Brevet FR3039078A1 — publié le 20170127

- 1 - BIOFILTRE COMPACT ET INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT DES EFFLUENTS SEPTIQUES DOMESTIQUES DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un biofiltre pour le traitement des effluents septiques plus particulièrement dans le domaine de l'assainissement non collectif appliqué aux maisons d'habitation ou aux locaux équivalents (bureaux, petits immeubles collectifs, bâtiments scolaires, musées, salles des fêtes...). EXPOSE DE L'ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE Le traitement des eaux usées domestiques dans une installation non collective (le plus souvent individuelle) peut se faire selon plusieurs techniques réglementaires. 1) Les techniques traditionnelles Ces techniques dites traditionnelles sont utilisées depuis plusieurs dizaines d'années et sont normalisées (NF DTU 64.1) : - prétraitement par fosse septique et traitement par épandage dans le sol qui assure également l'évacuation des eaux par infiltration ; - prétraitement par fosse septique et traitement par un filtre constitué d'un massif de sable. L'eau est évacuée soit dans le sol sous-jacent, soit dans le milieu hydraulique superficiel. Dans ce dernier cas le filtre est drainé pour évacuer l'eau. Ce type de filière présente l'inconvénient d'être très consommateur d'espace: 50 à 100 m2 pour un épandage en sol naturel pour une habitation de 5 personnes, 30 à 40 m2 pour un filtre à sable avec 70 cm d'épaisseur de sable. Il faut ajouter à cela une distance de sécurité de 2 m tout autour de l'installation ou il ne peut pas y avoir de circulation de véhicules, ni de bâtiment (sauf aménagements spécifiques onéreux). 2) Les filières agrées du type filtre compact La technique des biofiltres compacts pour le traitement des effluents septiques en assainissement non collectif est largement répandue. On citera entre autres le filtre à zéolithe (EP0672440) de la société Eparco et le filtre à écorce de pin (FR3003182) de la même société. Ces filtres permettent de traiter les effluents d'une personne sur une surface de 1m2, et avec une hauteur de matériau filtrant de 55cm seulement. D'autres filtres peuvent fonctionner sur des surfaces encore plus réduites, mais en augmentant l'épaisseur du matériau filtrant qui peut dépasser 100cm pour les plus épais. C'est le cas par exemple du filtre à xylit (fibre de bois issue de la lignite) d'Eloy Water et du filtre à laine de roche de Biorock. Le filtre à fibre de coco (EP1539325) de Premier Tech constitue un cas intermédiaire. Tous ces filtres disposent d'agréments ministériels. 3039078 2 Le principe en est simple, et identique à celui des filières traditionnelles : l'eau prétraitée par la fosse septique, c'est à dire débarrassée de ses matières solides, est épandue de la façon la plus uniforme possible en surface d'un massif filtrant constitué de grains ou de fibres en vrac. Au sein de ces matériaux l'air circule dans les espaces 5 libres et apporte de l'oxygène à l'eau qui emprunte préférentiellement les plus petits espaces du fait du phénomène de succion capillaire. L'écoulement est donc de type non saturé. En présence d'oxygène et des substances nutritives qui constituent la pollution à dégrader, des bactéries et des protozoaires se développent à la surface du matériau et 10 consomment cette pollution. La production de biomasse épuratrice (bactéries et protozoaires) est équilibrée par sa dégradation (par mortalité naturelle) tant que la charge polluante appliquée au filtre ne dépasse pas un certain seuil. Ainsi le biofiltre ne produit pas de boues résiduelles et peut fonctionner plusieurs 15 années sans se colmater, soit 25 ans environ pour le filtre à zéolithe et 10 ans environ pour les autres. La nécessité d'entretien de ces filtres est très variable: nulle pour la zéolithe et l'écorce de pin, annuelle pour les autres. Le filtre compact est drainé et l'eau traitée est évacuée vers le milieu hydraulique superficiel, ou vers un épandage dans le sol qui ne joue que le rôle d'évacuation dans 20 ce cas (ce qui permet d'en réduire la taille par rapport au système traditionnel). Le fond du filtre peut également ne pas être étanche pour permettre l'infiltration de l'eau sous le filtre si les conditions du sol s'y prêtent. L'avantage des filtres compacts par rapport aux systèmes traditionnels est double : - les produits sont industriels et de qualité reproductible, alors que la qualité des 25 épandages et filtres à sable dépend du sol de la parcelle ou du sable disponible localement, et du sérieux de la mise en oeuvre ; - l'installation se fait dans un espace réduit, de 10 à 15 m2 environ. 