FR3014427A1 - Station d'epuration comprenant des moyens pour affaiblir la force de refoulement des boues d'une enceinte de clarification vers une enceinte d'aeration - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une station d'épuration, du type comprenant une cuve (1) incluant au moins deux enceintes, l'une d'aération (10) dans laquelle débouche un conduit d'arrivée d'eau, et l'autre de clarification (11), séparées par une paroi de séparation, les eaux à épurer passant de l'une dans l'autre, l'enceinte de clarification (11) étant reliée à un conduit de sortie (110) et intégrant une pompe de refoulement de boues destinée à refouler les boues dans l'enceinte d'aération par l'intermédiaire d'un conduit de refoulement qui passe la paroi de séparation en direction de l'enceinte d'aération à une hauteur supérieure ou égale à celle du conduit d'arrivée d'eau, caractérisée en ce que le conduit de refoulement (12) débouche dans un conduit de prolongement (113) d'un diamètre supérieur à celui du conduit de refoulement et qui s'étend dans un plan essentiellement horizontal, en partant du voisinage de la paroi de séparation (12) jusqu'au voisinage de la paroi opposée (13) à la paroi de séparation.

Description

Station d'épuration comprenant des moyens pour affaiblir la force de refoulement des boues d'une enceinte de clarification vers une enceinte d'aération. Le domaine de l'invention concerne la conception et la fabrication des équipements de traitement des eaux usées. Plus précisément, l'invention concerne les stations d'épuration, en particulier mais non exclusivement individuelles, du type intégrant un bassin d'aération et un bassin de clarification. Dans le cadre de l'assainissement non collectif, on distingue les habitations reliées au réseau de collecte de leur commune et celles qui ne le sont pas. Jusqu'à récemment, les habitations non reliées au réseau de collecte étaient équipées généralement, voire dans le meilleur des cas, d'une fosse septique pour le traitement des eaux usées domestiques (hors eaux pluviales) associée à un bac à sable filtrant.

L'évolution des normes et réglementations impose désormais aux habitations non reliées au réseau de collecte de leur commune de disposer d'un système d'assainissement individuel, visant à renvoyer au milieu naturel les eaux traitées d'une qualité satisfaisante prédéterminée. Les textes actuellement en vigueur définissent l'assainissement individuel, autrement désigné par assainissement non collectif (ANC) comme correspondant à « tout système d'assainissement effectuant la collecte, le prétraitement, l'épuration, l'infiltration ou le rejet des eaux usées domestiques des immeubles non raccordés au réseau public d'assainissement ».

Dans ce contexte, une solution pour les particuliers non reliés au réseau de collecte de leur commune consiste à recourir à l'installation d'une micro-station d'épuration. Une micro-station d'épuration peut se définir comme une solution de traitement des eaux usées domestiques, fonctionnant à échelle réduite selon le même principe qu'une station d'épuration urbaine, ceci par la mise en oeuvre d'un procédé dit « à boue activée » ou « à culture fixée ».

Le procédé de traitement « à boue activée » consiste à mettre à contribution les micro-organismes ou les bactéries présents dans les eaux à traiter en vue de dégrader les matières organiques présentes dans les dites eaux, ceci sans recourir à l'adjonction de produits chimiques. Un tel traitement permet de rejeter les eaux traitées directement dans le milieu naturel ou, alternativement, de les utiliser en irrigation. On distingue, parmi les effluents rejetés par une habitation, deux catégories, à savoir : - les « eaux grises », correspondant aux eaux provenant des lavabos, lave-linges, douche, etc. ; - les « eaux-vannes », correspondant aux eaux rejetées par les toilettes. L'ensemble de ces effluents contient : - des matières organiques ; - des matières azotées et phosphorées ; - des micro-organismes pathogènes ; - des matières en suspension pouvant provoquer des maladies, de la pollution organique et de l'eutrophisation.

