Brevet FR2880551A1 — publié le 20060714

-- La présente invention se rapporte au domaine du traitement des eaux usées par filtration ascendante et à cocourant sur culture biologique fixée. La présente invention se rapporte plus particulièrement à une cellule de traitement destinée à la filtration ascendante d'eaux usées, du type constitué par au moins un clapet à ouverture rapide d'évacuation des eaux de lavage du matériau filtrant dans une bâche attenante, ledit clapet présentant un dispositif de nettoyage de la grille fine anti-perte de matériau disposée entre le matériau filtrant et la sortie des eaux de lavage. L'art antérieur connaît déjà de la demande internationale W098/40146 un dispositif pour le traitement des eaux résiduaires en vue de leur épuration par voie biologique, par filtration ascendante et à co- courant. Ledit dispositif comprend un lit filtrant immergé, supporté par un plancher support, des moyens d'amenée des eaux à traiter et/ou d'eaux de lavage ainsi que des moyens d'amenée d'air de traitement et/ou de lavage dans une chambre inférieure prévue sous le plancher, des moyens d'évacuation de l'eau traitée en aval du lit filtrant, et des moyens de rétrolavage du lit filtrant par un liquide de rétrolavage. Toutefois, aucun descriptif de l'évacuation des eaux de lavage dudit dispositif n'est présenté. Il est également proposé dans la demande de brevet français FR 2 557 558 un filtre immergé à remplissage de matériau granulaire destiné au traitement des eaux par filtration ascendante et à contre-courant. Ladite demande de brevet ne faisant toutefois pas état de particularité dudit filtre pour l'évacuation des eaux de lavage. La présente invention entend apporter une amélioration au niveau de l'art antérieur en proposant une cellule de traitement des eaux usées par filtration ascendante dont le lavage s'effectue par élévation du plan d'eau et - 2 - comportant au moins un clapet à ouverture rapide pour évacuer les eaux de lavage vers une bâche attenante. Pour ce faire, la présente invention est du type décrit ci-dessus et elle est remarquable, dans son acception la plus large, en ce que ledit clapet permet l'évacuation rapide des eaux de lavage dans la bâche attenante et la nettoyage de la grille fine anti-perte de matériau. Avantageusement, la cellule de traitement comporte une grille courbe, à maille fine, destinée à retenir le media filtrant lors de séquence de lavage, ladite grille étant disposée entre ledit media filtrant et la sortie des eaux de lavage. Lorsque la cellule de traitement est équipée non seulement du clapet à ouverture rapide mais également de la 15 grille destinée à retenir le matériau filtrant, ledit clapet à ouverture rapide sera avantageusement pourvu d'une brosse assurant lors de l'ouverture ou de la fermeture dudit clapet, un balayage de ladite grille afin de nettoyer ladite grille des résidus fixés sur celle-ci au cours des séquences de lavage. Avantageusement, la grille courbe, à maille fine est pourvue d'une ouverture disposée contre la paroi de la cellule afin d'évacuer les résidus lors de la fermeture du clapet. Avantageusement, la cellule de traitement comporte une bâche de récupération des eaux sales attenante. Avantageusement, la cellule de traitement comporte en outre, un plancher support constitué de buselures permettant l'alimentation en air de fonctionnement ou de lavage et en eau à traiter ou de lavage Avantageusement, la cellule de traitement comporte en outre un déflecteur anti-perte de matériau disposé entre le media filtrant et la sortie de l'eau traitée. La présente invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement de la cellule de traitement tel que décrite précédemment. Le procédé est remarquable en ce que le clapet à ouverture rapide est normalement fermé et étanche pendant le fonctionnement de ladite cellule et ledit clapet est 25 - 3 - ouvert de manière automatique et rapide, à l'issue de chaque séquence de lavage. La présente invention se rapporte également à un système de traitement des eaux usées par filtration ascendante comportant une pluralité de cellules de traitement telles que décrites précédemment, lesdites cellules étant disposées juxtaposées les unes aux autres. De préférence, chaque cellule comporte une tulipe d'admission par gravité de l'eau à traiter, ladite tulipe d'admission étant disposée dans un collecteur d'amenée d'eau commun à l'ensemble des cellules juxtaposées, de sorte à assurer une équirépartition de l'eau à traiter sur l'ensemble desdites cellules. Avantageusement, une bâche de récupération des eaux sales est disposée attenante et commune à l'ensemble des cellules juxtaposées. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: la figure 1 illustre une vue en coupe d'une cellule de traitement des eaux usées par filtration ascendante selon l'invention; la figure 2 illustre une vue partielle de la sortie des eaux de lavage de la cellule de traitement, ladite cellule de traitement comprenant un clapet à ouverture rapide mis en oeuvre lors des séquences de lavage du média filtrant; les figures 3a et 3b schématisent l'ouverture du clapet à ouverture rapide de la figure 2; la figure 4 illustre une vue partielle en coupe d'un plancher-support constituant la cellule de traitement de la figure 1; - les figures 5a à 5c schématisent la réalisation du plancher-support de la figure 4; et - 4 - la figure 6 illustre une vue partielle de la sortie des eaux traitées de la cellule de traitement ladite cellule de traitement comportant un déflecteur anti-perte de matériau. La figure 1 illustre une vue en coupe d'une cellule de traitement (1), selon l'invention, des eaux usées par filtration ascendante. Ladite cellule de traitement comporte un plancher-10 support (2) constitué par au moins une plaque traversée par des buselures (3). Lesdites buselures (3) sont disposées au travers du plancher (2) de sorte à présenter une partie (tête des buselures) débouchant dans un média filtrant (4) reposant sur le plancher et une partie (queue des buselures) débouchant dans une chambre (5) ménagée sous le plancher (2). Ladite chambre (5) est destinée à recevoir, avant le passage dans le média filtrant (4), les eaux à traiter et de lavage, ainsi que l'air de traitement permettant le développement des bactéries sur le média filtrant (4) nécessaire au processus d'épuration. Avantageusement, le media filtrant est sous forme granulaire et offre un coefficient de porosité important afin de permettre le développement d'un grand nombre de microorganismes. Le media filtrant a ainsi pour fonction de former simultanément une barrière physique et biologique à la pollution. Les eaux à traiter et l'air de traitement sont respectivement conduits dans ladite chambre inférieure (5) par des amenées (6, 7) distinctes, les eaux de lavage étant amenées par un autre conduit. Ladite cellule de traitement (1) comporte en outre deux sorties d'évacuation: une première sortie d'évacuation (8) pour des eaux traitées, et une seconde sortie d'évacuation (9) des eaux de lavage, lesdites eaux de lavage étant récupérées par une bâche de récupération (10) attenante à la cellule de traitement (1) comme on le verra plus loin. - 5 - Du fait du développement des bactéries et de l'accumulation des matières en suspension au cours des opérations de filtration, le media filtrant se colmate progressivement. Aussi, est-il nécessaire d'effectuer des lavages réguliers pour assurer la continuité des capacités épuratoires et hydrauliques du filtre constitué par le media filtrant (4). Ces lavages sont effectués par lavage à l'eau et à l'air selon les étapes suivantes. Une première étape consiste à isoler la cellule de traitement (1) par la fermeture de l'amenée d'eau à traiter (fermeture de la vanne correspondante 23) et de la sortie des eaux traitées (fermeture de la vanne correspondante 24). Une seconde étape consiste à abaisser au maximum le niveau d'eau à la surface supérieure du media filtrant (ouverture d'un clapet (18)). L'étape suivante consiste à admettre l'air et l'eau à vitesse contrôlée pour assurer un bon décolmatage du media filtrant (4), le niveau de l'eau en partie supérieure du media s'élevant, puis à vidanger cette réserve d'eau sale dans une bâche de récupération (10) réservée à son stockage, ladite bâche étant disposée attenante à la cellule de traitement (1). Avantageusement, ledit clapet (18) est disposé sur l'une des parois latérales de la cellule de traitement (1) de manière à intéresser la plus grande largeur du filtre sur une hauteur telle que les perturbations au niveau du media filtrant soient minimisées. Par ailleurs, afin de limiter au maximum le temps de décantation des matières, d'assurer une vidange des eaux de lavage sans risque de re-dépôt des matières extraites et ainsi assurer un effet de chasse en surface du filtre, ledit clapet (18) utilisé est avantageusement un clapet à ouverture rapide. Une dernière étape consiste à réintroduire les eaux sales par pompage en tête de traitement primaire au sein duquel elles pourront être concentrées, extraites et dirigées vers le traitement des boues. Après plusieurs séquences de lavage successives (deux en général), le media filtrant (4) est rincé une dernière fois à l'eau puis remis en service. - 6 - La figure 2 schématise la position du clapet à ouverture rapide (18) dans la cellule de traitement (1). Afin de se prémunir de la perte de matériau filtrant lors des séquences de lavage, une grille (19) courbe, fine, d'entrefers présentant un diamètre inférieur à celui du media filtrant, est disposée entre le media filtrant et la sortie des eaux de lavage munie dudit clapet à ouverture rapide (18). Ainsi, lorsque le clapet à ouverture rapide (18) s'ouvre pour laisser passer l'eau de lavage vers la bâche de récupération (10), le matériau filtrant éventuellement entraîné avec l'eau de lavage est bloqué par ladite grille (19). Les séquences de lavage ont cependant pour conséquence d'entraîner également un colmatage de la grille (19), augmentant ainsi les risques de perte de media filtrant lié à son entraînement avec les eaux sales en direction de ladite bâche de récupération (10). Or, outre un déficit à moyen terme de media filtrant dans la cellule, l'entraînement du media filtrant peut également générer des détériorations mécaniques sur les équipements situés en aval. A cet effet, le clapet à ouverture rapide (18) est avantageusement pourvu d'une brosse de nettoyage (20). Ladite brosse (20) est disposée sur ledit clapet (18) de sorte à venir frotter la grille (19) lors de l'ouverture et de la fermeture dudit clapet (18). Les figures 3a et 3b schématisent l'ouverture du clapet (18) et le nettoyage associé de la grille (19) par ladite brosse (20). Sur la figure 4 est illustrée une vue partielle en coupe du plancher support (2) constituant ladite cellule de traitement (1). Il est représenté sur la figure une seule buselure (3) afin d'en simplifier la description. Il est bien entendu évident que le plancher supporte une pluralité de buselures (3), le nombre de buselures étant fonction de l'étendue du plancher support (2) et de la répartition souhaitée de l'eau à traiter dans le média filtrant. Ladite buselure (3) comporte des orifices (16, 17) disposés en queue et tête pour permettre le passage des eaux à traiter, de l'air de traitement ainsi que des eaux de lavage. - 7 - Chaque buselure (3) est maintenue fermement fixe dans une préforme (11). Le maintien de la buselure (3) dans la préforme (11) est réalisé par l'imbrication d'une portion filetée (12) formée sur une partie au moins de la face interne de la préforme (11) avec une portion filetée (13) complémentaire formée sur la partie au moins de la face extérieure de ladite buselure (3). Avantageusement, ladite buselure (3) présente une seconde portion filetée (14) formée au moins en partie sur la queue de la buselure (3). Cette seconde portion filetée (14) a pour fonction de recevoir un moyen de blocage, tel qu'un écrou (15), destiné à bloquer la buselure (3) dans la préforme (11). A cet effet, la seconde portion filetée (14) est disposée au moins sur la buselure (3) de sorte que, lorsque fixé sur la seconde portion filetée (14), ledit écrou (15) est positionné contre la face inférieure du plancher support (2). Les figures 5a à 5c schématisent l'installation des buselures dans le plancher support (2) de la cellule de traitement (1). Les étapes d'installation consistent à réaliser tout d'abord, lors de la mise en forme du plancher support (2), autant de préformes (11) traversant de part et d'autre le plancher support (2) que de buselures (3) prévues. Ainsi, une pluralité de préformes (11) débouchant à la fois dans la chambre inférieure (5) et le média filtrant (4) est formée dans le plancher support (2). La deuxième étape consiste à retirer des éléments recouvrant préalablement disposés aux extrémités des préformes (11) afin d'éviter l'obstruction de celles-ci au cours de la construction du plancher support (2), puis à insérer les buselures (3) dans lesdites préformes (11) . Contrairement aux cellules de traitement de l'art antérieur, l'insertion des buselures est opérée, non pas par la partie supérieure du plancher support (2), mais par la partie inférieure dudit plancher support (2). S'agissant de fixation non définitive des buselures dans les préformes, ce mode d'insertion présentent - 8 - l'avantage de permettre le remplacement, si besoin est, des buselures (3) cassées, abîmées ou altérées, sans nécessité la vidange du média filtrant (4). L'étape suivante consiste ensuite à fixer lesdites buselures (3) dans les préformes (11) par vissage de la portion filetée (13) formée sur les buselures (3), sur la partie filetée complémentaire (12) des préformes (11) formées lors de la réalisation des préformes (11). Une dernière étape consiste à bloquer les buselures (3) dans les préformes (11) par serrage de l'écrou (15) sur la queue desdites buselures (3). Afin d'éviter également l'entraînement du media filtrant avec les eaux traitées, pouvant générer des dégradations de pièces mécaniques des équipements installés en aval de la cellule de traitement (1) (usures prématurée, détérioration, ...), ladite cellule de traitement (1) comporte avantageusement un déflecteur (21) anti-perte de matériau fixé sur la paroi latérale de la cellule de traitement et disposé entre ledit filtre et la sortie de l'eau traitée. Le déflecteur (21) forme ainsi une zone d'écran située entre la sortie des eaux traitées et le media filtrant directement disposé sous ladite sortie des eaux traitées (cf. figure 