Brevet FR2900840A1 — publié le 20071116

Le domaine technique de l'invention est celui des filtres et plus particulièrement des filtres pour le traitement des effluents organiques. Le filtrage des effluents pose de nombreux problèmes. Les filtres connus mettent en œuvre des membranes et des tamis et sont sujets à des colmatages qui imposent l'arrêt des installations. On utilise donc pour le traitement des eaux des filtres grossiers qui sont disposés en amont des stations de l0 fermentations et qui permettent d'arrêter les débris et on met également en œuvre des filtres fins qui sont disposés en aval de ces stations et qui permettent d'obtenir la qualité d'eau souhaitée pour un réseau d'alimentation. Les gros volumes d'effluents à traiter imposent des 15 bassins de digestion / fermentation de taille importante et des bassins de stockage intermédiaire. Ces solutions n'empêchent cependant pas le colmatage des filtres qu'il est nécessaire de démonter et nettoyer. Les solutions connues sont mal adaptées à de petites 20 stations de traitement, par exemple à des stations équipant une exploitation agricole et qui sans fournir une eau de qualité parfaite doivent assurer simplement un pré traitement des eaux avant leur rejet dans la nature. L'invention a pour but de proposer un filtre permettant 25 d'assurer d'une façon simple et avec des risques de colmatage réduits le traitement de tels effluents. L'invention permet également de réaliser un tel filtre à moindre coût en mettant en œuvre des matériaux biodégradables ou recyclables obtenus directement sur l'exploitation 30 agricole elle-même. Ainsi l'invention a pour objet un filtre, notamment pour effluents organiques, qui est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche d'un matériau organique fibreux compacté d'origine végétale ou animale disposée dans un étui 35 en matériau biodégradable. Selon un mode particulier de réalisation, le filtre comporte au moins deux couches de matériau fibreux compactées. 2 Le filtre pourra comporter au moins deux couches de matériau fibreux compactées ayant des taux de compaction différents. Le filtre comportera plus particulièrement une partie amont au niveau de laquelle seront amenés les effluents et une partie aval au niveau de laquelle sera évacuée l'eau filtrée, les couches les plus compactées se trouvant au voisinage de la partie aval et les couches les moins compactées au voisinage de la partie amont. Avantageusement, le filtre pourra comporter au moins une couche de charbon actif. L'étui pourra être réalisé en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : carton, bois, bambou, tissu de chanvre de coton ou de laine naturelle. L'étui pourra être fermé au niveau de sa partie aval par un fond portant des orifices, fond réalisé en un matériau biodégradable. Le matériau fibreux compacté pourra être choisi parmi les matériaux suivants : paille, laine. L'invention vise également un procédé de fabrication d'un tel filtre, procédé dans lequel on met en oeuvre comme matériau fibreux de la paille et caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on broie la paille de façon à réaliser des brins ayant une longueur moyenne comprise entre 10 mm et 300 mm, - on compacte la paille broyée à l'intérieur d'un étui. L'invention vise enfin une installation de traitement d'effluents mettant en oeuvre un tel filtre, installation caractérisée en ce que le filtre est disposé dans un porte filtre relié en amont à un bac tampon par l'intermédiaire d'un moyen de pompage. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un filtre selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un second mode de réalisation d'un filtre selon l'invention, - la figure 3 est un schéma d'une installation de filtrage mettant en œuvre des filtres selon l'invention. La figure 1 montre un filtre 1 suivant un premier mode de réalisation de l'invention. Ce filtre comporte une couche 2 d'un matériau organique fibreux compacté d'origine végétale ou animale qui est disposé dans un étui 3 en matériau biodégradable. Le filtre 1 comporte une partie amont la au niveau de laquelle seront introduits les effluents à filtrer et une partie aval lb au niveau de laquelle sera évacuée l'eau filtrée. L'étui 3 est fermé au niveau de la partie aval par un 15 fond 4 portant des orifices 5. Le fond 4 est lui aussi réalisé en un matériau biodégradable. Le matériau fibreux compacté pourra avantageusement être un matériau d'origine végétale, par exemple une paille de céréale (blé, seigle, orge, avoine). 