3) Les filières agrées du type micro-station Alors que dans les ouvrages de traitement des filières traditionnelles et à filtre compact 30 l'eau et l'air circulent simultanément et naturellement dans un milieu solide poreux, dans les micro-stations la biomasse épuratrice est contenue dans une cuve pleine d'eau et l'air est apporté mécaniquement par un compresseur ou une turbine qui assurent en même temps un brassage dans la cuve. Dans une seconde cuve la biomasse est séparée de l'eau par décantation, puis elle est renvoyée par pompage 3039078 3 dans la cuve précédente. L'eau épurée surnageante quitte la seconde cuve par surverse et peut rejoindre le milieu hydraulique superficiel ou un épandage dans le sol. Il existe plusieurs variantes de ces micro-stations: une première cuve peut assurer un prétraitement (ce qui permet de réduire la taille des cuves suivantes), et la cuve de 5 décantation peut être remplacée par une alternance de phases de brassage/aération et de décantation dans une seule cuve. L'avantage principal de ces microsations est la compacité, l'emprise au sol étant de quelques m2. La petite taille de l'installation permet également un moindre coût. Les inconvénients sont importants: les systèmes d'apport d'air et de régulation sont 10 sujet à des pannes comme toute installation électromécanique ou électronique, la petite taille de l'installation fait qu'elle doit être vidangée très souvent (jusqu'à deux fois par an). La mise en service et les réglages doivent être assurés par un technicien. Le maintien des ouvrages en bon état de fonctionnement est donc affaire de professionnel et relativement onéreux. 15 RESUME DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer un système de compacité comparable à celle des micro-stations, mais basé sur un système de filtration sur milieu poreux à l'instar de filtres compacts existants Ainsi tous les inconvénients inhérents aux dispositifs électromécaniques sont éliminés. De plus la hauteur de filtration doit rester minimale 20 (55 cm environ) afin de ne pas trop enterrer la sortie de l'eau. Par ailleurs, il convient de réduire l'inconvénient des vidanges trop fréquentes des microstations, et de ne pas le remplacer par un changement trop fréquent du matériau filtrant. Les matériaux utilisés jusqu'à présent dans les filtres compacts conviennent mal à cet objectif de plus grande compacité car si le filtre est trop compact le matériau 25 se colmate. Il doit être alors périodiquement nettoyé ou remanié et à terme remplacé, ce qui nécessite une extraction du matériau usagé qui doit être effectuée par un professionnel et qui est équivalente à une vidange. Le filtre selon l'invention répond à ces critères : D'une part le matériau filtrant permet d'obtenir une eau épurée de qualité réglementaire 30 avec une compacité importante, soit 0,5m2 pour un habitant et 55 cm d'épaisseur seulement D'autre part ce matériau filtrant présente la propriété de se dégrader lentement particulièrement aux endroits les plus alimentés en eaux usée, et ainsi la zone qui pourrait devenir colmatée disparaît en même temps que la dégradation du matériau. De ce fait l'épaisseur du filtre diminue dans le temps et on doit rajouter du matériau 3039078 4 neuf pour conserver la capacité d'épuration. L'avantage de ce système est qu'il n'y a jamais d'évacuation à prévoir de matériau usagé, et qu'un simple apport de matériau neuf doit être réalisé très simplement, avec une périodicité d'un à deux ans et sans compétence technique particulière. 