Brevet FR2896433A1 — publié le 20070727

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation domestique de purification d'effluents comprenant - une cuve d'homogénéisation recevant les effluents, - un bac de floculation comprenant une partie supérieure tronconique prolongée d'une partie inférieure, placé à l'intérieur de la cuve de clarification et dans lequel se forment des flocons de boues, - un conduit descendant, reliant la cuve d'homogénéisation à la partie basse du bac de floculation que les effluents traversent de bas en haut 10 et se clarifient au contact des flocons de boues, - le conduit comprenant un tube supérieur dont une extrémité est reliée à la cuve d'homogénéisation et l'autre extrémité débouche dans un tube inférieur de diamètre plus grand que celui du tube supérieur, l'extrémité inférieure de celui-ci débouchant dans la partie basse du 15 bac de floculation, - une cuve à boues qui reçoit les boues débordant du bac de floculation. Etat de la technique On connaît déjà une telle installation de purification d'effluents destinée à des applications industrielles pour le traitement de 20 volumes relativement important, le cas échéant fortement chargés en polluants. De ce fait, une telle installation ne convient pas pour le traitement des effluents domestiques en faible quantité ou peu chargés de produits polluants car, outre les questions dimensionnelles, le fonction- 25 nement de l'installation, même réduite à une échelle appropriée, ne serait pas efficace avec un débit très faible discontinu et même l'installation risquerait de se colmater. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une instal- 30 lation domestique de purification d'effluents de structure simple, facile à utiliser et à entretenir, de faible encombrement et compatible avec une application domestique, c'est-à-dire avec des débits d'effluents relative-ment faibles et discontinus. Exposé et avantages de l'invention 35 A cet effet, la présente invention concerne une installation de purification d'effluents du type défini ci-dessus caractérisé en ce que A- une première enceinte formant la cuve d'homogénéisation équipée d'un agitateur et d'une unité de pompage, B- une conduite de liaison en sortie de l'unité de pompage, comportant un injecteur de réactifs et un mélangeur statique, C- une seconde enceinte surmontée d'une cuve de mélange dans laquelle débouche tangentiellement la conduite de liaison, et comprenant - un bac de floculation en forme de tronc de cône renversé placé au-dessus de la cuve à boues et surmonté d'une chambre de filtration, le bac de floculation ayant en partie supérieure, des ouïes pour le passage des flocons de boues, - une conduite descendant de la cuve de mélange jusqu'au fond du 10 bac de floculation, -ainsi qu'une d'une sortie d'eaux purifiées au-dessus de la chambre de filtration, D- une conduite de dérivation reliant la partie supérieure de la cuve d'homogénéisation, sous le niveau d'arrivée des effluents directement à 15 la cuve à boues. Cette installation d'une réalisation et d'une mise en place simples, permet un fonctionnement dynamique normal par commande de l'agitateur, et de l'unité de pompage qui fournissent des volumes d'effluents homogénéisés à la seconde enceinte dans laquelle se fait la sé- 20 paration des boues et le filtrage final. Mais ce fonctionnement normal permet également un fonctionnement de secours, statique purement biologique, c'est-à-dire sans injection de réactifs ni d'agitation et de pompage, en limitant le fonctionnement aux parties les plus liquides et laissant provisoirement les particules solides au fond de la cuve d'homogénéisation. 25 Lorsque l'installation peut de nouveau fonctionner de manière dynamique, on remet en suspension les particules solides déposées au fond de la cuve avec l'agitateur pour obtenir un liquide homogène repris par l'unité de pompage, qui équipée d'une pompe à couteaux, fractionne les composants pour obtenir un mélange plus homogène avec des particules plus petites 30 qui arrivent ensuite dans la seconde enceinte. L'entretien de l'installation se fait sans difficulté. L'entretien normal, c'est-à-dire le remplissage des réservoirs d'agents réactifs, ne présente pas de difficultés particulières et, en cas de problème au niveau d'un équipement, l'agitateur