WO2017013312A1 - Biofiltre compact et installation pour le traitement des effluents septiques domestiques - Google Patents

Biofiltre compact et installation pour le traitement des effluents septiques domestiques Download PDF

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WO2017013312A1
WO2017013312A1 PCT/FR2016/000120 FR2016000120W WO2017013312A1 WO 2017013312 A1 WO2017013312 A1 WO 2017013312A1 FR 2016000120 W FR2016000120 W FR 2016000120W WO 2017013312 A1 WO2017013312 A1 WO 2017013312A1
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WO
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biofilter
effluent
filter material
septic
hemp
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PCT/FR2016/000120
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Inventor
Siegfried Maunoir
Hervé Philip
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Eparco
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/04—Aerobic processes using trickle filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866—Particular arrangements for anaerobic reactors
    • C02F3/288—Particular arrangements for anaerobic reactors comprising septic tanks combined with a filter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a biofilter for the treatment of septic effluents, particularly in the field of non-collective sanitation applied to residential houses or equivalent premises (offices, small apartment buildings, school buildings, museums, halls .. .).
  • This type of die has the disadvantage of being very space-consuming: 50 to 100 m 2 for spreading in natural soil for a dwelling of 5 people, 30 to 40 m 2 for a sand filter with 70 cm of water. thickness of sand. To this must be added a safety distance of 2 m all around the installation where there can be no circulation of vehicles or building (except for specific and expensive arrangements).
  • the zeolite filter (EP0672440) from the company Eparco and the pine bark filter (FR3003182) from the same company are mentioned.
  • These filters make it possible to treat the effluents of a person on a surface of 1 m2, and with a height of filtering material of only 55cm.
  • Other filters can operate on even smaller surfaces, but by increasing the thickness of the filter material that can exceed 100cm for thicker ones. This is the case, for example, with the Eloy Water xylit (lignite wood fiber) filter and the Biorock rockwool filter.
  • the flow is therefore of unsaturated type.
  • purifying biomass bacteria and protozoa
  • degradation by natural mortality
  • the biofilter does not produce residual sludge and can work several years without clogging, about 25 years for the zeolite filter and 10 years for others.
  • the need for maintenance of these filters is very variable: none for zeolite and pine bark, annual for others.
  • the compact filter is drained and the treated water is evacuated to the superficial hydraulic medium, or to a spreading in the soil which plays only the role of evacuation in this case (which makes it possible to reduce the size with respect to the traditional system).
  • the bottom of the filter may also not be waterproof to allow water to seep under the filter if soil conditions are suitable.
  • the products are industrial and of reproducible quality, whereas the quality of the spreading and sand filters depends on the soil of the parcel or the sand available locally, and the seriousness of the implementation;
  • the installation is done in a reduced space, from 10 to 15 m 2 approximately.
  • micro-stations the purifying biomass is contained in a tank full of water and air is brought mechanically by a compressor or a turbine which at the same time provide a stirring in the tank.
  • a second tank the biomass is separated from the water by decantation, then it is returned by pumping in the previous tank.
  • the supernatant purified water leaves the second tank by overflow and can join the superficial hydraulic medium or spreading in the ground.
  • a first tank can provide pre-treatment (which makes it possible to reduce the size of the following tanks), and the settling tank can be replaced by alternating mixing / aeration and settling phases. in a single tank.
  • the main advantage of these microsations is the compactness, the footprint being a few m 2 .
  • the small size of the installation also allows a lower cost.
  • Patent US5049265 which teaches a biofilter based on a mixture of young sphagnum peat and vegetable fiber in the field of wastewater treatment already pre-treated with a decanter or a septic tank.
  • peat that is "biologically active" and the added vegetable fiber (which is extracted from peat and which is essentially derived from the roots of the plant Eriophorum that grows naturally on peat bogs) is essential to be able to treat polluting organic loads high, otherwise the peat filters alone will clog:
  • the compact biofilter according to the present invention teaches, as will be explained in the description, on the contrary, a device that uses only plant fibers as a biologically active material and more particularly, and exclusively, chenevotte bulk fibers. of hemp which has been chosen for its property to degrade slowly during the treatment of domestic septic effluents that it receives so as to reload it gradually from above and thus avoid the periodic change of the totality of the material filtering (operation presenting a functional and financial handicap consequent).
  • hemp which has been chosen for its property to degrade slowly during the treatment of domestic septic effluents that it receives so as to reload it gradually from above and thus avoid the periodic change of the totality of the material filtering (operation presenting a functional and financial handicap consequent).
  • NCA non-collective sanitation
  • the materials are mechanically compacted to 50%, whereas it is not necessary to compact the hemp in the process according to the present invention
  • the heights of filter materials tested are 30% higher than those of the process according to the present invention (75 cm against 55 cm);
  • the volume of filtering materials to be implemented in said US document is about 4 times greater than in the method according to the present invention.
  • having an organic support makes it possible to treat specific (for example industrial) waste waters in which there is a lack of carbon, the latter being then produced by the support itself and used by the bacteria for biodegradation.
