Brevet FR2966143A1 — publié le 20120420

i La présente invention concerne le domaine des stations d'épuration d'eaux usées, et plus particulièrement le domaine des stations d'épuration individuelles ou de systèmes non-collectifs. Ce type de station d'épuration est généralement utilisé pour permettre l'épuration et s l'assainissement des eaux usées domestiques dans les zones isolées ou à habitat dispersé telles qu'en campagne ou à la montagne, où la récupération collective des eaux vannes ou des eaux grises d'une multiplicité de logements est difficile ou impossible. Ces "mini-stations" sont enterrées ou semi enterrées et installées à proximité desdits logements. io Pour minimiser notamment les coûts de fabrication et de transport et les travaux de terrassement et d'installation, les stations d'épuration compactes sont privilégiées. Elles sont généralement conçues sous la forme d'un bassin d'épuration qui est divisé en plusieurs compartiments comportant de manière classique un réacteur biologique sous la forme d'un lit bactérien fixé, et au moins un décanteur, primaire et/ou ls secondaire, avant le rejet de l'effluent épuré par infiltration dans le sol ou, dans le cas d'un sol inapte, dans le réseau hydrique superficiel. De manière classique les compartiments de telles stations compactes sont délimités par des cloisons "transversales" sensiblement rectilignes, s'étendant entre deux points de la circonférence du bassin de forme cylindrique. 20 La matière organique présente dans ces eaux usées est dégradée par les micro-organismes du réacteur biologique. Cependant, ces derniers, en particulier lorsqu'il s'agit de lits bactériens fixés, sont sensibles aux variations de température de la paroi extérieure du bassin : ils peuvent être fragilisés, voire détruits, lors de chocs thermiques saisonniers ou diurnes/nocturnes, réduisant l'efficacité de l'épuration. 25 Lorsque cette flore bactérienne doit être reconstituée, la station ne peut être remise en route immédiatement, plusieurs jours ou semaines sont alors nécessaires pour établir et retrouver une épuration correcte. Dans les cas moins extrêmes, on peut constater une moindre efficacité des micro-organismes du lit bactérien selon leur proximité ou leur éloignement de la paroi extérieure du bassin. L'isolation thermique de cette paroi 30 extérieure serait envisageable, mais coûteuse. Un premier but de l'invention est donc de palier les inconvénients ci-dessus, en proposant une station d'épuration d'eaux usées, compacte, dans laquelle le réacteur biologique est protégé des chocs thermiques. Un autre but de l'invention est de concevoir une station de structure simple, dont la fabrication soit peu coûteuse, et la mise en place et l'entretien aisés. Ces buts sont atteints par la station d'épuration d'eaux usées de la présente invention. s Selon l'invention ladite station d'eaux usées, compacte, comprenant une canalisation d'entrée de l'effluent à épurer, un bassin d'épuration à paroi extérieure présentant la forme générale d'un cylindre à axe vertical et une canalisation de sortie de l'effluent épuré, le bassin d'épuration étant divisé en au moins trois compartiments adjacents de l'amont vers l'aval : un pré-décanteur, un réacteur biologique et un post-décanteur, io séparés par des cloisons et reliés entre eux par au moins un moyen de communication fluidique, est caractérisée en ce que le compartiment du post-décanteur entoure le compartiment du réacteur biologique, qui lui-même entoure le compartiment central du pré-décanteur, de manière notamment à réduire les chocs thermiques néfastes à l'efficacité du réacteur biologique. ls Plus particulièrement, lesdits compartiments du bassin d'épuration sont avantageusement coaxiaux et leurs cloisons, de préférence de forme générale cylindrique, ménagent entre elles, et entre elles et la paroi extérieure du bassin d'épuration, deux canaux annulaires de circulation de l'effluent à épurer, correspondant à un compartiment périphérique constituant le post-décanteur et un 20 compartiment intermédiaire constituant le réacteur biologique disposé entre le compartiment central et le compartiment périphérique. Un tel agencement des compartiments permet de réduire les chocs thermiques néfastes