et l'unité de pompage sont facilement accessibles dans la première enceinte. Les con- 35 duites éventuellement bouchées sont également très accessibles : il suffit de démonter quelques raccords pour accéder à la partie nécessitant une intervention plus poussée. Enfin, l'évacuation des boues se fait également de manière simple à la sortie de la cuve amont. Suivant une autre caractéristique, l'unité de pompage est une unité de pompage à fractionnement qui permet une réduction de la 5 dimension des parties solides des effluents. Suivant une autre caractéristique, l'arrivée des effluents dans la cuve d'homogénéisation se fait par un tube plongeant. Ce tube plongeant permet, en cas d'arrêt de l'unité de pompage, de séparer un maximum d'éléments lourds dans la cuve d'homogénéisation pour que le 10 fonctionnement statique permette de prélever le liquide moins chargé dans la partie supérieure de la cuve d'homogénéisation directement dans la cuve à boues, à l'arrêt de l'agitateur. Suivant une autre caractéristique, le conduit descendant reliant la sortie de la cuve de mélange au bac de floculation est en saillie 15 dans la cuve de mélange et sa partie haute est équipée d'un guide hélicoïdal, comme sa sortie en amont d'une chambre de tranquillisation du flux en forme de deux troncs de cône inversés reliés par leur grande base. La mise en mouvement de rotation du liquide ou plus exactement en mouvement hélicoïdal favorise le mélange et ensuite 20 l'agglutination des particules pour développer des flocons lors de la lente remontée du liquide dans le bac de floculation. De façon avantageuse, la conduite partant de la cuve de mélange est équipée d'un point d'injection de réactifs suivi d'un mélangeur statique pour rejoindre une partie de la conduite descendante, de section 25 nettement plus importante avant de déboucher dans le bac de floculation. De façon avantageuse, le bac de floculation a une enveloppe en forme de double tronc de cône allant en s'évasant vers le haut et le conduit descendant débouche dans le volume délimité par le petit tronc de cône, l'enveloppe ayant des ouïes de passage des flocons de boues, près de 30 son bord supérieur. Les ouïes sont, de préférence, réparties en deux rangées périphériques disposées en quinconce de sorte que les flocons qui s'agglutinent et remontent de plus en plus lentement le long de la paroi du bac de floculation, du fait de la forme de plus en plus évasée de celui-ci et 35 du ralentissement conséquent du liquide, arrivent ainsi nécessairement devant une ouïe pour déborder par celle-ci et retomber dans la cuve à boues. De façon avantageuse, le fond de la cuve à boues est incliné vers la sortie. Suivant une autre caractéristique, la chambre de filtration est constituée par une masse filtrante enrichie de poudres biologiques et cette chambre occupe toute la section de l'enceinte entre le dessus du bac de floculation et la sortie. Cette masse filtrante se remplace. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple d'installation domestique de purification d'effluents représenté dans l'unique figure annexée qui est une vue en coupe schématique de l'installation. Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure, l'invention concerne une installation domestique de purification d'effluents, composée d'une première en- ceinte 100 de forme cylindrique, constituant une cuve d'homogénéisation recevant les effluents à traiter. Cette cuve d'homogénéisation 100 est reliée par une conduite de liaison 300 à une seconde enceinte 200 surmontée d'une cuve de mélange 210. La seconde enceinte 200 contient un bac de floculation 220 dans lequel arrive le liquide de la cuve de mélange 210 pour faire floculer des boues qui passent sous forme de flocons dans la cuve à boues 230 pour être évacuées périodiquement. L'eau séparée des boues remonte à travers une chambre de filtration 240 vers la sortie. De façon plus détaillée, la première enceinte 100 est une structure de forme cylindrique à section circulaire munie d'une arrivée d'effluents 110 constituée par un tube coudé, plongeant. Cette cuve 100 est équipée d'une agitateur 120 entraîné par un moteur électrique 121 installé sur le dessus 130 de la cuve 100 et fonctionnant de manière commandée par exemple de façon périodique et/ ou en fonction de