FR3117479A1 - Colonnes de remédiation pour le traitement des eaux polluées - Google Patents
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Abstract
Dispositif de remédiation pour améliorer l'élimination du nitrate, du phosphore et des micropolluants dans des eaux polluées. L'invention concerne des colonnes rechargeables qui utilisent des materiaux en vrac poreux pour améliorer la dénitrification et / ou l'adsorption dans les plans d'eau pauvre en carbone organique. Les colonnes sont installées dans l'eau polluée. Ils fournissent des surfaces verticales similaires en qualité aux sédiments de fond, mais optimisées pour la croissance microbienne anoxique ou / et pour l'adsorption. Des matériaux organiques, en particulier des matériaux biodégradables et instables comme le carton et la paille, sont supporté par le dispositif. Les recharges sont effectué sans couper la végétation ni changer le niveau de l'eau. L'appareil permet de produire des nouveaux matériaux pour l'économie circulaire. Une variante du dispositif comprend également un pair anode / cathode d'améliorer des fonctions microbiennes. L'utilisation principale est le traitement les eaux riches en nitrates et pauvres en carbone organique, en particulier 1) les effluents des stations d'épuration pour un traitement complementaire, 2) la pollution agricole, 3) les eaux pluviales et 4) des eaux naturelles. L'appareil est idéale pour les filtres plantés artificiels. Figure pour l’abrégé : Fig. 5.
Description
La présente invention concerne un dispositif pour le traitement des eaux polluées. Plus spécifiquement, il s'agit des colonnes de remédiation pour l'élimination des nutriments et des micropolluants. Les cibles de traitement sont les eaux pauvres en carbone organique, plus précisément 1) les effluents des stations d'épuration pour un traitement complémentaire; 2) les eaux agricoles; 3) les eaux pluviales et 4) les eaux des ruisseaux, rivières et lacs.
Les eaux pauvres en carbone organique sont une cause majeure de la pollution des eaux naturelles. Le plus notamment, une faible concentration du carbone organique peut limiter l'élimination des nitrates. Par example, les eaux usées municipales traitées transportent encore des nitrates, des phosphates et des micropolluants dans les eaux réceptrices. Les eaux agricoles transportent les nutriments, les pesticides et les herbicides à partir de l'agriculture. Les eaux pluviales mobilisent le pétrole, la graisse et les micropolluants dans les zones urbaines. Les débordements d'égouts combinés peuvent être traités dans une filtre planté de roseaux, mais génèrent des eaux pauvres en carbone organique avec des lessivages de nitrates (Dotro et al.2017, Pálfy et al.2017). De plus, les eaux des ruisseaux, des rivières et des lacs polluées par nitrate ou/et phosphate pourrait être categorisées comme pauvre en carbone organique. Afin d'améliorer la qualité des eaux naturelles, les pouvoirs publics doivent se doter des nouvelles méthodes d'interception des flux. Cela nécessitera des traitements applicables dans les zones reculées et des solutions à faibles coûts d'exploitation pour toutes les pollutions ponctuelles et non ponctuelles (diffuses).
Les eaux pauvres en carbone organique peuvent être traitées par des filtres plantés de roseaux (FPR). Les FPR sont des écosystèmes artificiels qui optimisent les processus naturels liés à l'activité microbienne, aux plantes et aux matériaux poreux (Vymazal 2007). La communauté scientifique a développé des typs des FPR diverses, pour un traitement efficace aux faibles coûts d'exploitation. Les FPR sont diversifiées en conséquence. La caractéristique commune est qu'elles traitent les eaux avec un apport énergétique faible ou nul (Fonder et Headley 2013). Les eaux ciblées comprennent toutes les eaux énumérées précédemment.
Les FPR pour l'élimination des nitrates (Kadlec 2012) ont des zones anoxiques et des sources internes de carbone organique. Les FPR à écoulement de surface (lagunages plantés - LP) ont des zones anoxiques quelques millimètres sous la surface de leurs sédiments. Les ions nitrate sont transportés par le mouvement de l'eau et par la diffusion. L'eau est aérobie, donc les bactéries des sédiments consomment d'abord l'oxygène, puis le nitrate. Le potentiel redox diminue rapidement (Mitsch et Gosselink 2008). Les organismes aquatiques morts et les exsudats racinaires sont la source de carbone organique. L'enlèvement du nitrate est davantage fonction de la superficie de l'interface eau-sédiment que du volume du FPR. Les bioréacteurs carbonés (BC) sont une autre téchnologie des FPR efficace à l'élimination de nitrate. Les BC sont des lits d'écoulement souterrains, où l'eau s'écoule dans les pores de copeaux de bois. Le milieu carboné perd sa masse organique et supporte un environnement anoxique et du carbone organique pendant plusieurs années. Les ions nitrate sont transportés principalement avec l'écoulement. Les bioréacteurs carbonés sont construits avec des coupeaux de bois, un matériau stable et durable, afin que 1) la stabilité structurelle des coupeaux aide à éviter le colmatage et 2) l'échange de polluants, où le nitrate est éliminé, mais un excès de carbone organique dissous s'échappe du lit filtrant, peut être évité (Partheeban et Trooien 2014).
