Brevet FR3015468A1 — publié le 20150626

Dispositif de traitement d'eau comprenant une cuve de traitement biologique et une cuve de stockage formant un ensemble compact 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des techniques de traitement des eaux par voie biologique en vue de leur épuration, ainsi que celui de la conception et de la fabrication des dispositifs destinés à être mis en oeuvre pour assurer le traitement des eaux. Plus précisément, l'invention concerne le domaine des techniques de traitement d'eau combinant un traitement au moyen de disques biologiques à une filtration au sein d'un filtre planté de roseaux. 2. Art antérieur Il est connu de mettre en oeuvre des techniques de traitement d'eau usées combinant d'une part un traitement biologique impliquant des disques biologiques, et d'autre part une filtration au sein d'un filtre planté de roseaux. Ce type de techniques est particulièrement adapté pour un usage par les petites collectivités regroupant par exemple entre 500 et 5 000 habitants. Ainsi que cela est représenté sur la figure 1, un dispositif de l'art antérieur pour la mise en oeuvre d'un tel traitement d'eau comprend une canalisation d'amenée d'eau à traiter 10 qui débouche dans une cuve de traitement biologique 11. Cette cuve de traitement biologique 11 loge une pluralité de disques biologiques 12. Pour des raisons de simplification, seul un nombre limité de ces disques biologiques est représenté sur la figure 1. Ces disques biologiques 12 sont montés sur un arbre 13 pouvant être entrainé en rotation au moyen d'un moteur 14. La cuve de traitement biologique 11 est contenue dans un châssis 15. Sur site, le châssis 15 est déposé sur un radier en béton 16 prévu à cet effet. La pollution carbonée et la pollution azotée sont traitées par la mise en rotation des disques biologiques sur lesquels se développe de la biomasse. En effet, de part le fait que les disques biologiques sont rotatifs et partiellement immergés, la biomasse qui s'y trouve est alternativement immergée et émergée. Durant ses phases d'émersion, la biomasse prélève l'oxygène nécessaire à sa respiration. Durant ses phases d'immersion, la biomasse absorbe une partie de pollution dissoute dont elle se nourrit. La zone de traitement biologique 11 comprend une sortie d'eau traitée biologiquement 17 qui est relié à une canalisation 18. Cette canalisation 18 porte une pompe 19 et débouche dans une zone de stockage intermédiaire d'eau 20 dans laquelle peuvent être stockés de l'eau traitée biologiquement et des bactéries en excès se détachant des disques biologiques. Cette zone de stockage intermédiaire d'eau 20 comprend un châssis 21 dont le fond repose sur un radier en béton 22 prévu à cet effet. Elle comprend une sortie 23 qui est reliée à une canalisation d'acheminement de l'eau 24 vers un filtre planté de roseaux 25, tel que celui illustré à la figure 4. Ainsi que cela est représenté sur la figure 4, ce filtre planté de roseaux 25 est situé dans une cavité 26 creusée dans le sol 27. Il comprend une couche de filtration à base de matériaux minéraux de granulométrie adéquate. Cette couche comprend ici une strate inférieure de galets 28 recouverte d'une strate intermédiaire de sables grossiers 29, elle-même recouverte d'une strate supérieure de sables fins 30. Des roseaux 31 sont plantés dans la couche de filtration et leurs racines 32 se répandent dans celle-ci. Un drain 33 est placé au fond de la couche de filtration pour évacuer l'eau traitée. Ce drain est relié à un évent 34 qui débouche à la surface du filtre. Ce filtre planté de roseaux permet de séparer physiquement les bactéries et l'eau traitée et de poursuivre la nitrification. Les installations de ce type sont couramment mises en oeuvre pour assurer l'épuration d'eaux usées provenant par exemple de petites collectivités, et permettent d'obtenir de bons résultats en terme d'efficacité de traitement. Elles peuvent néanmoins être encore améliorées. La zone ou cuve de traitement biologique et la zone ou cuve de stockage sont séparées et dissociées l'une de l'autre. Ceci tend à complexifier la logistique dans la mesure où ces deux parties doivent être transportées séparément dans des conteneurs distincts. Il est en outre nécessaire de mettre en oeuvre des moyens de raccordement pour permettre d'acheminer l'eau provenant de la zone de