  • said DE patent Does not present any concrete quantified results of efficiency or purification performance concerning the treatment of wastewater, and thus treatment of domestic wastewater in individual sanitation, object of the process according to the present invention
  • the compact biofilter according to the present invention has selected a very specific product from hemp, which is the chènevotte.
  • Chenevot and hemp fiber are two totally different products. Indeed, from the stem of the raw plant, we will produce straw that will be transformed into fiber on one side and chenevot on the other.
  • the fiber is the peripheral part of the stem, it represents 30% of the dry weight of the plant.
  • the chènevotte is the medullary part of the stem, it corresponds to the wood of the plant and represents 45% of the dry weight of the stems.
  • Patent DE19956948 which teaches a means of making bacterial biomass supports that can be used in the treatment of air or water.
  • the supports of the patent in question are manufactured by mixing plant fibers (in particular hemp or flax fibers, from 3 to 20 mm long) with 3 to 5% of a biodegradable binder (starch, resin, etc.).
  • the supports are conically shaped, 80 cm high and 60 cm diameter at the base, with wall thicknesses of a few cm. They are stacked one above the other in a vertical reactor.
  • the object of the invention is to provide a compact system comparable to that of micro-stations, but based on a porous media filtration system like existing compact filters.
  • a porous media filtration system like existing compact filters.
  • the disadvantage of frequent emptying of the microstations should be reduced, and not replaced by an excessively frequent change of the filter material.
  • the materials used up to now in the compact filters are not suitable for this purpose of greater compactness because if the filter is too compact the material clogs. It must be periodically cleaned or remodeled and eventually replaced, which requires an extraction of used material that must be performed by a professional and is equivalent to a drain.
  • the filter according to the invention meets these criteria:
  • the filter material provides a purified water of regulatory quality with significant compactness, 0.5 m 2 for an inhabitant and 55 cm thick only;
  • this filter material has the property of degrading slowly particularly at the most heavily supplied wastewater and thus the area that could become clogged disappears along with the degradation of the material. As a result, the thickness of the filter decreases over time and new material must be added to maintain the purification capacity.
  • the advantage of this system is that there is never any need for evacuation of used material, and that a simple addition of new material must be realized very simply, with a periodicity of one to two years and without special technical competence.
  • the compact biofilter, according to the invention, for the treatment of domestic septic effluents, is of the genus essentially comprising:
  • the biofilter is essentially characterized in that the filtering material consists exclusively of bulk fibers of hemp hemp (also known as “hemp mulch” or “hemp flakes") which has been chosen for its property of degrading slowly during treatment of the domestic septic effluent that it receives so as to reload it gradually from above and thus avoid the periodic change of the entire filter material.
  • hemp hemp also known as "hemp mulch” or “hemp flakes”
  • the means capable of distributing, homogeneously, on the filter material constituting the biofilter, the septic effluent consists of tubes distributing said effluent on a perforated plate able to let it pass by gravity on a sheet of non-woven fabric, of the felt type, supported by an underlying grid, which saturates to form, in contact with said grid, drops which are distributed homogeneously;
  • the filter material rests on a grid whose meshes are defined to retain the fibers of said material and let the treated effluent pass;
  • the grid supporting the filter material is based on a perforated support type grating or wide mesh grid, releasing a space, relative to the bottom of the tray, for drainage and ventilation of the lower part of the biofilter;
  • the biofilter according to the invention is fed by means of a hydraulic flush (or a tipping bucket) capable of delivering the quantity of septic effluent to be treated.
  • the biofilter according to the invention can be contained both in an independent tank and in a compartmentalized tank comprising in a first compartment the septic tank and in a second biofilter, the flush (or trough) which can be included in this tank .
  • FIG. 1 is an exploded view of the essential components of the biofilter according to the invention
  • FIG. 2 shows, in longitudinal section, said components positioned in the sealed tank and the inlet means of the effluent to be treated and discharged from the treated effluent and the upper and lower ventilation means of the biofilter;
  • Figure 3 shows, in cross section, all the components shown in Figure 2;
  • FIG. 4 shows a schematic view of an installation comprising a septic tank, a hydraulic flush and a compact biofilter according to the invention.
  • the compact biofilter (1) shown in the figures, is intended for the treatment of domestic septic effluents.
  • a removable means (4,5,6,7) adapted to distribute, homogeneously, the effluent on said filter material;
  • a low output (8) capable of discharging the effluent having passed through said filter material (3) to the outside of the biofilter (1);
  • the filter material according to the invention consists exclusively of hemp fiber hemp fibers which has been chosen for its property of degrading slowly during the treatment of domestic septic effluents that it receives so as to recharge it as and when from above and thus avoid the periodic change of the entire filter material.
  • hemp fiber hemp fibers which has been chosen for its property of degrading slowly during the treatment of domestic septic effluents that it receives so as to recharge it as and when from above and thus avoid the periodic change of the entire filter material.