Les lagunages platnés (LP) éliminent également le phosphore. Les processus d'élimination sont différents pour les formes de phosphore en suspension et dissoutes. Les formes en suspension sont éliminées par filtration par la végétation et par sédimentation. L'orthophosphate dissous (PO4) est éliminé par précipitation, floculation et sédimentation. Le phosphore est stocké dans les sédiments. Les autres FPR qui éliminent l'orthophosphate dissous (PO4) des eaux pauvres en carbone ont un écoulement souterrain. Un média filtrant spécial avec une capacité d'adsorption élevée (par exemple l'apatite) est utilisé. Néanmoins, les sites d'adsorption sont limités et le média filtrant doit être remplacé tous les un ou deux ans. Un média adsorbant qui élimine les micropolluants inorganiques comme les métaux lourds, par ex. le charbon actif, doit être remplacé similairement (Dotro et al. 2017; Gill et al. 2017).
L'application d'un média carboné organique ou d'un material adsorbant nécessitent des remplacements ou des rajouts périodiques. Plusieurs exemples existent dans l'art antérieur des "materiaux dans des conteneurs remplaçables" et des "systèmes des materiaux remplaçables", dans lesquels de l'eau polluée passe à travers, et / ou entre en contact, avec des milieux de traitement poreux et perméables. Des exemples incluent Kania et al. (Brevets US n ° 8 287 728 et 8 372 277), Kent (US 7 470 362), Rainer (US 5 595 652) et KR101295313. Ni l'échange des matériaux carbonés ou adsorbants est détaillé, bien qu'un échange ou un rajout facile soit une condition préalable. Un systéme optimisé pour un échange ou rajout pendant le fonctionnement serait avantageux pour une pluralité de raisons. An autre part, l'art antérieur peut comprendre les brevets de FPR dans lesquels les FPR sont exploitées comme des piles microbienne pour une variante du présent dispositif. US10099950 et US 2006/0147763 décrivent un système bioélectrique avec un écoulement intérieur, et US9149845 un système bioélectrique pour dépolluer des sédiments. Les piles microbiennes des filtres plantés sont connues pour améliorer l'activité biologique et l'élimination des matières organiques, de l'ammonium et du nitrate, même si la production d'énergie est minime (Xu et al.2018, Wang et al.2016).
Kania et al. (US Pat. N ° 8 287 728) est l'art le plus proche de la présente invention. Le brevet décrit un dispositif de traitement qui est une structure élevée ("swale" en anglais). Ce dispositif a une extérieure souple épaisse et un intérieur poreux, et peut avoir des cavités cylindriques découpées verticalement dans l'intérieur. Le dispositif peut être installée dans un canal de façon que de l'eau traverse lui. L'appareil offre une zone intérieure qui filtre les particules en suspension de l'eau et sert de surface de croissance pour les bactéries. Bien que cet appareil semble adapté à une utilisation dans les canaux, il n'est évidemment pas efficace sans le flux qui le traverse. La coque extérieure est compressible et son épaisseur est susceptible de ralentir la diffusion des polluants de l'eau vers les surfaces actives sans le flux. De plus, l'appareil manque une point de connexion résistant ou une cadre pour des échanges fréquents et rapides pendant le fonctionnement (par exemple tous les six ou douze mois).
