Brevet FR2837196A1 — publié le 20030919

vehicule (1) 1 2837196 L' invention concerne un procede et une installation pour l'epuration d' effluents domestiques ou agro-industriels par digestion anaerobic et par filtration biologique. La presente invention concerne le domaine des procedes et installations pour l'epuration d' effluents tout particulierement adaptes aux unites de petites tailles, tel que, par exemple, les caves particulieres vinicoles ou autres unites agro-industrielles, tout comme les communautes de l'ordre de 200 a 1000 equivalents habitants, a population permanente, variable ou passagere. Par exemple, la presente invention trouvera son application pour le traitement des eaux usees de villages de vacances, campings, complexes sportifs et de loisirs, aires d'autoroute, etc.... Les procedes dits aerobics vent les plus communement mis en mure pour le traitement de tels effluents. Cependant, ils conduisent a des volumes de boues a traiter qui vent bien plus importants en comparaison a une digestion de type anaerobic. Evidemment les installations pour la mise en muvre d'un procede de traitement aerobic vent elles-memes plus onereuses et plus complexes. Il ntempeche que les traitements anaerobies d' effluents generent la production de bio-gaz charge de composes olfactifs constituent une nuisance pour l'environnement. Aussi, les installations mettant en uvre de tels procedes anaerobic comportent des reacteurs fermes permettant une recuperation du methane produit et sa valorisation energetique. Or, dans le cadre de traitements d' effluents de faible volume tels que ceux resultant d'une unite agro-industrielle de petite taille ou de communautes respectant les proportions indiquees plus haut, une telle valorisation s'avere economiquement non interessante dans la mesure ou la quantite de matiere organique a degrader n'est pas en mesure de fournir suffisamment de gaz justifiant les moyens a mettre en muvre pour sa recuperation. Quelles soient de type aerobic ou anaerobic, les installations actuellement mises en euvre posent, en outre, le probleme de leur integration dans le milieu nature!. 2 2837196 En fin de compte, la presente invention a pour but de proposer un procede de traitement anaerobic qui, applique a des effluents agro-industriels provenant d' unites de petite taille ou encore de type domestique et issus de communautes de l'ordre de 200 a 1000 equivalent-habitants, s'avere d'une particuliere efficacite, non seulement du point de w e du rendement qu'il procure, mais egalement par rapport a la quantite de boue produite, sans compter que les infrastructures correspondent aux installations pour la mise en muvre de ce procede s'averent, elles, d'encombrement reduit, mats, en outre, peuvent s'integrer parfaitement dans le milieu naturel sans risque de nuisance qu'il soit de type olfactif ou visuel. Ainsi, l' invention concerne un procede pour l'epuration d' effluents domestiques ou agro-industriels consistent: en une premiere phase de decantation pour l' elimination des particules inertes et grossieres en w e de leur digestion anaerobic; une seconde phase dtinjection de l' effluent decante sous un lit de boue actif resultant de la croissance bacterienne liee a la degradation anaerobic de la matiere organique soluble contenue dans cet effluent; une troisieme phase de finition consistent en une filtration de type biologique, telle qu'une filtration horizontale et/ou verticale sur au moins un lit de macrophytes, qu'un lagunage, que l'evapotranspiration avec drains; 25. a traiter les emanations de gaz olfactifs resultant au moins de la seconde phase au travers d'un sol filtrant. Quant a l' installation pour la mise en muvre de ce procede elle comporte: au moins un premier decanteur pour la suppression des boues primaires; un reacteur de digestion UASB (pour Upflow Anaerobic Sludge Blanket) comportant des moyens d' injection sous un lit de boue actif et a vitesse ascensionnelle controlee des effluents issus du decanteur; 3 2837196 et un filtre biologique, tel qu'un ou plusieurs fits de macrophytes comportant une zone d'admission et d' evacuation de l' effluent a traiter; le reacteur UASB comportant une couverture biologique, du type sol filtrant pour le traitement des emanations de gaz olfactifs. Selon une particularite de la presente invention, le decanteur peut, lui aussi, comporter une telle