Brevet FR2814163A1 — publié le 20020322

La présente invention a pour objet un procédé de traitement des eaux usées par lagunage, et une installation de lagunage permettant la mise en oeuvre dudit procédé. L'épuration par lagunage traditionnel nécessite une superficie importante de l'ordre de 10 à 12 m2/Equivalents Habitants (EQH). Les performances épuratoires restent inférieures à celles obtenues par les procédés conventionnels types boues activées ou lagunage aéré qui sont plus performants en terme d'abattement de la matière organique. Le lagunage aéré est un système épuratoire compact qui permet d'obtenir un abattement important de la matière organique, supérieur à 80%, mais qui induit des coûts d'exploitation élevés liés aux besoins énergétiques du système. La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients en proposant un procédé de traitement des eaux usées par lagunage, permettant notamment d'atteindre un rendement épuratoire élevé, supérieur à 80% sur la pollution organique, pour une emprise bien inférieure à celle d'un lagunage classique, tout en requerrant moins d'un tiers de l'énergie nécessaire à un lagunage aéré. Le procédé de traitement des eaux usées par lagunage selon l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à réaliser plusieurs lagunages successifs dans des bassins de faible profondeur, et une recirculation du dernier bassin vers le premier. La recirculation des effluents du dernier vers le premier, permet d'ensemencer la tête de filière en une eau oxygénée et riche en algues. Cette recirculation permet également d'améliorer l'hydraulique et le brassage des bassins. La recirculation est le moteur du système, l'injection d'effluents traités dans le lagunage de tête, dope l'ensemble de la filière et améliore la capacité épuratoire. Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, le taux de recirculation du dernier bassin vers le premier est de l'ordre de une à trois fois le débit traversier. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on réalise une répartition entre les différents bassins de l'alimentation en effluents. L'alimentation étagée permet de répartir le travail épuratoire sur l'ensemble des bassins en évitant les surcharges ponctuelles qui pourraient déstabiliser le système. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'alimentation est réalisée avec décroissance du taux d'alimentation du premier vers le dernier bassin. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on réalise une aération contrôlée des effluents. Cette aération est notamment utile pour accélérer le processus lorsque cela est nécessaire, selon des conditions climatiques défavorables ou bien dans le cas d'une augmentation de charge. L'aération est réalisée de façon à maintenir les lagunes en conditions optimales vis à vis des paramètres physico-chimiques, des nuisances olfactives et des conditions météorologiques. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans une installation construite à cet effet, ou bien dans une installation de lagunage naturel existante réhabilitée. Ainsi, dans le premier cas, une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé de lagunage selon l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'elle comprend au moins trois bassins de lagunage de faible profondeur et de faible étendue, fonctionnant en série, aptes à être chacun alimentés en effluents par un répartiteur, et équipés chacun de moyens d'aération susceptibles d'être ou non utilisés, tandis qu'une pompe permet une circulation du dernier bassin vers le premier. L'alimentation en effluents étagée permet d'éviter d'étouffer le système comme cela serait le cas avec une alimentation dite piston où le premier lagunage reçoit 100% des effluents. L'alimentation peut varier selon la saison, c'est-à-dire selon la charge. On peut ainsi réaliser soit une alimentation par équirépartition, chaque bassin étant alimenté de manière identique, soit une alimentation dite intermédiaire où les bassins sont alimentés avec décroissance du taux d'alimentation du premier vers le dernier bassin. L'alimentation par équirépartition favorise un comportement algal de l'ensemble du système ce qui est intéressant vis-à-vis des nuisances olfactives. Toutefois, ce mode d'alimentation oriente le système vers une certaine homogénéité inter-bassins, et une recirculation dans de telles conditions perd son intérêt en injectant dans le premier bassin une eau quasiment identique. L'aspect dopant de la recirculation est donc diminué, ce qui limite les capacités épuratoires du procédé. Par conséquent, afin de ne pas limiter les capacités du procédé et dans une optique de recherche du concept le plus performant, le type d'alimentation étagée dit intermédiaire est celui qui permet d'exploiter au mieux les possibilités du système. Les conditions optimales de fonctionnement sont donc pour une installation comprenant quatre bassins : - 50 à 60% sur le premier bassin, - 20 à 30% sur le deuxième, - 10 à 20% sur le troisième, - et rien sur le quatrième et dernier bassin. De manière avantageuse, pour une telle installation, le taux de recirculation est de préférence égal à une fois le débit traversier. Selon une caractéristique additionnelle de l'installation de traitement des eaux usées par lagunage selon l'invention, les moyens d'aération consistent en des brasseurs aérateurs de surface. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'installation de traitement des eaux usées par lagunage selon l'invention, les bassins de lagunage sont au nombre de quatre. Le lagunage à haut rendement algal présente un ratio emprise/rendement et une fiabilité des performances très intéressants. Il assure un fractionnement des phénomènes épuratoires avec un développement algal et bactérien spécifique dans chacun des bassins. Les systèmes aérateurs sont utilisés en fonction des àcoups de charge et des conditions climatiques, ce qui limite les besoins énergétiques de l'installation. Dans une installation selon l'invention, l'abattement de la pollution organique est supérieur à 85% pour une emprise de 3m2/EOH ce qui en fait un traitement très performant. Les charges surfaciques applicables comprises entre 200 et 250 Kg DBOg/hectares /j ouvrent des perspectives nouvelles en terme d'application. Une installation selon l'invention se suffit donc à elle-même concernant l'abattement de la pollution organique, elle peut ainsi être utilisée comme suit dans le cadre de la construction d'une nouvelle station d'épuration : - en abattement de la pollution organique sur effluents bruts, c'est-à-dire que le procédé selon l'invention constitue un système d'épuration à part entière avec éventuellement en aval des bassins de finition à faible temps de séJour lorsqu'une contrainte d'ordre bactériologique est présente, en abattement de la pollution organique sur effluents prétraités, c'est à dire que le procédé selon l'invention peut s'insérer en aval d'un traitement primaire classique (lagunes profondes..) dont l'objectif est la rétention de la fraction décantable de la pollution. Dans le cas d'une réhabilitation d'installation de lagunage naturel existante, l'installation selon l'invention se caractérise en ce qu'elle comprend d'une part au moins trois bassins de faible profondeur et de grande étendue, et d'autre part une pompe qui permet une circulation du dernier bassin vers le premier. Dans le cas de bassins existants, c'est-à-dire de bassins de grande étendue, il n'est pas nécessaire de recourir à une répartition étagée des effluents, même si cela peut être éventuellement réalisé. Les avantages et les caractéristiques du procédé et de l'installation selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en plan d'une installation de traitement des eaux usées par lagunage selon l'invention. - la figure 2 représente une vue schématique d'une installation de lagunage naturel existante réhabilitée par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'installation 1 de traitement des eaux usées par lagunage selon l'invention est alimentée en amont en eau brute en provenance d'une agglomération. On notera que l'eau brute peut au préalable passer par un poste de pré-traitement consistant en un dégrillage, et/ou un poste de lagunage consistant en une ou plusieurs lagunes profondes. Dans le mode de réalisation représenté, l'installation 1 selon l'invention comprend quatre bassins 10,11, 12 et 13 de surfaces sensiblement identiques et d'une profondeur moyenne de l'ordre de deux mètres. Ces bassins 10,11, 12 et 13 sont construits et sont reliés en sorte que l'eau s'écoule par gravité dans le bassin 11, du bassin 11 dans le bassin 12 et du bassin 12 dans le bassin 13, tandis qu'une pompe 14 autorise une remontée des effluents 13 dans le bassin 10. Par ailleurs, les quatre bassins 10,11, 12 et 13 sont alimentés parallèlement et simultanément par l'intermédiaire d'un répartiteur 15. On notera que le répartiteur 15 est prévu apte à réaliser une répartition non proportionnelle des effluents dans les bassins 10, 11,12 et 13 au gré de l'opérateur en fonction des conditions du milieu, afin de répartir le travail épuratoire et ainsi éviter un engorgement. En outre, chacun des bassins 10,11, 12 et 13 est équipé d'un système d'aération de type connu, constitué d'un brasseur aérateur de surface, apte à être mis en fonction selon la charge des effluents. La remontée des effluents 13 dans le bassin 10 permet d'ensemencer la tête de filière en une eau oxygénée et riche en algues. L'alimentation étagée est de préférence réalisée de la manière suivante : - 50 à 60% sur le bassin 10, - 20 à 30% sur le bassin 11, - 10 à 20% sur le bassin 12, - et rien sur le bassin 13. Ce mode de fonctionnement permet d'obtenir des performances épuratoires élevées tout en favorisant un comportement biologique des bassins défavorable à l'apparition de nuisances olfactives. L'alimentation