Brevet FR2848178A1 — publié le 20040611

La présente invention concerne un système embarqué de traitement des eaux usées produites à bord d'un bateau fluvial ainsi qu'un bateau fluvial comprenant un tel système. Par " eaux usées ", on entend dans le cadre de la présente 5 invention d'une part, les eaux de lavage et de cuisine, appelées ci-après les eaux grises, et d'autre part, les eaux fécales, appelées ci-après les eaux noires. En raison de la compacité des bateaux fluviaux, et notamment des bateaux de plaisance fluviaux, les eaux usées 10 produites à bord de ces bateaux sont très souvent rejetées en l'état dans l'environnement, parfois après broyage pour les eaux noires, (même si parfois la législation de certains pays européens ne le permet pas). En effet, certains bateaux de plaisance sont équipés d'un réservoir ou de cuves de rétention permettant la 15 collecte des eaux usées et leur évacuation vers un réseau d'assainissement public à terre. Cependant, puisque l'infrastructure nécessaire n'existe pas encore de façon généralisée, il y a même dans ce cas un rejet possible dans la nature, ne serait-ce que par débordement de la cuve de rétention. 20 En général, la capacité de stockage d'une telle cuve correspond à la production d'eaux usées de deux à trois journées de navigation. Au-delà, à défaut de vidange par pompage, l'excédent d'eaux usées produites est automatiquement évacué par trop-plein vers le milieu naturel, à savoir un fleuve ou un canal. Le but de l'invention est de concevoir un système embarqué de traitement des eaux usées qui permette de rendre les bateaux de plaisance fluviaux moins polluants, respectueux de l'environnement donc écologiquement plus propres. En effet, sur les bateaux fluviaux, une équipe de dix à douze 30 personnes produit environ 700 litres d'eaux usées par jour, dont environ 600 litres d'aux grises et environ 100 litres d'eaux noires. Cette quantité relativement faible et le faible volume disponible pour le stockage des eaux usées, qui oblige à un traitement rapide, ne permettent pas l'utilisation d'une technique 35 traditionnelle de traitement (station d'épuration domestique). Le but de l'invention est atteint avec un système embarqué de traitement d'eaux usées produites à bord d'un bateau fluvial, comprenant une cuve de rétention des eaux usées, des moyens de broyage pour des déchets non liquides contenus dans ces eaux et un dispositif d'évacuation des eaux traitées vers l'extérieur. Conformément à l'invention, le système embarqué cornprenden outre des moyens d'ultrafiltration et de traitement bactériologique. Le traitement des eaux usées se fait par plusieurs étapes 10 dont chacune est matérialisée par le passage des eaux usées dans un ou plusieurs bacs ou compartiments ou cuves, selon le mode de réalisation choisi. En effet, l'espace disponible pour la mise en place d'un système de traitement d'eaux usées à bord d'un bateau fluvial 15 n'est non seulement réduit, exprimé en litres, et n'est souvent pas disponible d'un seul tenant. En conséquence, il faut implanter le système de traitement d'eaux usées selon l'invention, soit dans un espace unique ayant un volume très faible, soit dans un espace composé d'une pluralité d'espaces partiels. Il en découle pour la 20 réalisation du système d'eaux usées selon l'invention essentiellement deux modes de réalisation. Selon le premier, les eaux usées circulent dans un circuit en boucle dans lequel les eaux usées passent et repassent un certain nombre de fois par le ou les mêmes compartiments ou cuves 25 avant d'être évacuées vers l'extérieur. Selon le second mode de réalisation, le système de traitement d'eaux usées est un système en ligne selon lequel les différentes étapes du traitement se suivent à partir d'un premier compartiment par lequel elles accèdent au système de traitement, 30 jusqu'à un dernier compartiment à partir duquel elles sont évacuées vers l'extérieur sous la forme d'eaux traitées. Quelque soit le mode de réalisation choisi, le système de traitement d'eaux usées selon l'invention présente pour le moins les avantages suivants - l'activité bactériologique est continue pendant la totalité des opérations de traitement; - l'apport bactériologique externe est opéré au maximum une fois toute les deux semaines; - la maintenance s'effectue au maximum une fois par an (vidange des boues, changements des filtres); l'alimentation électrique du système est sous 24 Vdc et l'intensité de courant est réduite au maximum; - les caractéristiques des rejets après traitement sont - DBO5(demande biologique en oxygène à 5 jours): inférieur à mg/I - MES (matières en