BE1029544B1 - Matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et/ou des eaux pluviales - Google Patents

Abstract

Matériau filtrant végétal destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales comprenant de la cellulose et de la lignine, ledit matériau filtrant végétal étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins des morceaux de bois ou des fibres végétales formant une population de morceaux, ladite population de morceaux présentant une distribution de tailles de particules comprise entre 3 mm et 100 mm, préférentiellement comprise entre 3 mm et 50 mm, de manière favorable comprise entre 3 mm et 25 mm, et ladite population de morceaux étant transformés thermiquement à une température comprise entre 150°C et 300°C formant une population de morceaux stabilisés thermiquement par exemple une population de morceaux torréfiés.

Description

MATÉRIAU FILTRANT DESTINÉ AU TRAITEMENT DES EAUX USÉES ET/OU DES | BE2022/5004

EAUX PLUVIALES La présente invention se rapporte à un matériau filtrant végétal destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales comprenant de la cellulose et de la lignine.

Les eaux usées domestiques comprennent les eaux usées des habitations particulières, mais aussi les eaux usées de petites collectivités comme par exemples d'un complexe hôtelier, de camping, d'un lotissement, de bureaux, d'immeubles résidentiels, de petits villages.

Les eaux pluviales regroupent les eaux météorites polluées et celles ayant ruisselées sur des surfaces plus ou moins perméables augmentant ainsi la charge de pollution.

Les eaux usées domestiques biodégradables ne peuvent pas être directement rejetées dans un milieu hydraulique superficiel ou milieu souterrain, mais doivent préalablement subir des traitements d'épuration ayant pour fonction de diminuer leur caractère polluant facteur de risques, de façon à leur permettre de satisfaire à des normes et autres obligations réglementaires.

Les eaux de ruissellement contenant des particules et polluants dissous plus ou moins toxiques et porteurs de risques, doivent également subir des traitements avant tout rejet hydrauliquement régulé, préférentiellement par infiltration pour tout ou partie.

De manière classique, les eaux usées domestiques sont soumises à un prétraitement anaérobie, combiné à un processus de décantation, dans une cuve, communément appelée fosse septique (définition européenne) ou fosse toutes eaux (appellation courante en France), ce qui permet de séparer une grande partie des matières en suspension décantables (MES) et des flottants. Ce prétraitement est généralement suivi d'un traitement aérobie dit secondaire et si nécessaire de traitements complémentaires.

Pour les eaux de ruissellement les conditions de traitement sont différentes du fait de la variation des flux et de la distribution des cibles polluants très variable en nature et concentration.

Différents fabricants proposent actuellement sur le marché des dispositifs d'assainissement des eaux usées domestiques formés par une association d'une fosse septique et d'un filtre monté en aval de cette fosse.

En sortie de fosse, Un tel filtre comporte : - une enceinte étanche destinée à être enterrée, - Un dispositif d'alimentation, - Un massif filtrant non saturé, - Un dispositif de vidange.

Ce massif ou lit filtrant formé par un matériau filtrant support de biomasse aérobie, milieu filtrant simple ou composite.

Il s'agit d'utiliser un matériau filtrant idéal avec le moins de facteurs limitants, ledit matériau présentant : - une grande durée de vie avec des performances épuratoires recherchées, - ces performances épuratoires pouvant être directes (propriétés intrinsèques) ou indirectes (modes d'usage). Par exemple, différentes propriétés physiques et chimiques se sont révélées importantes comme :

- larétention massique ou volumique en eau, statique ou dynamique qui définit la capacité du matériau filtrant à retenir une quantité d'eau optimale en conservant une aération suffisante, créant ainsi un environnement favorable à l'activité microbiennes qui y adhèrent,

- la resistance au tassement mécanique et hydraulique rendant le matériau filtrant plus susceptible au colmatage et au blocage de l'aération, et provoquera conséquemment une réduction d'efficacité du matériau filtrant au cours du temps,

- la stabilité temporelle du matériau filtrant, notamment à travers teneur en matières hydrosolubles instables impliqués dans la dégradation, - la capacité en air biologiguement non limitante représentant l'espace interstitiel disponible entre des particules (Macroporosité). du matériau filtrant.

Concernant les performances de la digestion aérobie, un matériau filtrant est adéquat s'il permet un maintien durable de la population microbienne pour obtenir une performance compatible avec le niveau de traitement souhaité, pour les paramètres habituels : DCO, DBO5, Azote(s), témoins de contamination pathogène.

Au-delà de la recherche de bonnes performances épuratoires, il est important que le matériau filtrant soit bon marché, abondant, facile d'accès quel que soit le territoire donné, et pouvant s'intégrer dans une démarche de développement durable.

Un filtre dont le matériau filtrant est préparé à base d'écorces de pin (EP2976301), permet d'obtenir des performances épuratoires en accord avec la réglementation en assainissement domestique. Cependant, sa teneur en matière hydrosoluble, est susceptible d'impacter sa durabilité.

Un autre filtre dont le matériau filtrant est constitué exclusivement de fibres en vrac de chènevotte de chanvre (WO20171331), doit être remplacé trop fréquemment le matériau filtrant.

Par ailleurs, un filtre dont le matériau filtrant renferme au moins une couche de coquilles de noisettes concassées (EP3008018), matériau disponible en quantité et peu onéreux présente des performances de filtration totalement satisfaisantes. Cependant, une couche en matière plastique à vocation pour la ventilation est ajouté affectant la vidange et le recyclage.

Finalement, le document FR2331515 mentionne un support de lits bactériens pour épurer les eaux résiduaires domestiques à l'aide de charbon d'origine végétale qui présente une faible densité apparente et ayant un grand pouvoir hydrophile. Mais le procédé de fabrication de ce charbon d'origine végétale hydrophile par pyrolyse comporte une étape de traitement du bois avec un acide sulfurique pour le défibrer.

Comme on peut le constater, les matériaux filtrants tels que décrits ci-dessus présentent encore des facteurs limitants et restent encore pour certains critères éloignés du milieu filtrant idéal. De plus il est de plus en plus important d'entrer dans un processus d'économie circulaire impliquant que le matériau filtrant respecte les obligations associées.

Pour les eaux de ruissellement, et pour les milieux filtrants d'apport organiques, la gestion est différente, les besoins sont complexes avec : - la prise en compte de plusieurs types d'effluent, en lien avec le nature du ruissellement, - la nécessité d'un gestion hydraulique secteur par secteur parcellaire.

Il s'agit de répondre à des besoins connus grâce à la mise en place de solutions différentes que celles dédiées aux eaux usées domestiques, solutions spécifiques que sont : - le stockage et la régulation de débit, - le fractionnement des solutions de prétraitement et/ou traitement de particules et cibles polluantes souvent toxiques, notamment par décantation et traitement sur filtre ou cartouches faisant appel à des milieux organiques et autres, - avant tout rejet, total ou partiel, par infiltration devenue prioritaire ou en milieu superficiel autorisé impliquant le rejet d'Un flux polluant résiduel avec un minimum d'impacts sanitaire ou environnemental.

La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en procurant un matériau filtrant peu coûteux, abondant, facile d'accès, écologique et présentant des caractéristiques de durabilité et des caractéristiques épuratoires adéquates.

Pour ceci, la présente invention procure un matériau filtrant végétal, caractérisé en ce qu'il comprend des Morceaux de bois ou des fibres végétales formant une population de morceaux, ladite population de morceaux présentant une distribution de tailles de particules comprise entre 3 mm et 100 mm, préférentiellement comprise entre 3 mm et 50 mm, de manière favorable comprise entre 3 mm et 25 mm et ladite population de morceaux étant transformés thermiquement à une température comprise entre 150°C et 300°C formant une population de morceaux stabilisés thermiquement par 5 exemple une population de morceaux torréfiés.

Au sens de la présente invention, on entend par le terme «morceaux» par exemple des plaquettes, des grains des matières organiques fibreuses, des briquettes, des billes ou des granulés.

Au sens de la présente invention, on entend par le terme IO «morceaux stabilisés thermiquement», des morceaux de bois et/ou des fibres végétales ayant subi un traitement thermique compris entre 150°C et maximum 300°C. Préférentiellement, le traitement thermique est compris entre 150°C et 275°C, encore plus préférentielement entre 150°C et 250°C, entre 150°C et 240°C, entre 150°C et 230°C. Le traitement thermique selon la présente invention peut être une torréfaction. Le traitement thermique du matériau végétal selon la présente invention a une durée comprise entre Ih et 24h, préférentiellement entre 1h et 12h. De manière préférée, le traitement thermique du matériau végétal selon la présente invention se déroule dans une atmosphère inerte.