5 C'est dans le domaine de l'assainissement non collectif un concept nouveau de filtre rechargeable sans production de déchet. Le biofiltre compact, selon l'invention, destiné au traitement des effluents septiques domestiques, est du genre comprenant essentiellement : - une entrée haute apte à recevoir l'effluent septique à traiter ; 10 - un matériau filtrant constitué de fibres en vrac ; - un moyen apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant ; - une sortie basse apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant vers l'extérieur du biofiltre ; - un bac étanche, fermé par un couvercle, apte à contenir les composants du biofiltre. 15 Le biofiltre se caractérise essentiellement en ce que le matériau filtrant est de la chènevotte de chanvre qui est également dénommé "paillis de chanvre" ou "paillettes de chanvre". Il se caractérise également en ce que : - le moyen apte à répartir, de manière homogène, sur le matériau filtrant constitutif du 20 biofiltre, l'effluent septique, est constitué de tubes distribuant ledit effluent sur une plaque perforée apte à laisser passer celui-ci qui tombe par gravité sur une nappe de textile non tissé, du type feutre, supportée par une grille sous-jacente, qui se sature pour former, au contact de ladite grille, des gouttes qui sont réparties de manière homogène ; 25 - le matériau filtrant repose sur une grille dont les mailles sont définies pour retenir les fibres dudit matériau et laisser passer l'effluent traité ; - la grille soutenant le matériau filtrant, repose sur un support ajouré, type caillebotis ou grille à larges mailles, dégageant un espace, par rapport au fond du bac, destiné au drainage et à la ventilation de la partie inférieure du biofiltre ; 30 - il comporte au moins une entrée d'air apte à permettre la ventilation haute et basse du biofiltre. L'installation pour le traitement des effluents septiques domestiques se caractérise en ce que : - elle comporte au moins une fosse septique reliée à au moins un biofiltre selon 35 l'invention ; 3039078 5 - le biofiltre selon l'invention est alimenté au moyen d'une chasse d'eau hydraulique (ou d'un auget basculeur) apte à délivrer la quantité d'effluent septique à traiter. - le biofiltre selon l'invention peut être contenu aussi bien dans un bac indépendant que dans une cuve compartimentée comprenant dans un premier compartiment la fosse 5 septique et dans un second le biofiltre, la chasse (ou l'auget) pouvant être incluse dans cette cuve. PRESENTATION DES FIGURES Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de 10 celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 représente, en vue éclatée, les composants essentiels du biofiltre selon l'invention ; - la figure 2 représente, en coupe longitudinale, lesdits composants positionnés dans le 15 bac étanche ainsi que les moyens d'arrivée de l'effluent à traiter et d'évacuation de l'effluent traité et les moyens de ventilation haut et bas du biofiltre ; - la figure 3 représente, en coupe transversale, l'ensemble des composants représentés à la figure 2 ; - la figure 4 représente une vue schématique d'une installation comprenant une fosse 20 septique, une chasse d'eau hydraulique et un biofiltre compact selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le biofiltre compact (1), représenté aux figures, est destiné au traitement des effluents septiques domestiques. Il est du genre comprenant essentiellement : 25 - une entrée haute (2) apte à recevoir l'effluent septique à traiter ; - un matériau filtrant (3) constitué de fibres en vrac ; - un moyen amovible (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant ; - une sortie basse (8) apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant (3) 30 vers l'extérieur du biofiltre (1) ; - un bac étanche (9), fermé par un couvercle (10), apte à contenir les composants du biofiltre (1). Le matériau filtrant utilisé est de la chènevotte de chanvre qui est également dénommé "paillis de chanvre" ou "paillettes de chanvre". 