traitement biologique dans la zone de stockage. Ceci tend à complexifier l'installation et à en augmenter le coût. Des défauts de fonctionnement peuvent également apparaître au niveau de ces moyens de raccordement. Leur mise en oeuvre peut donc contribuer à augmenter le coût de maintenance d'une telle installation. Le châssis de la zone de traitement biologique étant distinct et distant de celui de la zone de stockage, des radiers en bétons différents sont construits pour supporter chacun d'eux. Compte tenu que ces châssis présentent des poids différents et que la nature des sols sur lesquels sont construits leurs radiers respectifs peut également être différente, le tassement naturel de chacun de ces radiers peut être différent. On observe alors des défauts d'alignement entre ces deux radiers. Ceci peut poser des problèmes de dégradation, notamment de défaut d'étanchéité, au niveau des moyens de raccordement entre la zone de traitement biologique et la zone de stockage. Ceci peut avoir des conséquences sur la qualité du traitement et induit la mise en oeuvre d'opérations de maintenance. Pendant les périodes au cours desquelles la température extérieure devient négative, il peut arriver que l'eau contenue dans la zone de stockage intermédiaire gèle. Ceci a bien évidemment des répercutions négatives sur le fonctionnement du procédé. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif d'apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes. En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de fournir un dispositif de traitement d'eau comprenant une zone de traitement biologique et une zone de stockage d'eau traitée biologiquement qui soit facile à transporter et à installer. Notamment, l'invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel dispositif qui soit stable. Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel dispositif qui permette d'optimiser le procédé poursuivi par sa mise en oeuvre. L'invention a notamment pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel dispositif qui permette de prévenir que l'eau stockée dans la zone de stockage ne gèle. Un autre objectif de l'invention est de fournir, selon au moins un mode de réalisation, un tel dispositif qui soit simple de conception et/ou économique et/ou simple à entretenir. 4. Présentation de l'invention Pour ceci, l'invention propose un dispositif de traitement d'eau comprenant un châssis délimitant au moins : une zone de traitement biologique comprenant une entrée d'eau à traiter et logeant une pluralité de disques biologiques montés mobiles en rotation ; une zone de stockage d'eau ; ledit dispositif comprenant des moyens d'acheminement dans ladite zone de stockage de l'eau provenant de ladite zone de traitement biologique, et des moyens d'évacuation de l'eau provenant de ladite zone de stockage. Ainsi, selon cet aspect de l'invention, le dispositif de traitement d'eau comprend un unique châssis délimitant d'une part la zone de traitement biologique et d'autre part la zone de stockage. Ainsi, contrairement à la technique selon l'art antérieur, les zones de traitement biologique et de stockage sont liées entre-elles pour former un unique ensemble mono-bloque, et non distinctes l'une de l'autre. Cet ensemble compact peut être facilement transporté par exemple au sein d'un unique conteneur. La technique selon l'invention permet en ce sens de faciliter la logistique. Cet ensemble compact ne nécessite la construction que d'un seul radier en béton à titre de fondations. On simplifie ainsi l'installation sur site du dispositif de traitement ainsi que le coût inhérent à celle-ci. On évite aussi les problèmes de tassement différentiel entre le radier de support de la zone de traitement biologique et le radier de support de la zone de stockage des dispositifs selon l'art antérieur. La technique selon l'invention permet encore de supprimer les moyens d'acheminement du contenu de la zone de traitement biologique dans la zone de stockage de type canalisations et pompes. Ceci permet de réduire le coût du dispositif ainsi que celui de sa maintenance. Les bactéries impliquées dans le traitement biologique ayant lieu dans la zone de traitement biologique génèrent, de par leur activité, la production de chaleur. Du fait que les zones de traitement biologique et de stockage se situent à proximité l'une de l'autre, et