Selon la présente invention, un matériau filtrant comprenant des morceaux de bois torréfié, avec ou sans traîtement secondaire, selon une distribution granulométrie des morceaux de bois torréfié comme précité présente des caractéristiques physico-chimiques qui permettent d'obtenir une rétention en eau massique faible, par exemple inférieure à 10 %, pour éviter une dégradation rapide du matériau et suffisante pour le développement du biofim aérobie et présente également un faible pourcentage de matière hydrosoluble compatible avec une conservation optimale du matériau filtrant.

Selon la présente invention, le matériau filtrant se présente également sous forme de lit filtrant, par exemple avec une capacité en air favorable au développement d'un biofilm aérobie et une très bonne résistance au tassement hydraulique.

En effet, d'une part, les morceaux stabilisés thermiquement permettent un développement et un maintien de la population bactérienne qui permet une digestion aérobie de la matière organique en suspension dans les eaux usées et d'autre part, les morceaux stabilisés thermiquement sont résistants au tassement hydraulique et permettent de préparer un lit filtrant approprié.

Le bois torréfié est surtout connu en tant que combustible car il possède une grande valeur énergétique et est par conséquent de plus en plus utilisé dans le secteur de la bioénergie. Le bois torréfié est également de plus en plus utilisé dans le mobilier comme par exemple pour des structures de charpente, mulch et paillage agricole, clôtures, des meubles de jardin, des planchers, etc...

Il est également connu qu'une biomasse torréfiée possède des caractéristiques de broyabilité plus importante que la biomasse brute correspondante (Baptiste Colin. Modélisation de la torréfaction de plaquettes de bois en four tournant et validation expérimentale à l'échelle d'un pilote continu de laboratoire. Génie des procédés. Ecole des Mines d'Albi-Carmaux,

2014. Français. NNT : 201 4EMAC0015). Une plus grande broyabilité du bois torréfië le rend plus maniable. Cette propriété offre des possibilités de recyclage du milieu filtrant en fin de vie et de combinaison avec d'autres matériaux.

Les morceaux stabilisés thermiquement sélectionnés pour présenter une distribution granulométrique entre 3 etl00mm présentent également Une résistance au tassement hydraulique suffisante pour former un lit filtrant durable. Torréfié, le bois devient résistant aux attaques de champignons, insectes xylophages et bactéries, ce qui augmente sa durabilité. Pourtant, malgré que le bois stabilisé thermiquement (torréfié) soit résistant aux attaques des microorganismes, il s'avère un support pour l'établissement d'une population microbienne tout à fait satisfaisant et le développement ainsi que le maintien d'un biofilm. Le lit filtrant formé des morceaux stabilisés thermiquement présente également une capacité en air appropriée au développement et au maintien du biofilm aérobie.

De plus, la torréfaction du bois permet de modifier la structure du bois à plus basse température que la pyrolyse, donc en utilisant moins d'énergie ce qui rend ce processus simple de torréfaction plus rentable et plus écologique par rapport au processus de pyrolyse du bois précité.

En outre le bois, matière première du bois torréfié, est peu coûteux et durable. De plus, les morceaux stabilisés thermiquement sont formés de déchets de scierie, de production, de coupe et forment ainsi un sous- produit pour lequel le traitement des eaux usées devient une autre voie de valorisation. Le bois étant une ressource abondante dans de nombreux territoires, le matériau filtrant suivant la présente invention est en parfait accord avec une économie circulaire efficace, rentable et écologique en permettant une application industrielle quel que soit le territoire.

Préférentiellement, dans le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées selon la présente invention, lesdits morceaux stabilisés thermiquement sont notamment des plaquettes, copeaux ou fibres de bois et autres fibres végétales torréfiés.

Au sens de la présente invention, on entend par le terme « plaquette» un corps de bois torréfié possédant une forme définie par trois dimensions, par exemple une épaisseur, une longueur et une largeur, et dans laquelle une des dimensions, par exemple l'épaisseur, est plus petite que les deux autres dimensions.

Avantageusement, les morceaux stabilisés thermiquement sont soumis à Un traitement secondaire, préférentiellement physique, pour modifier les propriété de surface, par exemple la mouillabilité, la rugosité, ou la resistance au choc.

Avantageusement, dans le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention, la population de morceaux comprend une première population de morceaux préparés en amont depuis une source de bois ou fibres végétales, par exemple par broyage ou découpage et présentant une distribution de tailles de particules comprise entre 3 mm et 10 mm et une deuxième population de morceaux présentant une distribution de failles de particules supérieure à 10 mm et inférieure ou égale à 100 mm, ledit matériau filtrant présente une masse de la première population supérieure à celle de la deuxième population. En effet, Une répartition adéquate de la distribution de taille des morceaux stabilisés thermiquement en ayant plus de morceaux dont la distribution de failles est comprise entre 3 mm et 10 mm permet d'optimiser la surface spécifique du lit filtrant, c'est à dire à la fois la surface interstitielle entre les morceaux et la surface tenant compte de la porosité entre des morceaux, pour un développement d'un biofilm microbien, ce qui augmentera les performances épuratoires du matériau filtrant.

Préférentiellement, le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention présente une capacité volumique de rétention d'eau comprise entre 5% et 40%, plus préférentiellement comprise entre 7% et 25% en volume d'eau calculée par rapport au volume d'un lit de matière sèche formé du matériau filtrant. Une capacité volumique de rétention d'eau dans cette plage de valeur permet d'avoir (I) une conservation suffisante d'humidité pour maintenir le biofilm microbien.

De manière préférée, le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention présente en forme de lit filtrant une capacité en air comprise entre 20 et 70%, préférentiellement entre 30 et 60% en volume d'air calculée par rapport au volume d'un lit dudit matériau filtrant. Cette plage de valeur pour la capacité en air permet au matériau filtrant d'être suffisamment aéré, ce qui favorise une croissance optimale du biofilm microbien.

Avantageusement, dans le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention, les morceaux stabilisés thermiquement sont choisis dans le groupe des morceaux de bois de hêtre, du bois de pin, du bois de peuplier, du bois de frêne, du bois d'acacia, du bois d'eucalyptus, du bois de résineux, ou des fibres végétales, et leurs combinaisons. En effet, les morceaux stabilisés thermiquement peuvent être réalisés à partir de différentes sources de matière organique en fonction de leur disponibilité, par exemple déchets de scierie, ou fibres végétales disponibles dans le territoire dans lequel le matériau filtrant selon la présente invention est utilisé. Préférentiellement, le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention est en forme de lit filtrant vertical un volume initial et une résistance à la dégradation lorsqu'il forme un lit de matériau filtrant mesurée par un pourcentage de tassement moyen inférieur à 10%, préférentielement inférieur à 5%, plus préférentiellement inférieur à 3%, encore plus préférentiellement inférieur à 2%, de manière favorable inférieur à 1% par rapport au volume initial, après 56 jours au minimum. En effet, un pourcentage de tassement moyen très faible assure une bonne conservation de la porosité du matériau filtrant sans risque de colmatage et/ou sans réduction des performances épuratoires du matériau filtrant.

De manière avantageuse, le matériau filtrant destiné au traiîtement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention présente une teneur en matières hydrosolubles comprise entre 1 et 10%, préférentiellement entre 2 et 6% en poids par rapport au poids de matériau fitrant. En effet, un tel pourcentage en matières hydrosolubles du matériau fitrant permet une bonne conservation du matériau filtrant .

Avantageusement, le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées et des eaux pluviales selon la présente invention comprend préférentiellement Une teneur en morceaux stabilisés thermiquement formant un matériau primaire comprise entre 20 et 100% en poids par rapport au poids de matériau filtrant et éventuellement un ou des matériaux filtrants additionnels à rôle de correctifs hydrodynamiques ou structurels afin d'apporter une maîtrise complète du matériau primaire, ledit un ou des matériaux filtrants additionnels pouvant être choisis dans le groupe du Xylit, des coques concassés de fruits à coque, du bois pyrolysé, du bois brut, et des fibres végétales et leurs combinaisons. En effet, un matériau filtrant comprenant le matériau primaire et un ou plusieurs autres types de composés peut s'avérer avantageux en fonction des disponibilités des différents types de composés, et ce de manière à utiliser, en fonction du territoire donné, des composés disponibles localement pour former le mélange matériau filtrant.

