Brevet FR2874006A1 — publié le 20060210

La présente invention concerne un procédé biologique de traitement d'un effluent, basé sur le principe du lagunage naturel, dans lequel on place ledit effluent dans un bassin et on le soumet pendant une durée appropriée à l'action combinée d'éléments naturels tels que le rayonnement solaire, la température extérieure, le vent, les micro-algues et la micro-flore contenues dans ledit effluent. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. L'invention se rapporte au domaine du traitement des eaux usées, et plus particulièrement à celui de l'élimination des matières organiques contenues dans lesdites eaux usées. Il existe à l'heure actuelle de nombreuses technologies développées à cet effet, et qui consistent principalement à soumettre un effluent, placé dans un bassin, à l'action de micro-organismes, notamment des bactéries, capables d'absorber lesdites matières organiques polluantes, et de les transformer en matières minérales stables. La plupart des stations d'épuration municipales françaises fonctionnent à l'heure actuelle selon le principe des "boues activées", dans lequel les bactéries se développent dans des bassins alimentés, d'une part, en eaux usées à traiter, et d'autre part, en oxygène, par des apports d'air. Les bactéries, en suspension dans les effluents des bassins, sont donc en contact permanent avec les matières polluantes dont elles se nourrissent, et avec l'oxygène nécessaire à leur assimilation. Dans tous les cas, l'on procède à une séparation de l'eau traitée et de la masse des bactéries, que l'on appelle "boues". Pour conserver un stock constant et suffisant de bactéries dans le bassin de boues activées, une grande partie des boues est renvoyée dans le bassin, tandis qu'une petite partie d'entre elles, correspondant à l'augmentation du stock pendant une période donnée, est évacuée et dirigée vers une unité de traitement des boues. Cette méthode présente néanmoins l'inconvénient de nécessiter des installations peu esthétiques, se prêtant mal à une intégration dans un paysage campagnard. En outre, lesdites installations nécessitent une consommation importante d'énergie et génèrent des coûts d'exploitation non négligeables. Certaines industries ou municipalités ont, par ailleurs, fait appel à des procédés de traitement des eaux usées plus marginaux, comme par exemple ceux basés sur l'utilisation de biofiltres ou de lits bactériens. Le principe de ces procédés consiste à faire percoler l'effluent à traiter, à travers un matériau, par exemple des galets, un support alvéolaire, de l'argile cuite, du polystyrène, sur lequel se développent les bactéries en y constituant un biofilm. L'avantage des biofiltres ou des lits bactériens est de pouvoir traiter des matières polluantes carbonées, et éventuellement azotées, dans un volume beaucoup plus faible que celui nécessité par les procédés de type "boues activées", avec des rendements similaires. Cependant, les biofiltres et les lits bactériens sont plus coûteux en investissement et plus délicats en fonctionnement. Enfin, un autre procédé couramment employé dans le monde entier pour traiter les matières organiques contenues dans un effluent, est encore défini par le "lagunage naturel". Cette technique est considérée comme une filtration naturelle, mettant en oeuvre des éléments d'origine naturelle, et s'inscrivant pleinement dans la problématique actuelle du développement durable. Dérivé des procédés d'épuration classiques précédemment évoqués, ce principe se base sur des temps de séjour assez longs dans des bassins, au cours desquels l'épuration est réalisée grâce à un équilibre biologique auquel participent des bactéries, des algues, du zooplancton et parfois des plantes aquatiques. Les bactéries agissent, comme dans les autres procédés, en assimilant la matière organique et en rejetant du gaz carbonique et des matières solubles aptes à être assimilés par les végétaux aquatiques. Au fond des bassins, les bactéries sont de type "anaérobies", tandis qu'à la surface elles sont de type "aérobies" et consomment l'oxygène de l'air aussi bien que celui généré par la photosynthèse des algues. Le zooplancton, défini par un ensemble d'animaux de petite taille, se nourrit en filtrant l'eau et prolifère 5 essentiellement en période chaude. Les plantes aquatiques ont un rôle de support filtrant et d'assimilation, notamment des formes minérales de l'azote et du phosphore transformés par les bactéries. Cette technique de traitement des eaux usées par lagunage naturel présente de nombreux avantages par rapport aux procédés traditionnels. Elle se caractérise en