sont préférentiellement jointives, une partie de cette chaleur est transférée depuis la zone de traitement biologique vers la zone de stockage. Ceci permet d'éviter, ou à tout le moins de limiter, le risque que l'eau contenue dans la zone de stockage ne gèle pendant les périodes de l'année pendant lesquelles la température extérieure devient négative. Ledit châssis comprend préférentiellement un fond qui s'étend dans un unique plan. La forme du radier sur lequel repose le dispositif est ainsi particulièrement simple dans la mesure où elle ne présente aucun décrochement mais s'étend dans un unique plan. Lesdites zone de traitement et zone de stockage sont préférentiellement isolées thermiquement. Ceci permet d'éviter, ou à tout le moins de limiter encore d'avantage, le risque que l'eau contenue dans la zone de stockage ne gèle pendant les périodes de l'année pendant lesquelles la température extérieure devient négative. Un dispositif selon l'invention comprend préférentiellement des moyens de commande desdits moyens d'évacuation, lesdits moyens de commande étant configurés pour provoquer selon un intervalle de temps prédéterminé une évacuation de l'eau contenue dans ladite zone de stockage par portions successives de volume, préférentiellement constant, donné. Lorsque l'eau contenue dans la zone de stockage sert à l'alimentation d'un filtre planté de roseaux, l'évacuation à intervalle régulier de l'eau contenue dans la zone de stockage par portions successives de volume, préférentiellement constant, donné, c'est-à-dire par « bâchées », permet de maintenir les conditions aérobies dans le filtre planté de roseaux. Selon un premier mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens d'évacuation comprennent au moins une pompe d'évacuation. Selon un deuxième mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens d'évacuation comprennent un dispositif de type chasse d'eau. Dans ce cas, le niveau du fond de ladite zone de stockage s'étant préférentiellement au-dessus du niveau du fond de ladite zone de traitement biologique. L'évacuation de l'eau contenue dans la zone de stockage se fait alors simplement par gravité sans nécessiter la mise en oeuvre de pompe. Lesdits moyens d'acheminement dans ladite zone de stockage de l'eau provenant de ladite zone de traitement biologique comprennent préférentiellement des moyens de relevage. Ces moyens de relevage permettent d'acheminer l'eau contenue dans la zone de traitement biologique dans la zone de stockage qui s'étend au dessus de cette dernière. Lesdits moyens de relevage comprennent préférentiellement une roue à godets rotative et un élément formant goulotte, ladite roue à godets étant configurée pour amener lesdits godets à plonger dans ladite zone de traitement biologique, ou dans une zone intermédiaire de relevage placée entre ladite zone de traitement biologique et ladite zone de stockage, puis à se déverser dans ladite goulotte, ladite goulotte comprenant une sortie débouchant dans ladite zone de stockage. Cette solution simple permet d'acheminer de manière efficace l'eau provenant de la zone de traitement biologique dans la zone de stockage. Alternativement, les moyens de relevage pourront comprendre une pompe de relevage. Lesdits disques biologiques et ladite roue à godets sont préférentiellement montés sur un même arbre monté mobile en rotation. Ceci permet de simplifier la mise en rotation des disques et de la roue à godets. En outre, cet arbre permet d'améliorer la stabilité et la rigidité du dispositif à vide. Un dispositif selon l'invention comprend préférentiellement des moyens moteurs permettant d'entrainer en rotation ledit arbre. Selon une application préférée, lesdits moyens d'évacuation débouchent à l'entrée d'un filtre planté de roseaux. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 illustre un schéma d'un dispositif selon l'art antérieur ; les figures 2 et 3 illustrent des schémas d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; la figure 4 illustre un schéma d'un filtre planté de roseaux auquel peut être relié un dispositif de traitement selon l'invention ; la figure 5 illustre un schéma d'une première variante d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; les figures 6 et 7 illustrent des schémas d'une deuxième variante du deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. 