Préférentiellement, le matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées domestiques selon la présente invention forme un lit filtrant comprenant : - Une ou plusieurs couches dudit matériau filtrant superposées sur une hauteur prédéterminée, dans lequel ladite une ou lesdites plusieurs couches comprennent ladite première population de morceaux et/ou ladite deuxième population de morceaux, du même matériau filtrant, - OU encore 2 couches du même matériau filtrant séparé par une couche mince ou membranaire d'un autre matériau filtrant, couche simple ou mélange, ladite couche membranaire de faible hauteur pouvant être continue ou non et représentant par exemple 10% du volume total, - OU encore une couche de matériau filtrant simple incorporant un autre matériau filtrant en mélange, en faible pourcentage par exemple 10%.

D'autres formes de réalisation du matériau filtrant destiné au traitement des eaux usées selon la présente invention sont indiquées dans les revendications annexées. La présente invention se rapporte aussi à une cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées. Avantageusement, la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées comprend : - une enceinte de décantation des eaux usées agencées pour permettre aux matières solides en suspension de sédimenter dans une zone inférieure de l'enceinte de décantation, et comprenant au moins une entrée d'eaux usées et au moins une sortie d'eaux clarifiées, - une enceinte de filtration comprenant au moins une entrée d'eaux clarifiées, en communication fluidique avec ladite au moins une sortie d'eaux clarifiées de ladite enceinte de décantation, et au moins une sortie d'eaux filtrées, entre lesquelles s'étend un lit filtrant comprenant le matériau filtrant selon l'invention, ledit lit de matériau filtrant présentant une face amont et une face aval selon une direction fluidique de filtration.

Au sens de la présente invention, le terme « eaux clarifiées » désigne des eaux usées au moins partiellement épurée de ses matières solides en suspension.

Au sens de la présente invention, le terme « direction fluidique de filtration» désigne une direction d'écoulement des eaux au travers du lit de matériau filtrant entre ladite au moins une entrée d'eaux clarifiées et ladite au moins une sortie d'eaux filtrées. Les vecteurs de déplacement des eaux au travers du lit de matériau filtrant peuvent être verticaux, horizontaux ou obliques.

Une cuve d'épuration comprenant une enceinte de décantation en amont et une enceinte de filtration en aval permet de réduire la charge en matières organiques et en matières solides en suspension des eaux usées tout en évitant un colmatage du matériau filtrant.

De manière avantageuse, dans la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, l'enceinte de décantation permet également une dégradation de matières organiques à l'aide du métabolisme de bactéries anaérobies Préférentiellement, dans la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, ladite au moins une entrée d'eaux clarifiées de l'enceinte de filtration est localisée dans une zone supérieure verticalement ou horizontalement de ladite enceinte de filtration et ladite au moins une sortie d'eaux filtrées est localisée dans une zone inférieure de ladite enceinte de filtration.

De manière préférée, dans la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, la communication fluidique entre ladite enceinte de filtration et ladite enceinte de décantation est réalisée au travers d'un distributeur d'eaux clarifiées qui comprend une pluralité de sorties d'eaux clarifiées, les sorties d'eaux clarifiées répartissant lesdites eaux clarifiées en une pluralité de positions à la face amont du lit filtrant. En effet, une bonne répartition des eaux clarifiées en amont du lit filtrant permettra d'utiliser un maximum de surface supérieure de filtration du lit filtrant, ce qui augmentera les performances épuratoires du lit filtrant.

Avantageusement, la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées comprend un moyen de répartition des eaux clarifiées, localisé en aval dudit distributeur, et comprenant un dispositif d'alimentation. En effet, la présence d'un auget basculant favorisera d'autant plus une bonne répartition des eaux clarifiées sur le lit filtrant.

Préférentiellement, la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées comprend au moins Un système d'aération agencé pour fournir IO de l'oxygène dans l'enceinte de filtration pour permettre une digestion aérobie par une population bactérienne répartie sur le matériau filtrant.

De manière avantageuse, dans la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, ladite enceinte de décantation et ladite enceinte de filtration possèdent des parois réalisées dans un matériau inerte par rapport àla corrosion.

Avantageusement, dans la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, le lit de matériau filtrant présente une surface supérieure de filtration comprise entre 1 m2 et 15 m2, plus préférentiellement entre 2 m? et 10 m? et possède une hauteur de lit de filtration préférentiellement comprise entre 30 cm et 1 m, plus préférentiellement entre 80 cm et 95 cm, de manière préférée de 90 cm. En effet, Une telle surface de filtration combinée à une telle hauteur de filtration permet une filtration d'un volume d'eaux usées correspondant à une Utilisation domestique courante.

De manière préférée, dans la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, le lit filtrant comprend préférentiellement un matériau primaire mais ledit lit filtrant peut aussi comprendre au moins un matériau filtrant additionnel choisi par exemple dans le groupe du Xylit, des coques concassés de fruits à coque, du bois pyrolysé, du bois brut, et des fibres végétales, ledit matériau filtrant et ledit matériau notamment filtrant additionnel étant agencés en mélange ou en couches superposées plus ou moins épaisses selon la direction fluidique de filtration. Ces associations structurelles en couches, ou en mélange apportant une modification,

amélioration notamment des propriétés hydrodynamiques et biologique optimisant les performances épuratoires.

D'autres formes de réalisation de la cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées selon la présente invention sont indiquées dans lesrevendications annexées.

La présente invention se rapporte aussi à un procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration.

Le procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration selon la présente invention comprend une zone de décantation et une zone de filtration comprenant un lit filtrant de matériau filtrant selon la présente invention, ledit lit filtrant présentant une face amont de lit filtrant et une face aval de lit filtrant ssion une direction fluidique de filtration, ledit procédé comprenant les étapes de : - Une admission d'eaux usées dans la zone de décantation, - une décantation des matières solides en suspension dans la zone de décantation formani un lt de matières solides décantées et une phase liquide clarifiée, - un transfert de la phase liquide clarifiée vers la zone de filtration, - une répartition de la phase liquide clarifiée en une pluralité de positions à la face amont du lit filtrant, - Une filtration de la phase liquide clarifiée au travers du lit filtrant selon la direction fluidique de filtration avec une obtention d'eaux filtrées, et - une évacuation des eaux filtrées par au moins Une sortie d'eaux fitrées.

Avantageusement, le procédé d'épuration des eaux usées selon la présente invention comprend une fifration additionnelle des eaux filtrées avant un rejet dans un mileu superficie! par un dispositif de filtration comprenant ledit matériau filtrant selon la présente invention et/ou une filtration additionnelle à l’aide d'une tranchée filtrante comprenant ledit matériau filtrant selon la présente invention.

De manière favorable, dans le procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration, les eaux filtrées présentent une demande biochimique en oxygène, DBOs, inférieure ou égale à 35 mgO:.ll, préférentiellement inférieure ou égale à 20 mgOa.!!, de manière favorable inférieure ou égale à 10 mgOa.!.

Préférentiellement, dans le procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration, les eaux usées présentent une teneur initiale en ion ammonium et les eaux filtrées présentent une teneur en ion ammonium diminuée d'au moins 50%, préférentiellement au moins 60%, de manière IO favorable au moins 70% par rapport à la teneur initiale en ion ammonium des eaux usées.

La présente invention se rapporte aussi à un procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement.

Selon la présente invention, le procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement comprend les étapes de: - une collecte des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement, - une première filtration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement formant des eaux préfilrées débarrassées des macrodéchets, - une filtration desdites eaux préfilirées par un premier dispositif de filtration des eaux pluviales comprenant ledit matériau filtrant selon la présente invention pour donner des eaux filtrées, - Une collecte des eaux filtrées dans une cuve d'eau de pluie.

Selon la présente invention, on entend par le terme « cuve à eau de pluie», un ouvrage de gestion permettant le stockage, le tamponnage et/ou la régulation d'eaux de pluie.

Avantageusement, le procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la présente invention est en complément du traitement des eaux usées domestiques par exemple à la parcelle par — filtration incorporant au moins un milieu filtrant (matériau primaire) et autres additifs ayant pour vocation :

- la capture de particules ayant ruisselés, - l'extraction de polluants cibles par exemple des métaux lourds, des micropolluants, des HAP, des pathogènes et autres toxiques. Parmi les solutions de traitement incorporant les milieux organiques utilisables avec autres milieux filtrants, adsorbants et absorbants, sont cités les dispositifs de traitements suivants : - filtres ou cartouches en descente de gouttière, pour prendre en charge les effluents de toiture plus ou moins contaminés, - canaux de captation particulaire et de filtration, pour prendre en charge les accès de garage, - interface d'infiltration dans le sol à faible profondeur pour améliorer ou conserver la perméabilité, - incorporation d'un lit filtrant en partie organique au niveau de noue, de tranchée ou de jardin d'eau.

