FR3041954A1 - Installation d'epuration d'effluent avec gestion aeraulique des flux hydrauliques, et procede associe - Google Patents

Abstract

Installation d'épuration d'effluent, tel que des eaux usées d'origine domestique, comprenant : - un pré-décanteur (2), présentant une entrée (5) d'effluent brut, - un réacteur biologique (3), renfermant un lit bactérien et des moyens d'oxygénation dudit lit bactérien, - un clarificateur (4), comportant une sortie (6) d'effluent épuré, - des moyens de passage d'effluent du pré-décanteur vers le réacteur biologique, dénommés moyens d'égalisation, des moyens de passage d'effluent dudit réacteur biologique vers le clarificateur et des moyens de recirculation d'au moins une partie de l'effluent depuis le clarificateur (4) vers le pré-décanteur (2), caractérisée en ce que lesdits moyens de passage d'effluent et de recirculation sont des moyens de circulation en continu de l'effluent entre les différentes chambres. Ces dits moyens de circulation d'effluent sont des moyens "aérauliques", avantageusement couplés aux moyens d'oxygénation du réacteur biologique. Procédé de gestion aéraulique des flux hydrauliques dans l'installation d'épuration.

Description

La présente invention concerne le domaine des installations d'épuration d'eaux usées, notamment le domaine des installations d'épuration individuelles ou semi-collectives. L'invention concerne plus particulièrement une installation d'épuration d'effluent, tel que des eaux usées d'origine domestique, comprenant : - une chambre de pré-décantation, dénommée pré-décanteur, comportant une entrée d'effluent brut, - une chambre formant réacteur d’épuration biologique, dénommé ci-après réacteur biologique, renfermant plus particulièrement un lit bactérien et des moyens d’oxygénation dudit lit bactérien, - - une chambre de clarification finale, dénommée clarificateur, comportant une sortie d'effluent épuré, - des moyens de passage d'effluent de la chambre de pré-décantation au réacteur biologique, dénommés moyens d’égalisation, et des moyens de passage d’effluent dudit réacteur biologique au clarificateur.

De manière classique, les particules en suspension présentes dans ces eaux usées se déposent dans le pré-décanteur, puis la matière organique est dégradée par les micro-organismes du réacteur biologique. L'effluent est ensuite soumis à une nouvelle étape de décantation dans le clarificateur. Enfin l'effluent traité est évacué hors de l'installation.

Une telle installation, pouvant se présenter sous la forme d'une station d'épuration compacte incluant les chambres décrites ci-dessus, et utilisable pour permettre l'épuration et l'assainissement des eaux usées domestiques dans les zones non desservies par un réseau collectif d'assainissement, a notamment été décrite dans le brevet FR 2 971 949 B1. Cette installation comprend en outre des moyens de relevage de l'effluent épuré vers la sortie du clarificateur et des moyens de pilotage permettant de déclencher le relevage d'au moins une partie de l'effluent. Afin de déterminer le moment de la vidange des boues de l’installation, celle-ci comprend également des moyens de détermination du volume d’effluent évacué à chaque phase de relevage et de comptage du nombre de phase de relevage déclenchées, les instructions adaptées étant implémentées dans le système électronique et informatique formant les moyens de pilotage.

Ces moyens de relevage et de pilotage nécessitent la présence d’un ensemble complexe comprenant notamment des capteurs, des automatismes, un système électronique et informatique pour commander et réguler l’ouverture et la fermeture des vannes correspondantes en fonction des flux d’effluent dans les différentes chambres de l’installation. Un tel dispositif est soumis à un entretien et à la réparation de pannes éventuelles, nécessitant en particulier l’intervention du service après-vente de l’installateur, ce qui constitue une contrainte et des coûts importants pour une telle installation de petite capacité (quelques équivalents-habitants).

Un premier but de l’invention est de pallier les inconvénients ci-dessus en proposant une installation d’épuration d’eaux usées à fonctionnement simplifié, de préférence en minimisant, voire en supprimant, les moyens de relevage séquentiel de l’effluent épuré en sortie de l’installation et les moyens de pilotage électronique d’un tel relevage d’effluent, comme décrit ci-dessus, de manière en particulier à en minimiser l’entretien, à réduire les pannes éventuelles et à diminuer ses coûts de fonctionnement.

Un autre but de l’invention est de proposer une conception particulière d’une installation d’épuration d’eaux usées permettant de gérer le flux de sortie de l’effluent épuré sans à-coup, quel que soit le flux d’entrée d’effluent brut dans ladite installation.