Bien que les lagunages plantés (LP) et les bioréacteurs carbonés (BC) soient tous deux utiles pour le traitement de l'eau riche en nitrate et pauvre en carbone, chacun présente de nombreux inconvénients. Un inconvénient partagé est que les matériaux ne peuvent pas être échangés sans détruire l'écosystème (l'appareil). En plus, les lagunages plantés doivent être vastes en raison du faible taux de dénitrification. L'eau doit être peu profonde pour un traitement efficace. L'interface eau-sédiment (les zones anoxiques) doit être proche de toutes les parties du plan d'eau. En contrepartie, la faible profondeur diminue le volume de stockage. En conséquence, l'efficacité du traitement diminue lorsque des grands volumes d'eau entrent. La raison de la baisse d'efficacité est une diminution du temps de rétention hydraulique. Des exemples sont les écoulements agricoles pendant la pluie (nplcit8) et les prélèvements des eaux des réacteurs RBS en sortie. Les bioréacteurs carbonés ont aussi leurs inconvénients. Le carbone organique dissous et l'ammonium peuvent s'échapper si la charge hydraulique et / ou la concentration de nitrate est faible (Healy et al. 2012). Trouver un équilibre entre une bonne efficacité d'élimination des nitrates et éviter l'échange de polluants est difficile. Un autre inconvénient est que l'espace poreux ne peut pas avaler des débits de pointe.
Les matériaux qui se dégradent rapidement, par exemple le carton ou le foin, sont connus pour favoriser l'élimination des nitrates. Ces matériaux supportent des taux de dénitrification élevés en raison d'une libération rapide de carbone organique. Healy et al. (2012) ont testé ces matériaux et ont rapporté les taux de dénitrification les plus élevés pour le foin et le carton. Avec un prix du carton et du foin avantageux, des applications à grande échelle seraient intéressantes. Néanmoins, ces matériaux ne peuvent pas fournir une longévité pour des FPR, et les faiblesses énumérées dans le paragraphe précédent seraient amplifiées. Une seconde limitation plus générale du matériau carboné, en particulier du matériau carboné à dégradation rapide, apparaît dans les scénarios où une filtration est nécessaire. Les matériaux carbonés sont connus pour changer de masse et / ou de volume au cours de la dégradation (Partheeban et Trooien 2014). De tels changements peuvent conduire à un colmatage et / ou à un flottement dans le filtre, où le colmatage est manifestement indésirable, et le flottement ouvre un chemin d'écoulement près du fond, et est également indésirable. Les changements structurels rendent les matériaux carbonés indésirables pour filtration ou comme déflecteur, y compris les applications introduit dans les brevets décrits ci-dessus en tant qu'art primaire.
Les problèmes des changements fréquents et de stabilité du matériau sont résolus par les caractéristiques fournies dans la description de la présente invention. Les colonnes de remédiation seront présentées comme colonnes modulaires. Une variante non modulaire et plus simple sera décrit en fin.
Solution technique
La présente invention propose un dispositif qui remédie aux inconvénients présentés ci-dessus. L'appareil peut être installé dans l'eau aérobie des étangs, des rivières, des lagunages plantés (LP) et des canaux. Une fois installé, le dispositif améliore l'élimination des polluants dans les eaux pauvres en carbone orgnaique, en particulier, il améliore l'élimination des nitrates, des phosphates et des micropolluants. Le dispositif permet d'utiliser des matériaux carbonés instables en vrac, et une rechargement fréquent. Le dispositif est installé et rechargé sans l'arrêt le traitement ou même si la possibilité n'existe pas de réglementer le niveau d'eau.
L'invention est basée sur la prise de conscience que les sédiments jouent un rôle important dans l'élimination des polluants dans des zones humides, et si des matériaux spécifiques sont installés dans des moyens de structuration verticale de manière modulaire et facilement remplaçable, les processus de dénitrification et d'adsorption peuvent être améliorés.
Les objectifs sont atteints grâce à la réalisation d'un appareil. De préférence:
- le dispositif est une colonne de 20 à 50 cm de diamètre extérieur et d'une hauteur déterminée par la profondeur maximale de l'eau, typiquement entre 60-120 cm;
- la colonne est modulaire et présente une tige de glissement orientée verticalement le long de son milieu, où la tige peut être fabriquée à partir d'un matériau en bois résistant et traité pour resister plusieurs années dans un environnement humide;
- l'extrémité supérieure de la tige de glissement est au-dessus de l'eau et de préférence au-dessus de toute végétation si présente, de sorte que la tige soit bien visible et accessible depuis la rive;
- la tige de glissement est installée de façon permanente dans des sediments, ou en présence d'une géomembrane, est stabilisée par une pied;
- des modules de dépollution sont installés autour de la tige de glissement en les abaissant sur, puis le long de la tige de glissement et en les laissant couler au fond de l'eau par leur propre poids.
- les modules de dépolltuion ont un cadre solide ou renforcé, qui est un tube coulissant en leur centre. Le cardre peut coulisser librement sur la tige de coulissement. Le cadre est idéalement un tube en béton moulé pour des matériaux en vrac flottants et un tube en plastique industriel pour des matériaux en vrac lourds qui coulent de leur propre poids.