Classiquement, les micro-stations d'épuration sont conçues pour réaliser les phases de traitement suivantes : - la décantation, visant à retenir au fond de la cuve les matières les plus lourdes et à faire remonter en surface les plus légères ; - l'aération, selon laquelle les « boues » en suspension subissent un traitement d'épuration, ceci en créant de manière séquentielle des périodes aérobies et des périodes d'anoxie, ce qui va permettre d'engendrer un phénomène de digestion des matières organiques, ainsi qu'une réduction des nitrates et des nitrites ; - la clarification (éventuellement précédée d'une pré-clarification), visant à séparer les boues légères persistantes de l'eau épurée : dans cette phase, les boues restantes sont renvoyées dans le bassin de décantation ou dans le bassin de réaction, tandis que l'eau épurée est extraite de la micro-station pour être en général dispersée dans le sol.

Les avantages des micro-stations sont notamment les suivants : - elles mettent en oeuvre des procédés de traitement écologique et n'utilisent aucun produit chimique pour traiter les eaux usées ; - la surface au sol de la micro-station est notablement limitée et ne nécessite pas d'épandage sous-terrain, ce qui permet de les installer même dans des petits terrains, éventuellement avec un dénivelé ; - la fréquence de vidange des boues est peu élevée comparée à celle d'une fosse septique ; - elles ne dégagent pas d'odeurs. En revanche, le traitement « à boue activée » implique un apport régulier de matières organiques pour permettre aux bactéries de se développer et donc de traiter les eaux. Aussi, une absence prolongée d'écoulement d'eau dans la micro-station impliquera la nécessité de réactivation des bactéries. Selon l'art antérieur, on distingue deux types de micro-station d'épuration : - les stations opérant une épuration par boue activée, telle que décrite précédemment ; - les stations à culture fixée dans lesquelles les micro- organismes chargés du traitement se fixent sur un support en fond de cuve. L'invention concerne tant les stations opérant un traitement dit « à boue activée » que les stations à culture fixée.

Une station de ce type se présente de façon générale sous la forme d'une cuve incluant deux enceintes, à savoir : - une enceinte d'aération, incluant un conduit d'arrivée par lequel les eaux à traiter arrivent dans la station ; - une enceinte de décantation/clarification, incluant un conduit de sortie par lequel les eaux épurées sont évacuées.

L'enceinte d'aération intègre un compresseur programmé pour effectuer des cycles successifs d'aération des eaux présentes dans l'enceinte d'aération. On rappelle effectivement que l'enceinte d'aération a pour but d'effectuer des phases successives d'aérobie et d'anoxie, en vue de provoquer une digestion des matières organiques présentes dans les eaux à traiter. L'enceinte de décantation/décantation intègre quant à lui une pompe de refoulement activée par cycles successifs programmés, permettant de : - laisser décanter les matières en suspension en phase de non fonctionnement de la pompe ; - pomper les boues décantées (donc non digérées) et les renvoyer vers l'enceinte d'aération, par l'intermédiaire d'un conduit de refoulement. Le conduit de refoulement remonte à partir de la pompe jusqu'à venir au-dessus de la paroi de séparation séparant l'enceinte d'aération de l'enceinte de clarification, et traverse cette paroi de séparation de façon à déboucher dans l'enceinte d'aération. En tout état de cause, le conduit de refoulement passe la paroi de séparation, soit en la traversant soit en la chevauchant, et débouche au- dessus du niveau du conduit d'arrivée d'eau. De façon à pouvoir refouler le mélange de liquide et de matière solide constitué par les boues, ceci sur la hauteur de la paroi de séparation ou quasiment, la pompe de refoulement présente une puissance relativement importante pour permettre, en toute circonstance, d'exercer tant une force de pompage qu'une force de refoulement suffisante.