suspension): inférieur à 30 mg/1. Le choix de l'un ou de l'autre des deux modes de réalisation ou de l'une ou de l'autre des variantes possibles de ces modes de 15 réalisation se fait en fonction des contraintes spécifiques d'un bateau donné. Il est indépendant de la quantité d'eaux usées à traiter. L'un comme l'autre des deux modes de réalisation peut être choisi pour la quantité d'eaux usées journalière indiquée plus haut (700 litres) ou pour une quantité moindre, par exemple de 20 l'ordre de 300 litres pour un équipage d'environ cinq personnes. En conséquence, le système embarqué d'eaux usées selon la présente invention peut également avoir l'une ou l'autre des caractéristiques ciaprès, considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: * Les moyens de traitement bactériologique comprennent des moyens d'adjonction de bactéries spécifiques, des moyens d'aération et un bloc de membranes d'ultrafiltration; * le bloc de membranes d'ultrafiltration est calibré à 0,50 pm (à ce niveau seul est opéré le passage " moléculaire " de l'eau 30 sans MES); * lorsque le système de traitement d'eaux usées est agencé comme un circuit en boucle, les moyens de broyage sont constitués par une pompe de broyage et de circulation mettant les eaux usées en circulation forcée, l'apport bactériologique 35 ponctuel est externe (environ 1 fois toutes les deux semaines), l'aération nécessaire à l'activité bactériologique s'effectue au moyen d'un compresseur; celui-ci fonctionne avantageusement en cycles séquentiels; et les moyens d'ultrafiltration sont disposés de façon que les eaux usées circulent 5 tangentiellement sur le bloc de membranes et que les eaux passées par les membranes puissent être évacuées directement vers l'extérieur; l lorsque le système de traitement d'eaux usées est agencé comme un circuit en ligne, il comprend au moins autant de 10 compartiments que d'étapes de traitement; en effet, les contraintes d'espace peuvent être telles que les étapes doivent être, au moins partiellement, divisées en deux ou plus, lorsqu'il se révèle plus facile, dans une application donnée, de placer deux ou plusieurs petites cuves au lieu d'une grande pour une 15 ou plusieurs étapes du traitement; * dans un circuit en ligne, chacun des compartiments comprend au moins une cuve ou un réservoir, ces cuves ou réservoirs étant disposés soit les uns adjacents aux autres de manière que deux compartiments successifs sont séparés par une paroi 20 commune, cet agencement pouvant être fait le long d'une ligne rectiligne ou d'une ligne curviligne; soit à des emplacements distincts pour chaque cuve ou réservoir, de manière que deux compartiments successifs sont reliés entre eux par un conduit rectiligne ou curviligne selon la disposition et l'espacement 25 particulier de l'installation d'un bateau donné; lorsque les compartiments sont reliés par des conduits, ces derniers sont avantageusement réalisés en un matériau souple * en fonction de l'espace disponible, chacun des compartiments assurant le traitement des eaux usées et selon l'étape 30 correspondante, peut être constitué par un ou plusieurs réservoirs ou cuves; * le nombre de cuves ou réservoirs attribué à chacune des étapes du traitement des eaux usées peut varier d'un compartiment à l'autre, les cuves ou réservoirs correspondants de chaque compartiment étant alors reliées parallèlement à la ou les cuves ou réservoirs du compartiment suivant; dans le cas d'un traitement des eaux usées en cinq étapes, le système selon l'invention comprend cinq compartiments dont le 5 premier est un compartiment d'attente servant comme cuve tampon, avantageusement constitué par la cuve de rétention, ce compartiment étant destiné à recevoir les eaux usées (eaux noires après broyage et eaux grises) qui subissent la première étape du traitement biologique: apport bactériologique externe 10 ponctuel et aération/oxygénation (par arrivée d'air en légère surpression) pour la prolifération des bactéries; cette cuve est équipée d'un filtre anti-odeur; le deuxième compartiment est alors destiné à une filtration grossière et à un dégraissage des eaux usées au travers de 15 filtres: un panier dont le maillage n'est pas supérieur à 1,5 mm et un filtre oblique dont le maillage de la grille n'excède pas 500jtm) ; une soufflerie d'air en légère surpression est effectuée en partie basse du compartiment et assure le maintient de l'activité bactériologique et le brassage des MES 20 vers le deuxième filtre; ce compartiment est équipé d'un filtre anti-odeur; le colmatage des grilles de filtration est évité par un nettoyage automatique commandé par sondes de niveau; une