Brevet FR2929608A1 — publié le 20091009

L'invention concerne le traitement des eaux usées, en particulier les dispositifs d'épuration des eaux usées comprenant une couche de matériau particulaire dans laquelle des végétaux sont plantés afin de dégrader les polluants. Afin d'abaisser la concentration en matières organiques dans des eaux rejetées par des habitats non collectifs ou collectifs gérés par des particuliers, tels que des maisons individuelles, ou par de petites et moyennes collectivités gérés par des organismes publics, il est connu de placer un dispositif d'assainissement par filtration et dégradation organique. Les dispositifs décrits dans l'art antérieur pour le traitement des eaux usées sont essentiellement constitués de deux filtres distincts fonctionnant en série, constituant respectivement un premier et un deuxième étage de traitement dont les différentes couches présentent une granulométrie croissante du haut vers le bas (cf. Etude bibliographique agence de l'eau RMC 1999 ; Document n°22 du FNDAE). Les filtres sont alimentés par bâchée. Le filtre type premier étage permet de combiner un traitement primaire à un début de traitement secondaire. Le traitement primaire consiste en une filtration physique et en une stabilisation aérobie (sur la surface) des matières en suspension filtrées. Le traitement secondaire consiste en une dégradation de la pollution dissoute à l'intérieur du filtre. Le filtre type premier étage est constitué de couches de granulométries successives différentes croissantes du haut (la surface du filtre) vers le bas (le fond du filtre). Il comprend généralement une couche supérieure de gravier de granulométrie 1/10 mm et de 0,40 m à 1 m d'épaisseur. Cette couche comprend parfois une aération intermédiaire constituée de drains munis de fentes tournées vers le bas. En dessous de la première couche décrite ci-dessus sont disposées une succession de une ou plusieurs couches de granulométrie croissante (couche de gravier de granulométrie 10/20 mm ou 15/25 mm par exemple et d'environ 0,2 m d'épaisseur). Ce filtre comprend enfin, en-dessous des couches précédentes, une couche de gravier de granulométrie 20/40 à 30/60 mm. Un système de drainage communique avec l'atmosphère par un système de cheminées remontant à la surface du filtre. Le filtre type deuxième étage permet d'améliorer la qualité du rejet en sortie du filtre de type premier étage. Le deuxième étage est constitué de couches de granulométrie plus fine. Une première couche de sable de granulométrie 0/6 mm ou 1/6 mm, et de 0,20 à 0,40 m d'épaisseur, est toujours disposée en surface, à l'air libre, de façon à avoir une oxygénation maximale du massif filtrant et une dégradation aérobie des dépôts organiques non retenus sur le filtre de type premier étage. C'est sur cette couche de sable que s'effectue l'essentiel de la filtration complémentaire. Une aération intermédiaire (drains munis de fentes tournées vers le bas) est parfois située entre la couche de sable et une couche inférieure de gravier de granulométrie supérieure à celle du sable. Cette couche de gravier, généralement de granulométrie 1/10 mm, a une épaisseur de 0,10 m à 0,40 m. En dessous de cette dernière couche sont disposées une succession de une ou plusieurs couches de granulométrie croissante (couche de gravier de granulométrie 10/20 mm ou 15/25 mm), et, en-dessous des couches précédentes, une couche de gravier de granulométrie 20/40 à 30/60 mm. Un système de drainage communique avec l'atmosphère par des cheminées remontant à la surface du filtre. Les demandes de brevet français FR2801805 et internationale WO 00/10927 décrivent des exemples de filtres de ce type, utilisés dans l'art 20 antérieur. Parfois, par manque d'oxygène, une partie de la population bactérienne dans le filtre du premier étage dépérit. L'eau déversée dans le filtre du deuxième étage peut alors comprendre un film bactérien appelé zooglée, 25 présentant une viscosité excessive et conduisant au colmatage de ce filtre de deuxième étage. L'eau déversée peut alors également présenter un niveau de pollution excessif. Par ailleurs, le déversement d'eau dans le filtre de deuxième étage nécessite des dispositifs de dispersion complexes. En outre, le filtre de deuxième étage nécessite une surface de filtration importante afin de pouvoir 30 éliminer une quantité suffisante des matières en suspension. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un dispositif d'assainissement d'eaux usées, lesdites eaux usées provenant d'un réseau d'eaux usées collectif ou non collectif, de préférence collectif et de préférence géré par un organisme public, comprenant - un premier filtre de traitement d'eaux usées, comprenant un milieu de filtration 5 et comprenant des végétaux plantés dans ce milieu de filtration ; - un second filtre de traitement d'eaux usées, comprenant un milieu de filtration et comprenant des végétaux plantés dans ce milieu de filtration; - un organe de décantation des matières en suspension dans les eaux usées, recevant de l'eau issue du premier filtre, renvoyant les matières en suspension 10 décantées dans le premier filtre et conduisant de l'eau épurée dans le second filtre. Selon une variante, l'organe de décantation comprend un réservoir disposé au centre du second filtre et dont le trop-plein se déverse dans le second filtre. 15 Selon une autre variante, le second filtre présente une forme circulaire entourant ledit réservoir. Selon encore une variante, le dispositif comprend une paroi entourant une entrée d'eaux usées dans le réservoir, ladite paroi présentant une ouverture dans sa partie inférieure communiquant avec le réservoir. 20 Selon encore une autre variante, l'entrée d'eaux usées dans le réservoir est un orifice de sortie d'une canalisation, cet orifice étant orienté vers le haut. Selon une variante, le dispositif comprend un dispositif de pompage aspirant les matières en suspension décantées présentes dans le réservoir et les refoulant dans le premier filtre. 25 Selon une autre variante, ledit réservoir est entouré par une paroi guidant l'eau déversée par le trop-plein vers le fond du second filtre. Selon encore une variante, lesdits végétaux sont des roseaux. Selon encore une autre variante, le milieu de filtration comprend essentiellement un matériau particulaire. 30 Selon une variante, le fond du second filtre est incliné vers le bas en partant de son centre vers sa périphérie. Selon encore une variante, le fond du second filtre est étanche. Selon une autre variante, le second filtre présente une sortie des eaux traitées disposée à la périphérie de son milieu de filtration. Selon encore une autre variante, la sortie comprend un canal périphérique séparé du milieu de filtration du second filtre par une paroi de trop- plein, l'eau présente dans le second filtre se déversant dans le canal périphérique lorsqu'elle dépasse la paroi de trop-plein. Selon une variante, la sortie comprend un premier conduit entourant le milieu de filtration du second filtre, présentant avantageusement des ouvertures dans sa partie supérieure pour recevoir de l'eau issue dudit milieu de filtration, le dispositif comprenant de plus un second conduit mettant le premier conduit en communication avec un volume d'air au-dessus dudit milieu de filtration. L'invention porte également sur un procédé d'assainissement d'eaux usées comprenant les étapes de : - déverser des eaux usées comprenant des matières en suspension dans un 15 premier filtre comprenant un milieu de filtration dans lequel des végétaux sont plantés ; - décanter les matières en suspension dans les eaux filtrées par le premier filtre - conduire des eaux épurées par la décantation dans un deuxième filtre 20 comprenant un milieu de filtration dans lequel des végétaux sont plantés ; - renvoyer les matières en suspension décantées dans le premier filtre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement 25 limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif d'assainissement collectif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif d'assainissement de la figure 1 ; 30 -la figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif d'assainissement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; -la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif d'assainissement selon un troisième mode de réalisation de l'invention. L'invention propose de disposer un organe de décantation de matières en suspension entre des premier et deuxième filtres d'eaux usées comprenant un milieu de filtration dans lequel