Brevet FR3013345A1 — publié le 20150522

Station d'épuration des eaux, incluant des moyens d'agitation des boues flottantes par remous. Le domaine de l'invention concerne la conception et la fabrication des équipements de traitement des eaux usées. Plus précisément, l'invention concerne une station d'épuration, en particulier mais non exclusivement individuelle, du type intégrant un bassin d'aération et un bassin de clarification. Dans le cadre de l'assainissement non collectif, on distingue les habitations reliées au réseau de collecte de leur commune et celles qui ne le sont pas. Jusqu'à récemment, les habitations non reliées au réseau de collecte étaient équipées généralement, voire dans le meilleur des cas, d'une fosse septique pour le traitement des eaux usées domestiques (hors eaux pluviales) associée à un bac à sable filtrant. L'évolution des normes et réglementations impose désormais aux 15 habitations non reliées au réseau de collecte de leur commune de disposer d'un système d'assainissement individuel, visant à renvoyer au milieu naturel les eaux traitées d'une qualité satisfaisante prédéterminée. Les textes actuellement en vigueur définissent l'assainissement individuel, autrement désigné par assainissement non collectif (ANC) 20 comme correspondant à « tout système d'assainissement effectuant la collecte, le prétraitement, l'épuration, l'infiltration ou le rejet des eaux usées domestiques des immeubles non raccordés au réseau public d'assainissement ». Dans ce contexte, une solution pour les particuliers non reliés au 25 réseau de collecte de leur commune consiste à recourir à l'installation d'une micro-station d'épuration. Une micro-station d'épuration peut se définir comme une solution de traitement des eaux usées domestiques, fonctionnant à échelle réduite selon le même principe qu'une station d'épuration urbaine, ceci 30 par la mise en oeuvre d'un procédé dit « à boue activée » ou « à culture fixée ». Le procédé de traitement « à boue activée » consiste à mettre à contribution les micro-organismes ou les bactéries présents dans les eaux à traiter en vue de dégrader les matières organiques présentes dans les dites eaux, ceci sans recourir à l'adjonction de produits chimiques. Un tel traitement permet de rejeter les eaux traitées directement dans le milieu naturel ou, alternativement, de les utiliser en irrigation. On distingue, parmi les effluents rejetés par une habitation, deux catégories, à savoir : - les « eaux grises », correspondant aux eaux provenant des lavabos, lave-linges, douche, etc. ; - les « eaux-vannes », correspondant aux eaux rejetées par les toilettes. L'ensemble de ces effluents contient : - des matières organiques ; - des matières azotées et phosphorées ; - des micro-organismes pathogènes ; - des matières en suspension pouvant provoquer des maladies, de la pollution organique et de l'eutrophisation. Classiquement, les micro-stations d'épuration sont conçues pour réaliser les phases de traitement suivantes : - la décantation, visant à retenir au fond de la cuve les matières les plus lourdes et à faire remonter en surface les plus légères ; - l'aération, selon laquelle les « boues » en suspension subissent un traitement d'épuration, ceci en créant de manière séquentielle des périodes aérobies et des périodes d'anoxie, ce qui va permettre d'engendrer un phénomène de digestion des matières organiques, ainsi qu'une réduction des nitrates et des nitrites ; - la clarification (éventuellement précédée d'une pré- clarification), visant à séparer les boues légères persistantes de l'eau épurée : dans cette phase, les boues restantes sont renvoyées dans le bassin de décantation ou dans le bassin de réaction, tandis que l'eau épurée est extraite de la micro-station pour être en général dispersée dans le sol. Les avantages des micro-stations sont notamment les suivants : - elles mettent en oeuvre des procédés de traitement écologique et n'utilisent aucun produit chimique pour traiter les eaux usées ; - la surface au sol de la micro-station est notablement limitée et ne nécessite pas d'épandage sous-terrain, ce qui permet de les