20 Cette paille est préalablement séchée puis broyée et compactée. La finesse du broyage et le taux de compaction dépendent de la finesse du filtrage recherchée. Concrètement on broiera la paille de façon à obtenir des 25 brins ayant une longueur moyenne de l'ordre de 10 mm à 300 mm. On compactera ensuite cette paille broyée de façon à obtenir une densité de la couche de paille comprise entre 1,5 et 5. 30 Le broyage sera réalisé à l'aide de systèmes à couteaux rotatifs Le compactage sera de préférence réalisé directement dans l'étui 3 à l'aide d'une presse uni axiale A titre de variante on pourra utiliser comme matériau 35 fibreux un matériau d'origine animale, par exemple de la laine d'ovin ou de caprin. Ce mode de réalisation simplifie la fabrication du filtre puisqu'il n'est pas nécessaire de broyer la laine, il suffit 4 de procéder simplement à son compactage dans l'étui avec la densité souhaitée. La nature du filtre dépendra essentiellement des ressources à valoriser au niveau de l'exploitation agricole 5 (pailles ou laine). L'étui 3 et son fond 4 seront réalisés en un matériau biodégradable. On pourra par exemple réaliser étui et fond en carton ou encore en bois. On pourra également les réaliser en un autre matériau végétal, par exemple en écorce de bambou Io tressée ou bien en un tissu à base de fibres végétales telles que le chanvre, le coton ou la laine naturelle. L'étui a pour fonction d'assurer le maintien et la cohésion mécanique de la couche de paille 2. Il permet de faciliter la manipulation et le stockage des filtres. 15 L'étui n'a pas par contre à assurer l'étanchéité et la résistance mécanique du filtre au cours des opérations de filtrage elles même. En effet, comme cela sera exposé par la suite, le filtre sera disposé pour son utilisation dans un boîtier métallique étanche solidaire de l'installation de 20 filtrage. Concrètement l'étui aura l'épaisseur la plus réduite possible. Un étui en bois ne devra pas dépasser 1 à 2 mm d'épaisseur pour faciliter son compostage ultérieur. Un avantage de l'invention est que le matériau du filtre 25 (voire de l'étui) peut être obtenu directement dans l'exploitation agricole utilisant l'installation de filtrage. L'invention permet ainsi de valoriser les pailles issues de la culture céréalière ou les tontes d'animaux dans les élevages. 30 Les filtres pourront également être réalisés au niveau de l'exploitation agricole et utilisés sur des sites distants et indépendants de l'exploitation (par exemple au niveau d'abattoirs). Un autre avantage de l'invention est que la structure 35 d'une couche fibreuse (paille ou laine) assure la filtration tout en étant peu sensible à l'obturation. Cela est dû aux grands nombres de chemins possibles pour les effluents, chemins qui sont délimités par les brins de paille ou par les fibres de laine. Par ailleurs, après utilisation, le filtre chargé de résidus d'épuration peut être composté (si les effluents filtrés sont d'origine organique). Le filtre est composté avec son étui qui est choisi lui aussi en un matériau biodégradable. Le compostage des pailles ou laines se trouve activé, donc facilité, grâce à l'imprégnation de la paille ou de la 10 laine par les résidus de filtrage. Il est bien entendu possible de mettre en œuvre le filtre selon l'invention pour filtrer d'autres types de matériaux que des effluents organiques, par exemple les fluides utilisés pour l'usinage des métaux, ou les effluents de 15 traitements thermiques.... Dans ce cas le compostage est exclu. Mais le filtre et son étui peuvent être incinérés, voire utilisés comme combustibles industriels. Les dimensions du filtre 1 dépendront du débit 20 d'effluents à traiter. On pourra aisément réaliser des filtres cylindriques ayant un diamètre compris entre 50 mm et 500 mm. La figure 2 montre un filtre 1 suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention. 25 Ce filtre comporte lui aussi un étui 3 en matériau biodégradable et fermé par un fond 4. Il diffère du filtre précédemment décrit en ce qu'il comporte plusieurs couches 2 superposées de matériau organique fibreux, par exemple de paille compactée. 