des végétaux sont plantés. Les matières en suspension décantées sont renvoyées dans le premier filtre, l'eau épurée étant conduite ou refoulée dans le second filtre. La figure 1 représente un dispositif d'épuration 1 d'eaux usées selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 1 comprend un premier filtre 2. Le premier filtre 2 reçoit typiquement des eaux usées provenant d'un réseau d'eaux usées collectif par l'intermédiaire d'une canalisation 21. Le filtre 2 comprend un milieu de filtration 23 dans lequel des végétaux 22 sont plantés. Après avoir traversé le filtre 2, les eaux usées sont drainées par une canalisation 24. La canalisation 24 transporte les eaux usées drainées vers un organe de décantation 3. L'organe de décantation 3 sépare ainsi les eaux usées en une boue contenant les matières en suspension (notamment sous forme de biomasse) et en une eau épurée. L'organe de décantation renvoie les matières en suspension décantées dans le premier filtre 2 et conduit ou refoule l'eau épurée dans un second filtre 4. L'eau épurée est déversée dans le second filtre 4. Le filtre 4 comprend un milieu de filtration 42 dans lequel des végétaux 41 sont plantés. Ainsi, lors d'un éventuel décrochement bactérien conduisant à une zooglée, l'organe de décantation 3 protège le second filtre 4 contre un colmatage. Les boues chargées de matières en suspension étant renvoyées dans le premier filtre 2, la qualité des eaux en sortie du second filtre 4 est également fortement améliorée. Pour satisfaire à des niveaux de rejets donnés, la surface au sol nécessaire pour le deuxième filtre 4 est ainsi réduite. Dans l'exemple illustré, l'organe de décantation 3 comprend un réservoir 31 placé au centre du second filtre 4. Lorsque le niveau des eaux 5 dans le réservoir 31 dépasse un seuil de trop-plein, ces eaux 5 (eaux épurées) se déversent dans le second filtre 4. Le trop-plein du réservoir 31 se déversant au centre du second filtre 4, la répartition des eaux dans ce filtre est optimisée et permet d'utiliser un filtre 4 d'une surface réduite pour un niveau de filtration donné. Par ailleurs, cette répartition est obtenue sans faire appel à une structure complexe. Avantageusement, le filtre 4 présente une forme circulaire, comme illustré par la vue de dessus de la figure 2. L'organe de décantation 3 comprend une paroi 32 entourant l'entrée des eaux usées dans le réservoir 31. Cette paroi 32 présente une ouverture dans sa partie inférieure en communication avec le réservoir 31. Ainsi, les eaux entrantes ne peuvent pas directement se déverser par le seuil de trop-plein dans le filtre 4 et sont donc préalablement décantées. Avantageusement, l'entrée d'eaux usées dans le réservoir 31 est formée par un orifice 25 de sortie de la canalisation 24. Cet orifice 25 est de préférence orienté vers le haut afin d'accroître le temps de décantation des eaux usées. Cet orifice 25 est de préférence disposé en position médiane par rapport à la paroi 32. La paroi 32 présentera avantageusement une section circulaire. L'eau issue de l'orifice 25 subit une décantation. Les matières en suspension décantées suivent le trajet représenté par la flèche en pointillés vers le fond du réservoir 31. L'eau épurée issue de la décantation remonte vers le seuil de trop-plein comme illustré par les flèches en traits discontinus. Un circuit 33 récupère les matières en suspension décantées au fond du réservoir et les renvoie ou refoule dans le premier filtre 2. Le circuit 33 comprend de préférence un dispositif de pompage non illustré permettant de ramener les matières en suspension dans le premier filtre 2. Dans l'exemple, la paroi périphérique du réservoir 31 présente un bord supérieur formant le seuil de trop-plein, disposé au-dessus du niveau du milieu de filtration 42 du filtre 4. Le réservoir 31 présente une section circulaire. Le fond du réservoir 31 est incliné vers le bas en partant de sa partie périphérique jusqu'à sa partie centrale. Ainsi, les matières en suspension sont canalisées vers cette partie centrale qui est en communication avec le circuit 33. L'accès à l'organe de décantation étant aisé, il est possible d'ajouter des produits chimiques tels que du sulfate de fer dans le réservoir 31 afin de traiter le phosphore. Le fond du filtre 