Brevet FR2828878A1 — publié le 20030228

DESCRIPTION DISPOSITIF D'EPURATION DES EAUX USEES, MOBILE. COMPRENANT UN DECANTEUR HELICOIDAL COUPLE A UN REACTEUR A BIOMASSE FIXEE. L'invention concerne l'association d'un double dispositif de traitement primaire et de traitement secondaire, intensifs, faiblement consommateurs d'énergie, nécessitant très peu de maintenance. Un dispositif de décantation et un dispositif de traitement par biomasse fixée ; Fig 1. L'ensemble est de volume réduit, monté en série et présente l'avantage d'être mobile et modulable. Il peut, par exemple être disposé : en parallèle dans une station urbaine existante surchargée en période estivale, dans un camping, une petite collectivité, une tannerie, une brasserie, une distillerie, une industrie agroalimentaire. Ce dispositif permet d'épurer des eaux polluées par une charge essentiellement d'origine organique : eaux usées d'origine urbaine ou agroalimentaire. Selon la nature et la charge de l'effluent, un pré-traitement de dégrillage et de dégraissage est mis en place en amont du dispositif. L'ensemble du système fonctionne en continu ou en discontinu selon les besoins. Il n'est pas sensible aux brusques variations de débit. Le premier dispositif de traitement primaire Fig 2, met en oeuvre un procédé original de décantation. L'état antérieur de la technique, met en oeuvre un processus statique qui permet une accélération de la séparation des matières en suspension, essentiellement par des effets de pentes, tubes ou lamelles juxtaposés qui permettent augmenter la charge superficielle. Dans le modèle proposé, l'innovation réside dans la combinaison d'un dispositif mobile et d'un dispositif fixe qui potentialise les effets de séparation. L'intérêt principal étant que les pâles mobiles offrent une large surface de séparation, inclinée à +ou-50 , et que les cônes inversés fixes, avec des pentes identiques +ou-50 , s'opposent aux courants de convexion qui perturbent la décantation. La séparation particulaire s'effectue successivement dans un flux gravitaire de circulation, puis l'affinage est obtenu dans une circulation ascendante à contre courant. Cette unité de décantation accélérée, consiste en une cuve cylindro-conique (1), reposant sur un chassis, munie ou non d'un couvercle. En partie haute, deux cylindres verticaux coaxiaux, le cylindre interne ou chambre centrale. Elle est munie : - D'un système rotatif, à axe vertical, à double filet hélicoïdal (2), il augmente la surface de séparation et fait progresser les boues en fond de cuve. - De deux structures fixes en cônes inversés, soudées sur la paroi interne de la chambre, (3), elles s'opposent efficacement aux courants de convexion tout en favorisant la déstabilisation des boues. Les volumes des cuves peuvent varier selon les débits d'alimentation de 8 à 12 m3 pour des modèles montées sur plate-forme, la même conception peut s'appliquer à un volume supérieur pour une installation fixe sur site. L'alimentation en eau brute s'effectue par pompe, les eaux sont relevées, en partie haute, à l'intérieur de la chambre centrale, munie du système rotatif de déstabilisation par doubles pâles hélicoïdales. Ce système accélère le processus de décantation en favorisant l'agglomération des matières particulaires et colloïdales, il augmente ainsi leur densité apparente. La rotation de l'axe de l'hélice centrale est assurée par un moto variateur (4) : vitesse de rotation de l'ordre de 1 à 2 tours/minute. En fond, un cône inversé (5) concentre les boues particulaires. Un système de racleurs mécanique (6) est monté sur l'axe central. Selon les modèles et selon le volume à extraire, une électrovanne ou une vis d'extraction élimine ces boues en continu, ou en discontinu, vers un lit de sable ou un silo à boues. Pour certains types d'effluents caractérisés par des boues très fines de faible densité, (boues issues d'effluent de tannerie, par exemple. ) une partie des boues peut être recyclée pour augmenter les performances. Dans ce cas, en sortie de cône, la reprise est effectuée par une pompe à vis excentrée qui renvoie ces boues sur l'alimentation en eau brute à l'entrée de la chambre