Il résulte de la puissance de la pompe de refoulement que les rejets dans l'enceinte d'aération par l'intermédiaire du conduit de refoulement sont libérés avec un débit assez élevé. On observe que ce débit élevé des rejets engendre une agitation importante de la surface de l'eau présente dans l'enceinte d'aération, se traduisant par des remous qui brassent, à la surface de l'eau, les boues refoulées. Or, une telle agitation avec le brassage correspondant des boues à la surface de l'eau peut avoir pour conséquence que les remous chargés de boues atteignent le niveau du conduit de liaison par lequel l'eau est transférée de l'enceinte d'aération vers l'enceinte de clarification. En d'autres termes, dans ce cas, à peine les boues sont-elles refoulées de l'enceinte de clarification vers l'enceinte d'aération, qu'elles retournent vers l'enceinte de clarification.

Il est bien évident qu'un tel phénomène est indésirable et nuit au bon fonctionnement de la station d'épuration. L'invention a donc pour objectif de pallier cet inconvénient de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une station d'épuration du type mettant en oeuvre une enceinte d'aération et une enceinte de clarification, cette dernière intégrant une pompe de refoulement des boues vers l'enceinte d'aération, qui optimise les cycles de digestion/décantation/refoulement des boues. L'invention a également pour objectif de fournir une telle station 25 d'épuration qui n'implique pas de consommation d'énergie supplémentaire par rapport à l'art antérieur, ou quasiment. Ces objectifs, ainsi que d'autres, qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'une station d'épuration, du type comprenant une cuve incluant au moins deux enceintes, l'une d'aération dans laquelle 30 débouche un conduit d'arrivée d'eau, et l'autre de clarification, séparées par une paroi de séparation, les eaux à épurer passant de l'une dans l'autre, l'enceinte de clarification étant reliée à un conduit de sortie et intégrant une pompe de refoulement de boues destinée à refouler les boues dans l'enceinte d'aération par l'intermédiaire d'un conduit de refoulement qui passe la paroi de séparation en direction de l'enceinte d'aération à une hauteur supérieure ou égale à celle du conduit d'arrivée d'eau. Selon l'invention, le conduit de refoulement débouche dans un conduit de prolongement d'un diamètre supérieur à celui du conduit de refoulement et qui s'étend dans un plan essentiellement horizontal, en partant du voisinage de la paroi de séparation jusqu'au voisinage de la paroi opposée à la paroi de séparation. Ainsi, grâce à l'invention, l'effluent refoulé par la pompe en direction de l'enceinte d'aération va s'écouler plus tranquillement dans le volume d'eau de l'enceinte d'aération. En effet, l'augmentation du diamètre du conduit de prolongement par rapport à celui du conduit de refoulement va engendrer un ralentissement de l'écoulement. De plus, la longueur du conduit de prolongement va contribuer au freinage de l'écoulement des effluents refoulés (eau plus boues), ceci sur quasiment toute la distance séparant la cloison de séparation de la cloison opposée (c'est-à-dire celle dans laquelle débouche le conduit d'arrivée des eaux à traiter). L'écoulement des effluents refoulés étant notablement ralenti (ou en d'autres termes « tranquillisés »), le déversement de ces effluents par le conduit de refoulement à la surface de l'eau présente dans l'enceinte d'aération n'entraîne plus de remous, ou à tout le moins n'agite pas la surface de l'eau au point d'entraîner un retour des boues vers l'enceinte de clarification par le conduit de liaison selon le phénomène décrit précédemment en référence à l'art antérieur. Le cycle de fonctionnement de la station est ainsi optimisé et la qualité de l'eau rejetée améliorée.

On note que le freinage de l'écoulement des effluents refoulés s'effectue naturellement à l'intérieur du conduit de prolongement, ceci sans équipement supplémentaire et surtout sans consommation d'énergie. Avantageusement, ledit conduit de prolongement présente au moins un coude à angle droit au voisinage de ladite paroi opposée.

Un tel coude va constituer une zone de freinage, contribuant donc à l'effet escompter en s'ajoutant à celui de l'augmentation de diamètre du conduit de prolongement par rapport à celui du conduit de refoulement, tout en permettant d'augmenter la longueur du conduit de prolongement à l'intérieur de l'enceinte d'aération, ce qui va augmenter la distance de freinage de l'écoulement des effluents refoulés. Selon une solution préférentielle, le conduit de prolongement présente un premier tronçon dans lequel débouche le conduit de refoulement, et un deuxième tronçon formant un T avec le premier tronçon en s'étendant de part et d'autre du premier tronçon.