Ces buts, ainsi que d’autres sont atteints par l’installation d’épuration d’effluent, selon la présente invention. A cet effet l’invention propose une installation d'épuration d'effluent, tel que des eaux usées d'origine domestique, comprenant : - une première chambre de décantation, appelée pré-décanteur, présentant une entrée d'effluent brut, - une chambre formant réacteur d’épuration biologique, dénommé ci-après réacteur biologique, renfermant un lit bactérien et des moyens d’oxygénation dudit lit bactérien, - une seconde chambre de décantation ou clarification finale, dénommée clarificateur, comportant une sortie d'effluent épuré, - des moyens de passage d'effluent du pré-décanteur vers le réacteur biologique, dénommés moyens d’égalisation, des moyens de passage d’effluent dudit réacteur biologique vers le clarificateur et des moyens de recirculation d’au moins une partie de l’effluent depuis le clarificateur vers le pré-décanteur, caractérisée en ce que lesdits moyens de passage d’effluent et de recirculation sont des moyens de circulation en continu de l’effluent entre les différentes chambres.

Non seulement tous les transferts d’effluent d’une chambre amont vers une chambre aval s’opèrent alors selon un régime continu, mais également la recirculation d’au moins une partie de l’effluent depuis le clarificateur vers le pré-décanteur. En sortie d’installation, la sortie d’effluent épuré du clarificateur peut alors être une sortie gravitaire, sans nécessiter de moyens de relevage. Dans les installations d'épuration individuelles ou semi-collectives, l’effluent épuré est généralement évacué directement dans le milieu naturel, c'est-à-dire sans connexion à un réseau d'eaux usées, par épandage dans le sol environnant l’installation : un débit continu en sortie du clarificateur permet d'améliorer la répartition et la diffusion dans le sol de cet effluent épuré.

La recirculation d’une partie de l’effluent du clarificateur vers le pré-décanteur permet notamment de réaliser une nitrification et une dénitrification complète de la charge polluante quelle que soit la charge à traiter.

De préférence, lesdits moyens de passage de l’effluent du pré-décanteur vers le réacteur biologique, c'est-à-dire les moyens d'égalisation, et les moyens de recirculation du clarificateur vers le pré-décanteur sont des moyens "aérauliques", avantageusement couplés aux moyens d’oxygénation du réacteur d’épuration biologique.

Ainsi la gestion des flux de l’effluent entre les différentes chambres est une gestion aéraulique des flux, sans recours à des systèmes complexes de pilotage électronique. La gestion en est considérablement simplifiée.

Par moyens "aérauliques", on entend ici des dispositifs d'entraînement d'un flux de liquide par un gaz, tel que de l'air, par exemple des dispositifs dénommés "air lift".

Plus particulièrement, lesdits moyens d’égalisation peuvent comprendre une colonne, dénommée colonne d’égalisation, qui présente une entrée d'alimentation en effluent du pré-décanteur et qui est munie de moyens d'injection de gaz pressurisé, tel que de l'air comprimé, permettant, par injection dudit gaz dans ladite colonne, d'entraîner l'effluent vers le réacteur biologique.

De même lesdits moyens de recirculation peuvent comprendre une colonne, dénommée colonne de recirculation, qui présente une entrée d'alimentation en effluent du clarificateur et qui est munie de moyens d'injection de gaz pressurisé, tel que de l'air comprimé, permettant, par injection dudit gaz dans ladite colonne, d'entrainer l'effluent vers le pré-décanteur.

La colonne d'égalisation et/ou colonne de recirculation est avantageusement logée dans un tube, dénommé tube de protection, ouvert à ses deux extrémités, en vue de protéger l’entrée d'alimentation en effluent de ladite colonne.

Avantageusement, les moyens d'injection de gaz pressurisé dans ladite colonne d’égalisation et/ou de la colonne de recirculation sont des moyens d'injection directement connectés à l'alimentation en air comprimé du réacteur biologique. Ainsi l’air comprimé utilisé est le même que celui servant à l’oxygénation du lit bactérien du réacteur biologique. Ainsi, l'installation n'utilise qu'une seule alimentation en air comprimé et aucune autre source d’énergie n’est alors nécessaire. A cet effet, les moyens d’injection de gaz peuvent comprendre une pompe reliée à un distributeur multi-voies, connectés respectivement aux moyens d’oxygénation du réacteur biologique, aux moyens d’injection de gaz de la colonne d’égalisation et aux moyens d’injection de gaz de la colonne de recirculation.

