Brevet FR2958282A1 — publié le 20111007

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ D'ÉPURATION A CULTURES FIXÉES IMMERGÉES DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de l'épuration des eaux usées pour des habitations individuelles ou semi-collectives et notamment aux adaptations permettant d'obtenir la meilleure qualité d'eau avec le moins d'énergie possible. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR L'épuration au moyen de cultures fixées immergés fait appel à un lit bactérien immergé alimenté en oxygène. 15 La demanderesse a constaté une pluralité d'inconvénients dans les dispositifs existants. Parmi ceux-ci, il existe des stations d'épuration où le lit bactérien disposé dans une cuve est oxygéné au moyen d'un dispositif d'oxygénation disposé en bas de cuve 20 et constitué par une membrane micro-perforée au laser. La demanderesse a constaté que l'arrêt du système (arrêt consécutif par exemple à une absence prolongée) avait pour conséquence de provoquer un colmatage des micro-trous ménagés dans la membrane. Un tel dispositif 25 ne peut donc pas être utilisé dans une habitation secondaire. Un autre inconvénient réside dans la surface effective de bullage de la membrane qui ne concerne en partie basse de la cuve que la zone centrale ce qui ne 30 permet pas une bonne oxygénation. Un autre inconvénient concerne le support utilisé pour le lit bactérien qui adopte classiquement une structure en nid d'abeille. Un tel support constitue une solution limitant la surface disponible d'accroche pour 35 les bactéries. Il existe également dans l'art antérieur des moyens 10 - 2 d'oxygénation utilisant des rampes constituées de tuyauteries (par exemple en PVC) percées qui, si elles évitent le colmatage, ne permettent pas, du fait de la production de bulles trop grandes, une oxygénation optimisée du lit bactérien. Aujourd'hui, ces limitations amènent les concepteurs de stations d'épuration à surdimensionner leurs installations. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches permettant d'optimiser l'épuration afin d'éviter le surdimensionnement des installations. Un autre objet de ces recherches est la conception d'une technologie autorisant l'arrêt et le démarrage d'une telle installation même après un arrêt prolongé sans nécessiter une opération de maintenance. Un autre objet de ces recherches est la conception d'une installation d'épuration requérant le moins d'énergie possible que ce soit pour les opérations d'épuration ou pour les opérations de maintenance. Ces recherches ont abouti à la conception d'une station d'épuration utilisant un lit de bactéries immergé remarquable en ce qu'elle comprend un réceptacle dans lequel une pluralité de cloisons concentriques forment des volumes concentriques distincts, - au moins un volume extérieur de plus grand diamètre accueillant un support de culture bactérienne et de biomasse, - au moins un drain, en communication avec une conduite d'entrée dans le réceptacle, vient alimenter la partie haute du ou des volumes de plus grand diamètre occupé par le support de culture en eau à traiter, - au moins un anneau tubulaire, en communication avec un compresseur, assurant la diffusion d'oxygène en partie basse du ou des volumes occupés par le support de culture bactérienne, - 3 - - un volume central, fermé en partie basse, et servant de clarificateur final dont la partie supérieure est en communication avec une conduite de sortie, - au moins un tuyau assurant la communication entre la partie basse du volume occupé par ledit support de culture avec la partie basse dudit clarificateur, - l'eau à traiter passant des volumes de périphérie au volume central. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle prévoit dans un volume restreint, un circuit de l'eau à traiter à travers un support de culture bactérienne puis par le passage dans un clarificateur qui se trouve non à l'extérieur de la station mais dans sa partie centrale. L'eau à traiter passe ainsi de la périphérie de la station à sa partie centrale en passant par le drain, le support de culture et un réseau de chicanes. Afin de répartir le volume de l'eau à traiter par rapport au volume occupé par le support de culture, le drain forme un anneau concentrique au-dessus du volume cylindrique occupé par ledit support de culture. Selon un mode de réalisation préféré, deux volumes concentriques cloisonnés sont ménagés dans la station. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, un anneau de diffusion d'oxygène est présent en partie basse de chaque volume cylindrique concentrique occupé par le support de culture, lesdits anneaux étant reliés entre eux par des parties tubulaires de liaison. L'adéquation du nombre d'anneaux de diffusion avec le nombre de volumes concentriques cloisonnés contribue à une bonne oxygénation. En outre, la liaison entre les différents anneaux concentriques de diffusion permet une diffusion régulière sur l'ensemble des parties desdits anneaux. La diffusion de l'oxygène a été particulièrement étudiée. En effet, plutôt que d'utiliser les moyens 20 25 30 35 - 4 classiques en membrane ou tuyau PVC, la demanderesse a avantageusement choisi de réaliser ledit anneau de diffusion est un tube réalisé en matériau micro-poreux. L'utilisation d'un tel matériau évite les inconvénients de l'art antérieur. En outre, pour garantir le flux et éviter tout colmatage, l'anneau tubulaire micro-poreux est aménagé de trous supplémentaires de diamètre supérieur à ceux définis par la micro-porosité. Afin d'optimiser les capacités d'épuration et de créer une surpopulation bactérienne, ledit support de culture est du type média. Ce média va multiplier les surfaces d'accueil pour créer un lit bactérien appauvri. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, le média utilisé est celui connu sous le nom commercial de "Kaldness". Le corps de la station d'épuration est préformé d'ouvertures permettant la traversée des différents tuyaux (micro-poreux, communication médias/clarificateur, évacuation boues du fond du clarificateur vers la fosse, maintenance du fond du réceptacle, etc...). L'adéquation entre le cloisonnement, la création de volumes séparés et la nécessité de maintenir la possibilité d'un passage d'un volume à l'autre est mise en oeuvre par un module spécifique de filtration préformé à cet effet et venant se loger dans ledit réceptacle. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, où la station reçoit les eaux issues d'une fosse toutes eaux, une conduite assure la communication entre le clarificateur et la fosse toutes eaux afin d'évacuer les boues déposées en fond de clarificateur vers ladite fosse. Cette communication évite toute accumulation des boues au fond du clarificateur et diminue les exigences de maintenance tout en conservant une grande qualité d'épuration. L'invention concerne le procédé de travail d'une telle station qui est remarquable en ce qu'il consiste à assurer journalièrement - 5 l'évacuation vers la fosse des boues déposées en fond de clarificateur. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit réceptacle est constitué par un volume d'accueil supplémentaire ménagée à l'intérieur d'une fosse toutes eaux. Ainsi un autre objet de l'invention concerne une fosse toutes eaux dans laquelle est préformé un volume supplémentaire d'accueil pour la station de l'invention. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement a la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une station et d'un procédé conformes à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue en coupe d'une configuration présentant une station conforme à l'invention reliée à une fosse toutes eaux; La figure 2 est un dessin schématique d'une vue en coupe d'une configuration d'une fosse intégrant une station d'épuration conforme à l'invention; La figure 3 est une vue en coupe selon un plan médian de la station d'épuration seule, La figure 3a est une vue partielle en coupe de la station selon un plan de coupe différent. La figure 4 est une vue de face en coupe du module de filtrage seul, La figure 5 est une vue de dessus dudit module de filtrage, La figure 6 est une vue de dessous dudit module de filtrage La figure 7 est une vue de côté dudit module de filtrage. - 6 - DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Telle qu'illustrée sur le dessin des figures 1, 2 et 3, la station d'épuration référencée S dans son ensemble est du type de celle exploitant la technologie d'un lit référencé L de bactéries immergées. Cette station est présentée selon deux configurations conformes à l'invention, à savoir . - une configuration classique illustrée par le dessin de la figure 1 où la station d'épuration S est liée par au moins une canalisation à une fosse toutes eaux F, - une configuration compacte illustrée par le dessin de la figure 2 où la station d'épuration est intégrée dans la volume d'une fosse toutes eaux F'. Quelle que soit la configuration, la structure et les principes de fonctionnement restent les mêmes. Ainsi, conformément à l'esprit de l'invention, ladite station d'épuration S comprend un réceptacle R ou R' dans lequel a été aménagée une pluralité de cloisons concentriques 110 et 120 qui vont former des volumes concentriques V1, V2, V3 distincts mais communiquant et présentant des fonctions différentes, de sorte que l'eau à traiter les traverse en passant des volumes concentriques périphériques au volume central, et arrive traitée au centre. Pour ce faire, la station d'épuration S présente deux volumes extérieurs de plus grand diamètre V1 et V2 accueillant un support en nid d'abeille dit "media" c'est à dire un support de fixation de culture bactérienne et de la biomasse créée par lesdits bactéries qui va former le lit L décrit plus haut. Un drain 200, en communication avec une conduite d'entrée 210 dans le réceptacle R, vient alimenter en eau à traiter la partie haute du volume de plus grand diamètre V1 qui est occupé par le lit bactérien L. Ce drain 200 forme un anneau de diffusion de l'eau à traiter sur la partie supérieure dudit premier volume V1 et coaxial aux différentes cloisons. - 7 Deux anneaux tubulaires 310 et 320 sont disposés sous les volumes V1 et V2 afin qu'une communication avec un compresseur (non illustré) au moyen d'au moins une conduite verticale 330, permette la diffusion d'oxygène 5 dans les volumes occupés