De cette façon, on obtient un effet de freinage de l'écoulement des effluents refoulés très important. En effet, les effluents débouchent dans le deuxième tronçon, à partir du premier tronçon, avec, en face du premier tronçon, la paroi du deuxième tronçon contre laquelle les effluents viennent se heurter. Cette paroi du deuxième tronçon en sortie du premier tronçon constitue une sorte de mur d'arrêt, les effluents reprenant ensuite leur cheminement dans le reste du deuxième tronçon avec une vitesse très faible. Selon une solution avantageuse, le conduit de prolongement présente une première extrémité dans laquelle débouche le conduit de refoulement, le conduit de prolongement présentant une deuxième extrémité débouchante placée face à un côté de la paroi de séparation opposée au côté auquel fait face la première extrémité du conduit de refoulement. De cette façon, l'eau s'écoule du conduit de prolongement dans une zone la plus éloignée, ou quasiment, de la zone dans laquelle le conduit de refoulement débouche dans le conduit de prolongement.

Dans ce cas, le conduit de prolongement présente un tronçon qui longe la paroi opposée, des moyens supports dudit tronçon étant portés par la paroi opposée. Dans cette configuration, les moyens supports comprennent avantageusement un prolongement du conduit d'arrivée d'eau dans l'enceinte d'aération. On confère de cette façon une double fonction au conduit d'arrivée d'eau, à savoir : - celle permettant, de par sa fonction première, l'entrée d'eau dans la station d'épuration ; - celle de supporter le conduit de refoulement (soumis à son propre poids auquel s'ajoute de façon cyclique celui des effluents refoulés). Préférentiellement, le conduit d'arrivée d'eau débouche dans ledit tronçon. Selon une autre caractéristique de l'invention, la station comprend une unité de commande conçue pour piloter des cycles de fonctionnement avec des temporisations successives des phases d'arrêt/marche de la pompe de refoulement de façon à séparer dans le temps les phases de refoulement de boues et les phases de transfert d'eau de l'enceinte d'aération vers l'enceinte de clarification. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels : - les figures 1 et 2 sont chacune une vue éclatée en perspective d'une station d'épuration selon l'invention ; - les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques d'une station d'épuration selon l'invention, vue selon une coupe longitudinale et selon une coupe transversale ; - la figure 5 est une représentation schématique d'une station d'épuration selon l'invention, vue de dessus.

En référence aux figures 1 à 5, une station d'épuration selon l'invention comprend deux enceintes à savoir : - une enceinte d'aération 10 ; - une enceinte de décantation et de clarification 11.

La station intègre un compresseur (non représenté) à partir duquel s'étend un conduit d'air débouchant dans l'enceinte d'aération 10. Le compresseur de l'enceinte d'aération est programmé pour effectuer des cycles successifs d'aération des eaux présentes dans l'enceinte d'aération. On rappelle que l'enceinte d'aération a pour but d'effectuer des phases successives d'aérobie et d'anoxie, en vue de provoquer une digestion des matières organiques présentes dans les eaux à traiter. Tel que cela apparaît sur la figure 1, un conduit d'arrivée d'eau 100 débouche dans l'enceinte d'aération, les eaux à traiter arrivant dans la station par ce conduit. L'enceinte d'aération est séparée de l'enceinte de décantation/clarification par une paroi 12 dans laquelle est ménagé un orifice communiquant avec un conduit de liaison (non représenté) s'étendant vers le fond de l'enceinte de clarification. Lorsque le niveau d'eau augmente dans l'enceinte d'aération, en raison d'une arrivée d'eau par le conduit d'arrivée d'eau 100, de l'eau passe de l'enceinte d'aération vers l'enceinte de clarification par le conduit de liaison. L'enceinte de clarification 11 intègre une pompe 111 activée par cycles successifs programmés, permettant de : - laisser décanter les matières en suspension en phase de non fonctionnement de la pompe ; - pomper les boues décantées (donc non digérées) et les renvoyer vers l'enceinte d'aération par l'intermédiaire d'un conduit de refoulement 112, qui passe la paroi de séparation 12 (en la traversant ou la chevauchant) en direction de l'enceinte d'aération, ceci à une hauteur supérieure ou égale à celle du conduit d'arrivée d'eau 100.