l'arrivée de liquide. La cuve 100 est équipée d'une unité de pompage 140 installée au fond 111 de la cuve 100 dans une cage 112 communiquant avec le restant de la cuve et protégeant l'unité de pompage. L'unité de pompage 140 comporte un rotor à couteaux de manière à déchiqueter et homogénéiser les produits en suspension dans les effluents pompés. Le côté refoulement 141 de la pompe est relié à la conduite de liaison 300, qui remonte à l'intérieur de la cuve 100 pour arriver au-dessus de la seconde enceinte 200 et déboucher tangentiellement dans la cuve de mélange 210. Cette conduite de liaison 300 comporte en sortie un injecteur d'agents réactifs 310 puis, un mélangeur statique 320, c'est-à-dire un chemin dans lequel les agents réactifs se ménagent naturellement au flux de liquide pour déboucher tangentiellement dans la cuve de mélange 210. L'arrivée tangentielle crée une circulation en vortex du liquide dans la chambre de mélange. Au-dessus de la première enceinte 100, se trouve le moteur 121 de l'agitateur 120 ainsi que des réservoirs 150, 151 contenant le ou les agents réactifs à injecter dans la conduite de liaison 300. Ces équipements sont facilement accessibles pour l'entretien et le remplissage des réservoirs 150, 151. Le dessus 130 de la cuve 100 est amovible et corn-porte une trappe 131 pour extraire l'unité de pompage 140 et accéder à la conduite de refoulement 300. La cuve d'homogénéisation 100 comporte également une conduite de dérivation 160 dont l'entrée 161 se trouve légèrement sous le niveau d'arrivée 110 du liquide dans la cuve 100 et débouchant dans la 15 cuve à boues 230 de la seconde enceinte 200. Dans cet exemple, la première enceinte est cylindrique à section circulaire d'axe YY. La seconde enceinte 200, également constituée par un volume cylindrique de section circulaire, d'axe ZZ, se compose de bas en haut, de la cuve à boues 230 dont le fond 231 est incliné vers la sortie 232 20 de pompage des boues. Au-dessus du fond 231, la cuve à boues 230 loge la cuve de floculation 220 formée par une enveloppe biconique allant en s'évasant vers le haut et se terminant par un bord 221 pour être portée par une bride 250 ajourée, fixée à la paroi de l'enceinte 200. Au-dessus de cette cuve 220, se trouve un volume de tranquillisation et de réparti- 25 tion 260 surmonté de la chambre à filtration 240 constituée par un disque épais chargé d'une masse filtrante contenant des poudres biologiques de manière à assurer la filtration finale des eaux nettoyées. Dans l'axe ZZ de l'enceinte 200, le conduit descendant 270, relie la cuve de mélange 210 à la base du bac de floculation 220. Ce con- 30 duit 270 descendant se compose d'une partie supérieure 271 venant en saillie dans la cuve de mélange 210 de façon à renforcer le mouvement de vortex du liquide arrivant du mélangeur statique dans la cuve de mélange. En partie haute, l'entrée de ce conduit est garnie d'un guide hélicoïdal 272 orienté de façon à conserver le mouvement de vortex du liquide à 35 l'intérieur du conduit descendant 270 équipé d'un point d'injection de réactifs 310'. Ce conduit 270 est prolongé par un mélangeur statique 273, c'est-à-dire un chemin dans lequel les agents réactifs se mélangent au flux de liquide pour déboucher dans une parties de conduite descendante 274 de section nettement plus importante pour arriver dans le bac de floculation 220. Les différentes parties de la conduite descendante 270 sont reliées par des raccords tels que le raccord 271, facilitant le montage et le démontage de cette partie de l'installation, par exemple pour des travaux d'entretien. Sous la chambre de filtration 240, le conduit descendant 274 augmente nettement de section pour arriver dans le bac de floculation 220 et sa sortie se termine par une enveloppe 275 en forme de double tronc de cône constituant une chambre de tranquillisation du flux. En amont de cette chambre de tranquillisation, la partie 274 du conduit est équipée de nouveau d'un guide hélicoïdal 276 toujours pour soutenir le mouvement hélicoïdal du flux à l'arrivée dans la chambre de tranquillisation 275. Le fond de la chambre de tranquillisation est ouvert au-dessus du fond de la partie inférieure 222 du bac de floculation 220. Le bac de floculation 220 comporte, en partie haute, deux rangées d'ouïes 