Brevet FR2893258A1 — publié le 20070518

Procédé de traitement d'eaux comprenant une étape de décantation et une étape de tamisage fin, et dispositif correspondant. Le domaine de l'invention est celui du traitement des eaux. Plus précisément, l'invention concerne un procédé physique ou physio-chimique destiné à diminuer la teneur en matières en suspension ou en parasites de telles eaux, ainsi que le dispositif correspondant à ce procédé. L'invention peut être utilisée pour traiter n'importe quelles eaux contenant des matières en suspension dont il est souhaitable de diminuer la teneur, telles que notamment : les eaux usées déjà traitées par voie biologique, dans le but d'affiner l'épuration de celles-ci ; - les eaux résiduaires destinées à être réutilisées après traitement, par exemple dans l'industrie ou l'agriculture, notamment pour l'irrigation ; - les eaux destinées à être rejetées en mer ; - les eaux usées déjà traitées, par voie biologique ou non, dans le but de contrôler la teneur en phosphore résiduel du rejet. Comme indiqué ci-après, le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement intéressants pour traiter les matières en suspension contenues dans les eaux destinées à être réutilisées pour l'irrigation. En effet, les eaux usées sont de plus en plus fréquemment réutilisées en irrigation, aussi bien pour l'irrigation de cultures que pour celui d'espaces verts municipaux ou de golfs par exemple. Usuellement, les eaux usées sont traitées pour en enlever la pollution pourvant présenter un danger pour la qualité du milieu recevant les eaux usées traitées. C'est ainsi que, outre les paramètres représentatifs des pollutions carbonées, azotées et phosphorées, la microbiologie est de plus en plus souvent prise en compte dans les besoins de traitement, avec la mise en place fréquente de traitements de finition, par exposition des eaux traitées aux Ultra-Violets ou par filtration finale sur membranes, par exemple. Il existe dans l'état de la technique plusieurs techniques de traitement des matières en suspension. Parmi ces techniques, on peut citer : la décantation physique ou préférentiellement physico-chimique consistant à faire subir à l'eau une clarification éventuellement couplée à un ajout de réactif coagulant visant à augmenter la décantabilité des matières en suspension ; la filtration sur lit de sable d'épaisseur généralement comprise entre 1,5 et 2 m. En ce qui concerne les vitesses de traitement appliquées sur les décanteurs de type classique, celles-ci dépassent rarement 2 à 2,5 m/h. Ces vitesses de traitement peuvent être augmentées jusqu'à 10 à 15 m/h lorsque le décanteur utilisé est de type lamellaire et jusqu'à 20 m/h lorsque la décantation lamellaire est couplée à une étape de coagulation/floculation. Pour obtenir une bonne qualité d'eau, l'art antérieur préconise d'utiliser les lits de sable avec une vitesse de filtration maximale de 10 m/h. Ces deux types de traitement présentent donc tous les deux l'inconvénient de ne pas pouvoir être mis en oeuvre à des vitesses élevées ce qui oblige à utiliser des installations de grandes dimensions impliquant des coûts de génie civil importants. Par ailleurs, dans le cas de réutilisation des eaux usées pour l'irrigation, il est généralement demandé d'assurer un traitement permettant de limiter à une valeur basse, usuellement 1 oeuf par litre d'eau, la concentration des eaux d'irrigation en oeufs d'helminthe. Ces oeufs sont résistants aux traitements du type UV ou chlore, et sont actuellement enlevés, soit par filtration finale sur sable, soit par micro ou ultrafiltration membranaire. C'est ainsi qu'il a été proposé, selon le document de brevet français ayant pour numéro de publication FR-2 767 521, de finaliser l'enlèvement des oeufs d'helminthe par passage successif des eaux usées traitées biologiquement dans une étape de décantation rapide (>20 m/h), puis dans une étape de filtration ascendante mutlicouches à grande vitesse (>10 m/h). Dans une combinaison plus élaborée, il est proposé d'interposer une étape de tamisage, de maille comprise entre 0,5 et 5 mm, entre le décanteur et le filtre, afin de minimiser l'arrivée sur le matériau filtrant de boues, filasses et autres éléments colmatants éventuellement contenus dans les eaux décantées. Cette technique s'est montrée propre à abattre les oeufs d'helminthe à des valeurs toujours inférieures à la limite maximum de 1 oeuf par litre d'eau usuellement recherchée. Bien que plus compacte que les techniques plus lentes de finition par filtration sable monocouches et/ou