particulier par une très faible consommation d'énergie, une maintenance simple, des coûts d'investissement et d'exploitation réduits, une excellente élimination de la pollution micro- biologique, une intégration harmonieuse dans le paysage, et la possibilité d'une valorisation aquacole et agricole de la biomasse planctonique produite par les effluents épurés. Elle suscite par conséquent un intérêt croissant, notamment pour augmenter le niveau de qualité des rejets et 20 améliorer la protection des milieux naturels. Ceci étant, elle comporte néanmoins quelques défauts. Il a ainsi été constaté que certaines stations de lagunage ne fonctionnent pas de manière optimum et que leur effet sur les populations bactériennes pathogènes est parfois limité. En outre, la mise en uvre du lagunage naturel se traduit par d'autres inconvénients tels qu'une emprise foncière importante (le lagunage nécessite une surface d'environ 15m2/habitant), la variabilité saisonnière des performances du traitement, et, ponctuellement des dépassements du seuil de rejet dans le milieu récepteur, en termes de matières en suspension (MES), fixé par les directives communautaires. Face à cette problématique, l'objet de la présente invention est de proposer un procédé innovant, basé sur le principe du lagunage naturel, mais dont il permet cependant d'éviter les différents inconvénients précités. 2874006 4 Ainsi, le but de l'invention est de proposer un procédé, ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre, permettant avantageusement de répondre aux exigences de traitement fixées par les autorités et nécessaires à la protection du milieu récepteur, de diminuer l'emprise au sol de la station de lagunage, de réduire le temps de séjour de l'effluent dans la station, de réduire le phénomène de variabilité saisonnière, et surtout, garantissant une meilleure stabilité de la charge bactérienne contenue dans les eaux usées. A cet effet, l'invention vise un procédé biologique de traitement d'un effluent, basé sur le principe du lagunage naturel, dans lequel on place ledit effluent dans un bassin et on le soumet pendant une durée appropriée à l'action combinée d'éléments naturels tels que le rayonnement solaire, la température extérieure, le vent, les micro-algues et la micro-flore contenues dans ledit effluent, caractérisé en ce que l'on crée au sein dudit effluent une sursaturation en oxygène, de sorte à atteindre une valeur limite de saturation en oxygène dans l'effluent, apte à induire la synthèse de formes réactives de l'oxygène, et l'on maintient ledit effluent sous l'action desdites formes réactives de l'oxygène pendant un laps de temps prédéterminé, adapté au volume de l'effluent à épurer. Selon un mode préférentiel de mise en oeuvre du présent procédé, l'on place ledit effluent dans un bassin hermétiquement clos, de sorte à retenir à l'intérieur dudit bassin l'oxygène issu de la photosynthèse des micro-algues, et permettre l'augmentation progressive de la teneur en oxygène au sein dudit effluent puis l'atteinte de la valeur limite de saturation, apte à induire la synthèse de formes réactives de l'oxygène. Par ailleurs, l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement d'un effluent tel que précédemment décrit, ledit dispositif présentant au moins un bassin, et se caractérisant par le fait que ledit bassin est défini par un décanteur muni d'un dôme transparent, ledit décanteur étant équipé d'un système hydraulique d'alimentation en effluent, contrôlé par une vanne d'alimentation, d'une vanne de recirculation permettant le piquage de la fraction chargée en matières en suspension, et d'une vanne d'évacuation permettant la vidange de la fraction épurée vers un milieu récepteur. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons possibles. Cette description se rapportant à des exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence à la figure 1 annexée, laquelle représente une vue schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement d'un effluent selon l'invention. La spécificité du procédé selon la présente invention réside dans le fait de provoquer une sursaturation en oxygène au sein d'un effluent introduit dans un décanteur 1 au moyen d'un système hydraulique d'alimentation contrôlé par une vanne d'alimentation 2, et soumis aux conditions classiques du lagunage naturel, à savoir des éléments naturels tels que le rayonnement solaire 3, la température extérieure, le vent, les microalgues et la micro-flore qui s'y développent. En fait, le but recherché par le présent procédé est d'atteindre, au travers de cette sursaturation en oxygène, la valeur limite de