Les voies dudit distributeur présentent des conduits d’injection ou des orifices de sortie configurés pour permettre la régulation des flux de gaz pressurisé et ainsi la circulation en continu de l’effluent entre les différentes chambres de l’installation, l’injection d’air dans lesdites colonnes d’égalisation et de recirculation étant permanente. Ces conduits ou orifices peuvent être de sections différentes, les débits d’air, nécessaires dans la colonne d’égalisation et la colonne de recirculation, ainsi que pour l’oxygénation du lit bactérien, pouvant être différents.

Pour éviter les retours d’effluent dans lesdites colonnes et permettre un écoulement régulier dudit effluent liquide, la sortie d’effluent de la colonne peut comporter une chambre de décompression.

Cette chambre de décompression, donc disposée en aval de ladite colonne, permet avantageusement de séparer l’effluent liquide du gaz ayant servi à le monter le long de la colonne.

La présente invention concerne également un procédé de gestion des flux hydrauliques entre les différentes chambres d'une installation d'épuration d'effluent telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste en une gestion aéraulique desdits flux hydrauliques entre lesdites chambres. L’invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d’exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de dessus d’une installation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus de l’installation de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective de dessus des éléments centraux de l’installation de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de côté d’une colonne d’égalisation ou de recirculation, équipée d’une chambre de décompression, d’effluent de l’installation selon l'invention ; - la figure 4A est une vue de dessus de la chambre de décompression de la figure 4 ; - la figure 5 est une vue de côté de la colonne de la figure 4 positionnée dans son tube protecteur ; - la figure 6 est une vue du boîtier distributeur d’air comprimé, à l’état ouvert, de l’installation selon l'invention ; - la figure 6A est une vue de côté d’un embout de connexion d’un conduit d’air comprimé du distributeur de la figure 6 et la figure 6B une vue, selon la flèche F, de l’embout de la figure 6A.

En référence aux figures et comme rappelé ci-dessus, l’invention concerne une installation 1 d’épuration d’effluent, tel que des eaux usées d’origine domestique.

Ladite installation comprend une première chambre de décantation 2 appelée pré-décanteur présentant une entrée 5 d'effluent brut, une chambre formant réacteur d'épuration biologique, dénommée ci-après réacteur biologique 3, et une seconde chambre de décantation ou clarification finale, dénommée clarificateur 4, comportant une sortie 6 d'effluent épuré.

Cette installation comprend également des moyens de passage d'effluent entre les différentes chambres, à savoir : -des moyens de passage d'effluent de la chambre de pré-décantation 2 vers le réacteur biologique 3, dénommés moyens d'égalisation 21, -des moyens de passage 31 d'effluent du réacteur biologique 3 vers le clarificateur 4, -des moyens de recirculation 41 d'au moins une partie de l'effluent depuis le clarificateur 4 vers le pré-décanteur 2.

Le réacteur biologique 3 renferme un lit bactérien 32 et des moyens d'oxygénation dudit lit bactérien comprenant une alimentation en air comprimé et se terminant notamment par des rampes 33 d'oxygénation disposées au-dessous du lit bactérien.

Dans l'exemple illustré aux figures, l'installation 1 se présente sous la forme d'une cuve 7 cylindrique, ici de section circulaire, dont la face supérieure peut être refermée par un couvercle (non représenté) muni d'une trappe d'accès.

Les différentes chambres 2, 3, 4 sont délimitées à l'intérieur de ladite cuve 7 par deux parois transversales 8, 9 écartées l'une de l'autre. Lesdites parois transversales 8, 9 (ici parallèles) délimitent entre elles le réacteur biologique 3.

Le pré-décanteur 2 est ménagé entre une partie de la paroi périphérique de la cuve 7 et la première paroi transversale 8. Le clarificateur 4 est ménagé entre une autre partie de la paroi périphérique de la cuve 7 et la seconde paroi transversale 9.

Selon un mode de réalisation particulier, non illustré aux figures, il peut être prévu que le pré-décanteur soit entouré par le réacteur biologique lui-même entouré par le clarificateur. Ainsi, les différentes chambres de l'installation peuvent présenter une configuration telle que celle décrite dans le brevet FR 2.966.143.

Le lit bactérien 32 est avantageusement un lit bactérien fixé immergé comportant un matériau support alvéolaire 16, schématisé ici sous la forme de cylindres verticaux, en dessous desquels sont disposées les rampes 33 d'oxygénation, schématisées en pointillés sur la figure 2.

