Brevet FR2873678A1 — publié le 20060203

Dispositif de déphosphatation des eaux usées La présente invention concerne un dispositif de déphosphatation des eaux usées. Les problèmes de pollution liés au rejet des eaux usées non traitées dans lo l'environnement ont donné lieu à de nombreuses recherches ces dernières années. Une voie de recherche a conduit vers l'utilisation de filtres plantés à écoulement vertical. Ces filtres permettent de traiter les eaux usées domestiques avec des rendements très satisfaisants, les matières en suspension minérales et/ou organique, les composés carbonés et la nitrification. De plus, ils permettent de s'affranchir, sur de longues périodes, des contraintes liées à la gestion des boues résiduaires. Cependant, un certain type de pollution lié à la présence dans les eaux de nutriments, tels le phosphore ou l'azote, n'est pas résolu de manière suffisante avec de tels filtres. La pollution engendrée par la présence de ces nutriments en trop grande quantité génère une eutrophisation de l'environnement aquatique conduisant à une prolifération excessive de la végétation et à une diminution de la teneur en oxygène dudit milieu aquatique générant des diversités animale et végétale amoindries ainsi que des pertes d'usage comme la potabilité de l'eau, l'utilisation de celle-ci pour les loisirs, etc. On a pu observer qu'une teneur trop élevée du phosphore dans les eaux engendrait de nombreux problèmes. En effet, la présence de phosphore peut engendrer une carence en azote ce qui stimule le développement de cyanobactéries capables de fixer l'azote moléculaire dissous provenant de l'atmosphère, réserve quasi inépuisable. Le phosphore apparaît donc bien comme un facteur permettant d'augmenter ou de réduire les proliférations algales, c'est à s dire d'en assurer le contrôle, et non l'azote comme il est souvent dit. La présence de phosphore dans les eaux usées provient des rejets domestiques liés à l'utilisation des poudres à laver, des rejets industriels, des rejets agricoles ou même de rejets naturels liés à l'altération des roches. i0 A l'heure actuelle, seul le lagunage naturel permet d'atteindre des réductions de teneurs ou de concentrations du phosphore intéressantes et ce, pour des procédés d'épuration extensifs mais cette rétention est soumise à des variations saisonnières et une bonne partie des nutriments est stockée dans les boues qui s'accumulent dans les bassins. De plus le respect d'un niveau stable des rejets n'est pas envisageable. Ainsi, aucun dispositif ne permet de déphosphater, simplement et à un coût acceptable, les eaux résiduaires des communes de petite taille. Celles-ci ne peuvent donc pas toujours s'équiper de dispositifs d'épuration leur permettant de répondre à des réglementations leur imposant une teneur du phosphore dans les eaux rejetées permettant de ne pas déclencher les phénomènes d'eutrophisation. On a proposé alors de mettre en place un traitement du phosphore par des dispositifs d'épuration à macrophytes basés sur la rétention des orthophosphates par des mécanismes d'adsorption et/ou précipitation sur divers matériaux tels que des composés du fer trivalent ou de l'aluminium ou que des matériaux à base de carbonates de calcium. En ce qui concerne le fer ou l'aluminium, les problèmes liés à la capacité de rétention conduisent à des filtres de surfaces de trop grandes dimensions pour garantir un traitement efficace, ce qui génère des coûts trop importants. Les matériaux à base de carbonates de calcium montrent de bonnes qualités de rétention mais engendrent des problèmes de stabilité du pH du milieu rendant incompatible leur utilisation avec le respect des normes de rejets. De même de faibles concentrations de rejets peuvent être difficiles à atteindre avec ces matériaux Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention a pour but principal de proposer un dispositif de déphosphatation des eaux usées permettant une io capacité de rétention du phosphore supérieure à celle des matériaux cités et stable au cours du temps. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif d'épuration des eaux usées du type filtre planté à écoulement horizontal permettant de garantir un 15 caractère extensif de la filière. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de déphosphatation des eaux usées du type filtre planté à écoulement horizontal constitué d'un lit de matériau granulaire dans lequel un gabion d'alimentation amène à l'extrémité amont du lit les eaux à traiter au sein dudit lit tandis qu'un gabion d'évacuation permet l'évacuation des eaux traitées en aval, caractérisé en ce que ledit matériau granulaire est constitué au moins dans la partie aval du filtre de roches naturelles phosphatées telles que des apatites sédimentaires. Les orthophosphates dissous dans les eaux à traiter traversant le filtre sont retenus par adsorption - précipitation au contact des dites roches. Ainsi de manière avantageuse, les précipités formés sont proches des hydroxyapatites, composés les plus stables parmi les phosphates de calcium. On remarque alors de manière avantageuse que la cinétique ainsi que la capacité de rétention sont élevées pour garantir un abaissement satisfaisant de la teneur en phosphore des eaux, permettant en particulier de répondre à des normes exigeantes tout en étant utilisable de manière simple. De manière avantageuse, le dispositif de déphosphatation selon l'invention est d'une exploitation simple et garantit sur le long terme un excellent niveau de rejet, de préférence De préférence, le matériau granulaire dans la partie amont du dispositif selon io l'invention est constitué de gravier ou sable siliceux. L'invention, couplée à un traitement classique par