- les modules de dépollution sont en contact avec de l'eau par leur extérieur perméable qui est un sac en filet Raschel refermeable;
- les modules de dépollution comprennent un matériau poreux en vrac qui est un matériau organique et / ou un matériau adsorbant;
- le milieu du sac en filet Raschel est troué et fixée autour du cadre coulissante, le milieu du sac est de préférence moulé dans le beton. Le matériau en vrac est rempli ou échangé à travers la bouche du sac. Le filet a une bouche qui peut être fermée en tirant une boucle similaire à celle d'un sweat à capuche.
- les modules de dépollution ont un dimension entre 20 et 80 cm de préférence et une hauteur entre 10 et 40 cm, et un poids humide moins de 30 kg.
- plusieurs dispositifs avec plusieurs modules de dépollution sont installés par example dans un bassin filtre planté de roseaux de type lagunage plantée (LP) ou dans une étange.
- les modules de dépollution cylindriques comprennent un moyen de couplage d'attache rapide et peuvent être récupérés et remplacés par un camion-grue, un par un, au bord d'une LP ou étange, sans détruire l'écosystème et sans arrêter le traitement de l'eau.
- le dispositif est une colonne de 20 à 50 cm de diamètre extérieur et d'une hauteur déterminée par la profondeur maximale de l'eau, typiquement entre 60-120 cm;
- la colonne est modulaire et présente une tige de glissement orientée verticalement le long de son milieu, où la tige peut être fabriquée à partir d'un matériau en bois résistant et traité pour resister plusieurs années dans un environnement humide;
- l'extrémité supérieure de la tige de glissement est au-dessus de l'eau et de préférence au-dessus de toute végétation si présente, de sorte que la tige soit bien visible et accessible depuis la rive;
- la tige de glissement est installée de façon permanente dans des sediments, ou en présence d'une géomembrane, est stabilisée par une pied;
- des modules de dépollution sont installés autour de la tige de glissement en les abaissant sur, puis le long de la tige de glissement et en les laissant couler au fond de l'eau par leur propre poids.
- les modules de dépolltuion ont un cadre solide ou renforcé, qui est un tube coulissant en leur centre. Le cardre peut coulisser librement sur la tige de coulissement. Le cadre est idéalement un tube en béton moulé pour des matériaux en vrac flottants et un tube en plastique industriel pour des matériaux en vrac lourds qui coulent de leur propre poids.
- les modules de dépollution sont en contact avec de l'eau par leur extérieur perméable qui est un sac en filet Raschel refermeable;
- les modules de dépollution comprennent un matériau poreux en vrac qui est un matériau organique et / ou un matériau adsorbant;
- le milieu du sac en filet Raschel est troué et fixée autour du cadre coulissante, le milieu du sac est de préférence moulé dans le beton. Le matériau en vrac est rempli ou échangé à travers la bouche du sac. Le filet a une bouche qui peut être fermée en tirant une boucle similaire à celle d'un sweat à capuche.
- les modules de dépollution ont un dimension entre 20 et 80 cm de préférence et une hauteur entre 10 et 40 cm, et un poids humide moins de 30 kg.
- plusieurs dispositifs avec plusieurs modules de dépollution sont installés par example dans un bassin filtre planté de roseaux de type lagunage plantée (LP) ou dans une étange.
- les modules de dépollution cylindriques comprennent un moyen de couplage d'attache rapide et peuvent être récupérés et remplacés par un camion-grue, un par un, au bord d'une LP ou étange, sans détruire l'écosystème et sans arrêter le traitement de l'eau.
Description détaillé de la invention
Après lecture de cette description, il apparaîtra à l'homme du métier comment mettre en œuvre l'invention dans diverses variantes de la réalisation et des applications alternatives. Cependant, tous les divers modes de la réalisation de la présente invention ne seront pas décrits ici. Il est entendu que les modes de la réalisation présentés ici ne sont présentés qu'à titre d'exemple et non de la limitation. En tant que telle, cette description détaillée des divers modes de la réalisation alternatifs ne doit pas être interprétée comme limitant la portée ou l'étendue de la présente invention comme indiqué ci-dessous.
Le dispositif ( ) est une colonne de remédiation modulaire (1) pour l'élimination des nutriments et des micropolluants de l'eau. Le dispositif comprend une tige de glissement orientée verticalement (2) et au moins un module de dépollution perméable à l'eau (3). Le module de dépollution (3) coulisse sur la tige de glissement et coule dans l'eau. Plusieurs colonnes de remédiation modulaires (1) peuvent être installées dans une zone humide, un canal ou une lagunage plantée (LP) pour améliorer l'élimination des polluants des eaux pauvres en carbone organique. De préférence, chaque colonne de remédiation modulaire comprendre plusieurs modules de dépollution (3).