descendantes, cette technique de filtration rapide présente néanmoins l'inconvénient de rester encore relativement onéreuse du fait de la taille des équipements de filtration nécessaires. L'invention a notamment pour objectif de proposer un procédé de traitement des eaux qui soit moins coûteux que les procédés de l'art antérieur. L'invention a aussi pour objectif de proposer un dispositif de traitement des eaux qui implique des équipements de taille réduite comparé à ceux de l'art antérieur. L'invention a aussi pour objectif de fournir un tel procédé et/ou un tel 20 dispositif qui soit adapté au traitement d'eaux destinées tant à l'irrigation qu'à l'industrie, ou encore à une utilisation en tant qu'eau potable. Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un procédé de traitement d'eaux visant à abattre leur teneur en matières en suspension, et notamment en parasites, 25 comprenant une étape de décantation consistant à faire transiter lesdites eaux dans un décanteur, selon une vitesse de traitement supérieur à 10 m/h, caractérisé en ce que ladite étape de décantation est suivie d'une étape de tamisage fin à l'aide d'un tamis dont les mailles présentent des dimensions comprises entre environ 5 micromètres et environ 25 micromètres. 30 On note que le procédé selon l'invention permet d'obtenir des résultats au moins aussi bons qu'avec les procédés de l'art antérieur qui préconisent trois étapes (décantation, tamisage grossier et filtration en filtre muti-couche) et que ceux-ci ne suggèrent aucunement qu'un procédé ne combinant que deux étapes, dont une de décantation rapide et une de tamisage fin, puisse permettre d'atteindre l'abattement en parasites recherché. Selon un mode de réalisation préféré, ladite étape de tamisage fin est réalisée à l'aide d'un tamis dont les mailles présentent des dimensions comprises entre environ 8 micromètres et environ 12 micromètres. Il apparaît en effet que les eaux usées sortent du décanteur avec une teneur en oeufs d'helminthe statistiquement basse (de l'ordre de moins de un à quelques oeufs d'helminthe par litre, suivant qu'il s'agit d'eau usée brute ou d'eau usée traitée biologiquement) avec un tel tamisage fin. Aussi, bien que les oeufs d'helminthe soient capables de s'ovaliser pour passer au travers des mailles de tamis, il est apparu, de façon imprévue, lors d'essais conduits par la Demanderesse, que les oeufs restants après décantation sont abattus de façon suffisamment importante par un tamisage entre 8 et 12 micromètres pour que les toutes les eaux testées aient une concentration en oeufs d'helminthe inférieure à la limite de 1 oeuf par litre après tamisage. Selon une solution avantageuse, ladite étape de décantation est précédée d'une étape de coagulation/floculation. Il apparaît en effet que les oeufs ont alors tendance à s'intégrer dans le floc et sont mieux arrêtés, tant au niveau de la décantation qu'au niveau du tamisage des focs restants. Selon une première variante avantageuse, ladite étape de coagulation/floculation est obtenue par recirculation de boues issues de ladite étape de décantation, avec addition dans lesdites eaux d'au moins un agent coagulant et d'au moins un agent floculant. Dans ce cas, ladite étape de floculation est préférentiellement réalisée à une vitesse d'au moins 20 m/h. Selon une deuxième variante avantageuse, ladite étape de coagulation/floculation est obtenue par addition dans lesdites eaux d'au moins un agent coagulant, d'au moins un agent floculant, et d'au moins un matériau granulaire de lestage insoluble dans l'eau. Dans ce cas, ladite étape de floculation/coagulation est préférentiellement 5 réalisée à une vitesse d'au moins 30 m/h. Avantageusement, il comprend une étape, en aval de ladite étape de décantation, d'injection d'un réactif oxydant. Dans ce cas. ladite étape d'injection d'un réactif oxydant est préférentiellement réalisée en amont de ladite étape de tamisage. 10 Préférentiellement, ledit réactif oxydant comprend l'un au moins des réactifs appartenant au groupe suivant : - chlore ; - hypochlorite de sodium ; - dioxyde de chlore ; 15 - ozone. On réalise de cette façon une désinfection de l'eau tendant à améliorer encore la qualité des eaux traitées. Avantageusement, le procédé comprend une étape, en amont de ladite étape de tamisage, d'injection d'un réactif pulvérulant comprenant l'un au moins 20 des réactifs appartenant au groupe suivant : - charbon actif en grain ; -charbon actif en poudre ; - résine échangeuse d'ions. On réalise de cette façon un traitement de polluants dissous. 