saturation de l'oxygène dans l'effluent, engendrant la synthèse spontanée de formes réactives de l'oxygène, telles que, par exemple, H2O2, ou les formes radicalaires 02 et 00H . Ces formes réactives de l'oxygène agissent avantageusement sur les germes pathogènes contenus dans l'effluent, sur lesquels un effet létal est obtenu en maintenant de telles conditions pendant un laps de temps prédéterminé, dépendant du volume à traiter. Des essais menés en laboratoire ont permis de déterminer non seulement la valeur de la concentration en oxygène dissous, au-dessus de laquelle les formes réactives de l'oxygène se forment spontanément, mais aussi la durée du laps de temps pendant lequel l'effluent doit être retenu dans le décanteur 1 pour que lesdites formes réactives de l'oxygène aient un effet bactéricide représentatif sur la charge bactérienne présente dans le volume de l'effluent considéré. Il a été constaté que quelques heures suffisent pour éliminer tous les germes contenus dans un volume d'effluent courant, alors que ces mêmes germes résistent généralement aux conditions mises en oeuvre dans le cadre d'un lagunage naturel de type classique. Il a par ailleurs été constaté que de telles conditions favorisaient également la décantation des matières en suspension (MES), collectées au niveau de la base conique 4 du décanteur, ce qui permet d'accélérer l'ensemble du traitement de l'effluent. Selon une forme particulièrement intéressante de mise en oeuvre du présent procédé, il est prévu de profiter, pour obtenir la sursaturation en oxygène, de l'oxygène dégagé par les micro-algues en présence d'énergie lumineuse, du fait de leur activité photosynthétique, ledit oxygène étant avantageusement piégé à l'intérieur du décanteur 1 hermétiquement fermé par un dôme 5 prévu transparent pour permettre la traversée du rayonnement solaire 3, et éventuellement muni d'une soupape 6. Ainsi, le rayonnement solaire 3 capté par l'appareil photosynthétique des micro-algues induit l'augmentation progressive de la concentration en oxygène dissous dans l'effluent, qui finit par atteindre la valeur limite de saturation en oxygène recherchée. Par ailleurs, le présent procédé prévoit également que l'on mesure la concentration en oxygène dissous dans l'effluent, afin de vérifier si la valeur limite de saturation en oxygène, déterminée en laboratoire et permettant la formation des formes réactives de l'oxygène, est atteinte, avant de procéder au décompte du laps de temps prédéterminé pendant lequel il a été prévu de maintenir l'effluent sous l'action desdites formes réactives de l'oxygène, pour abaisser significativement la concentration en germes pathogènes. Lorsque ce laps de temps est écoulé, l'on effectue une analyse de l'effluent afin de déterminer la valeur de certains paramètres et vérifier leur adéquation avec les seuils autorisés par les différentes législations en vigueur. Dans le cas où cette analyse donne des résultats conformes auxdits seuils autorisés, on réalise une séparation entre les deux fractions obtenues dans l'effluent, à savoir une fraction contenant des matières en suspension, destinée à être remise en circulation dans le décanteur 1 pour subir un nouveau cycle de traitement, et une fraction épurée, correspondant au surnageant, destinée à être évacuée vers un milieu récepteur. Cette séparation est effectuée en actionnant d'abord une vanne de recirculation 7 permettant le piquage, au niveau de la base conique 4, de la fraction chargée en matières en suspension. Puis, la fraction épurée est vidangée depuis la base conique 4 vers un milieu récepteur, en actionnant une vanne d'évacuation 8. Enfin, lorsque le décanteur 1 est vidé, un nouveau cycle 20 de traitement peut être démarré. Selon une caractéristique conforme à l'invention, les vannes de recirculation 7 et d'évacuation 8 sont définies par des électrovannes, commandées par une sonde de mesure de la teneur en oxygène de l'effluent, tandis que la vanne d'alimentation 2 est définie par une électrovanne asservie à une sonde de mesure du niveau de l'effluent dans le décanteur 1. Tel qu'il ressort clairement de ce qui précède, le procédé selon l'invention, ainsi que le dispositif pour sa mise en oeuvre, présentent de nombreux avantages. En particulier, ils permettent d'améliorer notablement l'efficacité du traitement de la charge bactérienne de l'effluent, et de répondre aux exigences réglementaires de rejet en vigueur. Parallèlement, ils permettent également, du fait de l'augmentation de la concentration en oxygène qui accélère l'action des microorganismes sur les matières organiques, de réduire non seulement le temps