installer même dans des petits terrains, éventuellement avec un dénivelé ; - la fréquence de vidange des boues est peu élevée comparée à celle d'une fosse septique ; - elles ne dégagent pas d'odeurs. En revanche, le traitement « à boue activée » implique un apport régulier de matières organiques pour permettre aux bactéries de se développer et donc de traiter les eaux. Aussi, une absence prolongée d'écoulement d'eau dans la micro-station impliquera la nécessité de réactivation des bactéries. Selon l'art antérieur, on distingue deux types de micro-station d'épuration : - les stations opérant une épuration par boue activée, telle que décrite précédemment ; - les stations à culture fixée dans lesquelles les micro- organismes chargés du traitement se fixent sur un support en fond de cuve. L'invention concerne les stations opérant un traitement dit « à boue activée ». Une station de ce type correspondant à l'art antérieur est illustrée 30 par les figures 1 et 2. 3013 34 5 4 Tel qu'illustré par ces figures, une station d'épuration individuelle se présente de façon générale sous la forme d'une cuve 1 incluant, selon le présent mode de réalisation, deux enceintes, à savoir : - une enceinte d'aération 10 ; 5 - une enceinte de décantation/clarification 11. La station intègre un compresseur (non représenté) à partir duquel s'étend un conduit d'air débouchant dans l'enceinte d'aération 10. Le compresseur de l'enceinte d'aération est programmé pour effectuer des cycles successifs d'aération des eaux présentes dans 10 l'enceinte d'aération. On rappelle effectivement que l'enceinte d'aération a pour but d'effectuer des phases successives aérobies et d'anoxie, en vue de provoquer une digestion des matières organiques présentes dans les eaux à traiter. Tel que cela apparait sur la figure 1, un conduit 100 débouche 15 dans l'enceinte d'aération, les eaux à traiter arrivant dans la station par ce conduit 100. L'enceinte d'aération est séparée de l'enceinte de décantation/clarification par une paroi de séparation 12 dans laquelle est ménagé un orifice 120 communiquant avec un tuyau 111, s'étendant vers 20 le fond de l'enceinte de clarification. Lorsque le niveau augmente dans l'enceinte d'aération, ceci dû à l'arrivée d'eau par le conduit 100, jusqu'à atteindre l'orifice 120, de l'eau passe de l'enceinte d'aération vers l'enceinte de décantation/clarification par le tuyau 111. 25 L'enceinte de décantation/clarification intègre une pompe 112, activée par cycles successifs programmés, permettant de : - laisser décanter les matières en suspension en phase de non fonctionnement de la pompe ; - pomper les boues décantées (donc non digérées) et les renvoyer vers l'enceinte d'aération, par l'intermédiaire d'un tuyau (non représenté). 3013 34 5 5 Un conduit 110 de sortie s'étend à partir de l'enceinte de décantation/clarification, pour permettre la sortie des eaux traitées. Ce conduit 110 est prévu en partie supérieure de l'enceinte de décantation/clarification. Par conséquent, il est nécessaire que le niveau 5 d'eau augmente suffisamment dans l'enceinte de décantation/clarification, pour atteindre le niveau du conduit de sortie. En outre, une zone siphoïde 20 constitue un passage obligé de circulation des eaux dans la station, reliant le volume interne de l'enceinte de clarification au conduit de sortie. Cette zone siphoïde, dans 10 laquelle les eaux sont faiblement chargées en matières en suspension, est délimitée par une cloison siphoïde décrite plus en détails par la suite. Ainsi, l'extrémité inférieure 21 de la cloison siphoïde 2 forme un passage d'entrée pour les eaux qui montent dans la zone siphoïde. Lorsque le niveau d'eau augmente dans l'enceinte de 15 décantation/clarification, les matières en suspension les plus lourdes décantent pendant la phase de non fonctionnement de la pompe 112, tandis que seules les matières en suspension les plus fines et les plus légères remontent avec le niveau d'eau. De telles micro-stations d'épuration par boues activées donnent 20 globalement satisfaction selon les critères d'épuration actuels. Toutefois, dans certains cas, le fonctionnement de ces micro-stations engendre la formation d'une croûte de boue qui se développe naturellement à la surface de l'eau présente dans l'enceinte de clarification. 