Ces moyens d'oxygénation sont placés dans le fond du réacteur au-dessous du lit bactérien pour introduire de l'air permettant la croissance et le développement des micro-organismes en milieu aérobie en vue de l'épuration des composés carbonés et azotés de l'effluent à épurer.

Le support alvéolaire est constitué, ici, de structures tubulaires à grosses mailles disposées verticalement et au-dessous desquelles sont disposées les rampes 33 d'aération permettant de générer à la base de cette structure support un flux de microbulles verticales de bas en haut ainsi qu'un phénomène de convection de l'effluent autour de ces supports.

Le clarificateur 4 comprend des moyens de recirculation 41 d'au moins une partie de l'effluent depuis le clarificateur 4 vers le pré-décanteur 2. Ces dits moyens de recirculation 41 sont configurés pour permettre de renvoyer au moins une partie de l'effluent.

Les moyens de recirculation 41 et les moyens d'égalisation 21 sont avantageusement de conception identique. Seuls ces derniers sont représentés et décrits en détail sur les figures 4 et 5.

Comme schématisé aux figures 4 et 5, lesdits moyens d'égalisation 21 comprennent une colonne, dénommée colonne d'égalisation 22, qui présente dans sa partie basse une entrée d'alimentation 23 en effluent et des moyens d'injection 24 de gaz pressurisé juste au-dessus de l'extrémité d'entrée d'alimentation 23 en effluent d'égalisation.

La partie haute de la colonne 22 d'égalisation débouche dans la partie supérieure d'une chambre de décompression 26 munie d'au moins un orifice 27 d'évacuation de gaz. L'effluent s'évacue ensuite par gravité par le conduit d'évacuation 28.

La colonne 22 ainsi que les moyens d'injection d'air 24 sont entourés d'un tube protecteur 50 ouvert à ses deux extrémités. L'extrémité basse 51 de ce tube protecteur 50 est de forme conique pour collecter les boues éventuelles. Ce tube protecteur 50 est muni d'une ouverture latérale avantageusement équipée d'une branche coudée 52 dirigée vers le bas afin de ne pas recueillir des éléments surnageants en surface du niveau du liquide 20.

Cette branche coudée 52 peut être équipée, au niveau de son embouchure, d'une grille 53 pour écarter les matériaux particulaires. L'entrée d'alimentation 23 en effluent d'égalisation de la colonne d'égalisation 22 est positionnée entre la branche coudée 52 du tube de protection 50 et l'extrémité conique 51 inférieure de celui-ci comme illustré à la figure 5.

Les moyens de circulation 41 sont similaires aux moyens d'égalisation 21 présentés ci-dessus.

Le conduit d'évacuation 28 d'effluent de la colonne d'égalisation débouche dans le réacteur biologique 3 et le conduit similaire d'évacuation d'effluent de la colonne de recirculation se prolonge jusqu'au pré-décanteur pour faire déboucher l'effluent issu du clarificateur dans le pré-décanteur.

Les moyens d'injection de gaz pressurisé, tel que l'air comprimé, dans à la fois la colonne d'égalisation et la colonne de recirculation sont connectés aux moyens d'oxygénation du réacteur biologique par l'intermédiaire d'un boîtier distributeur 10 placé, de préférence, en partie supérieure de l'une des parois 8 ou 9 de cloisonnement de l'installation, tel que schématisé sur les figures 1, 2 et 3.

Ce boîtier 10 renferme un distributeur multi-voies recevant, via le conduit 11, de l'air comprimé et le distribuant dans les différents conduits d'injection d'air : le conduit 12 d'injection d'air en direction de la colonne 21 d'égalisation, le conduit 13 d'injection d'air vers la rampe d'oxygénation 33 et le conduit 14 d'injection d'air vers la colonne 41 de recirculation.

De préférence, l'arrivée de cet air comprimé est filtrée au moyen d'une cartouche filtrante 15, comme schématisé sur la figure 6.

Des conduits 12 et 14 sont avantageusement équipés d'embout de connexion 17 comportant chacun un orifice 18 de diamètre préalablement défini correspondant au débit souhaité dans les conduits d'injection respectifs et donc dans les colonnes d'égalisation et de recirculation.