25 Selon une première variante de réalisation, il comprend, en aval de ladite étape de tamisage, une étape de désinfection desdites eaux par rayonnement UV. Selon une deuxième variante de réalisation, le procédé comprend, en aval de ladite étape de décantation et en amont de ladite étape de tamisage, une étape de désinfection desdites eaux par rayonnement UV. 30 L'invention concerne également un dispositif de traitement d'eaux visant à abattre leur teneur en matières en suspension, et notamment en parasites, comprenant au moins un décanteur, caractérisé en ce qu'il comprend, en aval dudit décanteur, au moins un tamis dont les mailles présentent des dimensions comprises entre environ 5 micromètres et environ 25 micromètres, et préférentiellement comprise entre environ 8 micromètres et environ 12 micromètres. Selon une solution préférée, ledit décanteur est de type à coagulation/floculation/décantation à floc lesté. Dans ce cas, ledit décanteur est avantageusement associé à un lest comprenant un matériau granulaire de poids spécifique supérieur à celui de l'eau et de diamètre moyen compris entre environ 50 micromètres et environ 250 micromètres. Selon un mode de réalisation préféré, ledit ou lesdits tamis sont du type à disque ou à tambour. Avantageusement, il comprend des moyens de décolmatage dudit ou desdits tamis. Dans ce cas, lesdits moyens de décolmatage comprennent préférentiellement des moyens de pulvérisation d'une eau de lavage sous pression. Dans ce cas, le dispositif comprend avantageusement des moyens de désinfection desdites eaux de lavage avant recirculation vers l'amont dudit décanteur. Préférentiellement, lesdits moyens de désinfection desdites eaux de lavage sont choisis parmi les techniques suivantes : -chloration ; ozonation ; rayonnement UV. Avantageusement, lesdits moyens de pulvérisation pulvérisent à contre-courant par rapport auxdites eaux à traiter. Selon une solution avantageuse, le dispositif comprend des moyens de recirculation des eaux de lavage vers l'amont dudit décanteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est représentation schématique du principe de l'invention ; la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de traitement d'eaux selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Tel qu'illustré par la figure 1, le principe de l'invention réside dans le fait de faire successivement passer de l'eau usée, brute ou traitée biologiquement, dans un décanteur 1, puis dans un système de tamisage 2, extérieur au décanteur et d'une maille comprise entre 5 et 25 micromètres, préférentiellement entre 8 et 12 micromètres. Un tel lest pourra par exemple être constitué par du sable. En référence à la figure 2, la technique de décantation utilisée sera précédée d'une étape de coagulation 3, en ligne ou dans une cuve de coagulation, avec injection 31 d'un sel minéral ou d'un polyélectrolyte cationique, et d'une phase de floculation 4 avec injection 41 d'un polyélectrolyte (polymère) anionique ou cationique. Selon une autre variante envisageable, le décanteur 1 est un décanteur à recirculation de boues, avec addition d'au moins un agent coagulant et un agent floculant, fonctionnant à une vitesse d'au moins 20 m/h. Selon encore une autre variante envisageable, le décanteur 1 est un décanteur à floc lesté, avec addition d'au moins un agent coagulant, un agent floculant, et un matériau granulaire de lestage insoluble dans l'eau, fonctionnant à une vitesse d'au moins 30 m/h, le lest est utilisé dans ledit décanteur 1 étant un matériau granulaire de poids spécifique supérieur à celui de l'eau et de diamètre moyen compris entre 50 et 250 micromètres. L'étape de tamisage est réalisée sur des tamis extérieurs au décanteur et en aval de celui-ci, afin de permettre un contrôle du colmatage du tamis et le nettoyage de celui-ci. Le tamis est préférentiellement de maille 10 micromètres et de type à disque ou à tambour, le type à disque étant préféré. Le sens de tamisage préféré est de l'intérieur du disque ou du tambour vers l'extérieur, tandis que le tamis sera préférentiellement équipé de systèmes de lavage 21 par aspersion d'eau, avec des buses ou rampes d'injection préférentiellement disposés à l'extérieur du tamis, injectant l'eau à contre-courant du sens de tamisage. Lors d'essais, des tamis à disque de type Hydrotech (marque déposée) ont été utilisés, ceux-ci permettant un lavage aisé par des buses disposées en extérieur et d'accès facile, lorsque le tamis commence à se colmater. Avec des tamis de maille nominale 10 micromètres, la Demanderesse a constaté, sur