25 En effet, comme indiqué précédemment, certaines matières en suspension remontent jusqu'à la surface de l'eau, entrainées notamment par le dégagement d'azote, au niveau de laquelle ces matières stagnent voire s'accumulent jusqu'à former une croûte. Or, la formation d'une telle croûte est non désirable, voire 30 préjudiciable au bon fonctionnement de la station. Ces croûtes sont indésirables dans la mesure où elles dégagent de l'hydrogène sulfuré (H2S) qui est un composite chimique bien connu pour son odeur nauséabonde. Ces boues sont d'autre part préjudiciables notamment pour les 5 raisons suivantes : - elles contiennent une forte concentration en ammoniaque qui peut conduire à des rejets d'eau à partir de la station qui ne sont plus conformes aux normes de rejet ; - les croûtes peuvent s'épaissir au point de porter atteinte au 10 transfert satisfaisant d'une enceinte à l'autre de la station. Pour ces raisons, il est donc nécessaire d'agir sur la station, ceci en forçant la croûte à se désagréger et à redescendre au fond de l'enceinte de clarification, pour être reprise par la pompe de recirculation qui les entraîne et les rejette vers l'enceinte d'aération. 15 Pour cela, plusieurs techniques sont connues, à savoir : - on dégage la partie supérieure de la micro-station pour pouvoir l'ouvrir et procéder à un coup de jet d'eau à la surface de la croûte en vue de désagréger celle-ci, ce qui implique des opérations de maintenance relativement importantes ; 20 - on met en oeuvre une ou plusieurs canalisations au-dessus de la surface de l'eau de l'enceinte de clarification, en vue de procéder régulièrement à une aspersion d'eau à la surface de l'eau (ou à la surface de la croûte si celle-ci est présente), ce qui implique une conception de station plus complexe et donc 25 plus coûteuse. L'invention a notamment pour objet de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une micro-station d'épuration d'eaux usées domestiques par boues activées, 30 qui évite la formation de croûte à la surface de l'eau dans l'enceinte de clarification de la station, ceci avec des moyens simples et peu coûteux. L'invention a également pour objectif de fournir une telle micro-station d'épuration qui n'implique pas de consommation d'énergie supérieure aux micro-stations de même type et de même capacité de l'art antérieur. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une station d'épuration individuelle, du type comprenant une cuve incluant au moins deux enceintes, l'une d'aération et l'autre de clarification, les eaux à épurer passant de l'une dans l'autre par l'intermédiaire d'au moins un premier conduit de liaison, l'enceinte de clarification ayant un fond et étant reliée à un conduit de sortie par une zone siphoïde délimitée par une cloison siphoïde dont une extrémité inférieure ménage un passage avec le fond de l'enceinte de clarification, caractérisée en ce que l'enceinte de clarification présente une zone de flux descendant tendant à entraîner les boues vers le fond, et en ce que ledit conduit de liaison débouche dans ladite zone de flux descendant en étant orienté vers le haut. Ainsi, grâce à l'invention, on engendre un phénomène d'agitation de la surface de l'eau présente en particulier au-dessus de la zone de flux descendant, ce qui améliore le fonctionnement de la micro-station 20 par la conjonction de deux effets, à savoir : - la désagrégation de la croûte éventuellement en formation à la surface de l'eau présente dans l'enceinte de clarification ; - l'entrainement des matières de la croûte désagrégée dans le flux descendant, jusqu'à atteindre le fond de l'enceinte de 25 clarification au niveau duquel elles peuvent être recirculées vers l'enceinte d'aération où elles vont subir un « deuxième lavage ». Une micro-station d'épuration selon l'invention présente donc les avantages de : 30 - assurer une qualité de rejet conforme aux attentes, en toutes circonstances ou quasiment ; - éviter le dégagement