FR3046158A1 - Dispositif de traitement d'eaux usees par filtres a plantes du type roseaux - Google Patents

Abstract

Dispositif de traitement des eaux usées par filtres plantés de roseaux comportant un filtre (10) comprenant une pluralité de couches filtrantes à base de substrat minéral dont une couche filtrante supérieure (2) du type à gravier fin, destinée à accueillir les végétaux, et successivement en-dessous de cette couche supérieure au moins une couche filtrante inférieure (3) du type graviers fin, une couche intermédiaire (50) du type graviers grossiers dont le diamètre est supérieur au diamètre des graviers des couches filtrantes, et une couche drainante (51) du type graviers grossiers dont le diamètre est supérieur à celui des graviers de la couche intermédiaire. L'invention comporte également un ouvrage d'interface (9) d'évacuation des eaux traitées associé à la sortie du filtre (10) qui constitue un moyen structurel de régulation du débit d'eau s'évacuant hors du dispositif, engendrant une zone de marnage au niveau de la couche filtrante inférieure et une saturation en eau de la ou des couches les plus inférieures disposées au fond du filtre.

Description

DISPOSITIF DE TRAITEMENT D’EAUX USEES PAR FILTRES A PLANTES DU TYPE ROSEAUX L’invention concerne un dispositif de traitement d’eaux usées par filtres plantés de végétaux du type roseaux, c’est-à-dire un dispositif d’épuration d’eaux usées constituant un filtre à base de sable et de graviers et utilisant des végétaux subaquatiques pour principalement éviter l’accumulation de boues en surface du filtre. L'invention sera plus particulièrement décrite en regard de filtres à écoulement vertical.

Ce type de dispositif est de plus en plus utilisé pour épurer des eaux usées d’ouvrages collectifs de petite et moyenne densité en nombre d’habitants. A titre d’exemple, la capacité de traitement d’un filtre est de l’ordre de 30 à 2000 habitants.

De manière générale, un dispositif à écoulement vertical comporte au moins un filtre rempli de différentes couches de substrat minéral et dans lequel sont plantés des végétaux, les plus répandus étant les roseaux de type Phragmites Australis, le dispositif comportant en outre des moyens d’aération et des drains de collecte des eaux épurées. Usuellement, les couches successives depuis le fond du filtre jusqu’en haut, sont constituées d’une couche de graviers de gros diamètre, d’une couche de graviers grossiers, et d’une couche de gravier fin ou sable dans laquelle sont plantés les roseaux. Les moyens d’aération sont composés d’évents reliés depuis l’extérieur aux drains de collecte disposés en fond de filtre et assurant l’apport d’oxygène au travers des différentes couches de gravier et eux même reliés à un collecteur de rejet débouchant hors du filtre.

La couche de graviers ou de sable dans laquelle se situe le système racinaire des végétaux est une zone aérée, servant de support aux bactéries aérobies qui vont permettre une dégradation de la matière organique. Les roseaux ayant d’ailleurs des rhizomes très développés participent, dans une proportion limitée, à cet apport d’oxygène pour les bactéries. En outre, les roseaux, de par leur mouvement, ont une action de fragmentation sur la couche de boue formée à la surface du filtre, évitant le colmatage de la surface du filtre et garantissant l’infiltration pérenne des effluents.

De manière résumée, le fonctionnement d’un tel dispositif est le suivant : les eaux usées sont déversées en surface du filtre (ce qu’on nomme usuellement par le terme « bâchée >>), les bactéries assurent le processus de dégradation de la matière organique des eaux usées, l’effluent circule par percolation verticale à travers les couches jusqu’au drainage qui collecte les eaux filtrées/traitées pour être évacuées en sortie du drain hors du filtre. La bâchée s’infiltre à travers le massif en quelques minutes.

Il est très courant d’utiliser deux filtres consécutifs à écoulement vertical pour réaliser un traitement adéquat ; on parle de station d’épuration à deux étages. La superficie des filtres dépend du nombre d’habitants. Il faut compter généralement une superficie pour le premier filtre comprise entre 1,2 et 1,5 m2/habitant et pour le second filtre, comprise entre 0,8 et 1 m2/habitant. Le second filtre (second étage) permet de réaliser un traitement qui répondra à un niveau réglementaire plus sévère de traitement, essentiellement en retenant et dégradant l’azote ammoniacal, peu ou partiellement retenu au niveau du premier étage.