30 Le filtre :1 comporte ici quatre couches de paille 2a, 2b, 2c et 2d. Par ailleurs le filtre comporte également une couche 6 de charbon actif qui est interposée entre les couches de paille 2c et 2d. Cette couche de charbon actif a pour fonction de 35 compléter le filtrage par l'adsorption de certains polluants organiques ou minéraux. On obtient ainsi une meilleure qualité pour l'eau rejetée en sortie du filtre 1. Afin d'éviter sa dégradation ou son colmatage prématuré, on disposera de préférence la couche 6 de charbon actif le plus en aval du filtre 1. Selon une autre caractéristique de ce mode de 5 réalisation, les couches de paille compactées 2a, 2b, 2c et 2d ont des taux de compaction différents. Les couches de paille les plus compactées se trouvent au voisinage de la partie aval lb alors que les couches les moins compactées sont disposées au voisinage de la partie 10 amont la. Une telle disposition permet d'assurer un filtrage progressif au sein du filtre et évite tout encrassement prématuré du filtre. Elle permet aussi d'obtenir une eau filtrée de meilleure qualité puisqu'elle permet de retenir 15 pratiquement la totalité des particules micrométriques en suspension. La couche la moins compactée (2a) assure la retenue des impuretés les plus grosses sans être pour autant obturée. La finesse de la filtration s'accroît au fur et à mesure 20 de la progression de l'eau au travers des différentes couches 2b, 2c et 2d. La couche de charbon actif complète le filtrage. Concrètement, pour assurer un filtrage d'effluents organiques, tels que des eaux résiduaires d'étables, on 25 pourra mettre en oeuvre une première couche 2a ayant une densité comprise entre 1,5 et 2, une deuxième couche 2b ayant une densité comprise entre 2 et 2,5, une troisième couche 2c ayant une densité comprise entre 2,5 et 3 et une quatrième couche 2d ayant une densité comprise entre 3 et 30 3,5. Là encore, après utilisation, le filtre peut être composté, le charbon actif permettant également d'alléger le compost, ou bien incinéré. A titre de variante, il est bien entendu possible de 35 faire varier le nombre et/ou le degré de compactage des différentes couches de paille. On pourra également faire varier les dimensions et/ou le nombre de couches de charbon actif. On pourra également réaliser un filtre ayant plusieurs couches de laine compactées avec des degrés de compaction différents. On pourra également associer au sein de même filtre des 5 couches de paille compactés et des couches de laine compactées. Lorsque le matériau utilisé est de la paille, le procédé de fabrication d'un filtre suivant l'invention comprend donc les étapes suivantes : 10 broyage de la paille (préalablement séchée) de façon à réaliser des brins ayant une longueur moyenne comprise entre 10 mm et 300 mm. Ce broyage est réalisé à l'aide d'un système à couteaux rotatifs. La paille broyée est ensuite compactée directement à 15 l'intérieur de l'étui. On met pour cela en œuvre une presse uniaxiale comportant un auget recevant l'étui et évitant sa déformation. L'auget aura dont un logement ayant un diamètre égal au diamètre externe de l'étui. Le poinçon de la presse aura par ailleurs 20 un diamètre sensiblement égal au diamètre interne de l'étui. Lorsque le filtre comporte plusieurs couches de matériau fibreux on comprime successivement les différentes couches les unes sur les autres dans l'étui. On notera que la couche la plus compacte est celle située 25 au fond de l'étui, donc celle qui est compactée en premier. Les opérations de compactage successives sont donc effectuées avec des pressions de plus en plus réduites, ce qui ne modifie pas les taux de compaction des couches déjà compactées. 30 Les taux de compaction seront choisis en fonction des caractéristiques de filtrage souhaitées et de la nature du matériau fibreux mis en oeuvre. Le filtre selon l'invention est mis en œuvre dans une installation de traitement d'effluents. 35 La figure 3 schématise l'organisation d'une telle installation 7. 8 Les effluents sont amenés par une canalisation 8 jusqu'à un bac tampon 9 qui assure un stockage intermédiaire des effluents 10 avant leur filtration. En effet l'installation fonctionne généralement de façon intermittente et la filtration n'est commandée que lorsque le volume d'effluents à traiter atteint un certain niveau. Le bac est constitué par une cuve 9, par exemple en béton qui reçoit les effluents 10. Ces derniers sont évacués par une autre canalisation 11 10 au travers d'un collecteur 12 disposé en regard d'une ouverture d'évacuation 13 de la cuve 9. On pourra prévoir une grille 14 entre la cuve 9 et le collecteur 12 afin de retenir des résidus très volumineux susceptibles d'obturer les canalisations. 