Brevet FR3077071A1 — publié le 20190726

Dispositif de traitement des eaux usées Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication de systèmes de traitement des eaux usées. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de traitement des eaux usées employant une technologie de type filtre planté. Le traitement des eaux usées par filtre planté connaît un très fort développement depuis ces vingt dernières années. Pour rappel, on désigne par « filtre planté » un massif filtrant planté de végétaux où des eaux usées sont épurées lors de leurs percolations à travers le massif grâce au matériau filtrant, aux bactéries, et aux végétaux. Ce type de système d'épuration est appliqué principalement pour le traitement des effluents domestiques des petites collectivités. Il présente de nombreux avantages : - une bonne intégration paysagère ; - un entretien facile et peu coûteux ; - une faible production de boues ; - pas de consommation d'énergie ni de produits chimiques ; - des bonnes performances épuratoires ; - une bonne adaptation aux variations de charge. On connaît des filtres plantés à percolation verticale ou à percolation horizontale. Dans les filtres horizontaux, l'arrivée des effluents dans les massifs s'effectue sur un des côtés. Ces effluents cheminent alors horizontalement dans le massif pour être récupérés à l'autre extrémité. Dans ces filtres, l'apport d'oxygène est limité à l'apport excrété par les racines des plantes, et les conditions sont aérobies autour des racines et anoxiques dans les zones plus éloignées. Dans les filtres à percolation verticale (ou écoulement vertical), les eaux usées sont envoyées en surface, percolent verticalement à travers le massif filtrant et sont récupérées dans le fond par un réseau de drainage. Ces filtres sont majoritairement maintenus en condition aérobie grâce à des mécanismes d'aération passive parmi lesquels : - l'apport d'oxygène excrété par les racines des plantes ; - la convection liée à l'effet piston du déplacement des lames d'eau apportées à chaque bâchée ; 2 - la diffusion, à la fois depuis la surface et par le fond grâce à des moyens d'aération qui comprennent des cheminées d'aération. Les principaux polluants éliminés sont les matières en suspension, les matières organiques, ainsi que les composés azotés. 5 Dans les filtres verticaux, les mécanismes épuratoires sont régis par des mécanismes physiques (filtration, adsorption) et biologique (dégradation microbienne aérobie, nitrification, assimilation végétale). Il est à noter que dans ces filtres, le traitement de l'azote global est faible car il se limite à la nitrification par les bactéries nitrifiantes en condition aérobie (conduisant à l'oxydation de l'azote ammoniacal en 10 nitrites puis en nitrates). Dans ces dispositifs, les rôles principaux des végétaux plantés en surface sont les suivants : - maintenir la perméabilité du massif filtrant grâce aux voies hydrauliques créées par leurs tiges, racines et rhizomes (prévention des phénomènes 15 de colmatage) ; - favoriser l'activité microbienne aérobie à proximité des racines et rhizomes qui servent de support de biofilm, notamment grâce à l'apport d'oxygène des végétaux ; - favoriser la déshydratation des matières solides retenues en surface le 20 cas échéant, via l'évapotranspiration des roseaux. Les mécanismes épuratoires précédemment décrits (à l'exception de la déshydratation en surface des matières solides) se produisent également dans les filtres horizontaux. Toutefois, dans les filtres horizontaux ces mécanismes présentent des cinématiques plus lentes sur les dégradations microbiennes aérobies du fait des 25 faibles apports d'oxygène, et des mécanismes en condition anoxique comme la dénitrification peuvent avoir lieu. En France, la filière la plus largement appliquée est constituée de deux étages (ou bassins) de filtres verticaux en série, avec une surface totale de filtres de 2 à 2,5 m2/EH (avec EH = Equivalent-Habitant, correspond à la pollution journalière 30 générée par une personne, soit le plus souvent 60 gDB05/j, 120 gDCO/j, 90 gMES/j, 15 gNIK/j et 2.4 gPT/j). Une des particularités de cette filière est de ne pas comprendre de prétraitement (excepté un dégrillage grossier) et d'envoyer les effluents bruts directement sur la surface du premier étage. Ainsi, les matières particulaires contenues dans les eaux usées sont retenues par des mécanismes de 3 filtration en surface, où elles sont progressivement déshydratées et minéralisées. L'accumulation de boues est ainsi faible (environ 1,5 cm/an), ce qui entraîne des fréquences de curage très espacées (une fois tous les 10 à 15 ans). De plus, la qualité des boues est compatible avec une revalorisation agricole sans traitement 5 complémentaire. Il est maintenant connu que cette filière à deux bassins, constituée de deux filtres verticaux en série, permet d'obtenir des rendements épuratoires élevés pour les effluents domestiques (> 90%) sur les polluants : matières en suspension (MES), matières organiques (DB05 et DCO) et azote réduit (NTK). En revanche, les 10 performances de cette filière sont limitées ( REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de traitement des eaux usées de type filtre planté, comprenant : - un bassin de purification (10) destiné à recevoir des eaux usées, le bassin de purification comprenant au moins une couche de matériaux filtrants (100) ; - des moyens de drainage ; - des moyens de rétention d'eau (2) aptes à maintenir, dans le bassin de purification en fonctionnement, une garde d'eau d'une hauteur prédéterminée ; - un réseau de diffusion d'air (3) situé au fond du bassin de purification ; - des moyens d'alimentation en air (4) du réseau de diffusion d'air, caractérisé en ce que le réseau de diffusion d'air comprend : - au moins une gaine de protection (30) présentant une portion perforée (300) située au fond du bassin de purification, une première extrémité (301) de la gaine de protection débouchant hors de la couche de matériaux filtrants ; - au moins un tuyau de diffusion d'air (31) inséré de manière amovible dans la gaine de protection, le tuyau de diffusion d'air s'étendant au travers de la première extrémité de la gaine de protection et étant raccordé aux moyens d'alimentation en air. 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tuyau de diffusion d'air (31) est souple, et la portion perforée (300) de la gaine de protection (30) est semi-rigide ou rigide. 3. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tuyau de diffusion d'air (31) présente une portion de diffusion située le long de la portion perforée (300) de la gaine de protection (30). 4. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tuyau de diffusion d'air (31) présente des diffuseurs d'air (313) régulièrement répartis le long de la portion de diffusion. 15 5. 5 6. 107. 8. 15 9. 20 10. 25 30 Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième extrémité (302) de la gaine de protection (30), opposée à la première extrémité (301), débouche hors de la couche de matériaux filtrants (100). Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine de protection (30) présente des orifices (303) régulièrement répartis le long de sa portion perforée (300). Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les orifices (303) sont des fentes. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de gaines de protection (30) et de tuyaux de diffusion d'air (31) insérés à l'intérieur des gaines de protection, les gaines de protection étant réparties sur essentiellement toute la surface du fond du bassin de purification (10). Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les gaines de protection (30) sont disposées en lignes parallèles dans le bassin de purification (10). Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en air (4) comprennent une nourrice (41) couplée à chaque tuyau de diffusion d'air (31), la nourrice étant située hors de la couche de matériaux filtrants (300).