Un conduit 110 de sortie s'étend à partir de l'enceinte de clarification, pour permettre la sortie des eaux traitées. Ce conduit 110 est prévu en partie supérieure de l'enceinte de clarification. Il est par conséquent nécessaire que le niveau d'eau augmente suffisamment dans l'enceinte de clarification pour atteindre le niveau du conduit de sortie. Selon le principe de l'invention, le conduit de refoulement 112 débouche dans un conduit de prolongement 113 d'un diamètre supérieur à celui du conduit de refoulement.

A titre indicatif, le diamètre du conduit de refoulement peut être de 40 mm, tandis que le diamètre du conduit de prolongement peut être de 100 mm. Ainsi, il résulte de cette augmentation du diamètre en passant du conduit de refoulement vers le conduit de prolongement une diminution de la vitesse d'écoulement des effluents au fur et à mesure de leur cheminement dans le conduit de prolongement. De plus, le conduit de prolongement s'étend dans un plan horizontal ou essentiellement horizontal (à tout le moins en évitant de générer une descente qui accélérerait l'écoulement des effluents dans le conduit de refoulement), en partant du voisinage de la paroi de séparation 12 jusqu'au voisinage de la paroi opposée 13 à la paroi de séparation. En d'autres termes, le conduit de prolongement s'étend sur quasiment toute la longueur de l'enceinte d'aération dans le sens longitudinal de la station (c'est-à-dire selon l'axe reliant le conduit d'arrivée d'eau au conduit de sortie d'eau tel qu'illustré par la figure 5). Tel que cela apparaît sur les figures 1, 2 et 5, le conduit de prolongement présente au moins un coude à angle droit au voisinage de la paroi opposée 13. Selon le présent mode de réalisation, le conduit de prolongement présente : - un premier tronçon 1130 dans lequel débouche le conduit de refoulement 112 ; - un deuxième tronçon 1131 formant un T avec le premier tronçon en s'étendant de part et d'autre du premier tronçon 1130. De cette façon, le deuxième tronçon 1131 présente face au premier tronçon 1130 dans le sens d'écoulement des effluents une paroi 1132 formant un « mur d'arrêt » contre lequel les effluents viennent se heurter. Les effluents cheminent ensuite à l'intérieur du deuxième tronçon 1131 en direction de l'extrémité débouchante 1133 de celui-ci en étant à nouveau considérablement freinés.

Tel qu'illustré par la figure 5, le conduit de refoulement 112 débouche dans une première extrémité 1134 du conduit de prolongement situé d'un premier côté de la paroi de séparation ou, en d'autres termes, au voisinage d'une des parois latérales 101 de l'enceinte d'aération. L'extrémité débouchante 1133 du conduit de prolongement est elle placée face à un côté de la paroi de séparation opposé au côté auquel fait face la première extrémité 1134 du conduit de refoulement, ou, en d'autres termes, s'étend au voisinage de la paroi latérale 102 de l'enceinte d'aération opposée à la paroi latérale 101 au voisinage de laquelle est placée la première extrémité 1134 du conduit de refoulement.

Schématiquement, vue de dessus, l'enceinte d'aération présentant une section essentiellement rectangulaire, la première extrémité du conduit de refoulement se situe dans un premier coin de la section rectangulaire au voisinage de la paroi de séparation et l'extrémité débouchante se situe dans un deuxième coin diamétralement opposé au premier coin. Dans cette configuration, le conduit de prolongement présente un tronçon, correspondant au tronçon 1131, qui longe la paroi opposée 13 à la paroi de séparation 12. Ce tronçon est porté par des moyens supports eux-mêmes portés par la paroi opposée 13.