La tige de glissement orientée verticalement (2) est installée dans un bassin de traitement et elle y reste pendant autant de cycles de remplacement que possible. L'installation de la tige de glissement orientée verticalement (2) dans les sédiments de la zone humide est effectuée sans les modules de dépollution (3). Ensuite, et à chaque remplacement, un ou plusieurs modules de dépollution (3) sont glissés sur chaque tige de glissement. Les modules peuvent être empilés les uns sur les autres, formant des structures élevées qui résistent au poids empilé, aux courants et à l'instabilité des matériaux en vrac. En raison d'une stabilité assurée par la tige de glissement, il n'est pas nécessaire d'équilibrer pendant l'installation et le fonctionnement. La modularité des colonnes de remédiation modulaires (1) permet la taille compacte des modules de dépollution (3), qui à son tour permettent une production simple et abordable et des matériaux de support de poids simples et abordables.
Les modules de dépollution (3) sont installés sur la tige de glissement orientée verticalement (2), présenté par dans une vue en coupe. Un module comprend un cadre coulissant (4), un extérieur perméable à l'eau (5) et un matériau en vrac poreux (6). Le cadre coulissant (4) glisse le long la tige de glissement orientée verticalement (2) et supporte le poids du matériau en vrac poreaux (6). L'extérieur perméable à l'eau (5) permet aux polluants et aux ions de pénétrer dans le matériau en vrac poreaux (6) par diffusion. L'extérieur perméable à l'eau (5) est idéalement refermable pour changer le matériau en vrac poreux épuisé, ou il peut complètement entourer le matériau en vrac poreux et être échangeable comme une cartouche (doux ou dur).
L'extérieur perméable à l'eau (5) maintient le matériau en vrac poreux (6) dans une forme définie et l'empêche de tomber ou de flotter. Par préférence, l'extérieur perméable à l'eau (5) est un filet, un treillis, un clayonnage, un tissu, ou une membrane perméable. Pendant le fonctionnement de la colonne de remédiation modulaire (1), les polluants dissous migrent à partir de l'eau vers le matériau en vrac poreux (6) à travers de l'extérieur perméable à l'eau (5).
La présente un cadre coulissant (4) sur la tige de glissement orientée verticalement (2) dans une vue en coupe. Le cadre coulissant (4) peut être glissé librement le long de la tige de glissement orientée verticalement (2) à travers d'une ouverture intérieure (7). L'ouverture intérieure (7) d'un tube coulissant (8) permet aux modules de dépollution cylindriques de glisser pendant l'installation et les remplacements. L'ouverture intérieure est par préférence plusieurs millimètres plus grande que le diamètre de la tige de glissement orientée verticalement (2). Le tube coulissant (8) peut servir comme cadre coulissant (4) seul en raison du coût, cependant, le cadre coulissant (4) est idéalement construit avec une plaque coulissante (9) autour, et ceux-ci forment ensemble le cadre qui supporte le poids du matériau en vrac poreux (6) pendant les remplacements. Si plusieurs modules de dépollution cylindriques sont installés, un cadre coulissant (4) au-dessus de l'autre supporte les murs extérieurs souples. Par exemple, des copeaux de bois flottent vers le haut, déformant un extérieur souple. Dans l'appareil, les forces s'additionnent sur les tubes coulissants (8) au lieu d'un extérieur souple. Les forces ne s'additionnent pas sur le matériau en décomposition, et le matériau en haut de la colonne ne sera pas compressé par le bas. Les matériaux tendres comme le compost ou le foin restent structurés quel que soit leur état de décomposition et la hauteur de la colonne.
La présente une variante du cadre coulissant (4), dans laquelle elle comprend en outre un poids de lestage (10). Si un materiau carboné organique est utilisé, le poids peut être calibré par un ou plusieurs poids de lestage (10). Idéalement, le poids de lestage (10) est fixe et équilibré de manière égale autour du tube coulissant (8). Un tube coulissant (8) du béton peut servir comme poids de lestage (10) et cadre coulissant (4) en seul, sans plaque coulissante (9), et est la solution préférable pour les matériaux en vrac poreaux (6) flottants.