de séjour de l'effluent dans le décanteur, mais également l'emprise foncière au sol de la station de lagunage, ainsi que le rejet en matières en suspension. D'autre part, un autre avantage majeur, défini par une stabilisation du traitement, c'est à dire une variabilité saisonnière réduite, a également été constaté. Enfin, la présente invention permet, bien entendu, de profiter des avantages classiques du principe du lagunage naturel, à savoir essentiellement un faible coût énergétique, une parfaite intégration dans le paysage, le respect de l'environnement, et une simplicité de maintenance. Du fait de la mise en oeuvre d'éléments uniquement d'origine naturelle, le présent procédé de traitement d'un effluent est avantageusement applicable dans de nombreux domaines, dont, par exemple, celui du traitement de finition des eaux usées dans une station d'épuration, celui de la conchyliculture, dans lequel il permet la désinfection de l'eau avant le trempage des coquillages, et celui de la pisciculture, dans lequel il autorise la suroxygénation du milieu de production. De manière générale, la présente invention permet d'effectuer la désinfection de tout effluent liquide en présence et/ou par ajout de micro-algues. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de forme, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé biologique de traitement d'un effluent, basé sur le principe du lagunage naturel, dans lequel on place ledit effluent dans un bassin et on le soumet pendant une durée appropriée à l'action combinée d'éléments naturels tels que le rayonnement solaire, la température extérieure, le vent, les micro-algues et la micro-flore contenues dans ledit effluent, caractérisé en ce que l'on crée au sein dudit effluent une sursaturation en oxygène, de sorte à atteindre une valeur limite de saturation en oxygène dans l'effluent, apte à induire la synthèse de formes réactives de l'oxygène, et l'on maintient ledit effluent sous l'action desdites formes réactives de l'oxygène pendant un laps de temps prédéterminé, adapté au volume de l'effluent à épurer. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on place l'effluent dans un bassin hermétiquement clos, de sorte à retenir à l'intérieur dudit bassin l'oxygène issu de la photosynthèse des microalgues, et permettre ainsi l'augmentation progressive de la teneur en oxygène au sein dudit effluent puis l'atteinte de la valeur limite de saturation en oxygène, apte à induire la synthèse de formes réactives de l'oxygène. 3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on vérifie si la teneur en oxygène de l'effluent, correspondant à la valeur limite de saturation, apte à induire la synthèse de formes réactives de l'oxygène, est atteinte, avant de procéder au décompte du laps de temps prédéterminé pendant lequel on maintient ledit effluent sous l'action desdites formes réactives de l'oxygène. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue une analyse de l'effluent lorsque le laps de temps prédéterminé, pendant lequel on maintient ledit effluent sous l'action desdites formes réactives de l'oxygène, est écoulé. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque le laps de temps prédéterminé est écoulé, l'on réalise une séparation entre les deux fractions obtenues dans l'effluent, à savoir une fraction épurée et une fraction contenant des matières en suspension, puis l'on soumet ladite fraction contenant des matières en suspension à un nouveau cycle de traitement. 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement d'un effluent par lagunage naturel conforme aux revendications 1 à 5 présentant au moins un bassin, caractérisé en ce que le bassin est défini par un décanteur (1) muni d'un dôme transparent (5), ledit décanteur (1) étant équipé d'un système hydraulique d'alimentation en effluent, contrôlé par une vanne d'alimentation (2), d'une vanne de recirculation (7) permettant le piquage de la fraction chargée en matières en suspension, et d'une vanne d'évacuation (8) permettant la vidange de la fraction épurée vers un milieu récepteur. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les vannes de recirculation (7) et d'évacuation (8) sont définies par des électrovannes, commandées par une sonde de mesure de la teneur en oxygène de l'effluent. 8) Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne d'alimentation (2) est définie par une électrovanne asservie à une sonde de mesure du niveau de l'effluent dans le décanteur (1). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le décanteur (1) présente une base conique (4) apte à collecter les matières en suspension qui précipitent.