électrovanne commandée par un coffret de régulation recevant les informations des sondes de niveau déclenche, en 25 cas d'indication de niveau haut, l'arrosage en légère surpression des grilles des filtration et, le cas échéant, de l'orifice permettant la surverse des eaux vers la cuve suivante; le troisième compartiment comporte un ou plusieurs filtres biologiques pour effectuer l'étape suivante de traitement 30 bactériologique; ce(s) filtre(s) à bactéries fixées retenant les déchets organiques en suspension pour dégradation se présente(nt) sous la forme de cuves d'un maillage de 900ptm et 300 pm; le quatrième compartiment comprend des moyens de filtration fine au travers d'un lit bactérien alvéolé permettant la fixation des micro-organismes générés à l'étape précédente; le cinquième et dernier compartiment comprend une cuve 5 permettant le stockage des eaux traitées et, en externe, des moyens permettant une dernière filtration mécanique fine avant rejet, lesquels comprennent un filtre à poche calibré à 100 pm et un filtre à cartouche calibré à 20 pm; le dernier compartiment comprend également des sondes de niveau 10 moyennant lesquelles est déclenchée une pompe de reprise des eaux traitées pour rejeter les eaux traitées vers l'extérieur; avant leur rejet vers l'extérieur, les eaux traitées peuvent passer des filtres pour une dernière filtration; * les compartiments sont disposés et reliés entre eux de façon à 15 mettre les eaux usées en circulation gravitaire du premier compartiment vers le dernier compartiment; * le système de traitement des eaux usées comprend une sonde de niveau de remplissage du dernier compartiment destinée à commander les moyens d'évacuation des eaux traitées; L'invention concerne également un bateau fluvial comprenant un système embarqué de traitement des eaux usées décrit ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de deux modes de réalisation, 25 description faite en référence aux dessins dont la figure 1 représente un agencement en boucle du système selon l'invention, les figures 2A et 2B représentent respectivement en coupe et en vue de dessus un agencement en ligne du système selon 30 l'invention, et la figure 3 représente une variante de l'agencement selon la figure 2. Selon la figure 1, qui représente un premier mode de réalisation du système embarqué de traitement d'eaux usées 35 selon l'invention, ce système comprend une cuve de rétention 1 d'une capacité de l'ordre de 250 litres, une pompe 6 ayant la fonction double de pompe de broyage et de circulation, et un dispositif d'ultrafiltration 8 muni d'une sortie de filtrat 7. La cuve 1, la pompe 6 et le dispositif de filtration 8 sont reliés en boucle. 5 Les eaux usées sont introduites dans la cuve de rétention 1 par des moyens représentés schématiquement par la flèche 9 tels un conduit collecteur sur lequel sont branchés les différents conduits d'amenée d'eaux usées du bateau. Le système de traitement ainsi agencé fonctionne de la 10 manière suivante.La pompe de broyage et de circulation 6 se met en marche dès qu'il y a de l'eau dans la cuve 1 et fait circuler ces eaux sur la membrane 8. Le niveau d'eau est détecté par des capteurs 62, 63. En raison du passage multiple des eaux usées à travers la pompe 6 et sur la membrane 8, les eaux déjà présentes 15 dans la cuve et les eaux ajoutées au fur et à mesure qu'elles sont produites, et notamment les parties non liquides que ces eaux contiennent, sont progressivement broyées de plus en plus fin. . L'aération des eaux usées est obtenue moyennant une pompe de ventilation 61. Avantageusement, le bloc de membranes d'ultrafiltration 8 est calibré à 0, 50 pm afin de ne permettre que le passage des molécules d'eau tout en bloquant les bactéries et les virus, ce qui permet d'évacuer vers l'extérieur une eau traitée pouvant être considérée comme eau propre et notamment écologiquement non 25 polluante. Les résidus non traitables, finement divisées, contenues dans les eaux usées, se cumulent au fond de la cuve 1, et forment une boue qu'il est suffisant d'enlever une fois par an par pompage. Le système de traitement d'eaux usées selon l'invention comprend également un apport d'air extérieur pour la prolifération des bactéries assuré par une pompe de ventilation 61; le système comprend en plus des moyens permettant un apport bactériologique extérieur dont la quantité est fonction de l'utilisation du bateau, en général, une fois toutes les deux semaines. La puissance de la pompe de broyage et de circulation 6 est choisie de manière à assurer une pression de quelques dixièmes 5 de bar pour assurer la surpression nécessaire