  • the hemp hemp used is composed of fibers less than 40 mm long and has a density of between 100 and 114 kg / m 3 , a proportion of dry matter relative to the raw product of between 80 and 90%, a proportion of organic material relative to the dry product of between 85 and 98%, a water retention capacity of between 180 and 500% and a pH in the water of between 6.5 and 7.9;
  • the means capable of distributing, homogeneously, on the filter material (3) constituting the biofilter (1), the effluent septic consists of tubes (4) distributing said effluent on a perforated plate (5) able to leave passing it which falls by gravity on a web of nonwoven fabric (6), supported by an underlying grid (7), which saturates to form, in contact with said grid, drops which are distributed homogeneously (according to an alternative embodiment of the invention, the effluent supply tubes and the perforated plate could be replaced by a network of perforated tubes);
  • the filter material (3) rests on a grid (11) whose meshes are defined to retain the fibers of said material and let the treated effluent.
  • the grid (11), supporting the filter material (3), is based on a perforated support (12) of the grating type or grid with large mesh, releasing a space, relative to the bottom of the tray (9), for drainage and the ventilation of the lower part of the biofilter (1);
  • the biofilter (1) comprises at least one air inlet device (13,14) adapted to allow its high and low ventilation.
  • the installation intended for the treatment of domestic septic effluents, comprises at least one septic tank (16) connected to at least one biofilter (1).
  • a hydraulic flush (17) (or a tipping bucket) capable of delivering the amount of septic effluent to be treated.
  • the biofilter (1) is reloaded periodically in hemp chenevot, from above, after removing the means of distribution (4,5,6 and 7), depending on its degradation by biomass.
  • the septic effluent enters a hydraulic flush which, by tilting, delivers in two tubes (4) of 100mm diameter almost instantly about 25 liters of water in total.
  • This hunt can be both outside and inside the tray.
  • the tubes (4) conduct the water each in the center of a square plate (5) of approximately 1.25 m2.
  • These plates are provided with edges about 5cm in height. They are pierced with 8mm holes in a mesh of about 15 cm. The holes are spaced from the edges of about half the mesh.
  • These plates are each contained in a removable rack whose bottom consists of a grid (7) of mesh about 15 to 30 mm and wire diameter 1 to 2 mm.
  • This grid supports a nonwoven textile web (6), felt type, 800 g / m2 surface mass and about 8mm thick.
  • the space between the pierced plates and the sheet of felt is 5 to 10 cm.
  • the effluent that flows through the plate holes falls on the saturated felt and drops form in contact with the underlying grid, giving a flow in the form of rain with a homogeneous distribution.
  • the lockers that contain the plates are horizontally adjustable.
  • the effluent falls on the filter material (3) whose thickness is 50 to 60 cm and passes through it.
  • the filtering material (3) rests on a grid (11) of mesh approximately 1 mm.
  • the bottom of the filter is lined with a support (12) of approximately 15 cm in height, the upper surface of which consists of a grating or a very coarse mesh grid (approximately 10 cm), which itself supports the grid, of mesh 1 mm approximately, which retains the filtering material.
  • the assembly is contained in a sealed tank (9) closed by a lid (10).
  • a second ventilation device (14) aerates the lower part of the filter under the support.
  • a vertical wall of the tank (9) is pierced at the bottom and connected to a horizontal tube (15) or a slight slope to allow the evacuation of the treated water.
  • the biofilter according to the invention will be able to see its application extended to any field of septic water treatment.

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Abstract

L'invention concerne un biofiltre compact pour le traitement des effluents septiques domestiques comprenant essentiellement une entrée haute apte à recevoir l'effluent septique à traiter, un matériau filtrant (3) biologiquement actif, un moyen (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant et une sortie basse apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant (3) vers l'extérieur dudit biofiltre; Le biofiltre selon l'invention se caractérise essentiellement en ce que le matériau filtrant (3) est constitué exclusivement de fibres en vrac de chènevotte de chanvre qui a été choisie pour sa propriété de se dégrader lentement lors du traitement des effluents septiques domestiques qu'il reçoit de manière à la recharger au fur et à mesure par le dessus et d'éviter ainsi le changement périodique de la totalité du matériau filtrant.

Description

BIOFILTRE COMPACT ET INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT
DES EFFLUENTS SEPTIQUES DOMESTIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne un biofiltre pour le traitement des effluents septiques plus particulièrement dans le domaine de l'assainissement non collectif appliqué aux maisons d'habitation ou aux locaux équivalents (bureaux, petits immeubles collectifs, bâtiments scolaires, musées, salles des fêtes...).
EXPOSE DE L'ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE
Le traitement des eaux usées domestiques dans une installation non collective (le plus souvent individuelle) peut se faire selon plusieurs techniques réglementaires.
1 ) Les techniques traditionnelles
Ces techniques dites traditionnelles sont utilisées depuis plusieurs dizaines d'années et sont normalisées (NF DTU 64.1 ) :
- prétraitement par fosse septique et traitement par épandage dans le sol qui assure également l'évacuation des eaux par infiltration ;
- prétraitement par fosse septique et traitement par un filtre constitué d'un massif de sable. L'eau est évacuée soit dans le sol sous-jacent, soit dans le milieu hydraulique superficiel. Dans ce dernier cas le filtre est drainé pour évacuer l'eau.
Ce type de filière présente l'inconvénient d'être très consommateur d'espace: 50 à 100 m2 pour un épandage en sol naturel pour une habitation de 5 personnes, 30 à 40 m2 pour un filtre à sable avec 70 cm d'épaisseur de sable. Il faut ajouter à cela une distance de sécurité de 2 m tout autour de l'installation ou il ne peut pas y avoir de circulation de véhicules, ni de bâtiment (sauf aménagements spécifiques onéreux).