de mauvaises odeurs ; - supprimer, ou à tout le moins limiter, les opérations de maintenance. De plus, l'agitation des boues flottantes s'opère par le simple écoulement d'eau. En d'autres termes, on engendre et on obtient le 5 phénomène d'agitation sans consommation d'énergie. Selon une solution avantageuse, la zone de flux descendant est délimitée par une paroi qui s'étend de façon à présenter une extrémité supérieure au-dessus du niveau de conduit de sortie. De cette façon, l'eau qui passe de l'enceinte d'aération vers 10 l'enceinte de clarification par l'intermédiaire du premier conduit de liaison est confinée à l'intérieur de la zone de flux descendant délimitée par la paroi et n'a pas d'autre choix que de suivre le flux descendant en vue d'être évacuée de cette zone. Selon un premier mode de réalisation préférentiel, la zone de flux 15 descendant est délimitée par un tube s'étendant vers le fond de l'enceinte de clarification et présentant une extrémité inférieure écartée du fond de l'enceinte de clarification. De cette façon, on crée par un moyen simple et peu coûteux (ce moyen étant un simple tube) une zone de confinement dans laquelle le 20 flux descendant est provoqué, et dont l'extrémité inférieure forme, avec le fond de l'enceinte, un passage pour l'évacuation de l'eau à partir de cette zone. Préférentiellement, le tube est cylindrique. Selon une solution préférentielle, le tube de liaison présente une 25 portion horizontale et une portion verticale reliées par un coude courbe. Une fois encore, on met ainsi en oeuvre une solution particulièrement simple, efficace et peu coûteuse, qui permet d'obtenir une agitation suffisante de la surface de l'eau dans l'enceinte de clarification. 30 Préférentiellement, la portion verticale est centrée à l'intérieur du tube délimitant la zone de flux descendant. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la zone de flux descendant est délimitée par la cloison siphoïde. De cette façon, la cloison correspondante exerce une double fonction : - une fonction de délimitation de la zone siphoïde ; - une fonction de délimitation de la zone de flux descendant. Selon une solution avantageuse, une pompe de recirculation (ou un système Air-Lift (marque déposée) ou tout autre système de recirculation connu de l'homme du métier) est présente dans l'enceinte de clarification. Préférentiellement, le tube de liaison présente une extrémité supérieure s'étendant en dessous et au voisinage du niveau en hauteur de conduit de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 15 plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues d'une station d'épuration individuelle selon l'art antérieur ; 20 - les figures 3 à 5 sont des vues d'une micro-station d'épuration selon un premier mode de réalisation de l'invention, respectivement selon deux vues de côté et une vue de dessus ; - les figures 6 à 8 sont des vues d'une micro-station d'épuration 25 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, respectivement selon deux vues de côté et une vue de dessus. En référence aux figures 3 à 5, une micro-station d'épuration selon l'invention présente la forme générale d'une cuve 1 incluant deux 30 enceintes, à savoir : - une enceinte d'aération 10 ; - une enceinte de décantation/clarification 11. 3013 34 5 10 Un conduit 100 débouche dans l'enceinte d'aération 10, par lequel les eaux à traiter arrivent dans la micro-station d'épuration. L'enceinte d'aération intègre en outre un diffuseur d'air 101, disposé au fond de l'enceinte d'aération, et étant lié à un compresseur 5 (non représenté) situé en partie supérieure de la micro-station et reliée au dispositif diffuseur d'air par l'intermédiaire d'un conduit 102. On rappelle que le compresseur de l'enceinte d'aération est programmé pour effectuer les cycles successifs d'aération des eaux présentes dans l'enceinte d'aération. Ainsi, on obtient des phases 10 successives d'aérobies et d'anoxie, en vue de provoquer une digestion des matières organiques présentes dans les eaux à traiter. L'enceinte d'aération 10 est séparée de l'enceinte de décantation/clarification 11 par une paroi de séparation 12, traversée par un conduit de liaison 2, permettant le passage des eaux de l'enceinte 15 d'aération vers l'enceinte de clarification. Ainsi, lorsque le niveau d'eau augmente dans l'enceinte d'aération, ceci dû à l'arrivée d'eau par le conduit 100, jusqu'à atteindre le niveau du conduit de liaison 2, de l'eau passe de l'enceinte d'aération vers l'enceinte de clarification par le conduit de liaison. 