Brevet FR2913418A1 — publié le 20080912

La présente invention concerne le domaine technique du traitement d'effluents industriels, agricoles ou domestiques par bio assainissement. L'objet de l'invention concerne plus particulièrement l'épuration d'effluents à l'aide d'un milieu de filtration biologique tel qu'une rhizosphère appelée également filtre de roseaux et composée de plusieurs lits de substrats de minéraux plantés de roseaux. L'objet de l'invention concerne plus particulièrement un module d'épuration pour effluents mettant en oeuvre un milieu de filtration biologique. Dans la littérature, il existe de nombreux documents décrivant des rhizosphères constitués de bassins contenant un substrat minéral (galets, graviers, sable) sur lequel sont plantés des roseaux. Ces bassins sont généralement excavés et étanchés par des films en matière souple. Il a été constaté que ce genre de conception ne permettait pas de garantir une étanchéité parfaire dans le temps. Diverses réalisations de lagunes avec de tels bassins ont permis de constater la perforation des films d'étanchéité par les rhizomes des plants de roseaux et par certains rongeurs. Par ailleurs, un inconvénient supplémentaire de ce type de bassins excavés est une emprise au sol importante aggravée par la nécessité de réaliser les parois du bassin avec une pente faible. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, la demande de brevet FR 2 833 254 a proposé de réaliser un bassin d'épuration, à l'aide d'un ou de plusieurs modules d'épuration biologique, réalisé chacun par une cuve étanche à l'intérieur de laquelle est placé un média filtrant comportant des substrats minéraux plantés de roseaux. Ce média filtrant comporte également une conduite de drainage reliée à des moyens d'aération créant un apport d'air forcé à travers le média filtrant. Si cette solution permet de garantir une étanchéité dans le temps, il doit être constaté que la réalisation pratique d'un tel module n'est pas simple compte tenu de la mise en place des drains et des moyens d'aération. Par ailleurs, cette solution présente l'inconvénient de ne pouvoir traiter que de faibles volumes d'effluents et de ne pas permettre une aération homogène du milieu de filtration biologique. L'objet de la présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un nouveau module d'épuration biologique d'effluents adapté pour être de conception simple tout en permettant une oxygénation efficace et homogène. Un autre objet de l'invention est d'offrir la possibilité de traiter des effluents de un à plusieurs milliers d'équivalents habitants avec des modules aptes à pouvoir être transportés par des engins terrestres classiques. Pour atteindre un tel objectif, le module d'épuration pour effluents comporte : - une cuve comportant un fond à partir duquel s'élève une ceinture périphérique, un milieu de filtration biologique étant placé à l'intérieur de la cuve, - des moyens pour l'approvisionnement en effluents du milieu de filtration biologique, - et des moyens de récupération des effluents épurés par le milieu de filtration biologique. Selon l'invention, le fond de la cuve comporte : - des trous de passage pour les effluents épurés par le milieu de filtration biologique, - et des pieds reposant sur un support pour délimiter avec le fond, une chambre d'oxygénation et de collecte des effluents épurés. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, la ceinture périphérique comporte une paroi interne et une paroi externe délimitant entre elles au moins une enceinte d'oxygénation communiquant par des ouvertures aménagées dans les parois, avec l'intérieur et l'extérieur de la cuve. Par exemple, au moins une ouverture est aménagée pour déboucher sensiblement au niveau de la surface supérieure du fond de l'enceinte d'oxygénation. Par exemple, la paroi interne de la cuve comporte des ouvertures dont celles situées le plus proche du fond de la cuve sont aménagées à distance du fond. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les trous de passage sont répartis de manière sensiblement régulière dans le fond de la cuve. 3 De préférence, le milieu de filtration biologique comporte un substrat minéral planté de roseaux. Selon une forme de réalisation, les pieds de la cuve sont adaptés pour permettre de superposer la cuve sur une cuve identique. Selon un exemple de réalisation, la ceinture périphérique de la cuve comporte au moins un orifice de raccordement pour une canalisation. Selon un exemple préféré de réalisation, les moyens d'approvisionnement en effluents à épurer comporte une cuve alimentée en effluents à épurer et pourvu à sa partie inférieure d'un orifice de raccordement à un joint tournant porté par une tubulure en Té dont l'une des branches de la tubulure forme un contrepoids tandis que l'autre