des eaux usées traitées biologiquement et destinées à l'irrigation, des teneurs en oeufs d'helminthe toujours inférieurs à 1 oeuf par litre après passage sur coagulation/floculation/décantation lestée, puis tamisage, et ceci avec des vitesses de décantation allant au-dessus de 100 mètres par heure en décantation, et des vitesses d'approche comprises entre 10 et 30 m3 d'eau décantée par heure et par mètre carré de surface développée de tamisage, avec des doses de coagulant (sulfate d'alumine utilisé dans ce cas, les sels de fer étant également excellents coagulants) de l'ordre de 12 mg/1 exprimé en Aluminium, et des doses de polymère de 0,7 mg/I. Les concentrations en matières en suspension ont été divisées par un facteur supérieur à 20 dans le même temps, par le passage en 25 floculation/décantation lestée tamisage. Le traitement de décantation/tamisage permet donc de réduire considérablement le taux de matières en suspension dans l'eau traitée, et favorise le polissage de cette eau par utilisation de traitements complémentaires, tels que : le traitement de polluants dissous par injection de réactif pulvérulents, 30 tels que le charbon actif en poudre ou en grain, ou par des résines échangeuses d'ion ; la désinfection de l'eau par réactif oxydant, tel que l'ozone, l'eau oxygénée, le chlore, l'hypochlorite de soude, le dioxyde de chlore ou les chloramines, ou encore par rayonnement UV. On notera que les UV peuvent être appliqués après tamisage, afin de bénéficier de la réduction du taux de Matières en Suspension (MS) par le tamisage. Les UV peuvent aussi être appliqués en amont du tamisage, compte tenu de la bonne qualité des eaux décantées. Dans ce dernier cas, on préfère une application par les émetteurs UV implantés directement à proximité de la grille de tamisage et éclairant celle-ci d'un flux d'UV dont l'action germicide est renforcée par le fait que les micro-organismes retenus sur le tamis sont soumis à des doses UV importantes par leur passage périodique, à chaque tour de tamis, devant les émetteurs UV. Les eaux de lavage des tamis sont préférentiellement recyclées 22 en amont du décanteur, de façon à être refloculées et décantées. De façon préférée entre toutes, les eaux de lavage sont désinfectées par action d'un oxydant 23 avant renvoi au décanteur. Plus généralement, ces eaux de lavage peuvent être désinfectées par 20 chloration, ozonation ou rayonnement UV. La même chaîne de procédé peut être appliquée avec profit au traitement d'eau de surface du type eaux de rivière ou de lac, en particulier pour en enlever les matières en suspension, et les micro-organismes de taille supérieure à 5 micro-mètres environ, mais aussi les métaux lourds dissous et la couleur. Le 25 traitement peut ici aussi être complété par un traitement de désinfection par oxydants ou par UV. A titre indicatif des essais menés sur une eau de lac avec un ensemble comprenant un décanteur à floc lesté de sable fonctionnant à 58 m/h de vitesse de décantation suivi d'un tamis à maille de 10 micromètres a donné, dans les 30 conditions de fonctionnement indiquées au tableau 1 ci-après, les résultats du tableau 2 suivant : Tableau 1 : Débit : 1,800-2,200 m3/h Temps de rétention total : 15-20 minutes Vitesse au miroir du décanteur : 50-58 m/h Dosage du Coagulant : 8 mg Al/1 Dosage du Polymère : 0,30 mg/1 PH : 5,8-5,9 Recirculation : 4 % du débit d'enrée Tableau 2 : Paramètre Entrée Sortie Objectif Efficacité Couleur Jusqu'à 109 mg Pt/1 5 mg Pt/1 515 mg/ Pt/1 95 % Matières en 3,3 mg/1 38 % Suspension Turbidité 4,5 NTU 0,19 NTU 5 1,00 NTU KMnO4 60,6 mg/1 9,6 mg/l - 84 % DCOcr 34,8 mg/I 9,3 mg/1 5 20 mg/1 74 % Aluminium Total - 0,12 mg AI/I 5 0,50 mg Al/1 Aluminium Dissous - REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'eaux visant à abattre leur teneur en matières en suspension, et notamment en parasites, comprenant une étape de décantation consistant à faire transiter lesdites eaux dans un décanteur, selon une vitesse de traitement supérieur à 10 m/h, caractérisé en ce que ladite étape de décantation est suivie d'une étape de tamisage fin à l'aide d'un tamis dont les mailles présentent des dimensions comprises entre environ 5 micromètres et environ 25 micromètres. 2. Procédé de traitement d'eaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de tannisage fin est réalisée à l'aide d'un tamis dont les mailles présentent des dimensions comprises entre environ 8 micromètres et environ 12 micromètres. 3. Procédé de traitement d'eaux selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite étape de décantation est précédée d'une étape de coagulation/floculation. 