Brevet FR2871456A1 — publié le 20051216

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine du traitement biologique des effluents liquides, tels que notamment les eaux usées des industries agroalimentaires et les eaux usées domestiques, en vue de leur épuration. Parmi les procédés actuels de dépollution des eaux usées, la technique dite du traitement biologique par boues activées est très répandue. Elle consiste à mélanger et à aérer les eaux usées brutes avec des boues activées liquides, bactériologiquement très actives. Ensuite, les phases eaux épurées et boues épuratrices sont séparées par décantation. Le coeur d'une installation de ce type se compose d'un bassin d'aération des eaux usées, et d'un bassin de décantation des boues produites dans le bassin d'aération. Dans la majorité des cas, l'aération et le brassage des eaux du bassin d'aération sont assurés par des aérateurs de surface (hélices placées en surface du liquide), et la décantation se réalise dans un bassin circulaire à profil tronconique. En raison de leur fiabilité de fonctionnement et de leurs bons rendements épuratoires, ces installations se sont développées depuis plusieurs décennies pour répondre aux premières demandes qui se sont manifestées en matière d'équipements de dépollution. C'est ainsi que les collectivités importantes (20.000 habitants et plus) et les grandes unités agroalimentaires se sont équipées de modèles de ce type, de grande taille. Or, actuellement, on observe une demande de plus en plus importante de la part des petites et moyennes entreprises du secteur agro-alimentaire (laiteries, exploitations vinicoles, élevages...), des établissements hôteliers (campings, hôtels, centres de vacances...) et des petites collectivités (de 100 à 500 habitants préférentiellement) de dépolluer leurs eaux usées selon la technique des boues activées, mais la place nécessaire à l'installation de ces stations de grande taille, ainsi que leurs prix élevés sont tels que ces entreprises et collectivités hésitent à s'engager dans de tels investissements. La présente invention vient combler cette lacune. C'est une station d'épuration des eaux usées fonctionnant selon la technique des boues activées, dont la compacité, le bon rendement épuratoire, l'économie de fonctionnement et la facilité d'entretien ont été rendus possibles par le choix des dispositions suivantes: - le logement du bassin d'aération et du bassin de décantation dans une même cuve, compacte, de forme rectangulaire, grâce à l'inclinaison de la cloison séparatrice entre les deux bassins qui donne à chaque bassin une forme trapézoïdale favorable à son fonctionnement optimal, - le choix de la technique des fines bulles pour assurer l'aération des eaux usées à traiter, combinée à leur brassage circulaire qui allonge le trajet des bulles dans le liquide et augmente ainsi le rendement de l'aération, DESCRIPTION - la conception originale des ouïes, verticales et de forme en sifflet, équipant la cloison séparatrice des deux bassins, qui permet le passage gravitaire accéléré des boues du bassin de décantation au bassin d'aération, - la conception originale de la tuyauterie du bassin d'aération qui assure simultanément le brassage des eaux du bassin d'aération et la recirculation de ces eaux dans le bassin de décantation, - la facilité d'extraction des pompes et des aérateurs placés au sein des bassins, pour en permettre un entretien et un remplacement aisés. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente une vue générale en perspective de la cuve (1), face aval, où l'on peut voir l'orifice de sortie des eaux dépolluées (24), l'orifice d'accès à la pompe du bassin d'aération (2), les orifices d'accès aux disques d'aération (3.1 et 3.2), les orifices d'accès aux pompes du bassin de décantation (4.1 et 4.2), l'orifice d'accès (5) au panier récepteur, les tuyauteries de recirculation des liquides entre les deux bassins (19.1, 23.1 et 23.2), la tuyauterie de vidange des boues (23.3). La figure 2 représente une vue supérieure éclatée de la cuve où l'on voit la tuyauterie de brassage des eaux du bassin d'aération (19.2) et ses injecteurs (19.3), l'orifice d'accès à la pompe du bassin d'aération (2), les orifices d'accès (3.1 et 3.2) aux disques d'aération (17.1 et 17.2), les orifices d'accès (4.1 et 4.2) aux pompes du bassin de décantation (22. 