6. Description de modes de réalisation particuliers On présente en relation avec les figures 2 à 7 deux exemples de mode de réalisation d'un dispositif de traitement d'eau selon l'invention. 6.1. Evacuation par pompage On présente, en relation avec les figures 2 à 4, un dispositif de traitement d'eau selon un premier mode de réalisation. Un tel dispositif de traitement d'eau comprend une canalisation d'amenée d'eau à traiter 10 qui débouche dans une cuve de traitement biologique 11. Cette cuve de traitement biologique 11 loge une pluralité de disques biologiques 12. Pour des raisons de simplification, seul un nombre limité de ces disques biologiques est représenté sur la figure 2. Ces disques biologiques 12 sont montés sur un arbre 13 pouvant être entrainé en rotation au moyen d'un moteur 14. Cet arbre 13 est guidé en rotation dans des paliers 130 solidaires du châssis 15. La cuve de traitement biologique 11 comprend une sortie d'eau traitée biologiquement 17 qui débouche dans une cuve de stockage d'eau 20. La cuve de traitement biologique 11 et la cuve de stockage 20 sont contenues dans un unique châssis 15 essentiellement ici parallélépipédique. Ce châssis constitue un ensemble mono-bloque. Ce châssis 15 est refermé par un couvercle 150. Le fond 152 de ce châssis s'étend dans un même plan. Sur site, il repose sur un unique radier en béton 16 prévu à cet effet. Le fond des cuves de traitement biologique et de stockage s'étendent ici sensiblement dans un même plan. La cuve de stockage 20 loge une pompe d'évacuation 38 dont la sortie est reliée à une canalisation d'évacuation 39. Le dispositif comprend des moyens de commande de la pompe 38, comme par exemple une unité centrale programmée ou programmable, configurés pour provoquer une évacuation de l'eau contenue dans la cuve de stockage 20 par portions successives de volume constant donné à intervalle régulier. La canalisation d'évacuation 39 débouche dans une canalisation de connexion 24 à un filtre planté de roseaux 25 Ce filtre planté de roseaux 25 est situé dans une cavité 26 creusée dans le sol 27. Il comprend une couche de filtration à base de matériaux minéraux de granulométrie adéquate. Cette couche comprend ici une state de galets 28 recouverte d'une strate de sables grossiers 29, elle-même recouverte d'une strate de sables fins 30. Des roseaux 31 sont plantés dans la couche de filtration et leurs racines 32 se répandent dans celle-ci. Un drain 33 est placé au fond de la couche de filtration. Ce drain 33 est relié à un évent 34 qui débouche à la surface du filtre 25. 6.2. Evacuation par gravité On présente, en relation avec les figures 4 à 7, un dispositif de traitement d'eau selon un deuxième mode de réalisation. Ce mode de réalisation présente deux variantes. Seules les différences entre le premier mode de réalisation et ce deuxième mode de réalisation sont détaillées. 6.2.1. Première variante Le dispositif selon la première variante du deuxième mode de réalisation, qui est illustré à la figure 5, se distingue de celui selon le premier mode de réalisation du fait que les moyens d'évacuation de l'eau stockée dans la cuve de stockage 20 ne comprennent plus une pompe d'évacuation 38, mais un dispositif d'évacuation de type chasse d'eau. Ce dispositif de type chasse d'eau comprend une vanne d'évacuation 35 pouvant prendre un état ouvert et un état fermé, ainsi qu'un flotteur 36 relié à la vanne d'évacuation de manière telle que : tant que le niveau d'eau dans la cuve de stockage, détecté au moyen du flotteur, reste en dessous d'une valeur seuil haute NH, la vanne reste dans son état fermé de sorte qu'elle ne permet pas l'évacuation de l'eau en dehors de la cuve de stockage ; lorsque le niveau d'eau dans la cuve de stockage, détecté par le flotteur, atteint la valeur seuil haute NH, le flotteur agit sur la vanne pour la placer dans son état ouvert dans lequel elle permet l'évacuation de l'eau contenue dans la cuve de stockage ; lorsque le niveau d'eau dans la cuve de stockage, détecté par le flotteur, baisse jusqu'à atteindre une valeur seuil basse NB, le flotteur agit sur la vanne pour la placer de nouveau dans son état fermé de sorte que la vidange de la cuve de stockage s'arrête. La sortie 37 de la vanne d'évacuation 35 est reliée à la canalisation de connexion 24 au filtre planté de roseaux 25. 