Avantageusement, dans le procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la présente invention, l'étape de première filtration et de filtration sont réalisées dans un même dispositif.

Préférentiellement, dans le procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la présente invention, les eaux Ffiltrées collectées dans la cuve à eau de pluie sont (i) rejetées dans le milieu superficiel et/ou (ii) réutilisées dans des installations domestiques et/ou (ill) évacuées par une tranchée filtrante.

De manière préférée, dans le procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la présente invention, les eaux filtrées collectées dans la cuve à eau de pluie sont filtrées par un deuxième dispositif de filtration des eaux pluviales comprenant ledit matériau filtrant selon la présente invention avant d'être (i) rejetées dans le milieu superficiel et/ou (ii) réutilisées dans des installations domestiques et/ou (ii) évacuées par une tranchée filtrante.

La présente invention se rapporte également à un système d'épuration des eaux usées.

Le système d'épuration des eaux usées selon la présente invention comprend :

- Qu moins une cuve d'épuration selon la présente invention,

- Qu moins un dispositif de traitement d'eau additionnel choisi dans le groupe comprenant : un filtre en T, une cartouche de filtration, une tranchée filtrante, un bac de dégraissage, Un système de dégrillage, une surface d'infiltration par percolation, et leurs combinaisons,

dans lequel ledit au moins Un dispositif de traitement d'eau additionnel est intégré en amont et/ou en aval de ladite au moins une cuve d'épuration ou dans lequel ledit au moins un dispositif de traitement et/ou de stockage d'eau additionnel est séparé et positionné en amont et/ou en aval de ladite au Moins une cuve d'épuration.

La présente invention se rapporte également à un système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement.

Le système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la présente invention comprend :

- QU moins un dispositif de traitement d'eau choisi dans le groupe comprenant : une cartouche de filtration, une tranchée filtrante, un bac de dégraissage, Un système de dégrillage, Une surface d'infiltration par percolation, et leurs combinaisons,

- Qu moins un dispositif de traitement d'eau additionnel choisi dans le groupe comprenant : un filtre en T, une cartouche de filtration, une tranchée filtrante, une cuve d'épuration, un bac de dégraissage, un système de dégrillage, une surface d'infiltration par percolation, et leurs combinaisons,

- Qu moins Un dispositif de stockage et/ou de tamponnage et/ou de régulation d'eau choisi dans le groupe comprenant par exemple une cuve à eau de pluie,

dans lequel ledit au moins un dispositif de traitement d'eau et/ou ledit au moins un dispositif de traitement d'eau additionnel comprend le matériau filtrant selon la présente invention, dans lequel ledit au moins Un dispositif de traitement d'eau et/ou ledit au moins Un dispositif de traitement additionnel est intégré en amont et/ou en aval dudit au moins un dispositif de stockage et/ou de tamponnage et/ou de régulation d'eau, ou dans lequel ledit au moins Un dispositif de traitement d'eau et/ou ledit au moins un dispositif de traitement additionnel est séparé et positionné en amont et/ou en aval par rapport audit au moins un dispositif de stockage et/ou de tamponnage et/ou de régulation d'eau.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins annexés.

La figure 1 montre une photographie de morceaux de bois torréfié comme matériau filtrant selon la présente invention.

La figure 2 est une représentation schématique en coupe de plusieurs lits filtrants comprenant des morceaux de bois torréfié.

La figure 3 est une représentation schématique en coupe d'une cuve d'épuration selon la présente invention.

La figure 4 montre les capacités de rétention volumique d'eau, volumique air d'un lit filtrant de différents matériaux filtrants.

La figure 5 montre le tassement hydraulique moyen d'un lit filtrant de 80 cm selon la présente invention en comparaison du tassement hydraulique moyen d'un type de lit filtrant d'écorces de pin sur la même hauteur.

La figure 6 montre la teneur de matières hydrosolubles de matériaux filtrants selon la présente invention en comparaison de différents matériaux filtrants comparatifs.

La figure 7 montre une évolution temporelle expérimentale de la concentration en nitrate des eaux filtrées par un lit filtrant de matériaux filtrants selon la présente invention en comparaison de lits filtrants de différents matériaux filtrants comparatifs.

La figure 8 montre une représentation schématique d'une habitation comprenant un système d'évacuation des eaux usées utilisant le matériau filtrant suivant la présente invention. La figure 8 illustre un système d'épuration des eaux usées selon la présente invention.

La figure 9 montre un système d'épuration des eaux usées alternatif par rapport au système d'épuration des eaux usées illustré à la figure

8.

La figure 10 montre le positionnement sur un plan de masse parcellaire de kits lits filtrants, cartouches ou interfaces filtrants, pour le traitement des eaux pluviales ayant ruisselé sur une surface quelconque. La figure 10 montre un système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la présente invention.

La figure 11 montre un système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement alternatif par rapport au système d'épuration des eaux usées illustré à la figure 10.

La figure 12 montre un système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement alternatif par rapport au système d'épuration des eaux usées illustré à la figure 11.

La figure 13 montre un système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement alternatif par rapport au système d'épuration des eaux usées illustré à la figure 12.

Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.

La figure 1 montre des morceaux de bois torréfié obtenus par un processus de torréfaction tel que décrit dans le document US10526543, et provenant de Saniflor A ou provenant de LMK Energy B. Pour former les morceaux de bois torréfié, du bois brut est d'abord broyé et découpé. Ce bois brut broyé est ensuite préalablement séché à moins de 15% d'humidité avant de subir le processus de torréfaction.

Le bois torréfié mis en forme est ensuite classifié en fonction de sa taille par exemple par un tamisage pour retenir des morceaux de bois torréfié présentant une granulométrie comprise principalement entre 3 mm et 100 mm.

Avantageusement, ce bois brut est choisi parmi un groupe des morceaux de bois de hêtre, du bois de pin, du bois de peuplier, du bois de frêne, du bois d'acacia, du bois d'eucalyptus, du bois de résineux, ou autres fibres végétales et leurs combinaisons.

La figure 2 illustre une coupe d'un lit filtrant comprenant un matériau filtrant. Le lit filtrant comprend par exemple des morceaux dont la population est choisie. Avantageusement, une disposition en vrac, aléatoire des morceaux, crée une porosité, pluralité d'espaces interstitiels, ce qui favorise un développement d'un biofilm bactérien et un écoulement des eaux clarifiées au travers du lit filtrant.

La figure 2A illustre une coupe d'un lit filtrant composé uniquement de morceaux de bois torréfié 1.

La figure 2B illustre une coupe d'un lit filtrant comprenant, en partant du haut vers le bas : - Une première couche de morceaux de bois torréfié 1, - une deuxième couche comprenant des morceaux d'un deuxième matériau filtrant 2 permettant de corriger ou améliorer les propriétés du matériau 1 selon l'usage du dispositif, ce matériau présentant des propriétés complémentaires aux morceaux de bois torréfié, - avantageusement en option une troisième couche de morceaux de bois torréfié, et - avantageusement une quatrième couche comprenant des morceaux d'un troisième matériau filtrant 3, défini de la même manière que le matériau filtrant 2. Avantageusement, selon la présente invention, les morceaux de bois torréfié sont des plaquettes de bois torréfié.

La figure 2C illustre une coupe d'un lit filtrant comprenant des morceaux de bois torréfié 1, des morceaux d'un deuxième matériau filtrant 2 précédemment présenté à la figure 2B, et des morceaux d'un troisième matériau filtrant 3 qui sont répartis de manière aléatoire sur la hauteur et/ou la largeur et/ou la longueur dudit lit filtrant. Avantageusement, le lit filtrant comprend un matériau filtrant mais il peut en outre comprendre au Moins Un matériau additionnel, comme par exemple illustré à la figure 2B et 2C par le deuxième matériau filtrant et le troisième matériau filtrant, choisi par exemple dans le groupe du Xylit, des coques concassés de fruits à coque torréfiées ou non, du bois pyrolysé, du bois brut, et des fibres végétales torréfiées ou non, ledit matériau filtrant et ledit matériau filtrant additionnel étant agencés en mélange ou en couches superposées.