à la croissance et à l'activité des micro-organismes du réacteur biologique, puisque ce dernier est interposé entre pré-décanteur et le poste décanteur, et donc 25 séparé de la paroi extérieure du bassin par le compartiment périphérique. L'entrée de l'effluent à épurer débouche, de préférence, au voisinage du centre du pré- décanteur. Les effluents entrant, sont le plus souvent relativement chauds (entre 10 et 35°C), notamment lorsqu'il s'agit d'eaux usées domestiques (par exemple effluents de lave linge, de lave vaisselle). Ces effluents sont ainsi dans un premier temps confinés 30 (isolés thermiquement) dans le compartiment central, dans lequel ils subissent une décantation, les échanges éventuels de calories ne s'effectuant qu'avec le réacteur biologique adjacent, compartiment qui entoure le pré-décanteur. De plus, la géométrie des compartiments permet de conférer à la structure de la station d'épuration compacte une rigidité importante et permet également une meilleure répartition des pressions hydrauliques dans toutes les directions, dans s chacun des compartiments. Selon un mode de réalisation avantageux, le compartiment intermédiaire et le compartiment périphérique sont fermés par une cloison radiale, constituant les extrémités des canaux annulaires du compartiment intermédiaire et du compartiment périphérique, les moyens de communication fluidique entre, d'une part, le io compartiment central et le compartiment intermédiaire, et, d'autre part, entre le compartiment intermédiaire et le compartiment périphérique, ainsi que la canalisation de sortie de l'effluent épuré du compartiment périphérique étant disposés dans une zone jouxtant ladite cloison radiale, de manière à imposer audit effluent un trajet de circulation annulaire dans l'ensemble du canal annulaire de chaque compartiment ls respectif d'une extrémité à l'autre dudit canal. Une telle configuration annulaire du compartiment intermédiaire, constituant le réacteur biologique, permet un temps de contact optimisé de l'effluent à traiter avec les micro-organismes. En particulier, la circulation de l'effluent d'une extrémité à l'autre du canal annulaire permet d'éviter l'existence de volumes échappant au contact 20 direct avec les bactéries fixées du réacteur, lorsque ledit réacteur biologique est un lit bactérien fixe. Le trajet de post-décantation de l'effluent est également optimisé le long de la totalité de la périphérie du bassin d'épuration puisque entrée et sortie de ce compartiment périphérique se trouvent à proximité des extrémités du canal annulaire formé par la 25 paroi radiale. De plus, ladite cloison radiale sert d'entretoise entre les cloisons des différents compartiments, conférant une rigidité supplémentaire à la structure. Selon un mode de réalisation préféré, la canalisation de sortie de l'effluent épuré et les moyens de communication fluidique entre les compartiments respectifs sont, de 30 l'amont vers l'aval (c'est-à-dire dans le sens du processus d'épuration), disposés alternativement de part et d'autre de ladite cloison radiale, de manière à imposer un trajet horaire dans l'un des deux compartiments annulaires et un trajet anti-horaire dans l'autre compartiment annulaire. Un tel agencement des canalisations de communication d'un compartiment à l'autre s disposées dans le même secteur du bassin d'épuration minimise la longueur des canalisations correspondantes, optimise l'emplacement des moyens de pompage et permet, pour la surveillance et l'entretien éventuel, la présence d'un regard commun de taille réduite dans le couvercle fermant le bassin d'épuration. Le réacteur biologique est, avantageusement, un lit bactérien fixé, immergé, io comportant un matériau support alvéolaire, de préférence réparti dans l'ensemble du compartiment intermédiaire. Des dispositifs d'aération sont placés au fond du bassin, c'est-à-dire ici au fond du compartiment intermédiaire, pour une épuration par culture fixée aérobie immergée par ce lit bactérien. ls Le support alvéolaire du lit bactérien est réalisé, de préférence, en polyéthylène haute densité (PEHD) ou dans un polymère de résistance chimique et mécanique supérieure ou égale à celle du PEHD. La circulation de l'effluent dans l'ensemble du canal