branche de la tubulure est prolongée par une portion décalée angulairement et pourvue à son extrémité d'un double coude formant un bec de déversement, la branche de la tubulure équipée du bec de déversement étant apte à venir en contact avec une butée sous l'action du contrepoids, pour occuper une position de remplissage qui, lorsqu'elle est atteinte, conduit au basculement de la tubulure et au vidage de la cuve et de la tubulure qui est rappelée à sa position de remplissage sous l'action du contrepoids. Un autre objet de l'invention est de proposer une station d'épuration biologique d'effluents comportant au moins un module d'épuration conforme à l'invention, placé à l'intérieur d'un bassin d'épuration pour constituer au moins un étage de traitement. Selon une première configuration, la station d'épuration biologique comporte un étage de traitement primaire comportant au moins un module d'épuration et un étage de traitement secondaire comportant au moins un module d'épuration, la ou les chambres de collecte du ou des modules de l'étage primaire servant à alimenter le ou les modules de l'étage secondaire. Selon une autre configuration, la station d'épuration biologique comporte au moins un étage de traitement comportant une série de modules d'épuration disposés côte à côte et pourvus de moyens d'étanchéité entre les ceintures périphériques et le bassin d'épuration. Selon une autre configuration, la station d'épuration biologique comporte un étage primaire comportant un ou plusieurs modules d'épuration placés de manière superposée au(x) module(s) de l'étage secondaire. Selon un autre exemple de réalisation, la station d'épuration comporte plusieurs modules d'épuration reliés entre eux par des canalisations amenant l'effluent sur le milieu de filtration biologique et communiquant avec une pompe d'amenée. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue schématique d'un premier exemple de mise en oeuvre d'un module d'épuration conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue en perspective schématique d'un exemple de réalisation d'une cuve mise en oeuvre dans le cadre du module d'épuration conforme à l'invention. La Figure 2A est une vue en coupe partielle prise selon les lignes A-A de la Fig. 2. La Figure 3 illustre de façon partielle une station d'épuration biologique mettant en oeuvre des modules conformes à l'invention. La Figure 4 illustre un autre exemple d'utilisation d'un module dépuration conforme à l'invention. La Figure 5 est une vue illustrant un exemple préféré de réalisation d'un moyen d'approvisionnement en effluents. Les Figures 6 et 7 illustrent le moyen d'approvisionnement en effluents dans deux positions caractéristiques. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 1, l'objet de l'invention concerne un module d'épuration 1 pour des effluents au sens général telles que des eaux usées par exemple. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 2, le module 1 comporte une cuve 2 présentant dans l'exemple illustré une forme parallélépipédique. La cuve 2 comporte un fond 3 à partir duquel s'élève une ceinture périphérique 4 qui présente dans l'exemple illustré quatre faces verticales. Cette ceinture périphérique 4 présente intérieurement une surface lisse ou non, sensiblement verticale avec un angle de dépouille ou non. La cuve 2 est réalisée en tout matériau telle qu'une matière plastique, voire en béton. Dans l'exemple illustré, la cuve 2 présente une forme parallélépipédique mais bien entendu la cuve peut présenter une forme différente par exemple ronde. Par exemple, chaque face de la cuve 2 présente une largeur comprise entre 100 et 120 cm et une hauteur comprise entre 60 et 80 cm. La cuve 2 est destinée à recevoir un milieu de filtration biologique 6 de tout type connu. D'une matière classique, ce milieu de filtration biologique comporte un substrat minéral (tels que des galets, graviers ou sable) dans lequel de préférence sont plantés des roseaux. Conformément à l'invention, le fond 3 de la cuve comporte des trous de passage 7 débouchants pour assurer une communication entre l'intérieur et l'extérieur de la cuve. Ces trous 7 assurent le passage pour les effluents épurés par le milieu de filtration biologique 6. Les trous de passage 7 présentent une forme et une dimension adaptées de manière à permettre le passage des effluents épurés tout en évitant un bouchage par le matériau granulaire du milieu de filtration biologique 6. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les trous de passage 7 sont répartis de manière sensiblement régulière dans le fond 3 de la cuve. De cette manière, il peut être obtenu une oxygénation homogène sur l'ensemble de la partie inférieure du milieu de filtration biologique 6. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cuve 2 est équipée de pieds 9 aptes à reposer sur un support 10 de manière à délimiter avec le fond 3, une chambre 11 d'oxygénation et de collecte des effluents épurés par le milieu de filtration biologique 6. Les pieds 9 possèdent une hauteur, par exemple comprise entre 10 à 30cm, de manière que le fond 3 de la cuve s'étendent à distance avec un support de manière à permettre de constituer une chambre 11 d'oxygénation et de collecte des effluents épurés. Le support 10 peut être réalisé par tout moyen approprié. Par exemple, le support 10 peut être réalisé, par le sol, une assise ou comme cela sera décrit dans la suite de la description par le bord supérieur d'une cuve 2. Le module 1 comporte également des moyens 12 de récupération des effluents épurés par le milieu de filtration biologique 6 et sortant par les trous de passage 7. Ces moyens de récupération 12 peuvent être réalisés de toute manière appropriée. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, ces moyens de récupération sont réalisés par un film étanche placé sur le sol 10 en dessous de la cuve. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser de manière différente les moyens de récupération 12 des effluents épurés. Par exemple, il peut être envisagé d'utiliser des gouttières ou des canalisations pour récupérer les effluents épurés par le milieu de filtration biologique. De même, la partie du sol située en dessous de la cuve 2 peut être utilisée comme moyens de récupération 12. Selon une caractéristique préférée de réalisation, la ceinture périphérique 4 comporte une paroi interne 13 et une paroi externe 14 délimitant entre elles au moins une enceinte d'oxygénation 17 communiquant avec des ouvertures 15 et 16 aménagées respectivement dans les parois interne 13 et externe 14. Par exemple, la paroi interne 13 et la paroi externe 14 sont reliées entre elles par des cloisons transversales de sorte que la ceinture périphérique 4 de la cuve comporte des caissons communiquant ou non entre eux et délimitant intérieurement chacun une enceinte d'oxygénation 17 assurant une communication entre l'intérieur et l'extérieur de la cuve. Par exemple, les ouvertures 15 aménagées dans la paroi interne 13 sont réalisées par des fentes horizontales tandis que les ouvertures 16 aménagées dans la paroi externe sont réalisées par des fentes verticales. Selon une caractéristique de l'invention, la paroi interne 13 de la cuve comporte des ouvertures 15 dont certaines sont aménagées pour déboucher sensiblement au niveau de la surface supérieure du fond de l'enceinte d'oxygénation 17 (Fig. 2A). Aussi dans le cas où les effluents sont amenés à passer dans la chambre d'oxygénation 17, les ouvertures 15 réalisées au niveau du fond de cette enceinte permettent à l'effluent de retourner à l'intérieur de la cuve évitant ainsi la stagnation d'effluents à l'intérieur de la chambre d'oxygénation. Il est à noter que les ouvertures 16 situées le plus proche du fond 3 sont aménagées dans la paroi externe 14 à distance du fond de manière à éviter que l'effluent sorte par ces ouvertures. Cette variante de réalisation permet d'entourer au moins partiellement le milieu de filtration biologique 6 par une ceinture périphérique d'oxygénation permettant d'augmenter l'apport en oxygène favorisant l'épuration des effluents. La cuve 2 offre l'avantage de permettre une oxygénation tridimensionnelle efficace et homogène. Le module d'épuration 1 selon l'invention peut être mis en oeuvre seul ou de préférence en combinaison de manière à assurer la réalisation d'une station d'épuration biologique. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1 la station d'épuration comporte un étage de traitement primaire P constitué d'un module d'épuration 1 et un étage de traitement secondaire S comportant un module d'épuration 1 tel que décrit ci-dessus. La chambre de collecte 11 du module 1 de l'étage primaire P sert à alimenter le milieu de filtration biologique 6 du module 1 de l'étage secondaire S. Bien entendu, le transfert des effluents épurés par le milieu biologique de l'étage primaire P et récupérés par les moyens 12 est assuré de toute manière appropriée jusqu'à l'étage du traitement secondaire S. Les effluents épurés sortant de l'étage secondaire S sont destinés à être évacués en étant infiltrés directement dans le sol ou acheminés par des canalisations en vue d'une collecte ou d'un rejet. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 3, les modules 1 peuvent être combinées à volonté de manière à constituer un étage ou lit de traitement avec une capacité déterminée de traitement égal à neuf modules 1 dans l'exemple illustré. Selon cet exemple de réalisation, les cuves 2 sont placées côte à côte. Dans cette variante de réalisation, les ceintures périphériques 4 des modules placés à proximité sont équipées de moyens d'étanchéité 18 évitant ainsi le passage des effluents entre les ceintures périphériques des modules voisins. Les ceintures périphériques des modules situées en périphérie sont également pourvues de moyens d'étanchéité 18 avec un moyen périphérique d'étanchéité 20 tel qu'une paroi étanche assurant une revanche permettant le stockage des boues accumulées et des effluents en cours de traitement. Il est à noter que les parois des cuves périphériques du lit ainsi constitué s'étendent à distance de l'excavation ou du bassin 21 dans lequel les modules sont placés pour permettre le passage de l'air. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser l'étage primaire de traitement P et l'étage secondaire de traitement S comme explicité à la Fig. 1 avec une série de modules tels qu'illustrés à la Fig. 3. Chaque étage de traitement P,S comporte ainsi une série de modules 1. Dans les exemples illustrés aux Fig. 1 et 3, les modules 1 sont placés de manière juxtaposée. La Fig. 4 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les modules 1 peuvent être placés de manière superposée. Dans l'exemple illustré à la Fig. 4, la station d'épuration comporte deux cuves 2 telles que décrites à la Fig. 2 et montées de manière superposée. La cuve supérieure 2 contient un milieu de filtration biologique à roseaux 6 tandis que la cuve inférieure comporte un milieu de filtration ne comportant pas de roseaux. Les effluents épurés qui sortent des trous de passage 7 de la cuve supérieure 2 sont récupérés directement par le milieu de filtration contenu dans la cuve inférieure. Bien entendu, il peut être prévu que chaque étage de traitement (supérieur ou inférieur) comporte plusieurs modules montés côte à côte tels que décrits à la Fig. 3. Il est à noter que chaque cuve 2 peut être pourvue de raccords ou de conduites 28 permettant le raccordement des cuves entre elles ou à des canalisations externes. Il est noter que plusieurs cuves peuvent être reliées entre elles par des canalisations 28 permettant d'amener les effluents sur les milieux de filtration biologiques placés dans chacune de ces cuves. Ces effluents peuvent être acheminés par une pompe assurant la récupération des effluents sortant des trous de passage 7 pour être acheminés dans un bassin par exemple de baignade. Bien entendu, les effluents à filtrer sont acheminés à l'étage primaire de traitement par tous moyens d'approvisionnement 30 appropriés. Par exemple, ces moyens d'approvisionnement 30 assurent une alimentation discontinue et séquentielle du ou des modules de l'étage primaire. De même dans le cas où l'étage primaire comporte une série de modules, il peut être prévu de diviser en deux parties cette série de modules de manière à alimenter alternativement les modules appartenant à ces parties. Les Fig. 5 à 7 illustrent un exemple préféré de réalisation de moyens 30 d'approvisionnement 30 assurant un fonctionnement automatique séquentiel. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 5 à 7, les moyens d'approvisionnement 30 comportent une cuve 301 pourvue à sa partie inférieure d'un orifice de raccordement à un joint tournant 31 porté par une tubulure 32 en forme de Té. Cette tubulure 32 comporte une branche centrale 33 se prolongeant à l'équerre par une première branche 34 formant un contrepoids. Il est à noter que la tubulure 34 formant le contrepoids est pourvue d'un ajutage permettant un remplissage et surtout un vidage progressif. La branche centrale 33 se prolonge à l'opposé de la première branche 34, par une deuxième branche opposée 35 qui se trouve décalée angulairement par rapport à la branche 34. Cette deuxième branche 35 est pourvue à son extrémité libre d'un double coude 36 formant un bec de déversement. Cette deuxième branche 35 est apte à venir en contact avec une butée 38. Le fonctionnement de ces moyens d'approvisionnement 30 découle directement de la description qui précède. Lorsque la cuve 301 est vide, la deuxième branche 35 est en appui sur la butée 38 compte tenu du contrepoids 34 à masse variable. Lors du remplissage de la cuve 301r par des moyens d'amenée, le contrepoids 34 et la deuxième branche 35 se remplissent jusqu'au moment où le double coude 36 est rempli par les effluents. Dans cette position illustrée à la Fig.. 6, le poids de la deuxième branche 35 est supérieur à celui de la première branche 34 entraînant la rotation ou le pivotement autour du joint tournant 31 entraînant l'abaissement du bec de déversement 36. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 7, la tubulure 32 permet ainsi d'assurer le vidage de la cuve 301. Après le vidage de la tubulure 32, le contrepoids 34 est à même de ramener cette tubulure en position d'attente de remplissage tel qu'illustré à la Fig. 5. Le contrepoids 34 est alors à même de se vider progressivement avant le cycle suivant. Les moyens d'approvisionnement 30 permettent ainsi d'assurer un fonctionnement séquentiel et automatique adapté pour assurer l'alimentation en effluents d'un module conforme à l'invention. REVENDICATIONS 1 - Module d'épuration (1) pour effluents comportant : - une cuve (2) comportant un fond (3) à partir duquel s'élève une ceinture périphérique (4), un milieu de filtration biologique (6) étant placé à l'intérieur de la cuve, des moyens (30) pour l'approvisionnement en effluents du milieu de filtration biologique, - et des moyens (12) de récupération des effluents épurés par le milieu de filtration biologique, caractérisé en ce que le fond (3) de la cuve comporte : - des trous de passage (7) pour les effluents épurés par le milieu de filtration biologique (6), - et des pieds (9) reposant sur un support (10) pour délimiter avec le fond, une chambre (11) d'oxygénation et de collecte des effluents épurés. 2 - Module d'épuration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ceinture périphérique (4) comporte une paroi interne (13) et une paroi externe (14) délimitant entre elles au moins une enceinte d'oxygénation (17) communiquant par des ouvertures (15,16) aménagées dans les parois, avec l'intérieur et l'extérieur de la cuve. 3 - Module d'épuration selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture (15) est aménagée pour déboucher sensiblement au niveau de la surface supérieure du fond de l'enceinte d'oxygénation (17). 4 - Module d'épuration selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi interne (13) de la cuve comporte des ouvertures (16) dont celles situées le plus proche du fond (3) de la cuve sont aménagées à distance du fond (3). 5 - Module d'épuration selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous de passage (7) sont répartis de manière sensiblement régulière dans le fond (3) de la cuve. 6 - Module d'épuration selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu de filtration biologique (6) comporte un substrat minéral planté de roseaux. 10 7 - Module d'épuration selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pieds (9) de la cuve (2) sont adaptés pour permettre de superposer la cuve sur une cuve identique. 8 - Module d'épuration selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce 5 que la ceinture périphérique (4) de la cuve comporte au moins un orifice de raccordement pour une canalisation (28). 9 - Module d'épuration selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'approvisionnement (30) en effluents à épurer comporte une cuve (301) alimentée en effluents à épurer et pourvu à sa partie inférieure d'un orifice de 10 raccordement à un joint tournant (31) porté par une tubulure en Té dont l'une des branches (34) de la tubulure forme un contrepoids tandis que l'autre branche (35) de la tubulure est prolongée par une portion décalée angulairement et pourvue à son extrémité d'un double coude (36) formant un bec de déversement, la branche de la tubulure équipée du bec de déversement étant apte à venir en 15 contact avec une butée (38) sous l'action du contrepoids, pour occuper une position de remplissage qui, lorsqu'elle est atteinte, conduit au basculement de la tubulure et au vidage de la cuve et de la tubulure qui est rappelée à sa position de remplissage sous l'action du contrepoids. 10 - Station d'épuration biologique d'effluents, caractérisée en ce qu'elle 20 comporte au moins un module d'épuration (1) conforme à l'une des revendications 1 à 9, placé à l'intérieur d'un bassin d'épuration pour constituer au moins un étage de traitement. 11 - Station d'épuration biologique selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un étage de traitement primaire (P) comportant au moins un 25 module d'épuration (1) et un étage de traitement secondaire (S) comportant au moins un module d'épuration (1), la ou les chambres (11) de collecte du ou des modules de l'étage primaire (P) servant à alimenter le ou les modules de l'étage secondaire(s). 12 - Station d'épuration biologique selon la revendication 10 ou 11, 30 caractérisée en ce qu'au moins un étage de traitement (P,S) comporte une série de modules d'épuration (1) disposés côte à côte et pourvus de moyens d'étanchéité (18,20) entre les ceintures périphériques et le bassin d'épuration. 13 - Station d'épuration biologique selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le ou les modules d'épuration (1) de l'étage primaire sont placés de manière superposée au(x) module(s) de l'étage secondaire. 14 - Station d'épuration biologique selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs modules d'épuration (1) reliés entre eux par des canalisations (28) amenant l'effluent sur le milieu de filtration biologique (6) et communiquant avec une pompe d'amenée.