centrale. L'eau décantée remonte à contre courant, au 2/3 inférieur, le long des parois externes de la chambre centrale et s'évacue en partie haute par une série d'orifices répartis sur la circonférence, dans une couronne externe de la cuve, puis par un déversoir périphérique. Le temps de passage de l'eau dans cette cuve est de l'ordre de 15 à 20 minutes. L'abattement des matières en suspensions : M. E. S. est de l'ordre de 70%. Par comparaison, à résultat égal, une décantation statique, nécessiterait un temps de passage de l'ordre de 2 heures. L'eau décantée s'évacue en gravitaire, selon les cas, soit elle alimente directement le réacteur à biomasse fixée, soit elle est reprise par une pompe de recirculation dans une bâche de reprise. Le deuxième dispositif, voir Fig 3 met en oeuvre un traitement secondaire, un réacteur à culture fixée, de type lit bactérien à remplissage ordonné, présentant l'avantage d'une capacité de traitement élevée sans nécessiter d'apport d'énergie puisque l'aération est naturelle. Emprise de surface au sol minimale, facilité de mise en place, évolution possible des capacités du réacteur par augmentation du garnissage. Ce réacteur fonctionne à haute charge et très haute charge surfacique, la D. B. 05 en entrée pouvant atteindre 30glm2/jour à SOg/mrVjour, ceci en appliquant une charge hydraulique suffisante pour assurer l'autocurage du garnissage. Le rendement obtenu est de l'ordre de 55% sur la charge biologique. Selon le niveau de performance à atteindre, il est prévu un recyclage de 1 à 1,5 fois d'une partie de l'eau traitée. Le réacteur, consiste en une tour d'ossature métallique (7), châssis inox @ reposant sur quatre pieds, avec un bardage intérieur au châssis étanche : plaques plastiques, tôles PVC, ou autre matériau d'étanchéité. La partie basse est complétée par une jupe intérieure, tronconique, en polyéthylène (8). Cette forme d'entonnoir guide et renvoie les eaux de ruissellement dans un bassin de réception situé sous l'ouvrage. L'air circule de bas en haut par tirage naturel. Le garnissage ne touche pas les parois externes d'étanchéité. L'état antérieur de la technique, met en oeuvre des garnissages ordonnés solides que l'on met en place par empilement, sur des poutres de support. Ces éléments rigides ne sont pas susceptibles de modifier leur structure pour laisser passer des flocs de boues de volumes variables, on observe que ces structures empilées peuvent subir des colmatages. Au coeur de l'ouvrage, elles ne sont pas aisément accessibles pour un nettoyage au jet. L'inconvénient à moyen terme est un fonctionnement partiel du lit bactérien. L'originalité de la structure interne utilisée dans le dispositif que nous décrivons, consiste en un garnissage en tentures (9), relief à demi-bulles cratérisées, résistant, souple, modulable. Il est caractérisé par une grande surface spécifique et une bonne rétention hydraulique après ensemencement. Ce type de garnissage évite l'empilement et ne demande par des supports particuliers, il ne peut pas faire obstacle au passage de l'eau et de l'air et ne crée pas de chemins préférentiels. Il est composé d'un réseau de larges bandes souples en polyéthylène, à demi-bulles, disposées comme des tentures, sur une hauteur d'au moins 3 mètres, et d'une largeur de 1 mètre. Ces tentures, sont fixées en série, au cadre supérieur du réacteur par des tiges inox @ de 8 mm de diamètre environ, incluses dans un ourlet soudé, elles reposent sur un quadrillage métallique crénelé selon l'espacement désiré. Les tentures sont espacées de 1 à 2 cm environ et restent libres de mouvement en partie basse. A la partie inférieure, une tige métallique comprise dans une soudure, les rigidifie et les maintient en tension par un effet de lest. Le volume garni représente un parallélépipède de section carré ou rectangulaire, sur une hauteur minimum de 3 mètres. L'ossature supérieure est quadrillée en fonction d'un espacement correspondant à la largeur des tentures. La section totale est subdivisée en plusieurs unités de section carré comprenant chacune un minimum de 48 tentures. La structure à demi-bulles cratérisées, permet un relief