annulaire permet un meilleur rendement épuratoire et la spéciation des bactéries, par exemple la présence d'un plus 20 grand nombre de bactéries nitrifiantes en fin du trajet annulaire, favorisant donc un meilleur abattement de l'azote dans le réacteur biologique. Selon une construction avantageuse de la station d'épuration de la présente invention, les cloisons des compartiments et la cloison radiale forment un ensemble monobloc. Cet ensemble repose sur le fond du bassin d'épuration et est disposé coaxialement à 25 l'axe central du bassin. Cet ensemble monobloc, de fabrication aisée, est également mis en place de manière très facile au centre du bassin d'épuration. Lesdites cloisons peuvent être en béton, en polymère ou en métal. Lesdites cloisons sont avantageusement réalisées en métal, de préférence en acier inoxydable. Des cloisons en métal favorisent ainsi l'échange thermique entre le compartiment central 30 plus chaud et le compartiment intermédiaire du réacteur biologique. La chaleur favorise la croissance et l'activité des bactéries, et augmente ainsi le rendement épuratoire. Des moyens de recirculation des boues sont avantageusement prévus entre le compartiment périphérique, de préférence le fond dudit compartiment constituant le 5 post-décanteur, et le compartiment central constituant le pré-décanteur. Du fait de la configuration des compartiments et du positionnement des moyens de communication fluidiques, il est également possible de disposer ces moyens de recirculation des boues à proximité de la cloison radiale, ce qui permet, si des pompes sont mises en oeuvre, d'utiliser une alimentation électrique commune. io Une telle station d'épuration des eaux usées peut être utilisée pour l'épuration des eaux usées industrielles ou domestiques car elle constitue un ensemble très compact et à l'épuration très efficace. La présente invention va maintenant être illustrée d'un exemple de réalisation non limitatif en référence aux figures dans lesquelles : 15 La figure 1 est une vue de dessus d'une station d'épuration selon l'invention, sans couvercle supérieur ; La figure 2 est une vue éclatée des différents constituants de la station représentée à la figure 1, avec son couvercle ; La figure 3 est une vue en perspective de l'ensemble formé par les cloisons de la 20 station des figures 1 et 2 ; La figure 4 est un agrandissement des canalisations de communication de l'effluent entre les différents compartiments. En se référant aux figures, la station d'épuration 1 compacte selon l'invention, est constituée d'un bassin d'épuration de forme cylindrique, dans l'exemple présenté, dont 25 la paroi extérieure 3 est, ici, en béton. Ce bassin d'épuration 2 est équipé d'une canalisation d'entrée des eaux usées 4, selon la flèche E, et d'une canalisation de sortie de l'effluent épuré 5, selon la flèche S. Ce bassin d'épuration 2 est divisé en trois compartiments, à savoir du centre vers l'extérieur : - un compartiment central 6 destiné à servir de pré-décanteur, - un compartiment intermédiaire 7 constituant le réacteur biologique, et - un compartiment périphérique 8 destiné à servir de post-décanteur. s Ces compartiments sont séparés par deux cloisons cylindriques ménagées coaxialement à l'axe central du bassin d'épuration 2, à savoir une première cloison 9 et une seconde cloison 10. Ces deux cloisons 9, 10 sont espacées l'une de l'autre de manière à créer entre elles un espace formant un canal annulaire de circulation de l'effluent à épurer. De même, la seconde cloison 10 est espacée de la paroi extérieure io 3 du bassin d'épuration 2 pour ménager un canal de circulation annulaire où s'effectue la post-décantation de l'effluent épuré sortant du réacteur biologique et formant le compartiment périphérique 8. Une cloison radiale 11 est ménagée entre la première cloison cylindrique 9 et la paroi extérieure 3 du bassin d'épuration 2. Cette paroi radiale permet de fermer les canaux ls annulaires des compartiments 7 et 8 de manière à favoriser la circulation de l'effluent à épurer d'une face 11A de cette cloison radiale 11 jusqu'à la face opposée 11B de ladite cloison radiale 11. A cet effet, la canalisation de sortie 12 du compartiment 6 constituant le pré-décanteur, débouche