Dans une variante de réalisation, le cadre coulissant (4) comprend en outre un moyen de couplage d'attache rapide. Le système de couplage d'attache rapide permet aux machines de ramasser les modules de dépollution cylindriques (3) rapidement. Par example, un camion-grue au bord d'une zone humide est capable de ramesser les modules d'une végétation dense. Par exemple, le camion-grue permet à un outil tubulaire de glisser vers le bas sur la tige de glissement orientée verticalement (2) jusqu'à ledit outil tubulaire soit attaché au module supérieur sous de l'eau.
La montre la présente invention installée entre les sédiments (11) d'une zone humide et la surface de l'eau (12), dans une vue en coupe. Le matériau en vrac poreux comprend idéalement un matériau en vrac organique (13), par example, le biochar, le sol, le grain, la fibre, les copeaux de bois, la sciure, le carton, le papier, le foin, la paille, l'herbe, la tourbe, le liège, l'écorce, les coquilles de fruits, les granulés organiques, le compost, des déchets plastiques biodégradables ou les granules plastique biodégradable. Quelques millimètres sous l'extérieure perméable (5) une zone anoxique (14) s'établit et des bactéries dénitrifiantes éliminent le nitrate. Le matériau en vrac est la surface de croissance et la source de carbone organique. Le matériau en vrac peut comprendre un matériau adsorbant qui est typiquement mais pas toujours de nature minérale, et est choisi parmi, mais sans s'y limiter: le sable, le gravier, le charbon actif, la zéolite, la pouzzolane, l'apatite, les scories d'acier, le biochar ou le sol. Dans les matériaux adsorbants mineraux, les zones anoxiques et les communautés microbiennes peuvent se développer faiblement, car la source du carbone est absent. L'élimination des polluants est liée à la diffusion et à l'adsorption ultérieure dans l'espace poreux.
Selon le functionnement, l'eau circule autour de la colonne de remédiation modulaire mais idéalement. pas à travers du matériau en vrac poreaux. Les processus d'élimination des polluants sont liés à la surface extérieure de la colonne d'assainissement modulaire qui est l'interface entre le matériau en vrac poreux et l'eau polluée. Néanmoins, un rayon effective de 10 cm est recommandé pour le matériau en vrac afin de conserver des environnements anoxiques, une alimentation en carbone et / ou une capacité d'adsorption durable.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau en vrac poreux est inoculé avec des organismes biologiques avant l'installation, par exemple des bactéries ou funghi.
Les -8 présentent un deuxième mode de réalisation du dispositif, dans lequel l'extérieur perméable à l'eau (5) du module de dépollution (3) entoure complètement le matériau en vrac poreux (6) et glisse autour du tube coulissant (8) avec le matériau en vrac (6) dedans. La barrière extérieure perméable (5) et le matériau poreux en vrac (6) peuvent être changés ensemble comme un moyen de recharge (15).
Les figures 9 et 10 présentent plusieurs colonnes installées dans des bassins de traitement (16). Les bassins pourraient avoir une végétation macrophyte émergente (17), un point d'entrée (18) et un point de sortie (19). Dans une réalisation, chaque tige de glissement orientée verticalement (2) est équipée avec un pied (20). Le pied (20) assure la stabilité de la tige de glissement orientée verticalement (2). Cette réalisation du dispositif est recommandée si les sédiments sont peu profonds ou si le fond est imperméabilisé, par exemple, par géomembrane. Les pieds (20) peuvent être placées sur l'extrémité bas de la tige de glissement orientée verticalement (2) ou près de son extrémité. Le pied repose sur les sédiments (11) ou est installée dans les sédiments pour plus de stabilité.
La illustre un mode de réalisation du dispositif installé dans une LP, où le dispositif comprend en outre un bouclier de végétation (21). Le bouclier de végétation (21) est fixé autour de la tige de glissement orientée verticalement (2) dans une position principalement horizontale pour empêcher la croissance de la végétation macrophyte émergente (17) autour de la colonne de remédiation modulaire (1). Le remplacement des modules de dépollution (3) est plus rapide sans végétation dans la proximité relative de la colonne.
Les figures 12 et 13 sont des vues de dessus d'un bassin du traitement (16) avec plusieurs colonnes de remédiation modulaires (1) installées. Le bassin a une pente latérale (22) mais pourrait être une avec des berges verticales. Les colonnes de remédiation modulaires sont installées en lignes composées de plusieurs colonnes. De préférence, chaque ligne est décalée par rapport à ses voisines pour bloquer les chemins d'écoulement préférentiels le long du bassin. Dans une variante de mode de réalisation du dispositif selon la présente invention, les colonnes sont des colonnes de remédiation modulaires rectangulaires (23) et sont construites à partir de modules de dépollution rectangulaires au lieu de modules cylindriques comme sur des autres illustrations. Le traitement repose sur la dispersion et la diffusion dans l'espace poreux. Idéalement, il reste moins de deux mètres entre les colonnes, mais pas plus de 0,35 mètre.