Par conséquent, on parvient rapidement à utiliser des surfaces de traitement relativement grandes, pouvant par exemple atteindre 1000 à 1500 m2 pour une station de traitement des eaux usées d’une capacité de 500 équivalents-habitants. Aussi est-il souhaitable de réduire cet encombrement au sol en tentant de ne mettre en oeuvre qu’un seul étage de filtre tout en maintenant un niveau de traitement élevé, ce qui permet en outre de diminuer les coûts de fabrication, d’installation, de maintenance et d’exploitation. L’une des solutions connues pour n’utiliser qu’un seul filtre et parvenir à un niveau de traitement élevé est la recirculation, c’est-à-dire qu’en sortie d’un filtre, les eaux filtrées sont ramenées en tête de station via une pompe afin d’être réinjectées sous forme de bâchée au niveau dudit filtre de traitement. Cependant, un tel processus nécessite une pompe de relevage, ce qui augmente le coût de l’installation et nécessite une maintenance supplémentaire. De plus, ce volume d’eau traité est en réalité réinjecté avec une bâchée non encore traitée, imposant en définitif de prévoir dès la construction un filtre de surface élevée, sans éviter pour autant le risque de surcharge hydraulique.

Une autre solution pour retenir de manière performante l’azote ammoniacal est d’associer en sortie du filtre du premier étage une cuve comprenant de la zéolite. Via une pompe, l’eau traitée en sortie de filtre est délivrée dans la cuve et y reste le temps nécessaire à la fixation de l’azote ammoniacal par la zéolite et à sa transformation en nitrates. Cependant, cette solution nécessite encore une fois une pompe de relevage, ainsi qu’une installation spécifique à entretenir. L’invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités en proposant un dispositif de traitement d’eaux usées, efficace, dont l’occupation au sol soit optimisée, et présentant un fonctionnement simplifié en limitant les organes électriques et électromécaniques (pompes).

Selon l’invention, le dispositif de traitement des eaux usées par filtre planté de végétaux de préférence du type roseaux, comporte un filtre comprenant une pluralité de couches filtrantes à base de substrat minéral dont une couche supérieure de type gravier fin, destinée à accueillir les végétaux et offrir une première filtration fine, une couche filtrante dite inférieure juste en-dessous de la couche supérieure et du type constituée de graviers filtrants plutôt fins de granulométrie plus étendue que celle de la couche supérieure, et au moins une couche de fond dite drainante du type à graviers grossiers et est caractérisé en ce qu’il comporte au moins une couche intermédiaire entre la couche inférieure et la couche drainante, et en ce qu’il comporte un ouvrage d’interface d’évacuation des eaux traitées, tel qu’un regard, associé à la sortie du filtre qui constitue un moyen structurel de régulation du débit de fuite hors du filtre des eaux traitées . Cette régulation engendre une zone de marnage au niveau de la couche fonctionnelle située au-dessus de la couche intermédiaire et une saturation en eau de la ou des couches intermédiaire et drainante disposées au fond du filtre.

On entend par « moyen structurel de régulation >>, un moyen dont les caractéristiques se rapportent à la structure physique, à la forme et la dimension des éléments constitutifs de l’ouvrage, et non un moyen de régulation mécanique et/ou automatisée qui ferait appel à des moyens mécaniques et/ou électriques ou électroniques, tels qu’une vanne motorisée ou une pompe.

Dans la suite de la description, le terme de « hauteur >>, les qualificatifs «supérieur», «inférieur», «haut» et «bas» d’un élément ou d’une couche sont utilisés dans le cadre d’une installation normale du dispositif, c'est-à-dire relative à une notion verticale par rapport à un sol dans lequel est agencé le filtre pour réaliser une percolation verticale. L’ouvrage d’interface d’évacuation des eaux traitées, associé à la sortie du filtre forme un réservoir doté d’un fond et de parois périphériques pleines, d’une entrée agencée à proximité du fond et coopérant avec la sortie du filtre et d’au moins une évacuation de régulation du débit qui est agencée en hauteur par rapport au fond et dans un plan horizontal situé au niveau du plan supérieur de la couche intermédiaire.