pour faire passer les eaux traitées vers l'extérieur. Selon le second mode de réalisation de l'invention, représenté sur les figures 2A, 2B et sa variante représentée sur la figure 3, le système embarqué de traitement d'eaux usées 10 comprend cinq compartiments 1 à 5, correspondant à un traitement en cinq étapes des eaux usées. Chacun des compartiments est constitué par une cuve spécifiquement aménagée selon l'étape à laquelle elle est destinée. Ainsi, le système représenté sur les figures 2A, 2B comprend un premier 15 compartiment 1, appelé compartiment d'attente, qui sert comme cuve tampon et est constitué par une cuve de rétention 11 destinée à recevoir les eaux usées avec apport bactériologique extérieur et oxygénation par arrivée d'air en légère surpression 12a et 12b. Le deuxième compartiment, référencé 2, est constitué 20 par une cuve cloisonnée 21, 31 destinée à une filtration grossière et un dégraissage des eaux usées. Les deux cuves 21, 31 de la cuve cloisonnée 21, 31 sont reliées entre elles par une grille 23 et comprennent deux filtres 22, 32 bloquant les déchets organiques. Une soufflerie d'air en légère surpression 33 assure le brassage 25 de l'eau traitée et le maintien de la prolifération bactérienne. Le troisième compartiment, référencé 3, est constitué par une cuve 41 destinée à effectuer une deuxième étape de traitement bactériologique. A cette fin, la cuve 41 comprend un filtre bactérien 42, 43 à deux étages sur lequel sont fixés des 30 microorganismes.. Le quatrième compartiment, référencé 4,, comprend un lit bactérien à structure alvéolée en labyrinthe 54 multipliant les surfaces d'échange sur lequel vont se fixer les bactéries libres. Le compartiment 5 est composé d'une cuve 51 pourvue d'une grille de fond inclinée 55, permettant le stockage 35 des eaux traitées avant leur évacuation vers l'extérieur provoquée par une pompe 6. Les eaux traitées subissent alors une dernière filtration au travers de deux filtres mécaniques 52 et 53. Selon l'agencement représenté sur la figure 2, la sortie de la cuve 51 est reliée à la pompe 6 qui pompe l'eau vers les filtres 52, 53. Le 5 filtre 52 est un filtre à poche calibré à 100 pm et le filtre 53 est un filtre à cartouche calibré à 20 pm. Le compartiment 5 comprend par ailleurs une sonde 10 indiquant le niveau de remplissage de la cuve 51. Cette sonde peut être une sonde 10 flottante donnant un signal respectif de 10 démarrage ou d'arrêt pour le fonctionnement de la pompe 6 à un niveau respectivement haut ou bas. La sonde 10 peut aussi être constituée par tout ensemble de capteurs appropriés à cet effet, par exemple des capteurs fixés à des niveaux différents selon le principe des barrières de lumière. Selon la disposition du second mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 2A et 2B, les cinq cuves sont formées en un seul bloc de manière que deux cuves successives ont une paroi commune qui les sépare. Les cuves 1 à 5, dès lors qu'une surverse est nécessaire, sont par ailleurs disposées de 20 manière que le bord circonférentiel de chaque cuve est situé à un niveau supérieur par rapport au bord de la cuve suivante et dans ce cas,. les parois séparant deux cuves successives sont pourvues au bord supérieur d'une encoche, d'une découpe, d'un orifice ou de tout autre moyen équivalent assurant que les eaux 25 ayant atteint un niveau prédéterminé dans une cuve soient reversées dans la cuve suivante. De plus, le fond de chacune des cuves des compartiments 1 à 5 présente une pente descendant vers la cuve suivante afin que les boues qui se forment dans chacune de ces cuves s'accumulent sur un côté de la cuve et 30 puissent en être retirées par pompage en partie basse des cuves 11, 21, 31 et 54. Cette boue est enlevée par pompage, en général une fois par an, moyennant un collecteur tubulaire 80 raccordé à des nables d'évacuation 81 à 84. Bien que les cinq cuves du mode de réalisation représenté 35 sur les figures 2A, 2B soient formées en un seul bloc, la géométrie de chacune de ces cuves peut néanmoins être de manière que les cinq cuves soient disposées suivant une ligne rectiligne ou, selon une variante, le long d'une ligne courbe si l'espace disponible dans le bateau rend cela nécessaire. La variante du second mode de réalisation de l'invention, représentée sur la figure 3 de manière très schématique, diffère du mode de réalisation représenté sur les figures 2A, 2B uniquement par le fait que les cinq cuves 11, 21, 31, 41, 54 et 51 ne sont pas accolées l'une à l'autre, mais sont disposées 10 individuellement selon les contraintes de l'espace disponible dans un bateau donné. Selon cette