223, décalées les unes par rapport aux autres et constituant des sorties pour les flocons de boues FB. Les boues s'agglutinent en flocons dans le liquide qui re- monte dans le bac de floculation 220 en diminuant de vitesse en fonction de l'augmentation de section du bac. Les flocons de boues FB entraînés par le lent mouvement de liquide le long de la paroi 224 du bac de floculation 220 peuvent ainsi remonter et s'échapper par les ouïes 223 pour retomber par gravité au fond 231 de la cuve à boues 230. L'eau nettoyée d'une partie importante de ses boues remonte alors dans la chambre de tranquillisation et de répartition 260 au-dessus du bac de floculation 220 pour traverser ensuite la chambre filtrante 240 et s'échapper à état filtré par la sortie 241. La mise en place et l'assemblage de l'installation se font de manière simple. Tous les composants de la cuve d'homogénéisation 100 peuvent se mettre en place après l'installation de la cuve proprement dite. Il en est de même de la seconde enceinte 200 qui reçoit d'abord le bac de floculation 220 puis la chambre filtrante 240 à laquelle on a fixé par un raccord, la troisième partie 274 de la conduite descendante270. Après cette mise en place, on fixe la partie supérieure 271 de la conduite des- cendante par un raccord et on installe la cuve de mélange 210. Le bran- chement de la cuve de mélange 210 avec le mélangeur statique 320 et son raccordement à la conduite de refoulement 300 de l'unité de pompage 140 se font également par de simples raccords. En cas de problème au niveau d'un composant de l'installation, il est facile d'accéder à ce composant ou de l'extraire. Ainsi, le moteur 121 de l'agitateur 120 est directement accessible au-dessus de la cuve d'homogénéisation 100. L'unité de pompage 140 peut s'extraire de la cuve d'homogénéisation 100 car elle est en principe simplement posée dans sa cage 112. L'accès à la conduite de refoulement 300 se fait par simple démontage d'un raccord. Bien que la seconde enceinte 200 ne comporte que des éléments statiques, en cas exceptionnel de bourrage, l'ensemble des éléments est accessible par le dessus. L'installation de purification d'effluents décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante : les effluents arrivent en général de façon discontinue dans la cuve d'homogénéisation 100 par le tube pion- geant 110. Ces effluents sont mélangés par l'agitateur 120 pour être homogénéisés avant d'être aspirés par la pompe 140 dont les couteaux déchiquettent les éléments solides pour avoir des éléments d'une dimension inférieure à une limite fixée. La pompe à couteaux 140 est par exemple commandée par un flotteur et/ ou par une horloge de manière à pomper périodiquement un certain volume d'effluents. Ce volume d'effluents est homogénéisé par l'agitateur 120 avant d'être pompé. Les effluents ainsi pompés passent dans l'injecteur d'agents réactifs 310 où ils reçoivent des agents réactifs favorisant leur traitement en aval. Les agents réactifs se mélangent aux effluents dans le mélangeur statique 320 puis, le flux arrive tangentiellement dans la cuve de mélange 210 dans laquelle il tourne suivant un mouvement de vortex pour passer dans la conduite descendante 270 dans laquelle ce mouvement circulaire est soutenu par le guide hélicoïdal 271 de l'entrée. Le liquide descend dans la conduite 276 suivant un mouvement de rotation réactivé près de la sortie de la conduite, en amont de la chambre de tranquillisation 275. Dans cette chambre, le flux continue de tourner suivant un mouvement hélicoïdal pour passer dans le bac de floculation 220. L'augmentation de section, progressive, ralentit le flux qui devient très lent dans le bac de floculation. Le flux d'effluents se sépare progressivement de flocons de boues FB et le liquide nettoyé remonte dans la chambre de tranquillisation 260 avant de traverser la chambre de filtrage 240 et passer par la sortie 241. Le niveau de liquide dans la seconde enceinte 200 est fixé par la hauteur de la sortie 241 d'eau filtrée alors que le niveau de liquide dans la première enceinte 100 varie en fonction des volumes pompés. La conduite de dérivation 160 qui relie la partie haute de la cuve d'homogé- néisation 100 à la cuve de boues 230 permet un fonctionnement statique de l'installation en cas défaillance de