étagée évite de surcharger un bassin. Le bassin 10 qui reçoit 50 à 60% de la charge sera dopé par la recirculation du bassin 13 vers le bassin 10 et par l'aération. Le bassin 11 qui reçoit de 20 à 30 % de la charge et accepte également celle en provenance du bassin 11 disposera de préférence d'une aération significative en période critique lui permettant de se stabiliser dans des conditions de potentiels redox défavorables à l'apparition d'odeurs. Le bassin 13 ne recevra aucune charge brute de façon à préserver la qualité de la recirculation. En effet, plus les effluents des bassins 10 et 13 sont différents plus la recirculation est efficace. Dans le type de fonctionnement évoqué, l'aération sera préférentiellement dispensée sur les premiers bassins recevant la majeure partie de la charge polluante. En période hivernale, lorsque les conditions sont défavorables une alimentation de ce type est préconisée avec une aération concentrée sur les deux premiers bassins. Ceci permet de faire fonctionner le système au maximum de sa capacité. En période estivale, lorsque le système se trouve en conditions favorables, les modalités d'exploitation pourront évoluer vers un équirépartition des effluents de façon à favoriser un comportement algal des bassins et à supprimer l'aération. Une telle installation permet d'atteindre un rendement épuratoire élevé pour une emprise de l'ordre de 3m2 EQH, qui est bien inférieure à celle d'un lagunage classique, et qui requiert beaucoup moins d'énergie qu'un lagunage aéré. En référence maintenant à la figure 2, on peut voir un exemple d'une réhabilitation d'une installation 2 de lagunage naturel par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'installation existante 2 comporte trois bassins 20, 21 et 22 en série, de grande étendue et de faible profondeur, et elle est dimensionnée pour une charge surfacique comprise entre 80 et 100 Kg DBOs/hectare/j sur le premier bassin. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention consiste à installer une recirculation 23 du bassin 22 vers le bassin 20. La recirculation 23 du bassin 22 vers le bassin 20 permet d'augmenter la charge surfacique sur le premier bassin à 150 Kg DBOs/hectares/j. La capacité nominale de l'installation se trouve alors quasiment doublée. Dans le mode de réalisation représenté, la superficie du bassin 20 étant importante, environ plus du double de chacun des bassins 21 et 22, le taux de recirculation doit être de l'ordre de deux à trois fois le débit traversier. On notera que sur une telle installation, les dispositifs d'aération sont superflus. Par ailleurs, on peut remarquer que l'installation est complétée, en aval des trois bassins 20,21 et 22, par deux bassins de finition 24 et 25, qui sont destinés à l'abattement de la pollution bactériologique. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement des eaux usées par lagunage selon l'invention, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser plusieurs lagunages successifs dans des bassins (10,11, 12,13, ; 20,21, 22) de faible profondeur, et une recirculation du dernier bassin (13 ; 22) vers le premier (10 ; 20). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de recirculation du dernier bassin (13 ; 22) vers le premier (10 ; 20) est de l'ordre de une à trois fois le débit traversier. 3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise une répartition entre les différents bassins (10,11, 12,13) de l'alimentation en effluents. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimentation est réalisée avec décroissance du taux d'alimentation du premier (10) vers le dernier bassin (13). 5) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la répartition de l'alimentation est réalisée au même taux pour chacun des bassins (10,11, 12,13). 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise une aération contrôlée des effluents. 7) Installation pour la mise en oeuvre du procédé de lagunage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois bassins (10,11, 12,13) de lagunage de faible profondeur et de faible étendue, fonctionnant en série, aptes à être chacun alimentés en effluents par un répartiteur (15), et équipés chacun de moyens d'aération susceptibles d'être ou non utilisés, tandis qu'une pompe (14) permet une circulation du dernier bassin (13) vers le premier (10). 8) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens d'aération consistent en des brasseurs aérateurs de surface. 9) Installation selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que les bassins (10, 11, 12, 13) sont au nombre de quatre. 10) Installation pour la mise en oeuvre du procédé de lagunage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part au moins trois bassins (20,21, 22) de faible profondeur et de grande étendue tels que les bassins d'une installation existante de lagunage naturel, et d'autre part une pompe qui permet une circulation du dernier bassin (22) vers le premier (20).