couverture biologique. Avantageusement, en cas de plusieurs fits de mocrophytes, cette installation comporte egalement, entre deux fits, un systeme interne de vidange et de remplissage, tel que puisards et pompes, permettant par marnage d'obtenir les conditions d' aeration de milieu necessaires a une epuration poussee. D'autres buts et avantages de la presente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre se rapportant a des exemples de realisation donnes a titre d'exemple indicatif et non limitatif. La comprehension de cette description sera facilitee en se referent au dessin ci-joint dans loquel: - la figure 1 illustre, de maniere schematisee, une installation pour la mise en muvre du procede selon l' invention; - la figure 2 est une vue similaire a la figure 1 illustrant un second mode de realisation de cette installation. - la figure 3 est une representation schematisee d'un filtre vertical plante notamment pour le traitement des boues primaires. - La figure 4 est une representation schematisee de deux filtres horizontaux plantes equipes d'un systeme de vidange et de remplissage permettant une epuration poussee. Ainsi, l' invention concerne un procede et une installation 1 pour l'epuration d' effluents domestiques et/ou agro-industriels. Le procede consiste en une premiere phase de decantation destinee a rendre l' effluent compatible avec la suite de la filiere 4 2837196 de traitement. Cette decantation, preferentiellement en ambiance anaerobic, a pour but d'eliminer les particules inertes et grossieres. Les boues recoltees au travers de cette decantation vent cites les boues primaires. A noter, qu'au cours de cette phase il est egalement retenu une part de la pollution organique qui subit une degradation anaerobic liberant des metabolites qui seront digerees dans les phases suivantes. Justement, dans une seconde phase l' effluent issu de cette decantation est injecte sous un lit de boue actif resultant de la croissance bacterienne liee a la degradation anaerobic de la matiere organique, soluble contenue dans cet effluent. Finalement, dans le cadre d'une troisieme phase, il est procede a une filtration biologique. Celle-ci peut emprunter differentes formes de realisation. A titre d'exemple, il a ete represente dans les figures 1 et 2 du dessin ci-joint un filtre horizontal 16 sous forme d'un lit de macrophytes 15 que vient traverser l' effluent issu de la seconde phase. Dans la figure 4, il est illustre plusieurs de ces filtres horizontaux 16, 16' constitues d'un tel lit de macrophytes que peut traverser l' effluent en vue d'une epuration plus avancee. En fait, cette filtration peut consister, encore, au lagunage de ces effluents, a les faire traverser des taillis a course rotation, ou a leur faire subir une evapotranspiration avec drains sous arbres ou arbustes... I1 convient d' observer que, conformement au procede selon ['invention, les emanations de gaz olfactifs resultant des differentes phases et en particulier de la seconde, voire egalement de la decantation, vent traitees au travers d'une couverture biologique filtrante. Pour en revenir a l' installation permettant la mise en 'uvre de ce procede, elle comporte un decanteur 3 pour l' elimination des boues primaires 4. Ce decanteur 3 peut se presenter sous forme d'une cuve independante comme illustre dans la figure 1 ou associe au reacteur UASB 6. Dans ce cas et comme cela est illustre dans la figure 2, on dispose d'une seule et meme cuve 7 subdivisee en deux s 2837196 compartiments 8, 9 dont l'un definit le decanteur 3 et l'autre ce reacteur UASB 6. A ce propos, celui-ci, recuperant les effluent en provenance du decanteur, est equipe de moyens 1O permettant de prelever cet effluent depuis sa partie superieure pour l'injecter sous un lit de boue active 2 permettant la degradation de la matiere organique. Les bases de dimensionnement de ce reacteur 6 vent calculees, selon le cas, partant de la charge lorsque celle-ci est importante, par exemple dans le cas d' effluents agroalimentaires, soit a partir des temps de sejours dans le cas d' effluents faiblement charges, tels que des effluents urbains. Par ailleurs, auxdits moyens d' injection 10, lesquels comportent en fond de reacteur plusieurs rampes d' injection raccordees a une conduite d'alimentation 12 prelevant l' effluent en partie superieure, il est associe des moyens de