1 et 22.2), l'orifice d'accès au panier récepteur (5), la tuyauterie de recirculation des eaux usées du bassin d'aération vers le bassin de décantation (19.1) et sa vanne de fermeture/ouverture (19.4), les tuyauteries de recirculation des boues du bassin de décantation vers le bassin d'aération (23.1 et 23.2), la tuyauterie de vidange des boues à l'extérieur de la station d'épuration (23.3) et sa vanne de fermeture/ouverture à deux voies (23.4). La figure 3 représente une vue en coupe de l'invention selon le plan longitudinal médian A B de la figure 1. Elle met en évidence l'orifice d'arrivée des eaux usées brutes (11), le bassin d'aération (12), le bassin de décantation (13), les orifices d'accès de la figure 2 (2 à 5), la cloison séparatrice (14) et ses ouïes (14.), le trajet circulaire des eaux usées dans le bassin d'aération (15), le dispositif d'aération composé du surpresseur (16) et des disques générateurs de fines bulles d'air (17.), la pompe du bassin d'aération (18) et sa tuyauterie de refoulement des eaux usées (19), la conduite de recirculation des eaux usées (19.1) et sa vanne d'ouverture/fermeture (19.4), le panier de réception des eaux usées (21) placé sous la sortie de la conduite (19.1), les pompes du bassin de décantation (22.) et leurs tuyauteries de refoulement (23.), l'orifice de sortie des eaux décantées (24), l'appareil de soufflage des boues du bassin d'aération (25). La figure 4 représente une vue de face de la tuyauterie de refoulement (19) de la pompe du bassin d'aération, avec la conduite de recirculation des eaux usées (19.1), la DESCRIPTION tuyauterie de brassage des eaux dans le bassin d'aération (19.2) équipée de ses injecteurs (19.3), et la croix de jonction entre ces deux éléments (19.4). La figure 5 représente une vue de face de la cloison séparatrice des deux bassins (14), prise depuis le bassin de décantation, avec ses ouïes (14.1) et le trajet des boues tombant dans celles-ci ou glissant le long de la cloison. La figure 6 représente une vue agrandie des ouïes (14.1) et le trajet des boues tombant dans celles-ci ou glissant le long de la cloison. Les eaux brutes arrivent à la partie supérieure du bassin d'aération (12) par l'orifice (11), se mélangent à la masse de liquide présente dans le bassin d'aération, sont prises dans le mouvement général de brassage circulaire (15) des eaux de ce bassin et sont aérées par les disques aérateurs (17). Elles sont ensuite envoyées pour partie par la conduite (19.1) dans le bassin de décantation (13), où leurs boues décantent et où le surnageant épuré s'écoule hors de la station par l'orifice (24). Régulièrement, les boues accumulées au fond du bassin de décantation sont envoyées dans le bassin d'aération ou exportées à l'extérieur de la station par la conduite (23.3). Le brassage circulaire (15) est assuré par la pompe (18) et la tuyauterie de brassage (19.2), et amélioré, selon une disposition préférée, par l'inclinaison de la cloison séparatrice (14) qui donne au bassin d'aération une coupe longitudinale en forme de trapèze. En outre, la tuyauterie de brassage (19.2) est placée dans la partie supérieure du liquide pour assurer la circulation des eaux de haut en bas le long de la cloison (14). Les disques d'aération (17) des eaux du bassin (12) fonctionnent avantageusement selon la technique de la diffusion de fines bulles d'air surpressé, favorable à un meilleur rendement d'aération du liquide. En outre, le brassage circulaire (15) allonge le trajet des fines bulles d'air (17.4) dans le liquide et augmente ainsi très avantageusement la durée de contact entre l'air et le liquide, pour une meilleure absorption par le liquide de l'air nécessaire au développement des bactéries épuratrices. Selon une disposition avantageuse, les disques d'aération sont fixés sur des dalles posées sur le fond du bassin (12), et reliés au surpresseur par une canalisation souple. Ce dispositif permet de les sortir aisément du bassin d'aération par les orifices (3.1) et (3.2) pour réaliser leur entretien ou leur remplacement. La pompe (18) assure le refoulement, presque permanent, des eaux du bassin d'aération dans les deux tuyauteries (19.2) et (19.1). Pour permettre une répartition non préférentielle des eaux dans l'une ou l'autre de ces deux tuyauteries, la conduite de recirculation (19.1) est avantageusement équipée d'une vanne (19.4), dont la fermeture totale entraîne la recirculation de la totalité des eaux dans la tuyauterie (19. 2), et donc dans le bassin d'aération (12), dont l'ouverture totale assure la recirculation de la presque totalité des eaux sortant de la pompe (18) dans le bassin de décantation (13) par la conduite (19.1), et dont le réglage à une position intermédiaire entre la fermeture et DESCRIPTION l'ouverture totale permet d'assurer la recirculation des eaux sortant de la pompe (18) dans les deux bassins (12) et (13) simultanément, selon un équilibre défini par le gestionnaire de la station d'épuration. Le récipient (21) de réception des eaux provenant du bassin d'aération par la conduite (19.1) contient avantageusement un matériau à volume élevé de vide qui assure la tranquillisation de ces eaux, et permet ainsi aux boues qui y sont contenues de s'écouler gravitairement et sans remous le long de la cloison (14). La cloison séparatrice des deux bassins (14) est caractérisée en ce que sa position inclinée d'une part donne au bassin d'aération une forme favorable au brassage circulaire (15) des eaux usées, d'autre part assure dans le bassin de décantation un meilleur dépôt des boues par la forme en biseau dudit bassin. La cloison est équipée avantageusement en son tiers inférieur d'ouïes (14.1) orientés vers le bas. Celles-ci permettent aux boues qui y tombent de retourner gravitairement dans le bassin d'aération où elles