2) Les filières agrées du type filtre compact
La technique des biofiltres compacts pour le traitement des effluents septiques en assainissement non collectif est largement répandue.
On citera entre autres le filtre à zéolithe (EP0672440) de la société Eparco et le filtre à écorce de pin (FR3003182) de la même société. Ces filtres permettent de traiter les effluents d'une personne sur une surface de 1 m2, et avec une hauteur de matériau filtrant de 55cm seulement. D'autres filtres peuvent fonctionner sur des surfaces encore plus réduites, mais en augmentant l'épaisseur du matériau filtrant qui peut dépasser 100cm pour les plus épais. C'est le cas par exemple du filtre à xylit (fibre de bois issue de la lignite) d'Eloy Water et du filtre à laine de roche de Biorock.
Le filtre à fibre de coco (EP1539325) de Premier Tech constitue un cas intermédiaire. Tous ces filtres disposent d'agréments ministériels. Le principe en est simple, et identique à celui des filières traditionnelles : l'eau prétraitée par la fosse septique, c'est à dire débarrassée de ses matières solides, est épandue de la façon la plus uniforme possible en surface d'un massif filtrant constitué de grains ou de fibres en vrac. Au sein de ces matériaux l'air circule dans les espaces libres et apporte de l'oxygène à l'eau qui emprunte préférentiellement les plus petits espaces du fait du phénomène de succion capillaire.
L'écoulement est donc de type non saturé.
En présence d'oxygène et des substances nutritives qui constituent la pollution à dégrader, des bactéries et des protozoaires se développent à la surface du matériau et consomment cette pollution.
La production de biomasse épuratrice (bactéries et protozoaires) est équilibrée par sa dégradation (par mortalité naturelle) tant que la charge polluante appliquée au filtre ne dépasse pas un certain seuil.
Ainsi le biofiltre ne produit pas de boues résiduelles et peut fonctionner plusieurs années sans se colmater, soit 25 ans environ pour le filtre à zéolithe et 10 ans environ pour les autres. La nécessité d'entretien de ces filtres est très variable: nulle pour la zéolithe et l'écorce de pin, annuelle pour les autres.
Le filtre compact est drainé et l'eau traitée est évacuée vers le milieu hydraulique superficiel, ou vers un épandage dans le sol qui ne joue que le rôle d'évacuation dans ce cas (ce qui permet d'en réduire la taille par rapport au système traditionnel).
Le fond du filtre peut également ne pas être étanche pour permettre l'infiltration de l'eau sous le filtre si les conditions du sol s'y prêtent.
L'avantage des filtres compacts par rapport aux systèmes traditionnels est double :
- les produits sont industriels et de qualité reproductible, alors que la qualité des épandages et filtres à sable dépend du sol de la parcelle ou du sable disponible localement, et du sérieux de la mise en œuvre ;
- l'installation se fait dans un espace réduit, de 10 à 15 m2 environ.
3) Les filières agrées du type micro-station
Alors que dans les ouvrages de traitement des filières traditionnelles et à filtre compact l'eau et l'air circulent simultanément et naturellement dans un milieu solide poreux, dans les micro-stations la biomasse épuratrice est contenue dans une cuve pleine d'eau et l'air est apporté mécaniquement par un compresseur ou une turbine qui assurent en même temps un brassage dans la cuve. Dans une seconde cuve la biomasse est séparée de l'eau par décantation, puis elle est renvoyée par pompage dans la cuve précédente. L'eau épurée surnageante quitte la seconde cuve par surverse et peut rejoindre le milieu hydraulique superficiel ou un épandage dans le sol. Il existe plusieurs variantes de ces micro-stations: une première cuve peut assurer un prétraitement (ce qui permet de réduire la taille des cuves suivantes), et la cuve de décantation peut être remplacée par une alternance de phases de brassage/aération et de décantation dans une seule cuve.
L'avantage principal de ces microsations est la compacité, l'emprise au sol étant de quelques m2. La petite taille de l'installation permet également un moindre coût.
Les inconvénients sont importants: les systèmes d'apport d'air et de régulation sont sujet à des pannes comme toute installation électromécanique ou électronique, la petite taille de l'installation fait qu'elle doit être vidangée très souvent (jusqu'à deux fois par an). La mise en service et les réglages doivent être assurés par un technicien. Le maintien des ouvrages en bon état de fonctionnement est donc affaire de professionnel et relativement onéreux.
Parmi des brevets de l'état de la technique décrivant des biofiltres, on peut citer :
a) Le brevet US5049265 qui enseigne un biofiltre à base d'un mélange de tourbe jeune de sphaigne et de fibre végétale dans le domaine du traitement des eaux usées déjà pré-traitées par un décanteur ou une fosse septique.