l'unité de pompage 140. Le liquide de la cuve d'homogénéisation 100 est prélevé dans sa partie haute, débarrassé des principales parties solides qui, au repos de l'agitateur 120, descendent par gravité au fond de la cuve d'homogénéisation et ne sont pas mélangées. Le liquide près du niveau supérieur de la cuve passe alors la chambre de boues 230 dans laquelle il se débarrasse d'une fraction moindre de particules solides que s'il avait été additionné de réactifs de floculation comme en régime normal. Puis, le liquide remonte à travers la bride ajourée 250 et, éventuellement, les ouïes 224 du bac de floculation 220 pour traverser la masse filtrante 240 et être évacué. REVENDICATIONS 1 ) Installation domestique de purification d'effluents comprenant une cuve d'homogénéisation recevant les effluents, un bac de floculation comprenant une partie supérieure tronconique prolongée d'une partie inférieure, placé à l'intérieur de la cuve de clari- fication et dans lequel se forment des flocons de boues, un conduit descendant, reliant la cuve d'homogénéisation à la partie basse du bac de floculation que les effluents traversent de bas en haut et se clarifient au contact des flocons de boues, le conduit comprenant un tube supérieur dont une extrémité est reliée à la cuve d'homogénéisation et l'autre extrémité débouche dans un tube inférieur de diamètre plus grand que celui du tube supérieur, l'extrémité inférieure de celui-ci débouchant dans la partie basse du bac de floculation, - une cuve à boues qui reçoit les boues débordant du bac de floculation, caractérisée par A- une première enceinte (100) formant la cuve d'homogénéisation équipée d'un agitateur (120) et d'une unité de pompage (140), B- une conduite de liaison (300) en sortie de l'unité de pompage (140), comportant un injecteur d'agents réactifs (310) et un mélangeur statique (320), C- une seconde enceinte (200) surmontée d'une cuve de mélange (210) dans laquelle débouche tangentiellement la conduite de liaison (300, 320), et comprenant un bac de floculation (220) en forme de tronc de cône renversé placé au-dessus de la cuve à boues (230) et surmonté d'une chambre de filtration (240), le bac de floculation (220) ayant en partie supérieure, des ouïes (224) pour le passage des flocons de boues (FB), une conduite (270) descendant de la cuve de mélange (210) jusqu'au fond (222) du bac de floculation (220), ainsi qu'une sortie (241) des eaux de la chambre de filtration (240), D-une conduite de dérivation (160) reliant la partie supérieure de la cuve d'homogénéisation (100), sous le niveau d'arrivée des effluents, directement à la cuve à boues (230). 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité de pompage (140) est une unité de pompage à fractionnement. 3 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arrivée d'effluents dans la cuve d'homogénéisation est réalisée par un tube plongeant (110). 4 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit descendant (270) reliant la sortie de la cuve de mélange (210) au bac de floculation (220) dans la cuve de mélange (210) et sa partie haute est équipée d'un guide hélicoïdale (211), sa sortie étant munie également d'un guide hélicoïdal (276) en amont d'une chambre de tranquillisation du flux (275) en forme de deux troncs de cône inversés reliés par leur grande base. 5 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite (270) partant de la cuve de mélange (210) est équipée d'un point d'injection de réactifs (310') suivi d'un mélangeur statique (373) pour rejoindre une partie (274) de la conduite descendante (270), de section nettement plus importante avant de déboucher dans le bac de floculation (220). 6 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bac de floculation (220) a une enveloppe en forme de double tronc de cône allant en s'évasant vers le haut et le conduit descendant (270) dé-bouche dans le volume délimité par le petit tronc de cône (222), l'enveloppe ayant des ouïes (224) de passage des flocons de boues (FB) près de son bord supérieur. 7 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de filtration (240) est constituée par une masse filtrante enrichie de poudres biologiques. 8 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond (231) de la cuve à boues (230) est incliné vers la sortie.35