35 Dans la réalisation préférée de l'invention : 3039078 6 - la chènevotte de chanvre utilisée est composée de fibres de longueur inférieure à 20 mm et possède une masse volumique comprise entre 100 et 114 kg/m3, une proportion de matière sèche par rapport au produit brut comprise entre 80 et 90%, une proportion de matière organique par rapport au produit sec comprise entre 85 et 98%, une 5 capacité de rétention en eau comprise entre 210 et 400% et un pH dans l'eau compris entre 6,7 et 7,9; - le moyen apte à répartir, de manière homogène, sur le matériau filtrant (3) constitutif du biofiltre (1), l'effluent septique, est constitué de tubes (4) distribuant ledit effluent sur une plaque perforée (5) apte à laisser passer celui-ci qui tombe par gravité sur une 10 nappe de textile non tissé (6), supportée par une grille (7) sous-jacente, qui se sature pour former, au contact de ladite grille, des gouttes qui sont réparties de manière homogène (selon une variante de réalisation de l'invention, les tubes d'amenée de l'effluent et la plaque perforée pourrait être remplacés par un réseau de tubes perforés) ; 15 - le matériau filtrant (3) repose sur une grille (11) dont les mailles sont définies pour retenir les fibres dudit matériau et laisser passer l'effluent traité. - la grille (11), soutenant le matériau filtrant (3), repose sur un support ajouré (12), du type caillebotis ou grille à larges mailles, dégageant un espace, par rapport au fond du bac (9), destiné au drainage et à la ventilation de la partie inférieure du biofiltre (1) ; 20 - le biofiltre (1) comporte au moins un dispositif d'entrée d'air (13,14) apte à permettre sa ventilation haute et basse. L'installation, selon l'invention, destinée au traitement des effluents septiques domestiques, comprend au moins une fosse septique (16) reliée à au moins un biofiltre (1). 25 Elle est alimentée au moyen d'une chasse d'eau hydraulique (17) (ou d'un auget basculeur) apte à délivrer la quantité d'effluent septique à traiter. Le biofiltre (1) est rechargé périodiquement en chènevotte de chanvre, par le dessus, après avoir enlevé le moyen de répartition (4,5,6 et 7), en fonction de sa dégradation par la biomasse. 30 Il est donné ci-après, à titre d'exemple non limitatif, la forme détaillée de réalisation d'une installation convenant pour 5 habitants. Les effluents septiques pénètrent dans une chasse hydraulique qui, par basculement, délivre dans deux tubes (4) de 100mm de diamètre presque instantanément environ 25 litres d'eau au total. Cette chasse peut être aussi bien à l'extérieur qu'a l'intérieur du 35 bac. Les tubes (4) conduisent l'eau chacun au centre d'une plaque carrée (5) de 1,25 3039078 7 m2 de surface environ. Ces plaques sont munies de rebords de 5cm de hauteur environ. Elles sont percées de trous de 8mm selon un maillage de 15 cm environ. Les trous sont distants des rebords d'environ la moitié du maillage. Ces plaques sont contenues chacune dans un casier amovible dont le fond est constitué d'une grille (7) 5 de maille environ 15 à 30 mm et de diamètre de fil 1 à 2 mm. Cette grille supporte une nappe de textile non tissé (6), type feutre, de masse surfacique 800g/m2 et d'épaisseur environ 8mm. L'espace entre les plaques percées et la nappe de feutre est de 5 à 10 cm. L'effluent qui s'écoule par les trous des plaques tombe sur le feutre qui se sature et des gouttes se forment au contact de la grille sous-jacente, donnant un écoulement 10 sous forme de pluie avec une répartition homogène. Les casiers qui contiennent les plaques sont réglables en horizontalité. L'effluent tombe sur le matériau filtrant (3) dont l'épaisseur est de 50 à 60 cm et il le traverse. Le matériau filtrant (3) repose sur une grille (11) de maille lmm environ. 15 Le fond du filtre est garni d'un support(12) de 15 cm de hauteur environ dont la face supérieure est constituée d'un caillebotis ou d'une grille de maille très grossière (10 cm environ), qui supporte elle-même la grille, de maille 1mm environ, qui retient le matériau filtrant. L'ensemble est contenu dans un bac étanche (9) fermé par un couvercle (10). 