C'est la tourbe qui est "biologiquement active" et la fibre végétale ajoutée (qui est extraite de la tourbe et qui est essentiellement issue de racines de la plante Eriophorum qui pousse naturellement sur les tourbières) est indispensable pour pouvoir traiter des charges organiques polluantes élevées, sinon les filtres à tourbe seule se colmatent :
- l'ajout de fibre végétale permet d'améliorer le drainage de la tourbe : cela s'explique par la faible capacité de rétention d'eau des fibres utilisées comparée à la très forte capacité de rétention d'eau de la tourbe ;
- plus on met de fibre dans le mélange, et moins le filtre est performant en épuration. Alors que le biofiltre compact selon la présente invention enseigne, comme cela va être exposé dans la description, au contraire, un dispositif qui utilise uniquement des fibres végétales en tant que matériau biologiquement actif et plus particulièrement, et exclusivement, des fibres en vrac de chènevotte de chanvre qui a été choisie pour sa propriété de se dégrader lentement lors du traitement des effluents septiques domestiques qu'il reçoit de manière à la recharger au fur et à mesure par le dessus et d'éviter ainsi le changement périodique de la totalité du matériau filtrant (opération présentant un handicap fonctionnel et financier conséquent). En outre, dans ledit brevet US :
- les tests de performances ont été réalisés sur des effluents non domestiques et non issus de fosses septiques : il ne présente pas de résultats en assainissement non collectif (ANC) qui est l'objet même de la présente invention ;
- les matériaux sont compactés mécaniquement à 50 %, alors qu'il n'est pas nécessaire de compacter le chanvre dans le procédé selon la présente invention ;
- les hauteurs de matériaux filtrants testées sont 30 % supérieures à celles du procédé selon la présente invention (75 cm contre 55 cm) ;
au final, entre la charge surfacique, la hauteur de matériaux et la compaction, le volume de matériaux filtrants à mettre en œuvre dans ledit document US est environ 4 fois plus important que dans le procédé selon la présente invention.
De plus :
- ledit brevet US n'apporte aucune performance relative à la nécessité d'entretenir les matériaux filtrants alors que cette caractéristique est présentée comme essentielle dans le brevet selon la présente invention : cette donnée est primordiale pour les biofiltres utilisés en ANC, a fortiori lorsque les matériaux filtrants sont d'origine végétale et sujets à la bio-dégradation ;
- les charges polluantes surfacique hydrauliques et organiques testées dans ledit document US (70 à 200 L/m2.j) sont 1 ,5 fois à 4 fois moins importantes que celles validée pour le biofiltre selon la présente invention (300 L/m2.j).
b) Le brevet DE10340612 qui enseigne un moyen de réaliser un support végétal de biomasse bactérienne qui peut être utilisé dans le traitement des eaux. Ce support est applicable dans des bio-filtres aérobies ou anaérobies, dans des lits fixes, ou mobile en flux ascendant ou descendant. Les supports décrits sont des granulés (ou pellets) fabriquées à partir de fibres végétales, et notamment de fibres de chanvre.
Selon ledit brevet, le fait d'avoir un support organique permet de traiter des eaux usées spécifiques (par exemple industrielles) dans lesquelles il y a un manque de carbone, ce dernier étant alors produit par le support lui-même et utilisé par les bactéries pour la biodégradation.
Celui-ci expose surtout la manière de fabriquer les pellets (cf. la revendication 1 ) :
- en utilisant des fibres naturelles de 0,08 mm à 50 mm de long ;
- en agglomérant les fibres avec de l'eau, sans adjuvant, pour obtenir des pellets de 0,5 mm à 25 mm ;
- en séchant les pellets à des températures supérieures à 100 °C.
En outre, ledit brevet DE : - ne présente aucun résultat concret chiffré d'efficacité ou de performance épuratoire concernant le traitement des eaux usées, et donc de traitement des eaux usées domestiques en assainissement individuel, objet du procédé selon la présente invention ;
- ne précise aucune indication sur les procédés d'épuration pouvant concrètement être utilisés : mises en œuvre, charges admissibles, entretien etc ;
- décrit, pour la fabrication des pellets, l'utilisation d'un large éventail de fibres naturelles (Naturfasem), dont des fibres de chanvre, mais sans aucune précision sur la nature exacte de la fibre elle même.
Or, pour sa mise en oeuvre, le biofiltre compact selon la présente invention, a sélectionné un produit très spécifique issu du chanvre, qui est la chènevotte. La chènevotte et la fibre de chanvre sont deux produits totalement différents. En effet, à partir de la tige de la plante brute, on va produire de la paille qui va être transformée en fibre d'un côté et en chènevotte de l'autre. La fibre est la partie périphérique de la tige, elle représente 30 % du poids sec de la plante. La chènevotte est la partie médullaire de la tige, elle correspond au bois de la plante et représente 45 % du poids sec des tiges.
De plus, on relève que les fibres végétales décrites dans ledit document DE ne sont pas utilisées en l'état, elles sont compressées, puis déshydratées, ce qui n'a rien à voir avec l'utilisation de la chènevotte réalisée dans le procédé selon la demande examinée.
c) Le brevet DE19956948 qui enseigne un moyen de réaliser des supports de biomasse bactérienne qui peuvent être utilisés dans le traitement de l'air ou de l'eau. Les supports du brevet en question sont fabriqués en mélangeant des fibres végétales (en particulier des fibres de chanvre ou de lin, de 3 à 20 mm de long) avec 3 à 5 % d'un liant biodégradable (amidon, résine etc .). Les supports fabriqués sont de forme conique, de 80 cm de haut et 60 cm de diamètre à la base, avec des épaisseurs de paroi de quelques cm. Ils sont empilés les un au-dessus des autres dans un réacteur vertical.