dans le compartiment intermédiaire 7 formant le réacteur 20 biologique au niveau d'une zone disposée à proximité d'une des faces de la cloison radiale 11 (sur les figures 1 et 4 correspond à la face 11A de la cloison radiale 11). L'orifice de sortie 13 du compartiment intermédiaire 7, constituant le réacteur biologique, est un orifice ménagé dans la seconde cloison 10 à proximité de la partie supérieure de cette cloison 10, et à proximité également de la face 11B de la cloison 25 radiale 11. L'effluent à épurer entrant par la canalisation d'entrée 12 dans le compartiment 7 parcourt ainsi tout le canal annulaire de ce compartiment d'une face 11A à l'autre 11B de la cloison radiale 11 pour sortir par gravité par l'orifice de sortie 13 du réacteur biologique, et pénétrer dans le compartiment périphérique 8. 6 Ce compartiment périphérique 8 est équipé d'un "déflecteur" 22 sensiblement radial dans lequel est ménagé un orifice 23 d'entrée de l'effluent devant subir une post-décantation dans le compartiment périphérique 8. Le trajet de circulation de l'effluent dans ledit compartiment périphérique suit le canal s annulaire formé par cedit compartiment jusqu'à la sortie 5 du bassin d'épuration 2. Le compartiment intermédiaire 7, constituant le réacteur biologique, est rempli d'un matériau support pour les bactéries constituant un lit bactérien fixe immergé. Des aérateurs 17 sont placés dans le fond de ce compartiment intermédiaire au-dessous du lit bactérien pour introduire de l'air permettant la croissance et le développement des io micro-organismes en milieu aérobie, pour l'épuration des composés carbonés, azotés et phosphorés de l'effluent à épurer. Le support solide est, de préférence, un matériau alvéolaire. Le support est constitué, ici, de structures tubulaires en PEHD (polyéthylène haute densité) à grosses mailles (de surface spécifique développée 100 m2/m3), disposées verticalement et au-dessous ls desquelles sont disposés les aérateurs, ce qui permet de générer à la base de cette structure support un flux de microbulles verticales de bas en haut ainsi qu'un phénomène de convection de l'effluent autour de ces supports. On a ainsi un brassage important de l'effluent en même temps qu'un apport en oxygène. Un réacteur biologique de type à culture bactérienne fixée, aérée, immergée présente plusieurs 20 avantages parmi lesquels : - un tel dispositif sans pompe ni pales d'agitation, ne nécessite pas d'opérations de maintenance ; - cette fixation des bactéries sur un support empêche leur lessivage dans le flux hydraulique ; 25 -un lit bactérien fixé maintient les bactéries au sein du réacteur, leur renouvellement n'intervient que pour compenser les cellules mortes, ce qui minimise la production de boues secondaires, et donc réduit la fréquence des vidanges ; - les réacteurs biologiques à lit fixé sont plus compacts que les réacteurs 30 biologiques non fixés. Un dispositif de recirculation des boues du fond du compartiment périphérique 8 vers le compartiment central 6 est représenté à la figure 4. Il est de type "air lift" et comporte, notamment, un tuyau d'injection d'air 15 et un tuyau de recirculation des boues 18. Les première et seconde cloisons 9 et 10, ainsi que la cloison radiale 11 peuvent être réalisées en inox, en béton ou en polymère (tel qu'en polypropylène). Il est, cependant, préféré de réaliser ces dernières en métal, de préférence, en acier inoxydable. Comme représenté aux figures et, plus particulièrement à la figure 3, cet ensemble 25, io formé par les cloisons 9 et 10 ainsi que la cloison radiale 11 et le "déflecteur" 22, forme un ensemble monobloc qui peut être facilement préfabriqué en usine et soudé sur un fond 19 et placé dans le bassin d'épuration 2 en reposant sur le fond 24 de cedit bassin. Enfin l'ensemble peut être revêtu d'un couvercle 20 équipé de une ou plusieurs trappes de visite 21 (cf. figure 2). 