Dans une variante préférée, en vue d’optimiser les performances de la filtration de l’azote, le filtre comporte une couche à base de zéolite agencée juste en-dessous de la couche inférieure de filtration et au-dessus de la couche dite intermédiaire.

La hauteur de l’évacuation du regard se situe dans un plan P au niveau de la jonction de la couche filtrante inférieure et de la couche intermédiaire immédiatement inférieure, ou lorsqu’une couche de zéolite est présente, dans un plan P au niveau de la jonction de la couche de zéolite et de la couche intermédiaire immédiatement inférieure. L’ouvrage d’interface (le regard) de régulation de débit du dispositif, en se remplissant jusqu’à une hauteur fixée avant évacuation définitive des eaux traitées, joue le rôle de régulateur du débit d’évacuation des eaux hors du filtre, en garantissant un temps de séjour minimal des effluents au sein du filtre. La combinaison de la position de l’évacuation de régulation sise au-dessus de la couche intermédiaire, et de la dimension du regard d’évacuation assure une saturation de la couche drainante et de la couche intermédiaire, ainsi qu’un marnage au sein de la couche filtrante inférieure ou de la couche de zéolite.

Le processus de traitement ainsi mis en oeuvre par l’ouvrage d’interface de régulation du débit permet de maximiser la qualité de traitement de la pollution particulaire et dissoute des eaux dans le filtre.

Dans un mode de réalisation préféré, la couche filtrante supérieure comporte des graviers de granulométrie de 2 à 4 mm tandis que la couche filtrante inférieure comporte des graviers de granulométrie de 2 à 6,3 mm.

La couche intermédiaire est composée de graviers de granulométrie de 4 à 20 mm et la couche drainante de graviers de granulométrie de 20 à 40 mm. Dans une configuration optimisée pour le traitement de l’azote, la couche de zéolite, positionnée entre la couche filtrante inférieure et la couche intermédiaire, est de granulométrie de 2 à 5 mm.

Les épaisseurs des différentes couches varient selon les massifs, à titre d’exemple, les valeurs sont les suivantes : - Couche filtrante supérieure : de 30 à 40 cm ; - Couche filtrante inférieure : de 30 à 40 cm ; l’épaisseur cumulée de la couche filtrante supérieure et de la couche filtrante inférieure étant comprise entre 600 et 800 mm ; - Couche de zéolite (présente pour un traitement optimisé de l’azote) : de 5 à 15 cm ; - Couche intermédiaire : épaisseur comprise entre 30 et 60 cm, de préférence de l’ordre de 20 cm ; - Couche drainante : épaisseur comprise entre 30 et 60 cm, de préférence de l’ordre de 20 cm. L’épaisseur cumulée des couches filtrantes supérieure et inférieure varie de préférence entre 60 et 80 cm. La couche intermédiaire comprend des graviers de granulométrie plus petite, notamment ayant une granulométrie de l’ordre de 4 à 20 mm, que les graviers de la couche drainante notamment ayant une granulométrie de l’ordre de 20 à 40 mm.

En termes épuratoires, la dégradation usuelle de la matière organique carbonée est obtenue principalement au niveau de la couche filtrante supérieure, tandis que le dispositif de l’invention via l’ouvrage d’interface de régulation procure un effet de marnage des eaux dans la couche filtrante inférieure ou la couche de zéolite lorsque celle-ci est présente, la couche intermédiaire et la couche drainante étant alors saturées en eau. L’effet de marnage permet de fixer l’azote ammoniacal sur les granulats en garantissant un temps de séjour de l’effluent au sein du massif. L’azote ammoniacal est alors transformé en nitrates de manière aérobie, les nitrates étant dirigés vers les couches inférieures intermédiaire et drainante lors d’une alimentation ultérieure du massif.

En raison de remplacement en hauteur de l’évacuation de régulation de l’ouvrage de régulation, les couches intermédiaire et drainante sont en permanence saturées en eau, ce qui permet l’élimination anoxique des nitrates et leur transformation en diazote gazeux. L’eau traitée comporte ainsi de faibles quantités de nitrates.

Ce dispositif est donc avantageux car il permet un traitement efficace de l’ensemble des paramètres majeurs sur un étage unique. Par ailleurs, il ne mobilise pas de moyens électriques et/ou automatisés.