6). Les figures représentées illustrent une seule cellule de traitement des eaux usées fonctionnant par filtration ascendante. Il est bien entendu évident que la présente invention ne se limite pas à une seule cellule, ladite invention se rapportant également à un système de traitement des eaux usées comportant une pluralité de ces cellules de traitement. De préférence, lesdites cellules de traitement sont juxtaposées les unes aux autres afin d'assurer une épuration optimale. Afin d'assurer une équirépartition de l'eau à traiter sur l'ensemble desdites cellules de traitement, chaque cellule comporte une tulipe métallique (22), ladite tulipe (22) - 9 - étant disposée dans un collecteur d'amenée d'eau commun à l'ensemble des cellules juxtaposées. La tulipe d'admission (22) a pour but d'éviter ainsi une multiplication des goulottes bétons et de simplifier l'alimentation individuelle. L'eau à traiter est admise par surverse dans ladite tulipe (22) et s'écoule gravitairement par une canalisation jusqu'à la partie inférieure de la cellule de traitement (chambre (5)) Le diamètre de cette tulipe (22) est fonction de la hauteur de déversement et du débit maximum à admettre sur le media filtrant. Ces deux caractéristiques sont avantageusement définies au moment du calcul de la ligne piézométrique pour la première et au moment de la mise en route des cellules de traitement pour la seconde. Pour ce faire, chaque tulipe (22) sera calée à un niveau identique afin d'assurer l'équirépartition du débit total dans chacune des cellules de traitement. Il est à noter que dans un système comprenant plusieurs cellules de traitement, ledit système comportera une seule bâche de récupération attenante et commune auxdites cellules de traitement. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. -i0-REVENDICATIONS 1. Cellule de traitement (1) des eaux usées par filtration ascendante, du type comportant une évacuation des eaux de lavage de ladite cellule (9), caractérisée en ce que l'évacuation des eaux de lavage est effectuée dans une bâche (10) attenante à ladite cellule, par actionnement d'au moins un clapet à ouverture rapide (18), équipé d'une brosse anti-colmatage (20) de la grille fine anti-perte de matériau (19). 2. Cellule de traitement (1) suivant la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte une grille courbe (19), à maille fine destinée à retenir le média filtrant (4) lors de séquence de lavage, ladite grille étant disposée entre ledit média filtrant et la sortie des eaux de lavage Le nettoyage de cette grille (19) étant réalisée par le clapet à ouverture rapide. 3. Cellule de traitement (1) suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la brosse anti-colmatage (20) qui tapisse la partie mobile du clapet (18) assure un balayage de la grille (19) fine anti-perte de matériau lorsque ledit clapet (18) s'ouvre ou se ferme, et permet ainsi le nettoyage de ladite grille (19). 4. Cellule de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la grille (19) fine est pourvue d'une ouverture disposée contre la paroi de la cellule (1) permettant l'évacuation des résidus lors de la 30 fermeture clapet (18) à ouverture rapide. 5. Cellule de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte une bâche (10) de récupération des eaux sales attenante. 6. Cellule de traitement (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, - 11 - un plancher support (2) constitué de buselures (3) permettant l'alimentation en air de fonctionnement ou de lavage et en eau à traiter ou de lavage. 7. Cellule de traitement (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, un déflecteur anti-perte de matériau (21) disposé entre le média filtrant (4) et la sortie des eaux traitées (8). 8. Procédé de fonctionnement de la cellule de traitement (1) caractérisé en ce que le clapet (18) est normalement fermé et étanche pendant le fonctionnement de la cellule (1) et que ledit clapet (18) est ouvert de manière automatique et rapide lors de séquence de lavage. 9. Système de traitement des eaux usées par filtration ascendante comportant une pluralité de cellules de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lesdites cellules (1) étant disposées juxtaposées les unes aux autres. 10. Système de traitement des eaux usées selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque cellule (1) comporte une tulipe (22) d'admission par gravité de l'eau à traiter, ladite tulipe (22) étant disposée dans le collecteur d'amenée d'eau, commun à l'ensemble des cellules (1) successives, de manière à assurer une équirépartition de l'eau à traiter sur l'ensemble desdites cellules (1). 11. Système de traitement selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que ledit système comporte une bâche de récupération (10) des eaux sales, attenante et commune à l'ensemble des cellules (1) juxtaposées.