Comparé au biofiltre selon la présente invention, le brevet en question :
- ne présente aucun résultat concret ni chiffré d'efficacité ou de performance épuratoire concernant le traitement des eaux usées, et donc de traitement des eaux usées domestiques en assainissement individuel ;
- ne communique aucune indication précise sur les conditions opératoires pouvant concrètement être appliquées: mise en œuvre, charges admissibles entretien, etc... - ne précise pas la nature exacte des fibres utilisables, un exemple citant le produit comme étant utilisé en tant que litière pour chevaux : il est donc probable que cela soit de la chènevotte. Cependant, celle-ci n'est pas utilisée en l'état, puisqu'elle est mélangée à des liants (qui sont des colles végétales), de l'eau, et des tensio-actifs. Autrement dit, nous sommes en présence de techniques de conception et de mise en œuvre totalement différentes et le matériau filtrant utilisé dans le biofiltre selon la présente invention ne constitue pas une solution alternative à celui utilisé dans les brevets susmentionnés pris seuls ou en combinaison.
RESUME DE L'INVENTION
Le but de l'invention est de proposer un système de compacité comparable à celle des micro-stations, mais basé sur un système de filtration sur milieu poreux à l'instar de filtres compacts existants. Ainsi tous les inconvénients inhérents aux dispositifs électromécaniques sont éliminés. De plus la hauteur de filtration doit rester minimale (55 cm environ) afin de ne pas trop enterrer la sortie de l'eau.
Par ailleurs, il convient de réduire l'inconvénient des vidanges trop fréquentes des microstations, et de ne pas le remplacer par un changement trop fréquent du matériau filtrant. Les matériaux utilisés jusqu'à présent dans les filtres compacts conviennent mal à cet objectif de plus grande compacité car si le filtre est trop compact le matériau se colmate. Il doit être alors périodiquement nettoyé ou remanié et à terme remplacé, ce qui nécessite une extraction du matériau usagé qui doit être effectuée par un professionnel et qui est équivalente à une vidange.
Le filtre selon l'invention répond à ces critères :
- d'une part le matériau filtrant permet d'obtenir une eau épurée de qualité réglementaire avec une compacité importante, soit 0,5m2 pour un habitant et 55 cm d'épaisseur seulement ;
- d'autre part ce matériau filtrant présente la propriété de se dégrader lentement particulièrement aux endroits les plus alimentés en eaux usées et ainsi la zone qui pourrait devenir colmatée disparaît en même temps que la dégradation du matériau. De ce fait l'épaisseur du filtre diminue dans le temps et on doit rajouter du matériau neuf pour conserver la capacité d'épuration. L'avantage de ce système est qu'il n'y a jamais d'évacuation à prévoir de matériau usagé, et qu'un simple apport de matériau neuf doit être réalisé très simplement, avec une périodicité d'un à deux ans et sans compétence technique particulière.
C'est dans le domaine de l'assainissement non collectif (ANC) un concept nouveau de filtre rechargeable sans production de déchet. Le biofiltre compact, selon l'invention, destiné au traitement des effluents septiques domestiques, est du genre comprenant essentiellement :
- une entrée haute apte à recevoir l'effluent septique à traiter ;
- un matériau filtrant biologiquement actif ;
- un moyen apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant ;
- une sortie basse apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant vers l'extérieur du biofiltre ;
- un bac étanche, fermé par un couvercle, apte à contenir les composants du biofiltre. Ledit biofiltre se caractérise essentiellement en ce que lé matériau filtrant est constitué exclusivement de fibres en vrac de chènevotte de chanvre (dénommée également "paillis de chanvre" ou "paillettes de chanvre") qui a été choisie pour sa propriété de se dégrader lentement lors du traitement des effluents septiques domestiques qu'il reçoit de manière à la recharger au fur et à mesure par le dessus et d'éviter ainsi le changement périodique de la totalité du matériau filtrant.
II se caractérise également en ce que :
- le moyen apte à répartir, de manière homogène, sur le matériau filtrant constitutif du biofiltre, l'effluent septique, est constitué de tubes distribuant ledit effluent sur une plaque perforée apte à laisser passer celui-ci qui tombe par gravité sur une nappe de textile non tissé, du type feutre, supportée par une grille sous-jacente, qui se sature pour former, au contact de ladite grille, des gouttes qui sont réparties de manière homogène ;
- le matériau filtrant repose sur une grille dont les mailles sont définies pour retenir les fibres dudit matériau et laisser passer l'effluent traité ;
- la grille soutenant le matériau filtrant, repose sur un support ajouré, type caillebotis ou grille à larges mailles, dégageant un espace, par rapport au fond du bac, destiné au drainage et à la ventilation de la partie inférieure du biofiltre ;
- il comporte au moins une entrée d'air apte à permettre la ventilation haute et basse du biofiltre.