Les performances épuratoires ainsi obtenues permettent d’atteindre une qualité de rejet correspondant au minimum au niveau dit D4 des normes standards existantes ou équivalentes (à l’exception des paramètres azotés), soit, sur l’ensemble des paramètres majeurs :

Dans la variante optimisée sur les performances quant à la dégradation de l’azote, le filtre comporte la couche de zéolite qui est agencée entre la couche filtrante inférieure et la couche intermédiaire. Les niveaux de rejet alors atteignables sont les suivants selon l’épaisseur de zéolite et le débit de fuite :

Selon une caractéristique le dispositif comporte des moyens d’aération/d’alimentation en air du type drains, positionnés entre les couches filtrantes supérieure et inférieure. L’oxygénation des massifs filtrants assurée par les drains met en oeuvre des processus aérobies de dégradation de la matière organique dans les couches filtrantes supérieure et inférieure et de dégradation de l’azote ammoniacal dans la couche sous-jacente.

Les moyens d’aération des couches filtrantes supérieure et inférieure, disposés à la surface de la couche filtrante inférieure comprennent des drains de diamètre 100 à 160 mm percés et reliés à l’atmosphère par des cheminées, d’un côté du filtre, par un évent de ventilation, et de l’autre côté, par un chapeau extracteur, tous deux de diamètre 100 à 160 mm. Les drains sont disposés selon une densité suffisante permettant l’aération complète et prolongée des couches filtrantes inférieure et supérieure.

Un apport d’air est également assuré par diffusion et convection au niveau de la surface des filtres et, dans une moindre mesure, via le système des rhizomes des végétaux.

Selon encore une autre caractéristique de l’invention, le réservoir de l’ouvrage de régulation comporte une cloison, dans la partie supérieure distale de laquelle est disposée l’évacuation de régulation du débit. La cloison (rigide, par exemple en polychlorure de vinyle de résistance suffisante) sépare le réservoir en deux cavités, une première cavité recevant les eaux du filtre (et servant cavité de stockage temporaire des eaux) et une seconde cavité formant un déversoir pour l’eau s’échappant par l’évacuation de régulation de débit.

En particulier, le réservoir est ouvert au dessus du chant supérieur de la cloison pour être accessible depuis l’environnement extérieur, et la distance (hauteur) séparant l’évacuation de régulation de débit du chant supérieur de la cloison est par exemple comprise entre 5 à 15 cm. . Cet agencement permet, en cas d’à-coup hydraulique ou de surcharge hydraulique, en particulier lors de fortes pluies, d’éviter le débordement du filtre en assurant une évacuation plus rapide des eaux hors du filtre, le niveau d’eau atteignant alors l’extrémité supérieure de la cloison et débordant de celle-ci pour se déverser dans la seconde cavité sans régulation du débit.

De préférence, l’évacuation consiste en un unique orifice, en particulier son diamètre étant conçu et calculé de façon à contrôler le débit de fuite du filtre pour garantir le temps nécessaire de marnage des eaux dans la couche filtrante inférieure ou dans la couche de zéolite lorsque celle-ci est présente et correspondre au niveau réglementaire de rejet exigé dans le traitements des eaux usées. Sa position assure également la saturation en eau des couches intermédiaire et drainante. De préférence, l’orifice possède un diamètre compris entre 1 et 10 cm.

Dans un mode de réalisation préférentiel de la cloison, celle-ci comporte sur sa face, du côté de la seconde cavité formant déversoir en dessous de l’évacuation de régulation de débit, une surface de recueillement et de guidage de présentant une géométrie en V selon un plan vertical, la pointe du V étant dirigée vers le bas et située juste en-dessous de l’orifice d’évacuation, de préférence les branches du V étant inclinées à 45°. Cette surface de recueillement constitue un moyen de guidage pour l’eau vers la canalisation de rejet disposée latéralement et à proximité du fond de ladite seconde cavité du regard.

De préférence, au fond de la première cavité de l’ouvrage de régulation est prévue un dispositif de vidange totale du massif filtrant, en particulier consistant en une sortie d’évacuation contrôlée par un vanne actionnable manuellement ou automatisée à distance s’il y a besoin de vidanger rapidement l’ensemble du massif.