6.2.2. Deuxième variante Le dispositif selon la deuxième variante du deuxième mode de réalisation, qui est illustré aux figures 6 et 7, se distingue de celui selon la première variante du deuxième mode de réalisation du fait que le fond 201 de la cuve de stockage 20 est surélevé par rapport au fond 110 de la cuve de traitement biologique 11. En d'autres termes, le fond 201 de la cuve de stockage 20 s'étant au-dessus du niveau du fond 110 de la cuve de traitement biologique 11. Le châssis 15 délimite, outre les cuves de traitement biologique 11 et de stockage 20, une cuve intermédiaire de relevage 38 située entre celles-ci. La cuve intermédiaire de relevage 38 comprend une entrée qui communique avec la sortie 17 de la cuve de traitement biologique 11 en sorte que l'eau traitée biologiquement s'écoule à l'intérieur de celle-ci. Elle loge une roue à godets 39 qui est montée mobile en rotation. Pour cela, elle est solidaire de l'arbre 13. Cette roue à godets comprend une platine 391 à la périphérie de laquelle sont placés des godets 392. La cuve intermédiaire de relevage 38 comprend une sortie qui est ici constituée d'une goulotte 40 dont la sortie 41 débouche dans la cuve de stockage 20. La roue à godets est configurée de telle sorte que lorsqu'elle est animée d'un mouvement de rotation, chaque godet vient puiser de l'eau dans la cuve intermédiaire de relevage 38 puis la déverse dans la goulotte. Dans une variante, l'ensemble formé par la roue à godets et la goulotte pourra être remplacé par une pompe de relevage. Cette variante permet d'améliorer l'évacuation par gravité de l'eau contenue dans la zone de stockage. REVENDICATIONS1. Dispositif de traitement d'eau comprenant un châssis (15) délimitant au moins : une zone de traitement biologique (11) comprenant une entrée d'eau à traiter (10) et logeant une pluralité de disques biologiques (12) montés mobiles en rotation ; - une zone de stockage d'eau (20) ; ledit dispositif comprenant des moyens d'acheminement (17) dans ladite zone de stockage de l'eau (20) provenant de ladite zone de traitement biologique (11), et des moyens d'évacuation (38, 39, 35, 36, 37) de l'eau provenant de ladite zone de stockage (20). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit châssis (15) comprend un fond (152) qui s'étend dans un unique plan. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites zone de traitement biologique (11) et zone de stockage (20) sont isolées thermiquement. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande desdits moyens d'évacuation (38, 39, 35, 36, 37), lesdits moyens de commande étant configurés pour provoquer une évacuation à intervalle régulier de l'eau contenue dans ladite zone de stockage (20) par portions successives de volume constant donné. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évacuation comprennent au moins une pompe d'évacuation (38). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évacuation comprennent un dispositif de type chasse d'eau (35, 36, 37). 7. Dispositif la revendication 6, caractérisé en ce que le niveau du fond (201) de ladite zone de stockage (20) s'étant au-dessus du niveau du fond (110) de ladite zone de traitement biologique (11). 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acheminement dans ladite zone de stockage (20) de l'eau provenant de ladite zone de traitement biologique (11) comprennent des moyens de relevage (39, 391, 392). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de relevage comprennent une roue à godets rotative (39) et un élément formant goulotte (40), ladite roue à godets (39) étant configurée pour amener lesdits godets (392) à plonger dans ladite zone de traitement biologique (20), ou dans une zone intermédiaire de relevage (38) placée entre ladite zone de traitement biologique (11) et ladite zone de stockage (20), et à se déverser dans ladite goulotte, ladite goulotte (40) comprenant une sortie (41) débouchant dans ladite zone de stockage (20). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits disques biologiques (12) et ladite roue à godets (39) sont montés sur un même arbre (13) monté mobile en rotation. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens moteurs (14) permettant d'entrainer en rotation ledit arbre (13). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évacuation débouchent à l'entrée d'un filtre planté de roseaux (25).