uniformément disposé offrant une grande surface spécifique pour l'accrochage de la biomasse. D'autre part, cette unité fonctionnant à forte charge, les boues biologiques engendrées par la croissance bactérienne sont abondantes et se décrochent spontanément en fonction du vieillissement naturel des flocs, leur chute est favorisée par la souplesse des feuilles tendues, qui s'écartent aisément et supprimant ainsi les risques de colmatage. Ces boues sont d'une excellente décantabilité. ( vitesse ascensionnelle de l'ordre de 1, 5m/h) L'entretien du garnissage est aisé, généralement la charge hydraulique suffit à l'autocurage. Dans l'hypothèse d'un encombrement ponctuel, lié à une distribution déséquilibrée, une simple augmentation du débit d'alimentation permet de nettoyer rapidement toutes les surfaces ensemencées. Le dispositif d'aspersion est fixe (10), de conception simple et rustique. Alimentation centrale et dispersion du flux par plusieurs branches de façon à assurer une équi-répartition du débit sur le garnissage. Les orifices sont munis de plaques d'étalement pour assurer une meilleure répartition. L'extrémité des bras de distribution sont munis d'un bouchon démontable pour un nettoyage aisé en cas d'obstruction. Il est possible de mettre en place un tourniquet, si l'alimentation en eau est assurée par une pompe. Dans ce cas, l'eau arrivant du décanteur accéléré est recueillie dans une bâche de reprise en communication directe avec le bac de réception du réacteur biologique, cette même bâche reprendra une partie de l'eau traitée qui sera recyclée. La charge nominale n'entraîne pas le lavage des feuilles. Sur feuilles ensemencées après 10 jours, les essais de rétention hydraulique montrent les capacités suivantes : La rétention statique Bs = 1,96% La rétention dynamique Bd = 2,29% La rétention totale Bt = 4,25% L'Oxygénation de l'eau à traiter est optimisée par la mise en place d'un venturi à air, placé sur l'aspiration de la pompe de recyclage, ou sur la pompe d'alimentation. En partie basse du réacteur, un cuvelage (11) à plusieurs pentes > à 3%, permet l'évacuation gravitaire des eaux traités et des boues en excès vers un décanteur lamellaire classique, vitesse de Hazen inférieure à 2,5 m/h. REVENDICATIONS 1) Double dispositif de traitement d'eaux usées d'origine organique, caractérisé en ce qu'il consiste en : une cuve cylindro-conique de décantation accélérée et un réacteur à culture fixée de type lit bactérien forte charge, ladite cuve et ledit réacteur étant montés en série. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décanteur accéléré présente une chambre centrale munie d'un système rotatif vertical à double filet hélicoïdal monté sur un axe central et d'un système fixe en cônes inversés, soudé sur la paroi interne de la chambre qui s'oppose aux courants de convexion. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'axe de l'hélice est mis en rotation par un moto-variateur. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réacteur à culture fixée de type lit bactérien forte charge, comporte un garnissage interne original, tel que des tentures de polyéthylène présentant un relief à demi-bulles cratérisées, résistant, souple, modulable, ce type de garnissage présentant les caractéristiques d'une grande surface spécifique d'accrochage du film bactérien et d'une bonne rétention hydraulique après ensemencement. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tentures sont suspendues en série, espacées de 2 cm environ, sur un quadrilage métallique crénelé, à une hauteur d'au moins 3 mètres, par des tiges en inox @ incluses dans un ourlet soudé en partie haute, l'ossature supérieure étant quadrillée en fonction d'un espacement correspondant à la largeur des tentures. 6) Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les tentures sont tendues par une tige servant de raidisseur, incluse dans une soudure en partie inférieure et servant également de lest. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'oxygénation de l'eau est optimisée par la mise en place d'un venturi à air placé sur l'aspiration de la pompe d'alimentation ou sur la pompe de recyclage