4. Procédé de traitement d'eaux selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape de coagulation/floculation est obtenue par recirculation de boues issues de ladite étape de décantation, avec addition dans lesdites eaux d'au moins un agent coagulant et d'au moins un agent floculant. 5. Procédé de traitement d'eaux selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape de coagulation/floculation est réalisée à une vitesse d'au moins 20 m/h. 6. Procédé de traitement d'eaux selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape de coagulation/floculation est obtenue par addition dans lesdites eaux d'au moins un agent coagulant, d'au moins un agent floculant, et d'au moins un matériau granulaire de lestage insoluble dans l'eau. 7. Procédé de traitement d'eaux selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape de coagulation/floculation est réalisée à une vitesse d'au moinsm/h. 8. Procédé de traitement d'eaux selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape, en aval de ladite étape de décantation, d'injection d'un réactif oxydant. 9. Procédé de traitement d'eaux selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape d'injection d'un réactif oxydant est réalisée en amont de ladite étape de tamisage. 10. Procédé de traitement d'eaux selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit réactif oxydant comprend l'un au moins des réactifs appartenant au groupe suivant : - chlore ; hypochlorite de sodium ; dioxyde de chlore ; ozone. 11. Procédé de traitement d'eaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape, en amont de ladite étape de tamisage, d'injection d'un réactif pulvérulant comprenant l'un au moins des réactifs appartenant au groupe suivant : charbon actif en grain ; - charbon actif en poudre ; - résine échangeuse d'ions. 12. Procédé de traitement d'eaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend, en aval de ladite étape de tamisage, une étape de désinfection desdites eaux par rayonnement UV. 13. Procédé de traitement des eaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'il comprend, en aval de ladite étape de décantation et en amont de ladite étape de tamisage, une étape de désinfection desdites eaux par rayonnement UV. 14. Dispositif de traitement d'eaux visant à abattre leur teneur en matières en suspension, et notamment en parasites, comprenant au moins un décanteur 12caractérisé en ce qu'il comprend, en aval dudit décanteur, au moins un tamis dont les mailles présentent des dimensions comprises entre environ 5 micromètres et environ 25 micromètres. 15. Dispositif de traitement d'eaux selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdites mailles dudit tamis présentent des dimensions comprises entre environ 8 micromètres et environ 12 micromètres. 16. Dispositif de traitement d'eaux selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que ledit décanteur est de type à coagulation/floculation/décantation à floc lesté. 17. Dispositif de traitement d'eaux selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit décanteur est associé à un lest comprenant un matériau granulaire de poids spécifique supérieur à celui de l'eau et de diamètre moyen compris entre environ 50 micromètres et environ 250 micromètres. 18. Dispositif de traitement d'eaux selon les revendications 14 à 17, caractérisé en ce que ledit ou lesdits tamis sont du type à disque ou à tambour. 19. Dispositif de traitement d'eaux selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de décolmatage dudit ou desdits tamis. 20. Dispositif de traitement d'eaux selon la revendication 19, caractérisé en ce que lesdits moyens de décolmatage comprennent des moyens de pulvérisation d'une eau de lavage sous pression. 21. Dispositif de traitement d'eaux selon la revendication 20, caractérisé en ce que lesdits moyens de pulvérisation pulvérisent à contre-courant par rapport auxdites eaux à traiter. 22. Dispositif de traitement d'eaux selon l'une des revendications 20 et 21, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de recirculation des eaux de lavage vers l'amont dudit décanteur. 23. Dispositif de traitement d'eaux selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de désinfection desdites eaux de lavage avant recirculation vers l'amont dudit décanteur. 5 24. Dispositif de maintient d'eaux sleon la revendication 23, caractérisé en ce que lesdits moyens de désinfection desdites eaux de lavage sont choisis parmi les techniques suivantes : chloration ; ozonation ; -rayonnement UV.