Brevet FR2877332A1 — publié le 20060505

INSTALLATION D'EPURATION DES EAUX USEES DESCRIPTION Domaine technique L'invention ressortit du domaine de l'épuration des eaux usées, aussi bien industriel que domestique, et notamment des filtres biologiques et des dispositifs de filtration et de répartition dans le sol des liquides résiduels. Art antérieur et problème posé Dans les stations d'épuration, de grandes ou de petites tailles, il est connu d'utiliser de nombreux appareils d'épuration, de filtrage, de décantation générant, dans la plupart des cas, des boues qui doivent être traitées, éliminées ou répandues. De façon générale, un inconvénient majeur des stations d'épuration utilisées actuellement est le fait que les boues résiduelles doivent être éliminées de l'installation. De plus, les dispositions de l'Arrêté du 11 septembre 1996, relatif au rejet en milieu naturel pour des collectivités de moins de deux mille usagers, doivent être respectées. Le but principal de l'invention est donc de remédier à cet inconvénient en proposant un type d'installation ne générant pas ou que très peu de boues. D'autre part, l'épandage des eaux usées, après leur décantation dans une fosse septique ou un décanteur se fait actuellement, entre autres, au moyen de diffuseurs septiques constitués d'au moins un tuyau d'épandage branché à la sortie de la fosse septique ou d'un dispositif de chasse d'eau automatique. Ce tube est percé et placé au-dessus de modules de filtration qui procèdent à un filtrage des eaux au moyen d'une membrane. En effet, dans la demande de brevet français 2 730 512, on décrit un diffuseur septique pour la filtration des eaux issues d'une fosse septique, comprenant: - au moins un tuyau d'épandage pour distribuer les eaux; - plusieurs modules de filtration placés chacun sous un tuyau d'épandage, chaque module 15 comprenant: * un nombre impair de plaques alvéolées possédant des bossages de maintien intercalés avec des creux placés à un pas régulier dans deux directions perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, pour définir, sur chaque face, les alvéoles, les plaques étant placées l'une contre l'autre, sensiblement verticalement, de façon à ce que les bossages de maintien soient placés les uns contre les autres; * une feuille de matériau géotextile placée en alternance entre les plaques et à l'extérieur de deux plaques d'extrémité et recouvrant le tuyau d'épandage en dessous duquel le module de filtration se trouve pour délimiter un volume clos possédant une grande surface d'échange; et * un cadre extérieur de maintien. Dans ce diffuseur, des bossages de positionnement sont prévus sur une première des deux faces de chaque plaque alvéolée et ont une forme plus importante que celle des bossages de maintien pour pénétrer partiellement dans les creux d'une deuxième des deux faces des plaques et tangenter la surface interne de ces creux, lorsque les bossages de maintien sont en regard l'un de l'autre et se touchent. D'autre part, il est possible d'utiliser un filtre biologique granulaire utilisant un caisson de filtration et de répartition d'eaux usées. Ce dernier permet de préfiltrer et de mieux répartir les effluents destinés à être filtrés et traités par des filtres biologiques granulaires à haut rendement. Il comprend principalement un cadre maintenant un tissu filtrant ondulé, de manière à former des ondulations parallèles et interrompues par des passages pour que l'effluent se répartisse sur toute la surface du caisson. Enfin, les réacteurs à lits de boues sont 20 connus pour traiter les effluents urbains et de certaines industries, comme les brasseries. Résumé de l'invention L'objet principal de l'invention est une installation d'épuration des eaux usées qui comprend, principalement, montée en série: - un digesteur biologique anaérobie à flux ascendant; et - un dispositif de filtration et de répartition dans le sol du liquide résiduel. La réalisation principale du digesteur utilisé prévoit que celui-ci comprend principalement une entrée, une cuve, un élément de filtration et une sortie. Selon l'invention, on utilise une première grille placée en dessous du niveau ou débouche la sortie pour éviter que les flottants remontent jusqu'à ce niveau. Dans ce cas, la réalisation principale du digesteur prévoit que les éléments de filtration 10 comprennent: - au moins un tube vertical, débouchant dans le fond par une extrémité inférieure; et - une deuxième grille placée au niveau de cette extrémité inférieure. Ce digesteur se complète avantageusement par la sortie qui se trouve en dessous de l'entrée à une hauteur déterminée pour assurer le transit des éléments à traiter. Dans la réalisation principale du dispositif de filtration et de répartition, on utilise un diffuseur septique, utilisant un seul type de plaques alvéolées, comprenant chacune sur une de leur face une alternance d'un nombre impair de bossages de maintien suivi d'un bossage de positionnement plus proéminent. De cette façon, chaque bossage de positionnement s'encastre dans les creux correspondants de la plaque alvéolée placée en correspondance, tandis que les bossages de maintien placés en regard les uns des autres se touchent, de manière à maintenir une feuille de matériau géotextile faisant office de membrane filtrante droite. Dans une deuxième réalisation de l'invention, le caisson de filtration et de répartition du liquide résiduel comprend un cadre dans lequel se trouve un tissu filtrant placé sur toute la section du caisson, la partie inférieure du tissu filtrant étant ondulée de façon à former des ondulations, sensiblement parallèles, interrompues par des passages pour que l'effluent puisse passer d'un creux d'ondulation à l'autre, de façon à se répartir sur toute la section du caisson. L'installation se complète avantageusement de sable placé sous le dispositif de filtration et de répartition dans le sol du liquide résiduel. Une canalisation de répartition placée dans 15 le sable complète également l'installation. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, illustrée de plusieurs figures représentant respectivement: - figure 1, en coupe, l'installation selon l'invention; - figure 2, en coupe frontale, un digesteur utilisé dans l'installation selon l'invention; - figure 3, en vue de dessus, un assemblage de plusieurs digesteurs biologiques anaérobie représentés à la figure 2; - figure 4, en perspective, une première réalisation du dispositif de filtration et de répartition utilisé dans l'installation selon l'invention; et figure 5, en coupe schématique, une deuxième réalisation du dispositif de filtration et de 5 répartition utilisé dans l'installation selon l'invention. Description détaillée d'une réalisation de l'invention En référence à la figure 1, dans cette réalisation décrite, les trois éléments principaux de cette dernière sont un digesteur biologique anaérobie 10 à flux ascendant, un dispositif de filtration et de répartition dans le sol du liquide résiduel et du sable 30 dans lequel est placé ce dernier. L'ensemble est placé dans le sol, référencé 1. Les effluents ou eaux usées arrivent par une canalisation d'entrée 11 du digesteur biologique anaérobie 10 et y sont filtrés grossièrement. La description détaillée de ce dernier est faite en relation avec les figures 2 et 3. Les eaux résiduelles de cette première opération ressortent de celui-ci par une canalisation de sortie 19 débouchant au-dessus du dispositif de filtration et de répartition 20 enterré également dans le sol. Un vide 2 peut être aménagé au niveau de la sortie de la canalisation de sortie 19, au-dessus du dispositif de filtration et de répartition 20. Ce dernier est placé au-dessus d'une couche de sable 30 recevant le résultat du filtrage opéré dans ce dernier. Une canalisation de répartition 4 placée dans le sable, et plus précisément dans sa partie inférieure, complète avantageusement l'ensemble pour qu'une partie des eaux résiduelles évoluant dans le sable 30 puisse être répartie dans le sol et éventuellement, évacuée en partie en dehors de cette zone. Le premier appareil, en l'occurrence le digesteur biologique 10, constitue un préfiltre biologique qui peut restituer des boues prédigérées en quantités limitées, sous une forme très liquide. Le deuxième, en l'occurrence le dispositif de filtration et de répartition 20, est un véritable filtre biologique dont les capacités de dispersion et de digestion lui permettent d'accepter des boues non stabilisées et les transformer en minéraux finement divisés, sans préjudice pour le milieu naturel. Les qualités du premier appareil lui permettent de restituer, avec un simple prétraitement, une quantité de boues non préjudiciable à lui-même et au deuxième appareil qui se colmaterait, si la charge était trop importante. En référence à la figure 2, le digesteur biologique anaérobie 10 à flux ascendant est constitué par une cuve alimentée en eaux usées ou effluent par une canalisation d'entrée 11 débouchant dans un ou plusieurs tubes verticaux 12 dont l'extrémité 13 débouche dans le fond de la cuve où se trouve une grille d'entrée 14 placée de façon horizontale. Comme l'indique les flèches, les effluents introduits dans cette cuve par la canalisation d'entrée 11 et le tube vertical 12 sont obligés de passer à travers cette grille d'entrée 14, lorsqu'elles sont en quantités suffisantes, comme le montre la masse de matériau 16 représentant le mélange des boues et des eaux. Une grille de sortie 15 est placée en dessous de la canalisation de sortie 19. Ainsi, il se forme un voile de boues très denses 16 en dessous de la grille de sortie 15 qui permet de piéger les matières solides devenant elles-mêmes des boues liquides dont une partie se liquéfie et l'autre se densifie. Les boues densifiées servent donc de filtre et se digèrent en même temps. Elles peuvent être évacuées dans un autre milieu insensible au colmatage, tel que le dispositif de filtration et de répartition 20. La canalisation de sortie 19 est elle-même placé en dessous de la canalisation d'entrée 11 à une hauteur H déterminée. Ceci permet d'assurer la circulation des effluents dans cet appareil et en particulier aux graisses de descendre dans le liquide, sous l'effet de leur propre poids et de l'entraînement par l'arrivée de l'effluent, en haut du tube vertical 12. Ces graisses sont obligées de passer par dessous la grille d'entrée et sont ainsi hydraulysées et réapparaissent en haut sous la forme de boulettes, très facilement récupérables. Ainsi, il n'y a pas de blocs de graisses à la surface des matériaux se trouvant dans la cuve, en dehors de ces boulettes. L'effluent en sortie est clarifié, bien que chargé en pollution organique. Les boues sont plutôt concentrées dans le fond de la cuve, à quelques dizaines de centimètres de la grille d'entrée 