Les figures 14-17 présentent des variantes du dispositif sans tige de glissement orientée verticalement, où les cadres coulissants sont des cadres coulissants joignables (24) et coulissent l'une dans l'autre. La végétation basse et l'eau peu profonde permet un remplacement rapide. Par exemple, avec 30 cm de profondeur, les colonnes de remédiation modulaires (1) peuvent avoir deux modules de dépollution cylindriques (3) chacun, et sont accessibles à pied. La faible hauteur de colonne signifie qu'aucune stabilisation supplémentaire est nécessaire. En revanche, pour une colonne de 60 à 80 cm de hauteur et d'un diamètre de 35 cm, l'incorporation de la tige de glissement est recommandée pour éviter de basculer et assurer les remplacements mécanisés dans une végétation haute.
Les figures 18 et 19 présentent un autre mode de réalisation du dispositif en vue orthographique et en vue en coupe, respectivement. Dans cette réalisation, le dispositif comprend en outre au moins une paire d' anode / cathode (25). Les modules sont des modules de dépollution bioélectrique (26). L'anode (27) est à proximité des micro-organismes dans l'intérieur du matériau en vrac poreaux (6) et la cathode (28) est en contact avec un environnement aérobie à l'extérieur du matériau en vrac poreux. L'environnement aérobie est une eau aérobie (pauvre en carbone organique) ou de l'interface eau / air. Une ou plusieurs fenêtres d'écoulement (29) peuvent être coupées sur la cathode pour favoriser l'écoulement de l'eau entre le matériau en vrac poreux et ladit cathode. Le cadre coulissant est un cadre de pile microbienne (30). La cathode est fixée au cadre de pile microbienne (30) et entoure les modules. Il est recommandé de maintenir une proximité rélatif entre les surfaces de l'anode et de la cathode pour le pont H+. La distance n'est idéalement pas supérieure à 5 cm, mais sinon pas plus de 10 cm.
L'anode (27) est idéalement placée en contact avec l'environnement anoxique / anaérobie à l'intérieur des modules et y renforce l'activité microbienne. En utilisant un matériau en vrac organique, la production de bioélectricité et avec cela, les processus microbiens peuvent être améliorés. La cathode (28) développera sa propre film microbienne où l'élimination des polluants est augmentée par l'électricité. L'air peut être diffusé dans l'eau autour ou à travers la cathode pour une meilleure efficacité.
L'anode (27) et la cathode (28) peuvent être des matériaux conducteurs et résistants à la corrosion, en forme de feuille, avec une épaisseur de quelques à plusieurs millimètres. Le feutre de graphite et la tôle perforée en acier inoxydable sont idéals. Si le matériau en vrac poreux est conducteur, tel que le biochar ou le charbon actif, l'anode peut être le matériau en vrac poreaux.
Dispositif de remédiation pour le traitement des eaux polluées, ledit dispositif comprenant: a) un bassin de traitement avec écoulement d'eau en surface et avec un fond qui est le sol; b) au moins un moyen de structuration en forme d'une colonne principalement verticale, ayant au moins vingt-cinq centimètres carrés d'encombrement et au moins dix centimètres de hauteur, debout sur le fond; c) et un matériau en vrac biodégradable à l'intérieur ledit moyen de structuration; où ledit moyen de structuration est une cage perméable ouverte sur le dessus.
Avantages apportés
L'appareil peut utiliser tous les matériaux carbonés instables qui se ramollissent rapidement, par example du compost ou du carton.
L'appareil peut être rechargé sans intervention préparative. Des remplacements sont faciles pendant le fonctionnement. Il n'est pas nécessaire de réduire le niveau d'eau, ni de déverrouiller des mécanismes de fixation, en particulier les mécanismes de fixation qui seraient sous l'eau au moment des remplacements. Les modules peuvent être changés à l'aide d'un camion-grue, d'un petit bateau ou dans les LP peu profondes et en forme d'une canal, par le travail manuel. Le changement n'endommage pas les écosystèmes des zones humides, est rapide et peut être effectué fréquemment.
Le risque d'échange de pollution (entrée NO3- sortie COD par example) est minimal et peut être maîtrisé sans la régulation du niveau de l'eau: en ajustant le nombre de modules de dépollution et/ou leurs densité au long du trajet d'écoulement.