Dans une variante de réalisation, optimisée pour le traitement du phosphore, le dispositif est associé en sortie de l’ouvrage de régulation, donc extérieurement au filtre, à un filtre pour le traitement du phosphore, saturé en eau et comprenant de l’apatite, notamment de granulométrie 3 à 8 mm. Dans cette configuration, les concentrations en phosphore total à la sortie du filtre à phosphore sont comprises entre 2 et 7 mg/l selon le dimensionnement choisi et les niveaux de rejet requis. L’invention est également relative à l’utilisation d’un dispositif de traitement de l’eau par filtres plantés de végétaux en particulier de roseaux, caractérisé en ce que ledit dispositif est à un seul étage pour traiter l’ensemble des paramètres majeurs d’une eau usée classique, y compris la matière organique carbonée, la matière azotée, et les nitrates et si besoin le phosphore.

La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles : - La figure 1 représente une vue en perspective en coupe d’un dispositif de traitement de l’eau par filtres plantés de roseaux; - La figure 2 est une vue schématique du dispositif de l’invention selon une coupe transversale à l’évacuation du dispositif, des végétaux étant également schématisés ; - La figure 3 est une vue en perspective de la cloison de l’ouvrage d’interface d’évacuation des figures 1 et 2 ; - La figure 4 illustre une vue partielle en perspective et en coupe du dispositif avec un filtre supplémentaire associé pour le traitement du phosphore.

Le dispositif de traitement de l’eau par filtres plantés de roseaux 1 de l’invention illustré sur les figures 1 et 2 est destiné à filtrer des eaux usées selon un fonctionnement de percolation verticale variablement saturé, c’est-à-dire en procurant un effet de marnage d’une zone du filtre, et selon l’invention cette zone de marnage est située en partie intermédiaire du filtre au lieu de la partie supérieure, comme il sera vu plus loin.

Le dispositif comporte un filtre 10, des couches 2 à 5 composées chacune de substrat minéral, agencées les unes au-dessus des autres et dont le détail sera décrit ultérieurement, des moyens de drainage et d’évacuation 6, une sortie 7 pour acheminer les eaux filtrées hors du filtre, des moyens d’aération 8, et selon l’invention, un ouvrage d’interface 9 de régulation et d’évacuation des eaux comprenant une entrée 90 connectée à la sortie 7 du filtre et une évacuation de régulation 91, l’ouvrage 9 constituant un moyen structurel de régulation du débit d’eau s’évacuant hors du dispositif, et de régulation d’une part de la hauteur de la zone saturée en fond de massif filtrant et d’autre part de la hauteur de marnage au sein de la couche filtrante inférieure 3 ou de la couche de zéolite 4, tel qu’il sera décrit plus loin.

En regard des figures 1 et 2, les différentes couches disposées dans le filtre depuis le haut vers le bas sont : - Une couche filtrante supérieure 2 composée de graviers fins de granulométrie de 2 à 4 mm, cette couche étant destinée à assurer une filtration fine des eaux usées et étant également le siège de l’enracinement de végétaux 11 tels que des roseaux. Cette couche filtrante supérieure vise à retenir la majorité des matières en suspension et dégrader la majeure partie de la matière organique. L’épaisseur de cette couche est typiquement comprise entre 30 et 40 cm. La bâchée est déversée dans le filtre de manière connue via des conduites 12 et jets de répartition d’eau 13. - Une couche filtrante inférieure 3 composée de graviers de granulométrie de l’ordre de 2 à 6,3 mm. Cette couche filtrante inférieure vise à éliminer la matière organique résiduelle et l’azote ammoniacal. Elle est aussi le siège de la zone de marnage favorisant la rétention des polluants azotés. L’épaisseur de cette couche est typiquement comprise entre 30 et 40 cm. - Dans cet exemple préféré, une couche de zéolite 4 composée de matériaux de granulométrie 2 à 5 mm. Cette couche est mise en place uniquement dans la configuration de traitement optimisé de l’azote et présente une épaisseur comprise de préférence entre 5 et 15 cm. Elle est le siège du marnage (saturation temporaire) dans ce cas précis. - Une couche intermédiaire 50 composée d’un gravier grossier de granulométrie de 4 à 20 mm. L’épaisseur de cette couche est de préférence de 20 cm. - Une couche drainante 51 de graviers de granulométrie 20 à 40 mm. L’épaisseur de cette couche est notamment de 20 cm.