4 est avantageusement étanche afin de drainer l'eau en cours de filtration vers une sortie. L'étanchéité pourra par exemple être assurée par une membrane synthétique ou par un fond de filtre 4 réalisé en béton. Le fond du second filtre 4 est incliné vers le bas en partant de l'organe de décantation 3 vers la périphérie de ce filtre 4. Ainsi, l'eau s'écoulera par gravité vers la périphérie du filtre 4, zone dans laquelle une sortie d'évacuation est avantageusement ménagée. Dans l'exemple, le second filtre 4 présente un conduit 43 entourant le milieu de filtration 42, totalement ou partiellement immergé. Ce conduit 43 est muni d'ouvertures, par exemple situées dans sa partie supérieure ou dans une partie latérale, pour recevoir de l'eau issue du milieu de filtration 42. Ce conduit 43 communique avec une canalisation de sortie 47 évacuant les eaux dépolluées. Le conduit 43 peut être de plus en communication avec au moins un autre conduit non illustré, mettant en communication le conduit 43 avec un volume d'air au-dessus du milieu de filtration 42. Un regard pourra être ménagé au niveau de la canalisation de sortie 47 pour inspecter l'écoulement des eaux épurées. Le filtre 2 est typiquement alimenté en eaux usées par bâchées successives. Une alimentation par bâchées séquentielles, connue en soi, permet avantageusement d'imprégner au mieux le milieu de filtration 23, et ainsi d'optimiser l'efficacité de la filtration et de la dégradation aérobie des bactéries des eaux usées pour un volume donné de milieu de filtration. L'écoulement d'eau entre le premier filtre 2 et le second filtre 4 est avantageusement assuré par gravité, afin d'éviter la maintenance d'un dispositif de pompage. Les filtres 2 et 4 pourront être configurés pour réaliser un écoulement des eaux usées vertical ou horizontal selon les besoins. En l'occurrence, le filtre 4 est un filtre à écoulement horizontal. Les végétaux 22 et 41 seront par exemple des roseaux. Les végétaux 22 et 41 permettent d'améliorer la décomposition de certains polluants dans les eaux usées. Les végétaux 22 et 41 permettent d'utiliser un matériau particulaire présentant une granulométrie réduite, dans la mesure où ils participent eux- mêmes à la réduction du risque de colmatage du milieu de filtration par les eaux usées. Les végétaux pourront par exemple être des Phragmitis Australis, qui permettent de maintenir la conductivité hydraulique dans le milieu de filtration. Les milieux de filtration 23 et 42 pourront comprendre pour l'essentiel un matériau particulaire. Le matériau particulaire pourra comprendre de façon connue en soi du sable ou du gravier, sur une épaisseur de 0.3 à 1 m. On pourra par exemple utiliser un gravier dont la taille de grain est comprise entre 1 et 10 mm pour les milieux de filtration 23 ou 42. La figure 3 représente un second mode de réalisation d'un dispositif d'assainissement 1 selon l'invention. Dans cet exemple, la sortie d'évacuation du second filtre 4 comprend un canal périphérique séparé du milieu de filtration 42 par une paroi de trop-plein 45. Lorsque l'eau présente dans le milieu de filtration 42 dépasse le bord supérieur de la paroi 45, elle se déverse dans le canal 44. Le bord supérieur de la paroi 45 est disposé sous le seuil de trop- plein du réservoir 31, de sorte que l'eau traversera le milieu de filtration 42 avant d'atteindre le canal 44. Le seuil de trop-plein de la paroi 45 pourra également être fixé par des encoches en forme de V réalisées dans la paroi 45. De telles encoches en V pourront être réparties à la périphérie de la paroi 45, afin de répartir et de canaliser l'écoulement en des endroits souhaités sur toute la périphérie de la paroi 45. La partie basse des encoches définit bien entendu le seuil du trop-plein. La figure 4 représente un troisième mode de réalisation d'un dispositif d'assainissement 1 selon l'invention. Dans cet exemple, le dispositif 1 comprend une paroi 46 entourant le réservoir 31. Cette paroi 46 atteint le niveau du seuil de trop-plein du réservoir 31. La paroi 46 guide l'eau déversée par le réservoir 31 jusqu'au fond du second filtre 4. La paroi 46 force ainsi les eaux déversées à traverser le milieu de filtration 42 avant d'atteindre la sortie périphérique. Dans l'exemple, le second filtre 