contr81e du flux d' effluent injecte dans le but de maintenir le lit de boue 2 en expansion, tenant compte qu'il est recherche une vitesse ascensionnelle habituellement comprise entre 0,5 et 0,9 m/in. Pour le dimensionnement de ce reacteur UASB 6, il est tenu compte en cas d' effluent fortement charge de 4 a 12 kg de DCO/m3 de reacteur et un temps de sejour de 6 a 18 heures en effluent peu charge. La cuve 7 definissant, selon le cas, soit exclusivement le reacteur UASB 6, soit, en combinaison, ce dernier et le decanteur 3, se presente avantageusement sous forme d'une fosse enterree. Par ailleurs, s'agissant de traitement en anaerobiose, il est pre w, selon ['invention, de traiter les emanations de gaz olfactifs au travers d'une couverture biologique filtrante surmontant ladite cuve 7. Cette couverture est definie sous forme d'un sol filtrant permettant de bloquer et oxyder les composes a ltorigine d'une nuisance olfactive. Preferentiellement, ce sol filtrant est constitue a base de tourbe, de composes de fer et de vegetaux plantes 14. Cependant, d'autres materiaux inertes ou biologiques peuvent etre utilises, tels que le compost, des dechets vegetaux, des matieres plastiques... A noter, encore, que cette couverture biologique 13 peut reposer sur une structure flottante ou fixe en 6 2837196 fonction de la taille et de la forme de l'ouvrage, en l' occurrence de la cuve 7. En outre, elle peut s'etendre largement au-dessus de cette cuve 7 de maniere a procurer un volume d'echange suffisant pour le traitement des emanations de gaz olfactives. Comme indique plus haut, les effluents en sortie du reacteur UASB 6 subissent une phase de filtration biologique. Preferentiellement mais non de maniere limitative, cette filtration intervient sur au moins filtre horizontal 16 sous forme d'un lit de macrophytes 15. Dans la mesure ou cette filtration est a flux horizontal, le filtre 16 correspondent a l' installation 1 comporte une zone d' admission 17 de l' effluent et une autre d' evacuation 18, ces zones 17, 18 etant constituees en blocs rocheux grossiers. Entre ces derrieres le filtre 16 comporte une masse filtrante realisee en graviers de petite et moyenne dimension constituent, par consequent, le lit 15. Celui-ci peut etre alimente par intermittence en effluent sortant du reacteur UASB 6. pour une meilleure efficacite, il peut encore etre associe a ce filtre 16 des moyens de recirculation 19 permettant de prelever une partie de lt effluent en sortie du filtre 16, done provenant de la zone d' evacuation 18, pour la reinjecter au niveau de la zone d' admission 17. On remarquera que pour une epuration plus poussee, cette filtration peut etre assuree au travers plusieurs de ces filtres horizontaux plantes 16, 16'. L' installation peut alors etre pourvue d'un systeme interne de vidange et de remplissage 16'', tel que puisards et pompes, permettant par marnage d'obtenir les conditions d' aeration de milieu necessaires a une epuration poussee. Les vegetaux preferentiellement plantes sur les sols filtrants vent des vegetaux de zones humides dont on a d' ores et deja pu experimenter leur efficacite en matiere d'oxydation des composes olfactifs d'un gaz biologique provenant d'une digestion anaerobic. Le procede selon l' invention se termine par une phase de traitement des boues primaires 4 extraites de la decantation et des boues secondaires du reacteur UASB 6. Celle-ci consiste en une 7 2837196 filtration sur un filtre vertical plante 20, plus particulierement represente dans la figure 3. Celui-ci pourra egalement recevoir les produits de faucardages broyes, ainsi que ceux du ou des fits de macrophytes 15. Le developpement d'une faune et d'une flore detritivore permet la formation d'un compost valorisable. Finalement, ce filtre vertical 20 realise en gravier, est pourvu d'un drain de recuperation des eaux 21 lesquelles seront recyclees dans le cadre de la filtration sur le lit de macrophytes 15. Dans le cadre d'epuration d' effluents provenant d'activites agro-industrielles en zone urbaine ou peri-urbaine, il peut etre envisage de ne faire subir a ces effluents que les deux premieres phases de traitement anaerobic, c'est a dire la phase de decantation 1S et de digestion sur lit de boue active, de maniere a les rendre compatibles avec les systemes d'assainissement urbains. Finalement, lton constate que le procede selon