Les couches 50 et 51 correspondent à la zone saturée (constamment saturée) en fond de massif, siège des réactions anoxiques.

La saturation en eau des couches 50 et 51 et l’effet de marnage selon l’épaisseur de la couche de zéolite sont rendues possibles grâce à l’ouvrage de régulation du débit 9.

Au regard de la figure 1, la couche drainante 51 comporte des moyens de drainage 6 connus en soi. Ces moyens de drainage comportent une pluralité de drains 60 espacés et répartis sur la totalité de la surface de fond du filtre et un drain collecteur 61 reliés aux autres drains 60 et acheminé jusqu’à la sortie 7 du filtre. Cette sortie 7 est avantageusement formée par l’orifice de sortie du drain. Le diamètre des drains 60 est par exemple de 100 mm et le diamètre du drain collecteur 61 est par exemple de 160 mm.

Les moyens d’aération 8 comportent des cheminées 80 et des moyens d’acheminement 81 qui sont reliés auxdites cheminées, et délivrent de l’air extérieur au sein des couches filtrantes 2 et 3 ainsi que pour la couche 4 en zéolite lorsqu’elle est présente.

Les moyens d’acheminement 81 sont par exemple des drains de diamètre 100 mm. Ils traversent la couche supérieure 2 et sont positionnés à la surface de la couche filtrante inférieure 3.

Dans la variante pour le traitement optimisé de l’azote, la couche de zéolite 4, qui correspond à la zone de marnage, a particulièrement besoin d’apports en oxygène (O2) afin que l’azote ammoniacal (N-NH4), qui s’adsorbe sur la zéolite, se dégrade avec l’oxygène pour se transformer en nitrates (N-N03).

Les cheminées 80 sont régulièrement réparties à la surface extérieure du filtre. Elles sont associées en paires en étant situées aux deux extrémités d’un drain 80. De préférence, une paire de cheminée présente deux chapeaux de formes respectives distinctes, les formes étant connues en soi, l’une favorisant l’entrée d’air tandis que l’autre favorise l’extraction. Une telle configuration permet une meilleure ventilation.

Enfin, selon l’invention, le dispositif comporte l’ouvrage 9 de régulation du débit d’évacuation des eaux traitées du filtre. L’ouvrage 9 de régulation est structurel ; il comporte un réservoir 92 au moins fermé en son fond et selon ses parois périphériques verticales. Le réservoir est doté de l’entrée 90 dans laquelle débouche un tuyau 14 de raccordement avec la sortie 7 du filtre, et de l’évacuation de régulation de débit 91. L’évacuation 91 est disposée en hauteur par rapport au fond du filtre 10, plus particulièrement à la hauteur de la couche intermédiaire 50, et plus spécifiquement au niveau du plan de jonction P entre la couche filtrante inférieure 3 ou la couche de zéolite 4, et la couche intermédiaire 50. Ce positionnement en hauteur permet de garantir à l’effluent un temps de séjour au sein des couches filtrantes 2 et 3 via un marnage au sein de la couche filtrante inférieure 3 ou de la couche de zéolite 4, tout en maintenant en eau les couches intermédiaire 50 et drainante 51. L’évacuation 91 est constituée d’un unique orifice de diamètre précisément défini en fonction notamment du volume de bâchée, du volume du filtre et du temps de marnage souhaité pour parvenir aux performances de traitement à assurer.

Cet orifice est aménagé dans la partie supérieure distale d’une cloison 93 disposée à l’intérieur du réservoir 92. L’orifice est disposé selon la verticale à distance du chant supérieur 94.

La cloison 93 est rigide ; elle est par exemple en polychlorure de vinyle (PVC).

La cloison 93 sépare le réservoir 92 en deux cavités/chambres indépendantes 95 et 96, la première cavité 95 recevant les eaux du filtre et la seconde cavité 96 formant un déversoir pour l’eau s’échappant de l’orifice de régulation de débit 91.