15 Une pompe 15 est interposée sur la canalisation 11 et permet de conduire les effluents issus de la cuve 9 vers le ou les filtres 1. On a représenté ici une batterie de trois filtres la, lb, et 1c. Chaque filtre est disposé dans un porte filtre 16 qui 20 est une enveloppe métallique assurant la tenue mécanique du filtre 1 lors des opérations de filtrage ainsi que l'étanchéité du filtrage. Un distributeur 17 permet d'envoyer les effluents issus de la pompe vers l'un ou l'autre des filtres 1. Une telle 25 disposition permet de remplacer l'un des filtres en cours d'opération de filtrage. Le porte filtre 16 assure le maintien du filtre à l'abri de l'air ce qui évite la dégradation ou le pourrissement du matériau du filtre entre deux opérations de filtrage. 30 Le porte filtre permet ainsi de conserver le filtre humide lors d'un arrêt de l'installation. On prévoira une vanne d'arrêt 20 en sortie de chaque porte filtre 16. L'utilisateur s'assurera à la fin d'une opération de filtrage que le porte filtre reste rempli d'effluents. La 35 vanne d'arrêt sera par exemple fermée simultanément à l'arrêt de la pompe 15. 1l serait bien entendu possible d'alimenter plusieurs filtres en parallèle pour accroître le débit de filtration pour un calibre de filtre donné. L'eau filtrée est récupérée en aval des filtres 1 par des 5 canalisations 18 et un collecteur 19. L'eau pourra être utilisée pour les opérations courantes d'une exploitation agricole (arrosage, nettoyage). Un deuxième étage de filtrage (non représenté) utilisant par exemple des membranes micro poreuses et des blocs de 10 charbon actif permettrait d'obtenir une eau potable. Cet étage se situera bien entendu en aval de la batterie des filtres à blocs de paille 1. Pour économiser les filtres micro poreux on pourra n'appliquer le deuxième étage de filtration qu'à une fraction 15 des eaux traitées. A titre de variante, il est bien entendu possible de faire varier le nombre et/ou le calibre des filtres mis en œuvre. REVENDICATIONS 1. Filtre (1), notamment pour effluents organiques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche (2) d'un matériau organique fibreux compacté d'origine végétale ou animale disposé dans un étui (3) en matériau biodégradable. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux couches (2a,2b) de matériau fibreux compactées. 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce l0 qu'il comporte au moins deux couches (2a,2b) de matériau fibreux compactées ayant des taux de compaction différents. 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une partie amont (la) au niveau de laquelle sont amenés les effluents et une partie aval (lb) au niveau 15 de laquelle est évacuée l'eau filtrée, les couches (2) les plus compactées se trouvant au voisinage de la partie aval (lb) et les couches les moins compactées au voisinage de la partie amont (la). 5. Filtre selon une des revendications 1 à 4, caractérisé 20 en ce qu'il comporte au moins une couche (6) de charbon actif. 6. Filtre selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étui (3) est réalisé en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : carton, bois, bambou, tissu de 25 chanvre de coton ou de laine naturelle. 7. Filtre selon une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étui (3) est fermé au niveau de sa partie aval par un fond (4) portant des orifices (5), fond réalisé en un matériau biodégradable. 30 8. Filtre selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau fibreux compacté est choisi parmi les matériaux suivants : paille, laine. 9. Procédé de fabrication d'un filtre selon une des revendications précédentes, procédé dans lequel on met en 35 oeuvre comme matériau fibreux de la paille, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on broie la paille de façon à réaliser des brins ayant une longueur moyenne comprise entre 10 mm et 300 mm,- on compacte la paille broyée à l'intérieur d'un étui (3) . 10. Installation (7) de traitement d'effluents (10), en particulier d'effluents organiques, et mettant en oeuvre au moins un filtre (1) selon une des revendications précédentes, installation caractérisée en ce que le filtre (1) est disposé dans un porte filtre (16) relié en amont à un bac tampon (9) par l'intermédiaire d'un moyen de pompage (15).