20 Un dispositif de ventilation (13), de diamètre 100 mm, pris sur l'extérieur, permet d'aérer la partie supérieure de filtre. Un second dispositif de ventilation (14) aère la partie inférieure du filtre, sous le support. Il peut être pris à l'extérieur ou dans la partie haute du filtre. 25 Une paroi verticale du bac (9) est percée au niveau du fond et raccordée à un tube horizontal (15) ou en légère pente pour permettre l'évacuation de l'eau traitée. Initialement conçu pour être exploité dans le domaine de l'assainissement non collectif, le biofiltre selon l'invention pourra voir son application étendue à tout domaine de traitement des eaux septiques. 30 Bien entendu, l'homme de métier sera apte à réaliser l'invention telle que décrite et représentée en appliquant et en adaptant des moyens connus sans qu'il soit nécessaire de les décrire ou de les représenter. Il pourra également prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention tel que déterminé par la teneur des revendications. REVENDICATIONS1- Biofiltre compact (1) pour le traitement des effluents septiques domestiques comprenant essentiellement : - une entrée haute (2) apte à recevoir l'effluent septique à traiter ; - un matériau filtrant (3) constitué de fibres en vrac ; - un moyen (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant , - une sortie basse (8) apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant (3) vers l'extérieur du biofiltre (1) ; - un bac étanche (9), fermé par un couvercle (10), apte à contenir les composants du biofiltre (1) ; caractérisé en ce que le matériau filtrant (3) est de la chènevotte de chanvre. 2- Biofiltre, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chènevotte de chanvre utilisée est composée de fibres de longueur inférieure à 20 mm et possède une masse volumique comprise entre 100 et 114 kg/m3, une proportion de matière sèche par rapport au produit brut comprise entre 80 et 90%, une proportion de matière organique par rapport au produit sec comprise entre 85 et 98%, une capacité de rétention en eau comprise entre 210 et 400% et un pH dans l'eau compris entre 6,7 et 7,9. 3- Biofiltre, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, sur le matériau filtrant (3) constitutif du biofiltre (1), l'effluent septique, est amovible et est constitué de tubes (4) distribuant ledit effluent sur une plaque perforée (5) apte à laisser passer celui-ci qui tombe par gravité sur une nappe de textile non tissé (6), supportée par une grille (7) sous-jacente, qui se sature pour former, au contact de ladite grille, des gouttes qui sont réparties de manière homogène. 4- Biofiltre, selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau filtrant (3) repose sur une grille (11) dont les mailles sont définies pour retenir les fibres dudit matériau et laisser passer l'effluent traité. 5- Biofiltre, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la grille (11), soutenant le matériau filtrant (3), repose sur un support ajouré (12) dégageant un espace, par rapport au fond du bac (9), destiné au drainage et à la ventilation de la partie inférieure du biofiltre (1). 6- Biofiltre, selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'entrée d'air (13,14) apte à permettre sa ventilation haute et basse. 3039078 9 7- Installation pour le traitement des effluents septiques domestiques comprenant au moins une fosse septique (16) reliée à au moins un biofiltre (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8- Installation, selon la revendication 7, caractérisée en ce que le biofiltre (1) est 5 alimenté au moyen d'une chasse d'eau hydraulique (17) apte à délivrer la quantité d'effluent septique à traiter. 9- Installation, selon la revendication 8, caractérisée en ce que le biofiltre (1) est rechargé périodiquement en chènevotte de chanvre, par le dessus, après avoir enlevé le moyen de répartition (4,5,6 et 7), en fonction de sa dégradation par la biomasse. 10 10- Utilisation de la chènevotte de chanvre comme biofiltre (1) pour le traitement des effluents septiques domestiques.