La figure 2D illustre une coupe d'un lit filtrant comprenant un matériau principal, population de morceaux de bois torréfiés, incorporant une couche fine intermédiaire, représentant Un pourcentage de la hauteur totale du lit avantageusement compris entre 5 et 20 %, ayant des fonctions complémentaires, en particulier hydrodynamiques en ralentissant les vitesses de percolation (par exemple une couche comprenant des morceaux d'un troisième matériau filtrant 3).

Comme illustré à la figure 2, le matériau filtrant comprend une population de morceaux. Avantageusement, ladite population de morceaux comprend une première population de morceaux présentant une distribution de tailles de particules comprise entre 3 mm et 10 mm et une deuxième population de morceaux présentant une distribution de tailles de particules supérieure à 10 mm et inférieure ou égale à 100 mm, ledit matériau filtrant présente une masse de la première population supérieure à celle de la deuxième population.

Les flèches 4 à la figure 2 illustre les vecteurs moyens de déplacement illustrant des paliers de déplacement des eaux au travers du matériau filtrant. Comme illustré, ces vecteurs de déplacement 4 des eaux au travers du matériau filtrant peuvent être verticaux, horizontaux selon différentes positions d'entrée des eaux clarifiées et des positions de sorties des eaux filtrées.

La direction fluidique de filtration est la somme de ces différents vecteurs de déplacement des eaux au travers du matériau filtrant. Avantageusement, cette direction fluidique, pour ce modèle de filtre vertical, est substantiellement orientée du haut du lit filtrant vers le bas du lit filtrant.

Le matériau filtrant selon la présente invention possède certaines propriétés chimiques, physiques et de nidification ou fixation biologique. En effet, le matériau filtrant possède avantageusement une capacité volumique de rétention d'eau comprise par exemple entre 7% et 25% en volume d'eau rapporté la quantité de matière sèche du matériau filtrant. Le matériau filtrant en forme de lit filtrant est également défini de manière avantageuse par une capacité d'air comprise entre 30 et 40% en volume d'air calculée par rapport au volume d'un lit de matière sèche formé du matériau filtrant. Le matériau filtrant suivant la présente invention possède également de manière préférée Une résistance à la compression lorsqu'il forme un lit de matériau filtrant mesurée par un pourcentage de tassement moyen inférieur à 5 % par rapport au volume initial d'un lit de matière sèche formé du matériau filtrant. Le matériau filtrant présente également de manière avantageuse Une teneur en matières hydrosolubles comprise entre 2 et 10% en poids par rapport au poids de matériau filtrant. De manière préférée, le matériau filtrant suivant la présente invention comprend une teneur en morceaux de bois torréfié comprise par exemple entre 20 et 100% en poids par rapport au poids de matériau filtrant. La figure 3 illustre une vue en coupe de la cuve d'épuration 5 destinée au traitement des eaux usées selon la présente invention. Cette cuve d'épuration 5 comprend une enceinte de décantation 6 et une enceinte de filtration 7 possédant des parois 8 réalisées dans un matériau inerte ou résistant par rapport à la corrosion comme par exemple du béton, ou un polymère comme du polyéthylène ou du polypropylène. L'enceinte de décantation 6 et l'enceinte de filtration 7 sont séparées par une paroi 9. La cuve d'épuration 5 est en outre munie d'un premier système d'ouverture 10 permettant l'accès à l'enceinte de décantation 6 et d'un deuxième système d'ouverture 11 permettant l'accès à l'enceinte de filtration 7. L'enceinte de décantation 6 comprend une entrée d'eaux usées 12 et une sortie des eaux clarifiées au travers d'un filtre 13. Un tuyau 14 est relié au filtre 13 assurant une communication fluidique entre l'enceinte de décantation 6 et l'enceinte de filtration 7. L'enceinte de filtration 7 comprend un distributeur 15 relié au tuyau

14. Avaniageusement, le distributeur 15 est accroché à une paroi supérieure de l'enceinte de filtration 7 à l'aide d'attaches 16 et 16'. Le distributeur 15 possède en outre une entrée des eaux clarifiées 17. L'enceinte de filtration 7 possède également une sortie d'eaux filtrées 18, entre lesquelles s'étend un lit filtrant 19 comprenant le matériau filtrant selon la présente invention. L'enceinte de filtration 7 comprend également un moyen de répartition des eaux clarifiées, localisé en aval du distributeur 15 et comprenant par exemple un auget basculant (non représenté à la figure 3). Ledit moyen de répartition comprend une pluralité d'orifices de sortie 20, 20' qui aboutissent dans des conduites 21, 21' pour être déversées sur le lit filtrant 19. Les eaux usées entrent dans l'enceinte de décantation 6 via l'entrée d'eaux usées 12. L'enceinte de décantation 6 est agencée pour permettre aux matières solides en suspension de sédimenter dans une zone inférieure 22 de l'enceinte de décantation 6. La phase liquide clarifiée, sort de l'enceinte de décantation 6 au travers du filtre 13 et arrive ensuite dans le distributeur 15 par le tuyau 14 surmontant le distributeur 15. Le tuyau 14 permet l'entrée d'eaux clarifiées dans la cuve de filtration 7. L'enceinte de filtration 7 comprenant ledit lit de matériau filtrant 19 présente une face amont et une face aval selon une direction fluidique de filtration, par paliers. La direction fluidique de filtration est la somme des vecteurs de déplacement 4 des eaux au travers du matériau filtrant. Ces vecteurs de déplacement 4 sont également représentés à la figure 2. Avantageusement, l'entrée d'eaux clarifiées par le tuyau 14 dans l'enceinte de filtration est localisée dans une zone supérieure de ladite enceinte de filtration 7 et ladite sortie d'eaux filtrées 18 est localisée dans une zone inférieure de ladite enceinte de filtration 7. Avantageusement, la communication fluidique entre ladite enceinte de filtration 7 et ladite enceinte de décantation 6 est réalisée au travers d'un distriouteur d'eaux clarifiées 15 qui comprend une pluralité de sorties d'eaux clarifiées 20, 20' et 21, 21', les sorties d'eaux clarifiées répartissant lesdites eaux clarifiées en une pluralité de positions à la face amont du lit filtrant. Lesdites eaux clarifiées passent au travers du lit filtrant 19 selon la direction fluidique de filtration pour donner des eaux filtrées. Les eaux filtrées sont ensuite évacuées par la sortie d'eaux filtrées

18. Préférentiellement, la cuve d'épuration 5 comprend également au moins une tubulure d'alimentation d'un gaz (non représentée à la figure 3) contenant de l'oxygène agencée pour fournir de l'oxygène dans l'enceinte de filtration 7 pour permetire une digestion aérobie par une population bactérienne répartie sur le lit de matériau filtrant 19. De manière avantageuse, le lit de matériau filtrant 19 présente une surface de filtration comprise entre 2 m° et 10 m2.

Avantageusement, lesdites matières solides en suspension qui ont sédimentées dans la zone inférieure 22 de l'enceinte de décantation 6 sont évacuées de l'enceinte de décantation 6 de manière prédéterminée à intervalle régulier.

De manière préférée, les eaux filtrées présentent une demande biochimique en oxygène, DBOs, inférieure ou égale à 20 mgOa..

Préférentiellement, les eaux usées présentent une teneur initiale en ion ammonium et les eaux filtrées, présentent Une teneur en ion ammonium diminuée d'au moins 70% par rapport à la teneur initiale en ion ammonium des eaux usées.

Exemples. - Exemple 1.- Tempéraiure et durée de lorréflaction du bois pour obtenir des morceaux de bois torréfié selon la présente invention Le bois brut provenant de déchets de scierie est préalablement découpé avant séchage en morceaux ayant une granulométrie allant de 3 mm à 10 cm, préférentiellement sous forme allongée. Ce bois découpé est ensuite séché à une température de 80°C pour obtenir un bois découpé séché ayant une humidité inférieure ou égale à 15%.

Après séchage, le bois est torréfié à une température augmentant progressivement par exemple, jusqu'à 240°C et pendant 60 minutes dans une atmosphère réductrice.

Les morceaux de bois torréfié sont ensuite tamisés à l'aide d'un tamis permettant de récolter des morceaux ayant une granulométrie comprise entre 3 mm et 100 mm. Ces morceaux de bois torréfié sont séparés en une première population de morceaux ayant une granulométrie comprise entre 3 mm et 10 mm et une deuxième population de morceaux ayant une granulométrie supérieure à 10 mm et inférieure ou égale à 100 mm.