sont reprises dans le mouvement général de brassage (15) des eaux de ce bassin. En outre, les ouïes (14.1) présentent avantageusement une forme en sifflet qui provoque l'aspiration des boues par la dépression générée par le mouvement de brassage (15) des effluents du bassin d'aération le long de la cloison, de haut en bas. Par ailleurs, ces ouïes assurent la fonction de pont hydraulique entre le bassin d'aération et le bassin de décantation, ce qui permet un trajet général gravitaire des eaux usées depuis l'orifice d'entrée (11) jusqu'à l'orifice de sortie (24). Les pompes de recirculation (22.1 et 22.2) envoient les boues qui tombent au fond du bassin de décantation dans le bassin d'aération (12) par les conduites (23.1) et (23.2) ou à l'extérieur de la station par la tuyauterie de vidange (23.3). Cet envoi se fait selon un rythme défini par le gestionnaire de la station d'épuration, en général de type séquentiel lent (un ou deux envois de quelques minutes par jour). Ces pompes, de type "vide-cave", sont posées sur le fond du bassin de décantation (13) et leurs conduites de refoulement sont souples, ce qui permet de les extraire aisément par les orifices (4.1) et (4.2) pour réaliser leur entretien ou leur remplacement. La cuve peut être équipée d'un appareil de soufflage (25) destiné à évacuer les boues qui s'accumulent dans l'angle mort du pied de la cloison (14). Selon une disposition préférée, les pompes et les surpresseurs sont pilotés par un appareil de commandes automatisées. DESCRIPTION Un exemple de réalisation de l'invention telle que décrite ci-avant est une cuve de volume utile de bassin de 20 m3, de largeur 2,40 m, longueur 4,30 m, hauteur 2,70 m. Les orifices d'accès aux aérateurs et aux pompes sont équipés de réhausses permettant d'enterrer légèrement la dalle supérieure de la cuve. Les équipements nécessaires au fonctionnement de cette cuve (armoire de commande et de protection électriques, surpresseurs, pompes doseuses...) sont logés dans une armoire placée à proximité de la cuve, de dimensions indicatives suivantes: hauteur 1,50 m, largeur 1,10 m, profondeur 0,60 m. REVENDICATIONS 1. Station compacte d'épuration des eaux usées, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une cuve principale (1) de forme rectangulaire, composée d'un bassin d'aération (12) au profil en forme de trapèze et d'un bassin de décantation (13) au profil également en forme de trapèze, mais inversée par rapport à celle du premier, séparés par une cloison oblique (14) percée d'ouïes, d'un orifice d'entrée des eaux usées brutes (11), d'un orifice de sortie des eaux traitées (24), d'un dispositif d'aération constitué de disques générateurs de fines bulles (17.), de tuyauteries de recirculation et de brassage des eaux des deux bassins, d'une tuyauterie de vidange des boues (23.3) - au moins une pompe (18) placée dans le bassin d'aération, assurant l'aspiration et le refoulement des eaux de ce bassin, - une canalisation de refoulement (19) placée en sortie de la pompe (18) réalisant à la fois le brassage des eaux usées dans le bassin d'aération à l'aide d'une tuyauterie (19.2) et leur recirculation dans le bassin de décantation par une tuyauterie (19.1), - au moins un disque d'aération (17.) des eaux du bassin d'aération, placé au fond du bassin et situé sur le circuit général de circulation des eaux (15) du bassin dans le but d'allonger le trajet des bulles d'air dans le liquide, - au moins un surpresseur (16) alimentant en air le disque d'aération (17. ), - un récipient (21) placé sous la sortie de la conduite de recirculation (19.1), dont l'effet est de tranquilliser le flot des eaux sortant de la conduite de recirculation pour permettre le glissement gravitaire des boues le long de la cloison, de haut en bas, - une cloison oblique (14) percée d'ouïes orientées vers le bas (14.1), ces dernières permettant d'une part à une partie des boues glissant le long de la cloison de passer gravitairement dans le bassin d'aération et assurant d'autre part la fonction de pont hydraulique entre les deux bassins d'aération et de décantation pour permettre le circuit général gravitaire des eaux depuis l'entrée (11) de la cuve jusqu'à la sortie (24) , - un appareil (19.4) permettant l'ouverture partielle ou totale de la conduite de recirculation (19.1) pour assurer le bon réglage des débits respectifs du brassage (15) et de la recirculation des eaux dans la conduite (19.1), - au moins une pompe (22.1) placée au fond du bassin de décantation, assurant l'aspiration et le refoulement des boues de ce bassin, - une conduite de refoulement (23.1) placée en sortie de la pompe (22.1) assurant la recirculation des boues du bassin de décantation dans le bassin d'aération, - une conduite de vidange des boues (23.3) du bassin de décantation à l'extérieur de la station, - divers orifices (2 à 5) placés sur le dessus de la cuve, et permettant l'accès aux organes de pompage et d'aération. 2. Utilisation d'un dispositif tel que défini dans la revendication 1 pour l'épuration 40 des eaux usées domestiques et industrielles.