15 L'une de ces trappes 21 peut être disposée à proximité de la canalisation 4 d'entrée du bassin et l'autre à l'aplomb de l'ensemble formé par le dispositif 14 "air lift" et du moyen de communication fluidique entre les différents compartiments ainsi que la canalisation de sortie 5 du bassin. Cette station d'épuration 1 d'eaux usées très compacte permet d'optimiser le trajet de 20 circulation de l'effluent à épurer, plus particulièrement dans les compartiments constituant le réacteur biologique et le post-décanteur. Le trajet de l'effluent est considérablement rallongé dans ces canaux annulaires de l'installation selon la présente invention par rapport aux trajets sensiblement radiaux des stations de l'art antérieur. 25 REVENDICATIONS1. Station d'épuration (1) d'eaux usées, compacte, comprenant une canalisation d'entrée (4) de l'effluent à épurer, un bassin d'épuration (2) à paroi extérieure (3) présentant la forme générale d'un cylindre à axe vertical et une canalisation de sortie s (5) de l'effluent épuré, le bassin d'épuration (2) étant divisé en au moins trois compartiments adjacents de l'amont vers l'aval : un pré-décanteur, un réacteur biologique et un post-décanteur, séparés par des cloisons (9, 10) et reliés entre eux par au moins un moyen de communication fluidique, caractérisée en ce que le compartiment du post-décanteur entoure le compartiment du io réacteur biologique, qui lui-même entoure le compartiment central (6) du pré-décanteur, de manière notamment à réduire les chocs thermiques néfastes à l'efficacité du réacteur biologique. 2. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits compartiments du bassin d'épuration sont coaxiaux et leurs cloisons, de préférence de ls forme générale cylindrique, ménagent entre elles, et entre elles et la paroi extérieure du bassin d'épuration (2), deux canaux annulaires de circulation de l'effluent à épurer, correspondant à un compartiment périphérique (8) constituant le post-décanteur et un compartiment intermédiaire (7) constituant le réacteur biologique disposé entre le compartiment central (6) et le compartiment périphérique (8). 20 3. Station d'épuration selon la revendication 2, caractérisée en ce que le compartiment intermédiaire (7) et le compartiment périphérique (8) sont fermés par une cloison radiale (11), constituant les extrémités des canaux annulaires du compartiment intermédiaire (7) et du compartiment périphérique (8), les moyens de communication fluidique entre, d'une part, le compartiment central (6) et le compartiment 25 intermédiaire (7), et, d'autre part, entre le compartiment intermédiaire (7) et le compartiment périphérique (8), ainsi que la canalisation de sortie (5) de l'effluent épuré du compartiment périphérique étant disposés dans une zone jouxtant ladite cloison radiale (11), de manière à imposer audit effluent un trajet de circulation annulaire dans l'ensemble du canal annulaire de chaque compartiment respectif d'une 30 extrémité à l'autre dudit canal. 4. Station d'épuration selon la revendication 3, caractérisée en ce que la canalisation 9 2966143 io de sortie (5) de l'effluent épuré et les moyens de communication fluidique entre les compartiments respectifs sont, de l'amont vers l'aval, disposés alternativement de part et d'autre de ladite cloison radiale (11), de manière à imposer un trajet horaire dans l'un des deux compartiments annulaires et un trajet anti-horaire dans l'autre s compartiment annulaire. 5. Station d'épuration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réacteur biologique est un lit bactérien fixé, immergé, comportant un matériau support (16) alvéolaire, de préférence réparti dans l'ensemble du compartiment intermédiaire (7). io 6. Station d'épuration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les cloisons (9, 10) des compartiments et la cloison radiale (11) forment un ensemble monobloc. 7. Station d'épuration selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites cloisons sont réalisées en métal, de préférence en acier inoxydable. ls 8. Station d'épuration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi extérieure (3) du bassin est en béton. 9. Station d'épuration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des moyens de recirculation des boues sont prévus entre le fond du compartiment périphérique (8), constituant le post-décanteur, et le 20 compartiment central (6), constituant le pré-décanteur. 10. Utilisation de la station d'épuration selon l'une quelconques des revendications précédentes pour l'épuration des eaux usées domestiques ou industrielles.