Exemple 2- Préparation d'un I flhani comprenant des morceaux de bois forréfié selon la présente invention Un lit filtrant expérimental comprenant les morceaux de bois torréfié obtenus à l'exemple 1 est placé dans l'enceinte expérimentale de filtration.

Ce lit filtrant possède un diamètre de 200 mm et une hauteur de lit de 480 mm.

Ce lit filtrant comprend 3,15 kg de matières sèches de morceaux de bois torréfié dont 70 % en masse correspond à la première population de morceaux et 30 % en masse correspond à la deuxième population de morceaux.

La première et la deuxième population de morceaux sont mélangées en vrac dans tout le volume constituant le lit filtrant.

Exemple 3.- Capacité épuratoire en pilote de lest Un pilote de test selon la présente invention ayant un volume de dm et un lit filtrant selon l'exemple 2, possède une capacité de traitement des eaux usées définie par une charge organique journalière nominale de 15 150 |j".EH] et un débit hydraulique journalier nominal de 3,6 | par jour (Li). Le terme « EH » signifie « équivalent habitant ». Ce pilote de test permet d'obtenir des eaux filtrées en sortie de l'enceinte de filtration ayant une charge organique journalière nominale inférieure ou égale à 35 mg/l et une teneur en matières solides en suspension inférieure ou égale à 30 mg/l ou de préférence des concentrations voisines de 20mg/!. Exemple 4.- Comparaison des capacités de rétention volumique d’eau du lit filtrant formé de différents matériaux filtrants On a comparé les capacités volumiques de rétention d'eau des matériaux indiqués dans le tableau 1 en appliquant 23 | d'eau pour 23 dm de — matériau filtrant sous forme d'un lit de 2,875 dm? sur une hauteur de 0,8 M.

On a testé des matériaux filtrants composés de morceaux de bois torréfié provenant de Saniflor (Exemple 4.1), de morceaux de bois torréfié provenant de LMK Energy (Exemple 4.2), de coir de coco (Exemple 4.3), d'écorces de pin (Exemple 4.4) et de coques de noisettes (Exemple 4.5). Tableau 1.-

Numérotation | Types Matériau Granulométrie | Densité d'exemple filtrant moyenne du matériau filtrant Exemple 4.1 Selon Morceaux de | 6,5 mm 196 l'invention bois torréfié kg/m3 (Saniflor) Exemple 4.2 Selon Morceaux de | 6,5 mm 196 l'invention bois torréfié kg/m3 (LMK Energy) Exemple 4.3 Exemple Coir de coco | 4 mm 94 kg/ms CEE leon [07 (TOI Exemple 4.4 Exemple Ecorces de | 3mm 169 PTE (esse on am Exemple 4.5 Exemple Coques de | 10 mm 225 [TE men [rares | [am Pour déterminer la capacité volumique de rétention d'eau, on a immergé un lit filtrant dans un volume d'eau prédéterminé pendant 24h.

Le lit filtrant est ensuite égoutté jusqu'à ce que de l'eau ne s'écoule plus du lit filtrant (masse d'eau stable dans un bac de récupération sur balance). On a ensuite récupéré un volume déterminé de matériau de filtration (inférieur à 5 dm’) gorgé d'eau qu'on a ensuite placé dans une étuve à 110°C pendant 12h.

La quantité d'eau retenue par le matériau de filtration est obtenue par soustraction de la masse de matériau après séchage à l'étuve (110°C, 12h) de la masse initiale de matériau gorgé d'eau (après égouttage) et porté par unité de volume de matériau de filtration.

La figure 4 illustre la capacité volumique de rétention d'eau d'un lit filtrant constitué de morceaux de bois torréfié provenant de Saniflor (Ex 4.1) ou de LMK Energy (Ex 4.2), de coir de coco (Ex 4.3), d'écorces de pin (Ex 4.4), de coques de noisettes (Ex 4.5). La figure 4 montre la capacité volumique de rétention d'eau du lit filtrant représentée en fonction de la hauteur de colonne.

Les matériaux filtrants utilisés dans les exemples 4.1, 4.2 et 4.5 montrent une capacité volumique de rétention d'eau plus faible et Moins variable que les matériaux filtrants utilisés dans les exemples 4.3 et 4.4. Il est important d'avoir une capacité volumique de rétention d'eau supérieure à 5% pour permettre une bonne croissance du biofilm bactérien mais inférieure à 40% pour éviter Une perte d'efficacité de l'aération ou la création de réservoirs propices à la prolifération non contrôlée de biomasse. Un lit filtrant constitué de coir de coco (Ex 4.3) et d'écorces de pin (Ex 4.4) montre une capacité de rétention volumique d'eau plus élevée comparée aux morceaux de bois torréfié (Ex 4.1 et 4.2) et aux coques de noisettes (Ex 4.5). Chaque barre noire à la figure 4 représente une moyenne sur 3 mesures expérimentales. Exemple 5.- Comparalson du fossement hydraulique du lit filtrant formé de différents matériaux filtrants On a comparé le tassement hydraulique de matériaux indiqués dans le tableau 2 en déversant 11,5 L d'eau sur un lit filtrant de 23 | en moins de 5 minutes. On a testé des matériaux filtrants composés de morceaux de bois torréfié provenant de Saniflor (Exemple 4.1) et des écorces de pin (Exemple

4.4). Le tassement hydraulique est mesuré en comparant la hauteur du lit filtrant après déversement d'eau par rapport à la hauteur du lit filtrant de matières sèches avant déversement d'eau. Tableau 2.- Exemple 4.1 Selon l'invention Morceaux de bois Ol La figure 5 illustre le pourcentage de tassement hydraulique pour le matériau filtrant de l'exemple 4.1 et de l'exemple 4.4. Comme illustré à la figure 5, un lit filtrant constitué d'un type d'écorce de pin (Ex 4.4) est plus sensible au à la réorganisation granulaire d'agencement (tassement) qu'un lit fitrant composé de morceaux de bois torréfié (Ex 4.1). Les Morceaux de bois torréfié sont particulièrement résistants au tassement hydraulique car ils possèdent une grande résistance à la compression suite à leur torréfaction. La figure 5 montre pour les exemples 4.1 et 4.2 une moyenne du pourcentage de tassement hydraulique de 3 mesures expérimentales et un écart-type correspondant à chaque moyenne. Exemple 6- Comparaison de lo teneur en matières hydrosolubles de différents matériaux filtrants On a comparé la teneur en matières hydrosolubles de différents matériaux filtrants indiqués dans le tableau 1. Pour déterminer la teneur en matières hydrosolubles d'un matériau filtrant, on a utilisé la technique de Van Soest pour la détermination des constituants pariétaux de végétaux à l'analyse des produits de compostage et litières diverses à usage agronomique en utilisant un solvant aqueux (hi2://ep.oniares.free.fr/aite/Nimÿ/coursé /coursd- 3/resources/Methode7%320- R20Tschnique%20Van%20S0oest%20manuelle7%20e{7%20Fibertec.podf et Van Soest P.J. et Wine R.H., « Determination of lignin and cellulose in acid-detergent liber with permanganate ». J. Assoc. Off. Anal. Chem. 1968, 51 : 780-785).

La figure 6 montre la teneur de matières hydrosolubles de différents matériaux filtrants comme indiqué au Tableau 1. Comme le montre la figure 6, les morceaux de bois torréfié (Ex 4.1 et 4.2) possèdent un pourcentage de matières hydrosolubles de 3 à 3,5%, ce qui est relativement — faible et permet une bonne conservation du matériau filtrant. En comparaison, un matériau filtrant constitué de coir de coco (Ex 4.3) présente un pourcentage de matières hydrosolubles de 13%, ce qui est plus élevé. Les matériaux filtrants riches en matières hydrosoluble sont préférentiellement utilisés en mélange en faible proportion pour un usage avec par exemple du bois torréfié.

La figure 6 montre pour chaque exemple une moyenne de la teneur en matières hydrosolubles de 3 mesures expérimentales et un écart- type correspondant à chaque moyenne.