l' invention et l' installation pour sa mise en muvre permettent la valorisation des eaux et des composts resultant des effluents traites, ainsi qu'une integration paysagere valorisante pour le maltre d'ouvrage. De plus, etant donne la faible demande en energie, l'alimentation electromecanique pourra etre assuree grace a la mise en muvre d'energie renouvelable permettant l' installation dans des ecarts et des economies significatives. Bien que l' invention ait ete decrite a propos d'une forme de realisation particuliere, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitee et qu'on peut y apporter diverges modifications de formes, de materiaux et de combinaisons de ces divers elements sans pour cela s'eloigner du cadre et de ['esprit de l' invention. 8 2837196 Revendications 1. Procede pour l'epuration d' effluents domestiques ou agro industriels consistent: - en une premiere phase de decantation pour ['elimination des particules inertes et grossieres en vue de leur digestion anaerobic; - une seconde phase d' injection de l' effluent decante sous un lit de boue actif (2) resultant de la croissance bacterienne liee a la degradation anaerobic de la matiere organique contenue dans cet effluent; - une troisieme phase de finition consistent en une filtration de type biologique, telle qu'une filtration horizontale et/ou verticale sur au moins un lit de macrophytes (15), qutun lagunage, que l'evapotranspiration avec drains; - a traiter les emanations de gaz olfactifs resultant au moins de la seconde phase au travers d'un sol filtrant. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que l'on traite les emanations de gaz olfactifs resultant de la phase de decantation au travers d'un sol filtrant (13). 3. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que l' on procede a une recirculation des effluents au cours de la filtration biologique. 4. Installation pour la mise en muvre du procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise par le fait qu'elle comporte: - au moins un premier decanteur (3) pour la suppression des boues primaires (4); - un reacteur de digestion UASB (6) recuperant les effluent en provenance du decanteur (3) et comportant des moyens d' injection (10) permettant de prelever cet effluent depuis sa partie superieure pour l'injecter sous un lit de boue actif (2) et a vitesse ascensionnelle controlee; - et un filtre biologique (16), tel qu'un au moins un filtre horizontal (16,16') sous forme d'un lit de macrophytes (15), 9 2837196 comportant une zone d' admission (17) et d' evacuation (18) de l' effluent a traiter; - le reacteur UASB (6) comportant une couverture biologique, du type sol filtrant (13) pour le traitement des emanations de gaz olfactifs. 5. Installation selon la revendication 4, caracterisee par le fait que le decanteur (3) comporte une couverture biologique du type sol filtrant. 6. Installation selon la revendication 4 ou 5, caracterisee par le fait que le reacteur UASB (6) se presente sous forme d'une fosse enterree surmontee de la couverture biologique filtrante (13) definie par un sol filtrant reposant sur une structure flottante ou fixe. 7. Installation selon l'une des revendications 4 a 6, caracterisee par le fait que le decanteur (3) et le reacteur UASB (6) vent definis par une senle et meme cuve (7) subdivisee en deux compartiments (8, 9). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 a 7, caracterisee par le fait que le filtre biologique (15) est constitue par un lit de filtration a flux horizontal comportant une masse filtrante realisee en graviers de petite et moyenne dimensions, tandis que les zones d'admission (17) et d' evacuation (18) de l' effluent vent constituees de blocs rocheux grossiers. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee par le fait qu'elle comporte des moyens de recirculation (19) en vue de prelever au niveau de la zone d' evacuation (18) une partie au moins de l' effluent pour la reinjecter au niveau de la zone d'admission (17). 10. Installation selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise par le fait que le filtre biologique est constitue d'au moins deux filtres horizontaux plantes (16, 16'), tels que des fits de mocrophytes (15), equipes d'un systeme interne de vidange et de remplissage (16'') en vue d'obtenir, par marnage, les conditions d' aeration de milieu necessaires a une epuration