filtres plantés de roseaux mettra en jeu un dispositif d'épuration des eaux usées comprenant des moyens de rétention des matières en suspension, des moyens de dégradation de la matière carbonée, ainsi que des moyens de nitrification, caractérisé en ce qu'il comporte en amont un filtre à écoulement vertical suivi d'un filtre à écoulement horizontal constitué dans sa partie amont de matériau granulaire tel que du gravier siliceux complétant la dégradation des formes carbonées et azotées et dans sa partie aval d'un matériau granulaire constitué de roches naturelles phosphatées telles que les apatites, les orthophosphates dissous dans les eaux à traiter traversant ledit filtre étant retenus par adsorption précipitation au contact desdites roches. Avantageusement, les moyens de dégradation de la matière carbonée, les moyens de rétention des matières en suspension ainsi que les moyens de nitrification sont constitués par au moins un filtre à écoulement vertical ou une station conventionnelle. Ainsi de manière avantageuse, un dispositif d'épuration des eaux usées selon l'invention permet, sans augmenter le volume du dispositif d'épuration, de déphosphater les eaux en plus des traitements habituels des matières carbonées et azotées. Le positionnement en aval du dispositif de déphosphatation par rapport au traitement des eaux usées permet avantageusement de limiter le développement de la biomasse à la surface des particules qui pourrait contrarier la réaction de précipitation. De plus, à cet emplacement le pH des eaux est également s parfaitement adapté à la rétention des phosphates. Ainsi le dispositif pourra être positionné aussi bien dans une filière classique de filtres plantés de roseaux qu'en traitement complémentaire de stations d'épuration conventionnelles. On décrira maintenant l'invention plus en détail en référence au dessin en annexe to dans lequel la figure unique représente une vue en coupe schématique d'un dispositif d'épuration des eaux usées selon l'invention. Un dispositif d'épuration des eaux usées selon l'invention est du type filtres plantés de roseaux et comporte en amont des moyens de rétention des matières ls en suspension, des moyens de dégradation de la matière carbonée, ainsi que des moyens assurant la nitrification. Ces moyens peuvent être constitués de moyens de dégrillage grossier des eaux usées domestiques à traiter puis d'un premier étage de trois filtres à écoulement vertical fonctionnant en alternance une ou deux fois par semaine pour permettre une dégradation de la matière carbonée, une rétention des matières en suspension de manière quasi complète ainsi qu'une nitrification plus ou moins complète suivant la constitution des filtres (hauteur du matériau granulaire siliceux, aération intermédiaire, etc). On envoie ensuite les eaux gravitairement vers un deuxième étage en aval constitué d'un ou deux filtres 1 plantés à écoulement horizontal par l'intermédiaire d'un gabion d'alimentation 2 pour s'écouler en un flux F principalement horizontal vers un gabion d'évacuation 3 à l'aval du filtre 1. 3o Ce filtre à écoulement horizontal 1 constituant le dispositif de déphosphatation selon l'invention est constitué dans sa partie amont de matériau granulaire tel que du gravier siliceux 4 qui complète la dégradation des formes carbonées et azotées. Dans sa partie aval, le filtre présente un matériau granulaire 5 constitué de roches naturelles phosphatées telles que des apatites, les orthophosphates dissous dans les eaux à traiter traversant ledit filtre étant retenus par adsorption-précipitation au contact desdites roches. La granulométrie des matériaux est choisie et adaptée pour garantir un bon io fonctionnement hydraulique du dispositif. Le choix de l'apatite utilisée, du volume à mettre en place déterminera la qualité du rejet et la longévité de ce dernier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déphosphatation des eaux usées du type filtre planté à écoulement horizontal constitué d'un lit de matériau granulaire dans lequel un gabion s d'alimentation amène à l'extrémité amont du lit les eaux à traiter au sein dudit lit tandis qu'un gabion d'évacuation permet l'évacuation des eaux traitées en aval, caractérisé en ce que ledit matériau granulaire est constitué au moins dans la partie aval du filtre, de roches naturelles phosphatées telles que les apatites, les orthophosphates dissous dans les eaux à traiter traversant le filtre étant retenus lo par adsorption-précipitation au contact desdites roches. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau granulaire dans la partie amont est constitué de gravier ou sable siliceux. 3. Dispositif d'épuration des eaux usées comprenant des moyens de dégradation de la matière carbonée, des moyens de rétention des matières en suspension ainsi que des moyens de nitrification, suivi par un filtre à écoulement horizontal constitué au moins dans sa partie aval d'un matériau granulaire constitué de roches naturelles phosphatées telles que des apatites sédimentaires, les orthophosphates dissous dans les eaux à traiter traversant ledit filtre étant retenus par adsorptionprécipitation au contact desdites roches. 4. Dispositif selon la revendication 3, - caractérisé en ce que le filtre à écoulement horizontal est constitué dans sa partie amont de matériau granulaire tel que du gravier siliceux complétant la dégradation des formes carbonées et azotées. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, 30 caractérisé en ce que les moyens de dégradation de la matière carbonée, les moyens de rétention des matières en suspension ainsi que les moyens de nitrification sont constitués par au moins un filtre à écoulement vertical ou une station conventionnelle.