L'installation pour le traitement des effluents septiques domestiques se caractérise en ce que :
- elle comporte au moins une fosse septique reliée à au moins un biofiltre selon l'invention ;
- le biofiltre selon l'invention est alimenté au moyen d'une chasse d'eau hydraulique (ou d'un auget basculeur) apte à délivrer la quantité d'effluent septique à traiter. - le biofiltre selon l'invention peut être contenu aussi bien dans un bac indépendant que dans une cuve compartimentée comprenant dans un premier compartiment la fosse septique et dans un second le biofiltre, la chasse (ou l'auget) pouvant être incluse dans cette cuve.
PRESENTATION DES FIGURES
Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 représente, en vue éclatée, les composants essentiels du biofiltre selon l'invention ;
- la figure 2 représente, en coupe longitudinale, lesdits composants positionnés dans le bac étanche ainsi que les moyens d'arrivée de l'effluent à traiter et d'évacuation de l'effluent traité et les moyens de ventilation haut et bas du biofiltre ;
- la figure 3 représente, en coupe transversale, l'ensemble des composants représentés à la figure 2 ;
- la figure 4 représente une vue schématique d'une installation comprenant une fosse septique, une chasse d'eau hydraulique et un biofiltre compact selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le biofiltre compact (1 ), représenté aux figures, est destiné au traitement des effluents septiques domestiques.
Il est du genre comprenant essentiellement :
- une entrée haute (2) apte à recevoir l'effluent septique à traiter ;
- un matériau filtrant (3) biologiquement actif ;
- un moyen amovible (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant ;
- une sortie basse (8) apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant (3) vers l'extérieur du biofiltre (1 ) ;
- un bac étanche (9), fermé par un couvercle (10), apte à contenir les composants du biofiltre (1 ).
Le matériau filtrant selon l'invention est constitué exclusivement de fibres en vrac de chènevotte de chanvre qui a été choisie pour sa propriété de se dégrader lentement lors du traitement des effluents septiques domestiques qu'il reçoit de manière à la recharger au fur et à mesure par le dessus et d'éviter ainsi le changement périodique de la totalité du matériau filtrant. Dans la réalisation préférée de l'invention :
- la chènevotte de chanvre utilisée est composée de fibres de longueur inférieure à 40 mm et possède une masse volumique comprise entre 100 et 114 kg/m3, une proportion de matière sèche par rapport au produit brut comprise entre 80 et 90%, une proportion de matière organique par rapport au produit sec comprise entre 85 et 98%, une capacité de rétention en eau comprise entre 180 et 500% et un pH dans l'eau compris entre 6,5 et 7,9 ;
- le moyen apte à répartir, de manière homogène, sur le matériau filtrant (3) constitutif du biofiltre (1 ), l'effluent septique, est constitué de tubes (4) distribuant ledit effluent sur une plaque perforée (5) apte à laisser passer celui-ci qui tombe par gravité sur une nappe de textile non tissé (6), supportée par une grille (7) sous-jacente, qui se sature pour former, au contact de ladite grille, des gouttes qui sont réparties de manière homogène (selon une variante de réalisation de l'invention, les tubes d'amenée de l'effluent et la plaque perforée pourrait être remplacés par un réseau de tubes perforés) ;
- le matériau filtrant (3) repose sur une grille (11 ) dont les mailles sont définies pour retenir les fibres dudit matériau et laisser passer l'effluent traité.
- la grille (11 ), soutenant le matériau filtrant (3), repose sur un support ajouré (12), du type caillebotis ou grille à larges mailles, dégageant un espace, par rapport au fond du bac (9), destiné au drainage et à la ventilation de la partie inférieure du biofiltre (1) ;
- le biofiltre (1 ) comporte au moins un dispositif d'entrée d'air (13,14) apte à permettre sa ventilation haute et basse.
L'installation, selon l'invention, destinée au traitement des effluents septiques domestiques, comprend au moins une fosse septique (16) reliée à au moins un biofiltre (1 ).
Elle est alimentée au moyen d'une chasse d'eau hydraulique (17) (ou d'un auget basculeur) apte à délivrer la quantité d'effluent septique à traiter.
Le biofiltre (1 ) est rechargé périodiquement en chènevotte de chanvre, par le dessus, après avoir enlevé le moyen de répartition (4,5,6 et 7), en fonction de sa dégradation par la biomasse.
Il est donné ci-après, à titre d'exemple non limitatif, la forme détaillée de réalisation d'une installation convenant pour 5 habitants.
Les effluents septiques pénètrent dans une chasse hydraulique qui, par basculement, délivre dans deux tubes (4) de 100mm de diamètre presque instantanément environ 25 litres d'eau au total. Cette chasse peut être aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur du bac. Les tubes (4) conduisent l'eau chacun au centre d'une plaque carrée (5) de 1 ,25 m2 de surface environ. Ces plaques sont munies de rebords de 5cm de hauteur environ. Elles sont percées de trous de 8mm selon un maillage de 15 cm environ. Les trous sont distants des rebords d'environ la moitié du maillage. Ces plaques sont contenues chacune dans un casier amovible dont le fond est constitué d'une grille (7) de maille environ 15 à 30 mm et de diamètre de fil 1 à 2 mm. Cette grille supporte une nappe de textile non tissé (6), type feutre, de masse surfacique 800g/m2 et d'épaisseur environ 8mm. L'espace entre les plaques percées et la nappe de feutre est de 5 à 10 cm. L'effluent qui s'écoule par les trous des plaques tombe sur le feutre qui se sature et des gouttes se forment au contact de la grille sous-jacente, donnant un écoulement sous forme de pluie avec une répartition homogène.