20 Du côté de l'enceinte de clarification, un conduit 110 s'étend à partir de l'enceinte de clarification, par l'intermédiaire duquel les eaux traitées sortent de la micro-station d'épuration. Ce conduit 110 est prévu en partie supérieure de l'enceinte de clarification. Par conséquent, il est nécessaire que le niveau d'eau augmente suffisamment dans l'enceinte 25 de clarification pour atteindre le niveau du conduit de sortie. Selon le présent mode de réalisation, l'enceinte de clarification intègre une pompe 111, activée par cycles successifs programmés, en vue de : - laisser décanter les matières en suspension en phase de non 30 fonctionnement de la pompe ; 3013 34 5 11 - pomper les boues décantées (donc non digérées) et les renvoyer vers l'enceinte d'aération, par l'intermédiaire d'un tuyau (non représenté). On rappelle que le fonctionnement d'une telle enceinte de 5 clarification est le suivant : lorsque le niveau d'eau augmente dans l'enceinte de clarification, les matières en suspension les plus lourdes décantent pendant la phase de non fonctionnement de la pompe 111, tandis que seules les matières en suspension les plus fines et les plus légères remontent avec le niveau d'eau. 10 En outre, une zone siphoïde 30 constitue un passage obligé s'étendant à partir d'un passage d'entrée 300, et de circulation dans la station, reliant le volume interne de l'enceinte de clarification au conduit de sortie. Cette zone siphoïde, dans laquelle les eaux sont faiblement chargées en matières en suspension, est délimitée par une cloison siphoïde 3. On note que la pompe 111 repose sur le fond 112 de l'enceinte de clarification, de façon à recueillir les boues décantées. Selon le principe de l'invention, l'enceinte de clarification présente une zone 4 de flux descendant tendant à entraîner les boues vers le fond 112 de l'enceinte de clarification. De plus, le conduit de liaison 2 débouche dans cette zone 4 de flux descendant en étant orienté vers le haut comme cela apparaît clairement sur la figure 3. Selon le présent mode de réalisation, la zone 4 est délimitée par une paroi 40 qui s'étend jusqu'à une extrémité supérieure 41 située au-25 dessus du niveau du conduit 110 de sortie. En outre, selon le mode de réalisation illustré par la figure 3 et 4, la zone 4 de flux descendant est délimitée par un tube, préférentiellement cylindrique, dont l'extrémité inférieure 42 est écartée du fond 112 de l'enceinte de clarification, de façon à ménager un passage entre 30 l'extrémité inférieure du tube et le fond 112 pour le flux d'eau (et de matières en suspension) s'écoulant du haut du tube vers la base du tube. Le tube de liaison 2 présente quant à lui une portion horizontale 20 et une portion verticale 21 reliée par un coude courbe 22, la portion verticale 21 étant préférentiellement centrée à l'intérieur du tube délimitant la zone 4 de flux descendant. On note que le conduit de liaison 2 présente une extrémité supérieure 210 s'étendant en dessous du niveau en hauteur du conduit 110 de sortie. Le fonctionnement d'une micro-station d'épuration selon le présent mode de réalisation est le suivant. Lorsque le niveau d'eau dans l'enceinte d'aération atteint le niveau de l'extrémité supérieure 210 du conduit de liaison, les eaux s'écoulent dans la zone 4 ménagée dans l'enceinte de clarification. Cet écoulement se poursuit jusqu'à atteindre au moins le niveau N d'eau correspondant au niveau d'équilibre entre le niveau du conduit 110 de sortie, du niveau d'eau dans la zone 4 (et plus généralement dans l'enceinte de clarification), et dans l'enceinte d'aération. Si l'eau continue d'arriver par le conduit 100 dans l'enceinte d'aération, alors l'eau s'écoule au travers du