De préférence, le réservoir 92 est ouvert au-dessus de la cloison permettant à la première cavité de déboucher dans la seconde, et l’évacuation 91 est agencée en dessous et à distance du chant supérieur 94 de la cloison, à une distance de séparation correspondant à une hauteur par exemple de 10 cm par rapport au plan P de la surface de jonction entre la couche filtrante inférieure 3 ou la couche de zéolite 4, et la couche intermédiaire 50. Ainsi, les eaux traitées sont évacuées prioritairement via l’orifice calibré 91 qui constitue l’organe de régulation du débit de fuite. En cas d’à-coup ou de surcharge hydraulique, l’eau montera au-dessus de l’évacuation 91 et pourra s’échapper au-dessus de la cloison 93 sans régulation de débit, évitant le débordement extérieur du filtre 10.

Dans la configuration de l’invention, l’évacuation de régulation de débit 91 consiste en un unique orifice. En particulier, son diamètre correspond au débit du filtre à contrôler pour assurer le temps de séjour nécessaire de l’effluent au sein des couches filtrantes et le marnage adéquat permettant la réalisation de l’ensemble des processus aérobies et anoxiques. Ce diamètre de sortie, dimensionné de manière spécifique pour l’invention, est compris par exemple entre 1 et 3 cm.

Le volume disponible dans la première cavité 95 et le diamètre de l’orifice de régulation de débit 91 sont adaptés en fonction du volume de bâchée déversé, du volume du filtre, du volume de la zone de marnage et du volume de la zone saturée en fond de massif. L’orifice est conçu dimensionnellement pour fournir un débit naturel de fuite compris entre 2.10'6 m/s et 8.10'6 m/s selon les normes de rejet exigées et l’objectif de traitement visé. Cette régulation permet d’engendrer une zone de marnage de la couche filtrante inférieure ou de la couche de zéolite, selon une hauteur de marnage comprise entre 5 et 15 cm. A titre d’exemple, de manière à traiter un volume d’eau de 150 litres par équivalent habitants par jour, pour un débit de 2.10'6 m/s avec une épaisseur de zéolite de 150 mm (donc correspondant à la hauteur de la zone de marnage) positionnée entre la couche filtrante inférieure 3 et la couche intermédiaire 50, les concentrations en sortie sont les suivantes pour les paramètres azotés : inférieure à 2 mg/l pour l’azote ammoniacal N-NH4, inférieure à 5 mg/l pour l’azote Kjeldahl NTK et inférieure à 35 mg/l pour l’azote global NGL.

Dans un mode de réalisation préféré de la cloison celle-ci comporte, tel que visible sur la vue de détail de la figure 3, sur sa face 96A du côté de la seconde cavité formant déversoir, une surface de recueillement et de guidage 97 de géométrie en V selon un plan vertical, la pointe du V étant dirigée vers le bas et située juste en-dessous de l’orifice 91, de préférence les branches du V étant inclinées à 45°. Cette surface 97 constitue un moyen de guidage pour l’eau ; l’angle de 45° optimisant le déversement des eaux traitées vers la canalisation de rejet. A proximité de fond de la seconde cavité 96 est prévue dans la cloison 93 une vanne 98 de vidange du filtre 98. Cette vanne de vidange du type quart de tour permet en cas de besoin de vidanger le filtre.

Enfin, dans une variante supplémentaire illustrée sur la figure 4, le dispositif est associé à la suite de la sortie de rejet 99 du réservoir 92, à un filtre additionnel 15 permettant de traiter le phosphore, celui-ci comprenant de manière connue de l’apatite dont la granulométrie est de type 3 à 8 mm. L’eau traitée sortant via la sortie 99 de l’ouvrage 9 de régulation et d’évacuation du dispositif de filtration de l’invention est dirigée gravitairement dans le filtre à phosphore 13 pour être en sortie dudit filtre rejetée.