4 présente également une paroi 45 séparant le milieu de filtration 42 de la canalisation 44. Ainsi, le liquide doit s'écouler de bas en haut en traversant le milieu de filtration 42 avant d'atteindre la sortie périphérique, ce qui garantit un long parcours de filtration à travers le milieu de filtration 42. REVENDICATIONS1. Dispositif d'assainissement (1) d'eaux usées, caractérisée en ce qu'il comprend : -un premier filtre (2) de traitement d'eaux usées, comprenant un milieu de filtration (23) et comprenant des végétaux (22) plantés dans ce milieu de filtration ; - un second filtre (4) de traitement d'eaux usées, comprenant un milieu de filtration (42) et comprenant des végétaux (41) plantés dans ce milieu de filtration; - un organe de décantation (3) des matières en suspension dans les eaux usées, recevant de l'eau issue du premier filtre (2), renvoyant les matières en suspension décantées dans le premier filtre et conduisant de l'eau épurée dans le second filtre (4). 2. Dispositif d'assainissement selon la revendication 1, dans lequel l'organe de décantation (3) comprend un réservoir (31) disposé au centre du second filtre (4) et dont le trop-plein se déverse dans le second filtre. 3. Dispositif d'assainissement selon la revendication 2, dans lequel le second filtre (4) présente une forme circulaire entourant ledit réservoir (31). 4. Dispositif d'assainissement selon la revendication 2 ou 3, comprenant une paroi (32) entourant une entrée (25) d'eaux usées dans le réservoir, ladite paroi présentant une ouverture dans sa partie inférieure communiquant avec le réservoir. 5. Dispositif d'assainissement selon la revendication 4, dans lequel l'entrée d'eaux usées dans le réservoir (31) est un orifice (25) de sortie d'une canalisation (24), cet orifice étant orienté vers le haut. 6. Dispositif d'assainissement selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant un dispositif de pompage aspirant les matières en suspension décantées et les refoulant dans le premier filtre (2). 7. Dispositif d'assainissement selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel ledit réservoir (31) est entouré par une paroi (46) guidant l'eau déversée par le trop-plein vers le fond du second filtre. 8. Dispositif d'assainissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits végétaux (22,41) sont des roseaux. 9. Dispositif d'assainissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le milieu de filtration (23,42) comprend essentiellement un matériau particulaire. 10. Dispositif d'assainissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fond du second filtre (4) est incliné vers le bas en partant de son centre vers sa périphérie. 20 11. Dispositif d'assainissement selon la revendication 10, dans lequel le fond du second filtre (4) est étanche. 12. Dispositif d'assainissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second filtre (4) présente une sortie des eaux 25 traitées disposée à la périphérie de son milieu de filtration. 13. Dispositif d'assainissement selon la revendication 12, dans lequel la sortie comprend un canal périphérique (44) séparé du milieu de filtration du second filtre par une paroi de trop-plein (45), l'eau présente dans le second 30 filtre se déversant dans le canal périphérique lorsqu'elle dépasse la paroi de trop-plein (45).15 14. Dispositif d'assainissement selon la revendication 12, dans lequel la sortie comprend un premier conduit (43) entourant le milieu de filtration du second filtre, présentant des ouvertures dans sa partie supérieure pour recevoir de l'eau issue dudit milieu de filtration, le dispositif comprenant de plus un second conduit mettant le premier conduit en communication avec un volume d'air au-dessus dudit milieu de filtration. 15. Procédé d'assainissement d'eaux usées comprenant les étapes de : - déverser des eaux usées comprenant des matières en suspension dans un premier filtre comprenant un milieu de filtration dans lequel des végétaux sont plantés ; - décanter les matières en suspension dans les eaux filtrées par le premier filtre; - conduire des eaux épurées par la décantation dans un deuxième filtre comprenant un milieu de filtration dans lequel des végétaux sont plantés ; -renvoyer les matières en suspension décantées dans le premier filtre.