conduit de liaison 2, en provoquant un bouillonnement à la surface de l'eau tel qu'illustré par les flèches F1, provoquant une agitation et une désagrégation de la croûte de boue éventuellement formée à la surface du niveau d'eau N. L'extrémité supérieure 41 de la cloison délimitant la zone 4 étant située au-dessus du conduit 110 de sortie, l'eau n'a pas d'autre choix que de suivre un flux descendant dans la zone 4 pour sortir par la base de cette zone et remonter jusqu'à la sortie constituée par le conduit 110. Les boues agitées à la surface du niveau d'eau N sont donc entrainées par ce flux descendant illustré par la flèche F2, en vue d'être reprises par la pompe de circulation 111 qui les rejette alors dans l'enceinte d'aération 10. Selon un deuxième mode de réalisation illustré par les figures 6 à 30 8, la zone 4 est délimitée directement par la cloison siphoïde 3 elle-même. Tel que cela apparaît sur les figures 6 à 8, la cloison siphoïde 3 sépare la zone siphoïde 30 de la zone de flux descendant 4. Pour cela, la cloison siphoïde 3 présente une extrémité supérieure 31 s'étendant au-dessus du niveau du conduit de sortie 110, engendrant, de façon similaire à ce qui a été décrit en référence au premier mode de réalisation, un flux descendant F2 des eaux et des éventuelles matières en suspension. Classiquement, la cloison siphoïde 3 présente une extrémité inférieure 32 délimitant un passage avec le fond 112 de l'enceinte de 10 clarification. Ce passage permet l'écoulement des eaux jusqu'au conduit de sortie 110. Au voisinage de la base de la cloison siphoïde 3, une pompe de recirculation 111 est installée. Cette pompe 111 capte les boues ou les matières en suspension et les renvoie dans l'enceinte d'aération pour un 15 « deuxième lavage ». Selon le principe de l'invention, le conduit de liaison 2 débouche dans la zone 4 de flux descendant délimité par la cloison siphoïde 3, en étant orienté vers le haut. REVENDICATIONS1. Station d'épuration, du type comprenant une cuve (1) incluant au moins deux enceintes, l'une d'aération (10) et l'autre de clarification (11), les eaux à épurer passant de l'une dans l'autre par l'intermédiaire d'au moins un premier conduit de liaison, l'enceinte de clarification (11) ayant un fond et étant reliée à un conduit de sortie (110) par une zone siphoïde (30) délimitée par une cloison siphoïde (3) dont une extrémité inférieure ménage un passage (300) avec le fond de l'enceinte de clarification, caractérisée en ce que l'enceinte de clarification présente une zone (4) de flux descendant tendant à entraîner les boues vers le fond, et en ce que ledit conduit de liaison (2) débouche dans ladite zone (4) de flux descendant en étant orienté vers le haut 2. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone (4) de flux descendant est délimitée par une paroi (40) qui s'étend de façon à présenter une extrémité supérieure (41) au-dessus du niveau du conduit de sortie (110). 3. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone (4) de flux descendant est délimitée par un tube s'étendant vers le fond (112) de l'enceinte de clarification et présentant une extrémité inférieure (42) écartée du fond (112) de l'enceinte de clarification. 4. Station d'épuration selon la revendication 3, caractérisée en ce que le tube est cylindrique. 5. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube de liaison (2) présente une portion horizontale (20) et une portion verticale (21) reliées par un coude courbe (22). 6. Station d'épuration selon la revendication 5, caractérisée en ce la portion verticale (21) est centrée à l'intérieur du tube délimitant la zone (4) de flux descendant. 7. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone (4) de flux descendant est délimitée par la cloison siphoïde (3) 8. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une pompe de recirculation (111) est présente dans l'enceinte de clarification. 9. Station d'épuration selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le tube de liaison (2) présente une extrémité s'étendant en-dessous et au voisinage du niveau en hauteur du conduit de sortie (110).10