par le lit bactérien L. Conformément à l'invention, ces deux anneaux sont en matériau micro poreux et leur volume intérieur communique au moyen de conduites de liaison disposées à intervalles angulaires réguliers (non illustrées). Le volume V2 est ouvert en partie basse et en partie haute afin de permettre l'accueil de l'eau déjà passée dans le volume V1. Le volume central V3 est fermé en partie basse et sert de clarificateur final 400 dont la partie supérieure 410 est en communication avec une conduite de sortie 420 et dont la partie basse fermée 430 sert de zone accueil aux boues non fixées au support des volumes V1 et V2. Selon le mode de réalisation illustré plus en détail sur le dessin de la figure 3a, quatre tuyaux de transfert 440 assurent la communication entre la partie basse du volume V2 occupée par ledit support de culture L avec la partie basse 430 dudit clarificateur 400. Pour ce faire, les tuyaux 440 adoptent la forme de U inversé dont les extrémités des branches communiquent respectivement avec les parties basses des volumes V2 et V3. Comme illustré afin de garantir l'effet de siphon, la hauteur de l'extrémité basse du tube 440 débouchant dans le volume V2 est supérieure à la hauteur de l'extrémité basse du tube 440 débouchant dans le volume V3. 30 Les flèches F1 illustrent sur la figure 3, le parcours de l'eau à traiter. Ainsi, il apparaît que l'eau à traiter passe du drain 200 en partie supérieure du volume V1 puis descend en partie inférieure pour passer dans le volume V2 à travers la cloison 110. L'eau passe 35 de V2 à V3 au moyen du ou des tuyaux de transfert 440. Conformément à l'invention, la station d'épuration S 10 15 20 25 10 15 20 25 30 35 -8- est équipée d'une conduite de retour 500 qui assure la communication entre le fond 430 du clarificateur 400 et la fosse toutes eaux F ou F' à des fins d'évacuation des boues déposées en fond de clarificateur. Les flèches F2 illustrent le parcours de retour. Afin de mettre en oeuvre ce retour, la demanderesse exploite judicieusement le compresseur de diffusion d'oxygène pour créer un effet d'aspiration à l'intérieur de la conduite 500. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'utiliser un autre sous-ensemble fonctionnel pour cette fonction répondant au souci d'économie d'énergie de la demanderesse. Un procédé de travail assure un fonctionnement quotidien de cette conduite 500 optimisant ainsi le fonctionnement sans arrêt de maintenance de la station de l'invention. Une autre caractéristique participant à une meilleure maintenance concerne un tuyau de maintenance 600 supplémentaire qui vient communiquer avec la partie basse du réceptacle à des fins d'aspiration ou de soufflage pour éviter toute accumulation non souhaitée en partie basse des volumes occupés par le support de culture. Le cloisonnement, la concentricité et les différentes possibilités de communication entre les différents volumes et sous ensembles fonctionnels est mis en oeuvre par le module de filtration 700 illustré par les dessins des figures 4 à 7. Ce module de filtration est amovible pour permettre son installation et son escamotage à des fins de maintenance. Il se compose d'un premier corps cylindrique formant la cloison 110 dans le réceptacle R et R' cloisonnant le volume V1 entre sa surface extérieure et la surface intérieure du réceptacle R et R'. Cette cloison comporte des ouvertures latérales 111 pour permettre la communication des volumes V1 et V2 en partie haute. L'âme creuse de ce premier corps cylindrique comprend un autre corps cylindrique central fermé en partie basse 10 15 20 25 30 35 - 9 - formant le clarificateur 400. La paroi intérieure du premier corps cylindrique et la paroi extérieure du deuxième corps cylindrique qui constitue la deuxième cloison 120, forme le volume V2 ouvert en partie basse et la partie haute par des lumières 710 et 720. La partie basse comporte néanmoins une base à laquelle sont liés des pieds 730 assurant la surélévation du module de filtration par rapport à sa surface d'appui créant ainsi un volume libéré entre le fond du réceptacle R ou R' et le fond du module de filtration R afin de disposer les anneaux de diffusion d'oxygène 310 et 320. Les lumières 710 et 720 permettent le passage des tuyaux l'alimentation verticaux 330 pour l'anneau 320 de diamètre le plus petit. Comme illustré, le corps cylindrique de ce module de filtration 700 comprend en partie haute une collerette d'appui 740 de forme sensiblement triangulaire, forme qui autorise à partir d'une trappe supérieure, le regard, l'accès et le passage à l'intérieur du réceptacle R ou R' à des fins de traversée de conduite(s) et/ou de manutention. Selon un mode de réalisation préféré, la demanderesse a imaginé que les fosses F et F' accompagnant ou intégrant la station d'épuration de l'invention et assurant le pré-traitement et la décantation présentent les caractéristiques ci-dessous décrites. La conduite d'entrée 210 des eaux à traiter qui débouche à une extrémité sur un drain 200, débouche à son autre extrémité dans un bac de pré-filtration 800 avantageusement rempli de pouzzolane. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse l'extrémité de la voie d'entrée 900 des eaux usées dans ladite fosse présente un corps cylindrique biseauté 910. Une cloison C disposée entre la voie d'entrée 900 et le bas de filtration 800 piège les effluents flottants et protège le bac de pré-filtration 800 contre les à-coups.5 - 10 - On comprend que le dispositif et le procédé, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 10 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS1. Station d'épuration (S) utilisant un lit (L) de bactéries immergé, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un réceptacle (R ou R') dans lequel une pluralité de cloisons concentriques (110 et 120) forme des volumes concentriques distincts (Vi, V2 et V3), - au moins un volume extérieur (Vi et V2) de plus grand diamètre accueillant un support de culture bactérienne et de biomasse, - au moins un drain (200), en communication avec une conduite d'entrée (210) dans le réceptacle (R ou R'), vient alimenter la partie haute du ou des volumes de plus grand diamètre en eau à traiter, - au moins un anneau tubulaire (310 et 320), en communication avec un compresseur, assurant la diffusion d'oxygène en partie basse du ou des volumes (Vi et V2) occupés par le support de culture bactérienne, - un volume central (V3), fermé en partie basse, et servant de clarificateur final (400) dont la partie supérieure (410) est en communication avec une conduite de sortie (420), - au moins un tuyau (440) assurant la communication entre la partie basse du volume occupé par ledit support de culture (V2) avec la partie basse dudit clarificateur (430), - l'eau à traiter passant des volumes de périphérie (Vi et V2) au volume central (V3). 2. Station (S) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le drain (200) forme un anneau concentrique au dessus du volume cylindrique (1) occupé par ledit support de culture. 3. Station (S) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'un anneau de diffusion d'oxygène (310 et 320) est présent en partie basse de chaque volume cylindrique concentrique (Vi et V2) occupé par le support de culture (L), lesdits anneaux étant reliés entre eux par 5 10 15 20 25 30 35 2958282 - 12 des parties tubulaires de liaison. 4. Station (S) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ledit support de culture est du type média. 5. Station (S) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ledit anneau de diffusion (310 et 320) est un tube réalisé en matériau micro-poreux. 6. Station (S) selon la revendication 1 où cette dernière reçoit les eaux issues d'une fosse toutes eaux (F), CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'une conduite (500) assure la communication entre le clarificateur (400) et la fosse toutes eaux afin d'évacuer les boues déposées en fond (430) de clarificateur (400). 7. Station (S) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le réceptacle (R') est constitué par un volume d'accueil supplémentaire ménagé à l'intérieur d'une fosse toutes eaux. 8. Station (S) selon la revendication 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE l'anneau tubulaire (310 et 320) micro-poreux est aménagé de trous de diffusion supplémentaires de diamètre supérieur à ceux définis par la micro porosité. 9. Station (S) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comporte un tuyau de maintenance supplémentaire (600) venant communiquer avec la partie basse du réceptacle (R) à des fins d'aspiration ou de soufflage pour éviter toute accumulation non souhaitée. 10. Procédé de travail d'une station d'épuration (S) selon la revendication 1 qui utilise un lit (L) de bactéries immergé et comprend un réceptacle (R ou R') dans lequel une pluralité de cloisons concentriques (110 et 120) forme des volumes concentriques distincts (V1, V2 et V3), - au moins un volume extérieur (V1 et V2) de plus grand diamètre accueillant un support de culture bactérienne et de biomasse, 2958282 - 13 - - au moins un drain (200), en communication avec une conduite d'entrée (210) dans le réceptacle (R ou R'), vient alimenter la partie haute du ou des volumes de plus grand diamètre en eau à traiter, 5 - au moins un anneau tubulaire (310 et 320), en communication avec un compresseur, assurant la diffusion d'oxygène en partie basse du ou des volumes (V1 et V2) occupés par le support de culture bactérienne, - un volume central (V3), fermé en partie basse, et 10 servant de clarificateur final (400) dont la partie supérieure (410) est en communication avec une conduite de sortie (420), - au moins un tuyau (440) assurant la communication entre la partie basse du volume occupé par ledit support 15 de culture (V2) avec la partie basse dudit clarificateur (430), - l'eau à traiter passant des volumes de périphérie (V1 et V2) au volume central (V3), et selon la revendication 6 où ladite station reçoit les 20 eaux issues d'une fosse toutes eaux (F) et où une conduite (500) assure la communication entre le clarificateur (400) et la fosse toutes eaux afin d'évacuer les boues déposées en fond (430) de clarificateur (400), CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à assurer journalièrement 25 l'évacuation des boues déposées en fond (430) de clarificateur (400). 30 35