Aux niveaux d'eau élevés, les colonnes assurent la proximité des surfaces adsorbantes et dénitrifiantes. Les profondeurs d'eau dans une zone humide de dénitrification peuvent être augmentées sans perte de performance. Les performances de denitrification s'améliorent. L'eau peut être plus profonde et les lagunages plantés plus petites.
L'appareil peut être construit simplement. Par example, la tige de glissement orientée verticalement est un tube en plastique industriel ou un poteau en bois spécialement traité et avec une longueur d'environ 1 à 4 mètres et d'une surface lisse. La tige de glissement est martelée dans les sédiments d'une zone humide, ou un forage est préparé à l'avance. Le cadre coulissant est fabriqué par moulage et est un tube en béton. L'extérieure perméable à l'eau est un sac en filet Raschel moulé dans le tube en béton en son milieu. Tandis que le sac est ouverte, un matériau en vrac peut être rempli, puis une boucle peut être tirée pour fermer le sac. Les remplacements des modules peuvent être effectués à la main ou à partir d'un camion-grue ou d'un bateau.
De préférence, un moyen de couplage d'attache rapide est utilisé, de sorte qu'un coupleur rapide qui coulisse vers le bas sur la tige de coulisse orientée verticalement puisse saisir un module de dépollution cylindrique. L'outil est de préférence en métal sans donner plus de détails concernant la mise en œuvre car plusieurs solutions de couplage similaire existe déjà pour des applications diverses (par example, pour les excavatrice, ou un bouton-pression). Pour les modules de dépollution bioélectriques, plusieurs tiges de cuivre affûtées (donc collecteurs de courant aiguisées) et un circuit de résistance peuvent être moulés dans le cadre de pile microbienne. Le feutre graphite est utilisé pour soudage et est disponible dans l'épaisseur idéal, peut être coupé à la taille. peut être tiré sur les broches d'anode. De préférence, une matière organique peut être remplie autour d'elle, par exemple du foin. La filet de pêche peut être fermée comme décrit ci-dessus. La mise en œuvre du module de dépollution bioélectrique est finalisé par en tirant un autre feutre de graphite sur les collecteurs de courant aiguisée de cathode, à l'extérieur du matériau en vrac poreux.
Les prestataires du secteur des eaux et les agences gouvernementales pourraient utiliser le dispositif pour atténuer la pollution. Les cibles d'application sont les eaux collectées dans les lagunages plantés (LP) telles que: 1) les eaux usées pour un traitement tertiaire; 2) le débordement des eaux pluviales et des égouts unitaires; 3) les eaux agricoles. Dans le cas des eaux naturelles, les colonnes peuvent être appliquées pour l'amélioration de la qualité de toute eau de surface peu profonde comme les ruisseaux, les rivières, les bras morts, les étangs et plus encore.
Littérature brevet
Littérature non-brevet
Claims (10)
- Dispositif de remédiation pour le traitement des eaux polluées, ledit dispositif comprenant :
- a) une tige de glissement orientée verticalement;
- b) un ou plusieurs modules de dépollution comprenant un cadre coulissant, une extérieure perméable et un matériau en vrac poreux;
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre coulissant est un tube coulissant et l'extérieur perméable est refermable.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 ou 2, caractérisé en ce que les cadres coulissants glissent l'un dans l'autre au lieu d'avoir une tige de glissement orientée verticalement.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre coulissant a un moyen de couplage d'attache rapide.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins une paire anode / cathode, dans laquelle l'anode est à proximité directe des micro-organismes dans le matériau en vrac poreux, et la cathode est en contact avec un environnement principalement aérobie à l'extérieur du matériau en vrac poreux.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, installé dans une zone humid artificielle.
- Dispositif de remédiation pour le traitement des eaux polluées, ledit dispositif comprenant:
- a) un bassin de traitement avec écoulement d'eau en surface et avec un fond qui est le sol;
- b) au moins un moyen de structuration en forme d'une colonne principalement verticale, ayant au moins vingt-cinq centimètres carrés d'encombrement et au moins dix centimètres de hauteur, debout sur le fond;
- c) et un matériau en vrac biodégradable à l'intérieur ledit moyen de structuration;
- Dispositif selon la Revendication 7, caractérisé en ce que ledit matériau en vrac biodégradable flotte.
- Dispositif selon la Revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend également une plaque de nettoyage manuel sous le matériau biodégradable, où ladite plaque de nettoyage manuel est équipée avec un moyens d'accès qui atteint au-dessus du matériau biodégradable.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également un bouclier de végétation.
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Applications Claiming Priority (2)
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| FR2013194 | 2020-12-14 | ||
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
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