Les casiers qui contiennent les plaques sont réglables en horizontalité.
L'effluent tombe sur le matériau filtrant (3) dont l'épaisseur est de 50 à 60 cm et il le traverse.
Le matériau filtrant (3) repose sur une grille (11 ) de maille 1 mm environ.
Le fond du filtre est garni d'un support(12) de 15 cm de hauteur environ dont la face supérieure est constituée d'un caillebotis ou d'une grille de maille très grossière (10 cm environ), qui supporte elle-même la grille, de maille 1 mm environ, qui retient le matériau filtrant.
L'ensemble est contenu dans un bac étanche (9) fermé par un couvercle (10).
Un dispositif de ventilation (13), de diamètre 100 mm, pris sur l'extérieur, permet d'aérer la partie supérieure de filtre.
Un second dispositif de ventilation (14) aère la partie inférieure du filtre, sous le support.
II peut être pris à l'extérieur ou dans la partie haute du filtre.
Une paroi verticale du bac (9) est percée au niveau du fond et raccordée à un tube horizontal (15) ou en légère pente pour permettre l'évacuation de l'eau traitée.
Initialement conçu pour être exploité dans le domaine de l'assainissement non collectif, le biofiltre selon l'invention pourra voir son application étendue à tout domaine de traitement des eaux septiques.
Bien entendu, l'homme de métier sera apte à réaliser l'invention telle que décrite et représentée en appliquant et en adaptant des moyens connus sans qu'il soit nécessaire de les décrire ou de les représenter.
Il pourra également prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention tel que déterminé par la teneur des revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Biofiltre compact (1 ) pour le traitement des effluents septiques domestiques comprenant essentiellement :
- une entrée haute (2) apte à recevoir l'effluent septique à traiter ;
- un matériau filtrant (3) biologiquement actif ;
- un moyen (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, l'effluent sur ledit matériau filtrant ;
- une sortie basse (8) apte à évacuer l'effluent ayant traversé ledit matériau filtrant (3) vers l'extérieur du biofiltre (1 ) ;
- un bac étanche (9), fermé par un couvercle (10), apte à contenir les composants du biofiltre (1 ) ;
caractérisé en ce que le matériau filtrant (3) est constitué exclusivement de fibres en vrac de chènevotte de chanvre qui a été choisie pour sa propriété de se dégrader lentement lors du traitement des effluents septiques domestiques qu'il reçoit de manière à la recharger au fur et à mesure par le dessus et d'éviter ainsi le changement périodique de la totalité du matériau filtrant.
2- Biofiltre, selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la chènevotte de chanvre utilisée est composée de fibres de longueur inférieure à 40 mm et possède une masse volumique comprise entre 100 et 114 kg/m3.
3- Biofiltre, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chènevotte de chanvre utilisée possède une proportion de matière sèche par rapport au produit brut comprise entre 80 et 90%, une proportion de matière organique par rapport au produit sec comprise entre 85 et 98%, une capacité de rétention en eau comprise entre 180 et 500% et un pH dans l'eau compris entre 6,5 et 7,9.
4- Biofiltre, selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen (4,5,6,7) apte à répartir, de manière homogène, sur le matériau filtrant (3) constitutif du biofiltre (1 ), l'effluent septique, est amovible et est constitué de tubes (4) distribuant ledit effluent sur une plaque perforée (5) apte à laisser passer celui-ci qui tombe par gravité sur une nappe de textile non tissé (6), supportée par une grille (7) sous-jacente, qui se sature pour former, au contact de ladite grille, des gouttes qui sont réparties de manière homogène.
5- Biofiltre, selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau filtrant (3) repose sur une grille (11 ) dont les mailles sont définies pour retenir les fibres dudit matériau et laisser passer l'effluent traité.
6- Biofiltre, selon la revendication s, caractérisé en ce que la grille (11 ), soutenant le matériau filtrant (3), repose sur un support ajouré (12) dégageant un espace, par rapport au fond du bac (9), destiné au drainage et à la ventilation de la partie inférieure du biofiltre (1 ).
7- Biofiltre, selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'entrée d'air (13,14) apte à permettre sa ventilation haute et basse.
8- Installation pour le traitement des effluents septiques domestiques comprenant au moins une fosse septique (16) reliée à au moins un biofiltre (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9- Installation, selon la revendication 8, caractérisée en ce que le biofiltre (1 ) est alimenté au moyen d'une chasse d'eau hydraulique (17) apte à délivrer la quantité d'effluent septique à traiter.
10- Installation, selon la revendication 9, caractérisée en ce que le biofiltre (1 ) est rechargé périodiquement en chènevotte de chanvre, par le dessus, après avoir enlevé le moyen de répartition (4,5,6 et 7), en fonction de sa dégradation par la biomasse.
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