14. De plus, les temps de rétention de l'effluent sont très courts. On remarque que la cuve est ouverte dans sa partie supérieure, ce qui permet de laisser passer les quelques bulles de gaz qui peuvent s'échapper de l'intérieur. Aucune cloche de récupération n'est nécessaire, contrairement aux appareils anaérobie utilisés dans l'art antérieur. La grille de sortie 15 permet donc de retenir les flottants lorsqu'ils remontent et de répartir sur toute la surface l'effluent ascendant. La répartition de l'effluent dans le bas de la cuve se fait au moyen de la grille d'entrée 14, au centre de laquelle est placée l'extrémité inférieure 13 de l'élément vertical 12. Un tel digesteur biologique peut fonctionner avec une centaine de litres par usager, la production des boues étant inférieure à celle des équipements de l'art antérieur. La figure 3 représente un bassin avec à l'intérieur plusieurs digesteurs anaérobie 10 alimentés de façon égale par une canalisation d'entrée principale 18 et les canalisations d'entrée 11 respectives des digesteurs anaérobie 10. De façon analogue, les canalisations de sortie 19 de ces derniers sont connectées à une canalisation destinée à alimenter la suite de l'installation. En référence à la figure 4, l'un des dispositifs de filtration et de répartition, référencé sur la figure 1, peut être un caisson 23 de répartition et de filtration préalable d'un effluent, comprenant principalement un cadre 21 dans lequel se trouve un tissu filtrant 22. Ce dernier est placé de façon ondulée, de manière à former des ondulations 23, sensiblement parallèles et interrompues par des passages 25, permettant à l'effluent de passer d'un creux d'ondulation 24 à l'autre. Ainsi, celui-ci réparti sur toute la section du caisson 23. En référence à la figure 5, une deuxième manière de réaliser le dispositif de filtration et de répartition est d'utiliser un diffuseur septique comprenant principalement un cadre 41 à l'intérieur duquel sont placées des plaques alvéolées 43, de façon verticale, intercalées avec une feuille de matériau géotextile 42. L'ensemble est alimenté par un tuyau d'épandage 47 logé sous les deux extrémités 42A et 42B de la feuille de matériau géotextile 42. Ainsi placé sur du sable, référencé 30 sur la figure 1, les deux appareils, représentés aux figures 4 et 5, permettent de filtrer et de répartir sur un sable grossier l'effluent qu'il filtre et digère. Avantages de l'invention Il faut noter que ce concept permet de construire des installations urbaines importantes où on peut éventuellement récupérer les gaz en partie haute. L'accès à la maintenance en est amélioré, notamment pour la vidange par les tubes verticaux. De plus, la hauteur d'une telle installation n'est pas conséquente. Il faut également noter que ce concept permet 30 des installations non couvertes, du fait du temps de rétention très court à l'intérieur de l'appareil (pas d'odeurs). Une durée de vingt-cinq ans minimum est prévue pour une petite station de traitement d'eaux usées urbaines, sans vidange, sans additifs, la seule maintenance étant un contrôle tous les six mois avec comme intervention de déboucher éventuellement une canalisation. L'installation selon l'invention permet d'épurer l'eau sur des petites surfaces, sans entretien, sans apport d'énergie et sans utilisation de sous produits. La qualité d'effluent obtenue est nettement supérieure à celle obtenue avec des installations selon 15 l'art antérieur. Enfin, ce type d'installation est très bon marché. REVENDICATIONS 1. Installation d'épuration des eaux usées comprenant en série: - un digesteur biologique anaérobie {10) à flux ascendant; et - un dispositif de filtration et de répartition (20) dans le sol (1) du liquide résiduel. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le digesteur biologique anaérobie (10) possédant une canalisation d'entrée (11), une cuve et une canalisation de sortie (19), caractérisée en ce qu'il comprend une grille de sortie {15) placée en dessous du niveau où débouche la canalisation de sortie (19). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'il comprend un tube vertical (12) débouchant dans le fond de la cuve par une première extrémité inférieure (13) et une grille d'entrée (14) placée au niveau de l'extrémité inférieure (13) du tube vertical (12). 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la canalisation de sortie (19) se trouve en dessous de la canalisation d'entrée (11), à une hauteur (H) déterminée. 5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de filtration et de répartition est constituée par un diffuseur septique possédant une alternance de plaques alvéolées (43) intercalées avec un matériau géotextile (42), SP 25573 JB f l'ensemble étant placé dans un cadre {41) et alimenté par un tuyau d'épandage (47). 6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de filtration et de répartition (20) est constitué par un caisson de répartition et de filtration constitué principalement par un cadre (21) à l'intérieur duquel est placé un tissu filtrant (22) formant des ondulations verticales (23) interrompues par des passages (25). 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il se complète de sable (30) placé en dessous du dispositif de filtration et de répartition (20). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle se complète par une canalisation de répartition (4) placée dans le sable (30) .