Ce distributeur ne présente aucun élément électrique interne et permet de s'affranchir des automatismes et des systèmes de temporisation ainsi que des électrovannes. L'alimentation centralisée de l'air et sa répartition aux différents sites d'injection ne nécessite pas d'autres sources d'énergie, ni de capteur, ni d'électrovanne...

Ainsi, aucune partie électrique ne se retrouve dans l'installation. En fonctionnement de routine, l'ensemble de l'installation peut alors être géré par uniquement l'injection d'air comprimé en continu sans intervention de l'opérateur. Seul une pompe ou un sur-presseur placé à l'extérieur de l'installation permet d'assurer l'alimentation en air comprimé de l'ensemble.

Les moyens d'égalisation, les moyens de recirculation et les moyens de relevage munis de moyens d'injection d'air qui permettent l'entraînement de l'effluent hors desdites chambres correspondantes, sont couramment appelés "air lift".

Les moyens de passage du pré-décanteur au réacteur et/ou les moyens de passage du réacteur au clarificateur peuvent être réalisés par des moyens de surverse.

La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Installation (1) d'épuration d'effluent, tel que des eaux usées d'origine domestique, comprenant : - une première chambre de décantation, appelée pré-décanteur (2), présentant une entrée (5) d'effluent brut, - une chambre formant réacteur d’épuration biologique, dénommé ci-après réacteur biologique (3), renfermant un lit bactérien (32) et des moyens d’oxygénation dudit lit bactérien, - une seconde chambre de décantation ou clarification finale, dénommée clarificateur (4), comportant une sortie (6) d'effluent épuré, - des moyens de passage d'effluent du pré-décanteur vers le réacteur biologique, dénommés moyens d’égalisation (21), des moyens de passage d’effluent dudit réacteur biologique vers le clarificateur et des moyens de recirculation (41) d’au moins une partie de l’effluent depuis le clarificateur (4) vers le pré-décanteur (2), caractérisée en ce que lesdits moyens de passage d’effluent et de recirculation sont des moyens de circulation en continu de l’effluent entre les différentes chambres.
2. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de passage de l'effluent du pré-décanteur (2) vers le réacteur biologique (3), dénommés moyens d'égalisation (21), et les moyens de recirculation (41) entre le clarificateur (4) et le pré-décanteur (2) sont couplés aux moyens d’oxygénation du réacteur d’épuration biologique.
3. 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la sortie d’effluent épuré du clarificateur (4) est une sortie gravitaire.
4. 4. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'égalisation (21) comprennent une colonne, dénommée colonne d’égalisation (22), qui présente une entrée d'alimentation en effluent du pré-décanteur (2) et qui est munie de moyens d'injection de gaz pressurisé, tel que de l'air comprimé, permettant, par injection dudit gaz dans ladite colonne, d'entrainer l'effluent vers le réacteur biologique (3).
5. 5. Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de recirculation (41) comprennent une colonne, dénommée colonne de recirculation, qui présente une entrée d'alimentation en effluent du clarificateur et qui est munie de moyens d'injection de gaz pressurisé, tel que de l'air comprimé, permettant, par injection dudit gaz dans ladite colonne, d'entrainer l'effluent vers le pré-décanteur.
6. 6. Installation selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la colonne d'égalisation et/ou la colonne de recirculation est logée dans un tube, dénommé tube de protection (50), ouvert à ses deux extrémités, en vue de protéger l’entrée d'alimentation en effluent de ladite colonne.
7. 7. Installation selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la sortie d’effluent de la colonne d'égalisation et/ou de la colonne de recirculation comporte une chambre de décompression (26).
8. 8. Installation selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les moyens d'injection de gaz pressurisé dans ladite colonne d'égalisation (22) et/ou de ladite colonne de recirculation, sont des moyens d’injection directement connectés à l'alimentation en air comprimé du réacteur biologique (3).
9. 9. Installation selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que les moyens d’injection de gaz comprennent une pompe reliée à un distributeur multi-voies, connectés respectivement aux moyens d’oxygénation du réacteur biologique (3), aux moyens d’injection de gaz de la colonne d’égalisation (22) et aux moyens d’injection de gaz de la colonne de recirculation.
10. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les voies dudit distributeur présentent des conduits d’injection (ou orifices de sortie) configurés pour permettre la régulation des flux et la circulation en continu de l’effluent entre les différentes chambres de l’installation.
11. 11. Procédé de gestion des flux hydrauliques entre les différentes chambres d'une installation d'épuration d'effluent selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce qu'il consiste en une gestion aéraulique desdits flux hydrauliques entre lesdites chambres.