Par conséquent, l’ouvrage de régulation 9 (le réservoir 92 et son évacuation de régulation 91) associé au filtre 10 permet de ne pas avoir un rejet immédiat des eaux en sortie de filtre, et d’engendrer via, la première cavité 95 de stockage temporaire des eaux et l’évacuation de régulation 91, une zone de marnage au niveau de la couche située au-dessus de la couche intermédiaire 50, c’est-à-dire une zone de marnage située au niveau soit de la couche filtrante inférieure 3, soit de la couche de zéolite 4 lorsque celle-ci est présente. La régulation du débit assure un temps de marnage suffisant pour la dégradation de la matière organique et la fixation de l’azote dans le filtre, cette régulation se faisant naturellement par la structure même du dispositif sans système de régulation mécanique et/ou automatisée.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de traitement des eaux usées (1) par filtre planté de végétaux (11) de préférence du type roseaux, comportant un filtre (10) comprenant une pluralité de couches filtrantes à base de substrat minéral dont une couche supérieure (2) de type gravier fin, destinée à accueillir les végétaux, une couche filtrante dite inférieure (3) juste en-dessous de la couche supérieure et du type constituée de graviers filtrants plutôt fins de granulométrie plus étendue que celle de la couche supérieure, et au moins une couche de fond dite drainante (51) du type à graviers grossiers, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une couche intermédiaire (50) entre la couche inférieure (3) et la couche drainante (51), et en ce qu’il comporte un ouvrage d’interface (9) d’évacuation des eaux traitées, tel qu’un regard, associé à la sortie du filtre (10) qui constitue un moyen structurel de régulation du débit de fuite hors du filtre des eaux traitées.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ouvrage (9) forme un réservoir (92) doté d’un fond et de parois périphériques pleines, d’une entrée (90) agencée à proximité du fond et coopérant avec la sortie (7) du filtre et d’au moins une évacuation de régulation du débit (91) qui est disposée en hauteur par rapport au fond et dans un plan horizontal (P) situé au niveau du plan supérieur de la couche intermédiaire (50).
3. 3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre (10) comporte une couche (4) à base de zéolite agencée juste en-dessous de la couche inférieure (3) et au-dessus de la couche intermédiaire (50), de préférence la couche de zéolite (4) possédant une épaisseur comprise entre 50 et 150 mm.
4. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’aération/d’alimentation en air (8) du type drains, positionnés entre les couches filtrantes supérieure (2) et inférieure (3).
5. 5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le réservoir (92) comporte une cloison (93) dans la partie supérieure distale de laquelle est disposée l’évacuation de régulation (91), la cloison séparant le réservoir en deux cavités (95, 96), la première cavité (95) recevant les eaux du filtre tandis que la seconde cavité (96) forme un déversoir pour l’eau s’échappant de l’évacuation (91).
6. 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l’évacuation de régulation (91) consiste en un unique orifice, en particulier son diamètre étant conçu de façon à contrôler le débit de fuite du filtre pour garantir le temps nécessaire de marnage des eaux dans la couche filtrante inférieure ou dans la couche de zéolite lorsque celle-ci est présente, et correspondre au niveau réglementaire de rejet exigé, de préférence le diamètre étant compris entre 1 et 10 cm.
7. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cloison (93) comporte sur sa face (96A) du côté de la seconde cavité (96) formant déversoir, une surface de recueillement et de guidage (97) de présentant une forme en V, la pointe du V étant dirigée vers le bas et située juste en-dessous de l’orifice (91), de préférence les branches du V étant inclinées à 45°.
8. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que - l’épaisseur de la couche filtrante supérieure (2) est comprise entre 300 et 400 mm, - l’épaisseur de la couche filtrante inférieure (3) est comprise entre 300 et 400 mm, l’épaisseur cumulée de la couche filtrante supérieure (2) et de la couche filtrante inférieure (3) étant comprise entre 600 et 800 mm, - la couche intermédiaire (50) présente une épaisseur comprise entre 300 et 600 mm, de préférence de l’ordre de 20 cm ; - la couche drainante (51) présente une épaisseur comprise entre 300 et 600 mm, de préférence de l’ordre de 200 mm, la couche intermédiaire comprenant des graviers de granulométrie plus petite, notamment ayant une granulométrie de l’ordre de 4 à 20 mm, que les graviers de la couche drainante (51) notamment ayant une granulométrie de l’ordre de 20 à 40 mm.
9. 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est associé en sortie de l’ouvrage de régulation et d’évacuation (9), un filtre pour le traitement du phosphore(15) comportant de l’apatite
10. 10. Utilisation d’un dispositif de traitement des eaux usées par filtres plantés de végétaux en particulier de roseaux, selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit dispositif est à un seul étage pour traiter l’ensemble des paramètres majeurs d’une eau usée classique, y compris la matière organique carbonée, la matière azotée, et les nitrates, et si besoin le phosphore.