Selon le présent mode de réalisation, ces moyens supports sont constitués par un prolongement du conduit 100 à l'intérieur de l'enceinte d'aération, ce prolongement du conduit d'arrivée d'eau débouchant dans le tronçon 1131 du conduit de prolongement. Par ailleurs, pour optimiser le fonctionnement d'une station d'épuration selon l'invention, on prévoit des cycles de fonctionnement, déclenchés par une unité de commande 2, avec temporisations successives de la façon suivante : - avant que le cycle d'aération ne démarre, la recirculation est actionnée pendant une durée maîtrisée de 10 secondes à 1 minute par exemple ; - en fin de recirculation et avant le démarrage de l'aération, une temporisation d'une durée prédéterminée, par exemple de l'ordre de 10 secondes à deux minutes, est appliquée pour que l'équivalent du volume d'eau transféré dans l'enceinte d'aération ait le temps de revenir dans l'enceinte de clarification sans entraîner de boues de l'enceinte d'aération. De plus, au moment de la recirculation de l'enceinte de clarification vers l'enceinte d'aération, des moyens sont mis en oeuvre pour ralentir la vitesse de recirculation, avant que le cycle d'aération ne démarre, recirculation à l'aide de la pompe présente dans l'enceinte de clarification, est actionné pendant une durée prédéterminée, de l'ordre par exemple de 10 secondes à une minute.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Station d'épuration, du type comprenant une cuve (1) incluant au moins deux enceintes, l'une d'aération (10) dans laquelle débouche un conduit d'arrivée d'eau (100), et l'autre de clarification (11), séparées par une paroi de séparation, les eaux à épurer passant de l'une dans l'autre, l'enceinte de clarification (11) étant reliée à un conduit de sortie (110) et intégrant une pompe (111) de refoulement de boues destinée à refouler les boues dans l'enceinte d'aération par l'intermédiaire d'un conduit de refoulement (112) qui passe la paroi de séparation (12) en direction de l'enceinte d'aération à une hauteur supérieure ou égale à celle du conduit d'arrivée d'eau (100), caractérisée en ce que le conduit de refoulement (12) débouche dans un conduit de prolongement (113) d'un diamètre supérieur à celui du conduit de refoulement et qui s'étend dans un plan essentiellement horizontal, en partant du voisinage de la paroi de séparation (12) jusqu'au voisinage de la paroi opposée (13) à la paroi de séparation.
2. 2. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conduit de prolongement (113) présente au moins un coude (1135) à angle droit au voisinage de ladite paroi opposée (13). 25
3. 3. Station d'épuration selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conduit de prolongement (113) présente un premier tronçon (1130) dans lequel débouche le conduit de refoulement (112), et un deuxième tronçon (1131) formant un T avec le premier tronçon en s'étendant de part et d'autre du premier tronçon.
4. 4. Station d'épuration selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le conduit de prolongement (113) présente une première extrémité (1134) dans laquelle débouche le conduit de refoulement (112), le conduit de prolongement (113) présentant une deuxième extrémité (1133) débouchant placée face à un côté de la paroi (102) de séparation opposée au côté auquel fait face la première extrémité (1134) du conduit de refoulement.
5. 5. Station d'épuration selon la revendication 4, caractérisée en ce que le conduit de prolongement (113) présente un tronçon qui longe la paroi opposée (13), des moyens supports dudit tronçon étant portés par la paroi opposée.
6. 6. Station d'épuration selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens supports comprennent un prolongement du conduit d'arrivée d'eau (100).
7. 7. Station d'épuration selon la revendication 6, caractérisée en ce que conduit d'arrivée d'eau (100) débouche dans ledit tronçon.
8. 8. Station d'épuration selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de commande (2) conçue pour piloter des cycles de fonctionnement avec des temporisations successives des phases d'arrêt/marche de la pompe (111) de refoulement, de façon à séparer dans le temps les phases de refoulement de boues et les phases de transfert d'eau de l'enceinte d'aération vers l'enceinte de clarification.