Exemple 7.- Evolution temporelle de la production de nitrates par la biomasse aérobie contenue dans le lit filtrant formé de différents matériaux filtrants On a comparé l'évolution temporelle de la teneur en nitrates d'eaux filtrées par différents matériaux filtrants indiqués dans le tableau 3. Pour ce faire, la teneur en nitrates des eaux filtrées est mesurée par une méthode photométrique (DMP 1.0-50.0 mg/l! NOz-N) Une fois par semaine. Tableau 3.- Exemple 4.1 Selon l'invention Morceaux de bois torréfié ln Exemple 4.2 Selon l'invention Morceaux de bois torréfié PE | men Comme le montre la figure 7, un lit filtrant constitué de morceaux de bois torréfié (Ex 4.1 et 4.2) permet d'obtenir des eaux filtrées avec une concentration accrue en nitrates au bout de 5 semaines de traitement par rapport au lit filtrant constitué de coir de coco (Ex 4.3) ou d'écorces de pin (Ex

4.4). La production d'ions nitrates (NO3) par nitrification est la résultante de la transformation des ions ammonium. Elle est assurée par des bactéries aérobies. Ainsi, la présence de nitrification est un indice d'une bonne santé biologique du filtre, bien aéré, et d'une dégradation efficace de l'azote NHA. La figure 7 montre pour chaque exemple, et à chaque semaine, une moyenne de la teneur en ions nitrates de 3 mesures expérimentales et un écart-type correspondant à chaque moyenne.

Exemple 8.- Système d'épuration des eaux usées utilisant le matériau filtrant selon la présente invention On a placé le matériau filtrant végétal selon la présente invention dans un dispositif de filtration, une cartouche de filtration, et/ou une tranchée filtrante en aval d'un dispositif d'assainissement non collectif.

La figure 8 montre un système d'épuration des eaux usées d'une habitation 8.0 comprenant : (I) un système de canalisation 8.5, (ii) un dispositif d'assainissement non collectif 8.1, (iii) un dispositif de filtration 8.21 comprenant le matériau filtrant selon l'invention, (iv) un dispositif de rejet des eaux usées dans le milieu superficiel 8.3, (v) Un dispositif d'infiltration, tranchée d'infiltration,

8.4 comprenant le matériau filtrant végétal selon l'invention 8.22. Le dispositif d'assainissement non collectif 8.1 comprend une cuve d'épuration selon la présente invention, le dispositif de filtration 8.21 est une cartouche de filtration placée dans le système de canalisation 8.5. La direction d'écoulement des eaux usées de l'habitation 8.0 est indiquée par les flèches noires aux figures 8 et 9. Les eaux usées sont évacuées par le système de canalisation 8.5 et passent par le dispositif d'assainissement non collectif 8.1 pour subir une première filtration. Ces eaux premièrement filtrées sont ensuite filtrées une IO deuxième fois en passant par la cartouche de filtration 8.21. Les eaux filtrées en sortie de la cartouche de filtration 8.21 peuvent être rejetées dans le milieu superficiel 8.3 et/ou passer par une tranchée de filtration 8.4.

La figure 9 est une forme de réalisation alternative du système d'évacuation des eaux usées d'une habitation 8.0 de la figure 8 où le matériau — filtrant végétal selon la présente invention n'est pas présent dans la tranchée d'infiltration 8.4.

Exemple 9.- Système d'épuration des eaux pluviales et/ou de ruissèiement en Utilisant le matériau filtrant végétal selon la présente invention pour des eaux de pluie issue de surface imperméable de type toiture On a placé le matériau filtrant végétal selon la présente invention dans un ou plusieurs dispositifs de filtration, une ou plusieurs cartouches de filtration, et/ou une tranchée filtrante en amont et/ou en aval d'un ouvrage de gestion (cuve à eaux de pluie) permettant un stockage, un tamponnement et/ou une régulation des eaux de pluie.

La figure 10 montre un système d'épuration des eaux de pluies et/ou eaux de ruissellement d'une habitation 8.0 comprenant : (i) un système de canalisation 8.5, (ii) Un dispositif d'élimination des macrodéchets 10.1, (iii) une cuve à eau de pluie 10.2, (iv) Un dispositif de récupération des eaux de pluie 10.3 associé à une pompe 10.4, (v) un dispositif de rejet des eaux usées (dans cet exemple des eaux de pluie) dans le milieu superficiel 8.3, (vi) un dispositif d'infiltration, tranchée d'infiltration, 8.4 comprenant le matériau filtrant végétal selon l'invention 8.22. Un dispositif d'infiltration comme une cartouche de filtration comprenant le matériau filtrant végétal selon la présente invention est placé en amont 8.23 et en aval 8.21 de la cuve à eau de pluie 10.2. Le dispositif d'élimination des macrodéchets 10.1 est par exemple un filtre en T comprenant un grillage permettant une première fitration des eaux de pluie et retenant les macrodéchets tels que des débris végétaux, des feuilles, etc... La direction d'écoulement des eaux de pluie est indiquée par les flèches noires aux figures 10 à 12. Les eaux de pluie sont évacuées par le système de canalisation 8.5 et passent par le dispositif d'élimination des macrodéchets 10.1 pour subir une première filtration. Ces eaux filtrées sont ensuite filtrées une deuxième fois en passant par la cartouche defiltration 8.23. Les eaux filtrées en sortie de la cartouche de filtration 8.23 sont ensuite stockées dans la cuve à eau de pluie 10.2. Les eaux provenant de la cuve à eau de pluie subissent une filtration additionnelle en passant par une deuxième cartouche de filtration 8.21. Ces eaux sont ensuite rejetées par un dispositif de rejet dans le milieu superficiel 8.3 et/ou ces eaux sont évacuées par une tranchée infiltrante 8.4 comprenant le matériau filtrant végétal selon la présente invention 8.22 et/ou ces eaux sont réutilisées dans l'habitation par le dispositif de récupération des eaux de pluie 10.3. Ce dispositif de récupération des eaux de pluie 10.3 permet notamment de réutiliser les eaux de pluie par exemple pour les sanitaires, pour le lave-linge, le lave-vaisselle, etc... Avantageusement, les dispositifs de filtration, cartouches de filtration 8.21 et 8.23 sont identiques.

La figure 11 est une forme de réalisation alternative du système d'épuration des eaux de pluies et/ou eaux de ruissellement d'une habitation de la figure 10 où le dispositif d'élimination des macrodéchets 10.1 et la cartouche de filtration 8.23 sont intégrés directement en amont de la cuve à eau de pluie 10.2 pour former un dispositif intégré 10.5 de filtration et de stockage d'eau de pluie et/ou de ruissellement.

La figure 12 est une forme de réalisation alternative du système d'épuration des eaux de pluies et/ou eaux de ruissellement d'une habitation dela figure 11 qui ne comprend pas le dispositif de récupération des eaux de pluie 10.3.

La figure 13 est une forme de réalisation alternative du système d'épuration des eaux de pluies et/ou eaux de ruissellement d'une habitation de la figure 12 qui ne comprend pas un système d'évacuation des eaux de pluie et/ou de ruissellement par une tranchée infiltrante 8.4. Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations et d'applications décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Matériau filtrant végétal destiné au traitement des eaux Usées et des eaux pluviales comprenant de la cellulose et de la lignine, ledit matériau filtrant végétal comprenant des morceaux de bois ou des fibres végétales formant une population de morceaux, ladite population de morceaux étant caractérisée par une distribution de tailles de particules comprise entre 3 mm et 100 mm, préférentiellement comprise entre 3 mm et 50 mm, de manière favorable comprise entre 3 mm et 25 mm, et étant transformés thermiquement à une température comprise entre 150°C et 300°C formant une population de morceaux stabilisés thermiquement par exemple une population de morceaux torréfiés.

2. Matériau filtrant selon la revendication 1, dans lequel ladite population de morceaux comprend une première population de morceaux préparés en amont depuis une source de bois ou fibres végétales, par exemple par broyage ou découpage, et présentant une distribution de tailles de particules comprise entre 3 mm et 10 mm et une deuxième population de morceaux présentant une distribution de tailles de particules supérieure à 10 mm et inférieure ou égale à 100 mm, ledit matériau filtrant présente une masse de la première population supérieure à celle de la deuxième population.

3. Matériau filtrant selon la revendication 1 ou la revendication 2, présentant une capacité volumique de rétention d'eau comprise entre 5% et 40%, plus préférentiellement comprise entre 7% et 25% en volume d'eau calculée par rapport au volume d'un lit de matière sèche formé du matériau filtrant et/ou, une capacité en air comprise entre 20% et 70%, plus préférentiellement comprise entre 30% et 60% en volume d'air calculée par rapport au volume d'un lit dudit matériau filtrant.

4. Matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits morceaux stabilisés thermiquement sont choisis dans le groupe des morceaux de bois de hêtre, du bois de pin, du bois de peuplier, du bois de frêne, du bois d'acacia, du bois d'eucalyptus, du bois de résineux, ou des fibres végétales et leurs combinaisons.

5. Matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant en forme de lit filtrant vertical Un volume initial et une résistance à la dégradation lorsqu'il forme un lit de matériau filtrant mesurée par un pourcentage de tassement moyen inférieur à 10%, préférentiellement inférieur à 5%, plus préférentiellement inférieur à 3%, encore plus préférentiellement inférieur à 2%, de manière favorable inférieur à 1% par rapport au volume initial.

6. Matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une teneur en matières hydrosolubles comprise entre 1 et 10%, préférentiellement entre 2 et 6% en poids par rapport au poids de matériau filtrant, principalement torréfié.

7. Matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une teneur en morceaux stabilisés thermiquement formant un matériau primaire comprise entre 20 et 100% en poids par rapport au poids de matériau filtrant et éventuellement un ou des matériaux filtrants additionnels à rôle de correctifs hydrodynamiques ou structurels afin d'apporter une maîtrise complète du matériau primaire, ledit Un ou des matériaux filtrants additionnels pouvant être choisis dans le groupe du Xylit, des coques concassés de fruits à coque, du bois pyrolysé, du bois brut, des fibres végétales et leurs combinaisons.

8. Cuve d'épuration destinée au traitement des eaux usées, ladite cuve d'épuration comprenant: - une enceinte de décantation des eaux usées agencées pour permettre aux matières solides en suspension de sédimenter ou de flotter dans une zone inférieure ou supérieure de l'enceinte de décantation, et comprenant au moins une entrée d'eaux usées et au moins Une sortie d'eaux clarifiées, - une enceinte de filtration comprenant au moins une entrée d'eaux clarifiées, en communication fluidique avec ladite au moins une sortie d'eaux clarifiées de ladite enceinte de décantation, et au moins une sortie d'eaux filtrées, entre lesquelles s'étend un lit filtrant présentant une section amont et une face aval selon une direction fluidique de filtration, ledit lit de matériau filtrant étant caractérisé en ce qu'il comprend le matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications précédentes.

9. Cuve d'épuration selon la revendication 8 dans laquelle ladite au moins une entrée d'eaux clarifiées de l'enceinte de fitration est localisée dans une zone supérieure de ladite enceinte de filtration et ladite au moins une sortie d'eaux filtrées est localisée dans une zone inférieure de ladite enceinte de filtration.

10. Cuve d'épuration selon l'une quelconque des revendications 8 ou la revendication 9, dans laquelle le lit de matériau filtrant présente une surface de filtration comprise entre 1 m? et 15 m2, plus préférentiellement entre 2 m? et 10 m? et possède une hauteur de lit de filtration préférentielement comprise entre 30 cm et 1 m, plus préférentiellement entre 80 cm et 95 cm, de manière préférée de 90 cm.

11. Cuve d'épuration selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans laquelle le lit filtrant comprend préférentiellement ledit matériau primaire mais ledit lit filtrant peut aussi comprendre au moins un matériau filtrant additionnel choisi dans le groupe du Xylit, des coques concassés de fruits à coque, du bois pyrolysé, du bois brut, et des fibres végétales, ledit matériau filtrant et ledit matériau filtrant additionnel étant agencés en mélange ou en couches superposées selon la direction fluidique de filtration.

12. Procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration comprenant une zone de décantation et une zone de filtration comprenant un lit filtrant, ledit lit filtrant présentant une face amont de lit filtrant et une face aval de lit filtrant selon une direction fluidique de fiitration, ledit procédé comprenant les étapes de : - Une admission d'eaux usées dans la zone de décantation, - Une décantation des matières solides en suspension dans la zone de décantation formant un lit de matières solides décantées et une phase liquide clarifiée, - un transfert de la phase liquide clarifiée vers la zone de filtration,

- une répartifion de la phase liquide clarifiée en une pluralité de positions à la face amont du lit filtrant, - une filtration de la phase liquide clarifiée au travers du lit fitrant selon la direction fluidique de filtration avec une obtention d'eaux filtrées, et - Une évacuation des eaux filtrées par au moins une sortie d'eaux filtrées, caractérisé en ce que ledit lit filtrant est Un lit filtrant de matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

13. Procédé d'épuration d'eaux usées selon la revendication 12, comprenant en outre une filtration additionnelle desdites eaux filtrées avant un rejet dans le milieu superficiel par un dispositif de fitration comprenant ledit matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et/ou une filtration additionnelle à l'aide d'une tranchée filtrante comprenant ledit matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

14. Procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration selon la revendication 12 ou la revendication 13, dans lequel les eaux filtrées présentent une demande biochimique en oxygène, DBOs, — inférieure ou égale à 35 mgO:2.l, préférentiellement inférieure ou égale à 20 mgO:2.l, de manière favorable inférieure ou égale à 10 mgOa..

15. Procédé d'épuration d'eaux usées dans une cuve d'épuration selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel les eaux usées présentent une teneur initiale en ion ammonium et les eaux filtrées présentent une teneur en ion ammonium diminuée d'au moins 50%, préférentiellement au moins 60%, de manière favorable au moins 70% par rapport à la teneur initiale en ion ammonium des eaux usées.

16. Procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement comprenant les étapes de : - une collecte des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement,

- une première filtration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement formant des eaux préfiltrées débarrassées des macrodéchets, - une filtration desdites eaux préfiltrées par un premier dispositif de filtration des eaux pluviales pour donner des eaux filtrées, - une collecte des eaux filtrées dans une cuve d'eau de pluie, caractérisé en ce que ledit premier dispositif de filtration des eaux pluviales comprend ledit matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications là7.

17. Procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la revendication 16, dans lequel l'étape de première filtration et de filtration sont réalisées dans un même dispositif.

18. Procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon la revendication 16 ou la revendication 17, dans lequel les eaux filtrées collectées dans la cuve à eau de pluie sont (i) rejetées dans le milieu superficiel et/ou (ii) réutilisées dans des installations domestiques et/ou (ii) évacuées par une tranchée filtrante.

19. Procédé d'épuration d'eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellement selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel les eaux filtrées collectées dans la cuve à eau de pluie sont filtrées par un deuxième dispositif de filtration des eaux pluviales comprenant ledit matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 avant d'être (i) rejetées dans le milieu superficiel et/ou (ii) réutilisées dans des installations domestiques et/ou (iii) évacuées par une tranchée filtrante.

20. Système d'épuration des eaux usées comprenant : - QU moins une cuve d'épuration selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, - Qu moins Un dispositif de traitement d'eau additionnel choisi dans le groupe comprenant : un filtre en T, une cartouche de filtration, une tranchée filtrante, un bac de dégraissage, un système de dégrilage, une surface d'infiltration par percolation, et leurs combinaisons,

dans lequel ledit au moins un dispositif de traitement d'eau additionnel est intégré en amont et/ou en aval de ladite au moins une cuve d'épuration ou dans lequel ledit au moins un dispositif de traitement et/ou de stockage d'eau additionnel est séparé et positionné en amont et/ou en aval de ladite au moins une cuve d'épuration.

21. Système d'épuration des eaux pluviales et/ou des eaux de ruissellements comprenant : - Au moins un dispositif de traitement d'eau choisi dans le groupe comprenant : une cartouche de filtration, une tranchée filtrante, un bac de dégraissage, Un système de dégrillage, une surface d'infiltration par percolation, et leurs combinaisons, - Qu moins Un dispositif de traitement d'eau additionnel choisi dans le groupe comprenant : un filtre en T, une cartouche de fitration, une tranchée filtrante, une cuve d'épuration, un bac de dégraissage, un système de dégrillage, une surface d'infiltration par percolation, et leurs combinaisons, - Qu moins un dispositif de stockage et/ou de tamponnage et/ou de régulation d'eau.

dans lequel ledit au moins Un dispositif de traitement d'eau et/ou ledit au moins un dispositif de traitement additionnel est intégré en amont et/ou en aval dudit au moins Un dispositif de stockage et/ou de tamponnage et/ou de régulation d'eau, ou dans lequel ledit au moins un dispositif de traitement d'eau et/ou ledit au moins Un dispositif de traitement additionnel est séparé et positionné en amont et/ou en aval par rapport audit au moins un dispositif de stockage et/ou de tamponnage et/ou de régulation d'eau, ledit système étant caractérisé en ce que ledit au moins un dispositif de traitement d'eau et/ou ledit au moins un dispositif de traitement d'eau additionnel comprend le matériau filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.