrique sans filtre, soit un filtre fonctionnant par convection naturelle sans apport d'énergie électrique. Bien entendu, on pourra prévoir un filtre semblable pour un décanteur digesteur disposé en amont et qui est généralement mis en oeuvre pour les installations dont la capacité de traitement est supérieure à 100 équivalents -habitant. Le traitement qui est réalisé ici sur les eaux usées est satisfaisant d'un point de vue écologique, car il s'effectue sans aucun apport de produit chimique et assure une qualité d'eau satisfaisante en sortie de l'installation, notamment en terme de taux de nitrates. Les nuisances olfactives sont supprimées par le traitement que l'on fait subir aux gaz à travers un filtre ou à travers les bancs de gravier et au fait que les éléments de couverture 18 sont étanches. Enfin, la conception de l'installation est compacte et économique grâce à l'activité supplémentaire des bactéries, ce qui permet de réduire la surface de l'installation d'environ 50% et donc de diminuer considérablement la quantité de matériaux devant être mise en oeuvre pour construire une telle installation. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'épuration d'eaux usées de type massif filtrant, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen (24-26) filtrer les eaux usées, un moyen de couverture amovible (18), formant barrière anti- odeur, laissant passer au moins en partie le rayonnement solaire à l'intérieur du dispositif, et disposé au dessus du moyen pour filtrer les eaux usées, et un moyen de circulation d'air à travers le moyen filtrer eaux usées. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par fait que moyen de couverture comprend une bulle transparente. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé le fait le moyen de couverture est réalisé à base d'aluminium et de polycarbonate. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moyen de circulation d'air comprend une ouverture d'aspiration (19) située dans une partie supérieure du dispositif. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'ouverture d'aspiration est équipée d'un filtre (31). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le moyen de circulation comprend un ventilateur (33). 7. Dispositif selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend, en amont du moyen pour filtrer les eaux usées dans le sens d'écoulement desdites eaux usées, un décanteur-digesteur ou une fosse septique toutes eaux. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen d'alimentation en eaux usées sous la forme d'une chasse automatique apte à fonctionner sans énergie ou sous la forme d'un poste d'injection. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moyen pour filtrer les eaux usées comprend une couche inférieure (24) de gravier pour le drainage des effluents et l'aération, une couche intermédiaire (25) de gravier plus fin que celui la couche inférieure pour l'aération et la nitrification une couche supérieure (26) de sable pour la fixation des bactéries. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par fait qu'il comprend un réseau de gaines de ventilation (27) communicant avec l'espace 2) formé sous le moyen de couverture, disposé entre la couche intermédiaire et la couche supérieure.