variante, les cuves sont reliées entre elles par des conduits 14, 24, 34, 44. Grâce au décalage des hauteurs des parois de chacune de ces cuves 11, 21, 31, 41, 54 et 51, la circulation gravitaire des eaux usées de la première 15 cuve vers la dernière est assurée dans le même sens que décrit par rapport au mode de réalisation selon les figures 2A, 2B. De même, la dernière cuve 5 est reliée à une pompe 6 et des filtres 52, 53 correspondant respectivement à la pompe et aux filtres de même numéro de référence et représentés sur la figure 2 et ayant 20 la fonction correspondante. il REVENDICATIONS 1. Système embarqué de traitement d'eaux usées produites à bord d'un bateau fluvial, comprenant une cuve de rétention (1) 5 des eaux usées, des moyens de broyage (6) pour des déchets non liquides contenus dans ces eaux et un dispositif d'évacuation (7) des eaux traitées vers l'extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtration et de traitement bactériologique (8). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtration et de traitement bactériologique comprennent des moyens d'adjonction de bactéries spécifiques et un bloc de membranes d'ultrafiltration. (8) 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que 15 le bloc de membranes d'ultrafiltration (8) est calibré à 0, 50 pm. 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est agencé comme un circuit en boucle, les moyens de broyage étant constitués par une pompe de broyage et de circulation (6) mettant les eaux usées en circulation forcée, les 20 moyens de filtration (8) étant disposés de façon que les eaux usées circulent tangentiellement sur le bloc de membranes et que les eaux passées par les membranes puissent être évacuées directement vers l'extérieur. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 25 comprend au moins cinq compartiments (1 à 5), dont un compartiment d'attente (1) servant comme cuve tampon, constituée par la cuve de rétention (1 1), et destinée à recevoir les eaux usées avec apport bactériologique extérieur et oxygénation un compartiment (2) et (3) destiné à une filtration grossière et un 30 dégraissage des eaux usées en deux étapes, un compartiment comportant un module de filtres biologiques pour effectuer l'étape suivante de traitement bactériologique, ce filtre bloquant les déchets organiques pour dégradation bactérienne, un compartiment destiné à effectuer une nouvelle étape de traitement 35 bactériologiqueassuré par un lit bactérien à structure alvéolée et un compartiment (5) destiné au stockage des eaux traitées avant rejet précédé d'une filtration finale. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le décolmatage des filtres (22, 32) est assuré par une 5 électrovanne commandée par un coffret de régulation qui reçoit les informations de capteurs de niveau situés dans la cuve (21) et qui, en cas d'indication de niveau haut, déclenche l'arrosage en légère surpression (surpression identique à celle exercée par la pompe de sortie) des grilles de filtration (22, 32) et de l'orifice 10 permettant la surverse des eaux traitées d'une cuve (21) à l'autre (31). 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le compartiment (5) destiné à effectuer une filtration finale comprend des moyens (52, 53) permettant une filtration 15 mécanique fine. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (52, 53) permettant une filtration mécanique fine comprennent un filtre à poche (52) calibré à 100 pm et un filtre à cartouche (53) calibré à 20 pm. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les compartiments (1 à 5) sont disposés et reliés entre eux de façon à mettre les eaux usées en circulation gravitaire du premier compartiment (1) vers le dernier compartiment (5). 10. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde (10) de niveau de remplissage du dernier compartiment destiné à commander les moyens (6) d'évacuation des eaux traitées. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 6 à 30 10, caractérisé en ce que le dernier compartiment (5) est équipé de sondes de niveau (10) reliées à un coffret de régulation qui, en cas de niveau haut, déclenche la pompe de reprise des eaux traitées (6) et provoque leur rejet vers l'extérieur après une dernière filtration par les filtres (52, 53). 12. Système selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que l'extraction des boues est assurée au moyen d'un collecteur tubulaire (80) raccordé à des nables d'évacuation (81 - 84) pour pompage des boues. 13. Bateau fluvial comprenant un système embarqué de traitement des eaux usées selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.