WO2012150296A2 - Procede et installation de traitement d'effluents - Google Patents

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WO2012150296A2
WO2012150296A2 PCT/EP2012/058119 EP2012058119W WO2012150296A2 WO 2012150296 A2 WO2012150296 A2 WO 2012150296A2 EP 2012058119 W EP2012058119 W EP 2012058119W WO 2012150296 A2 WO2012150296 A2 WO 2012150296A2
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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
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • 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
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1205—Particular type of activated sludge processes
    • C02F3/1215—Combinations of activated sludge treatment with precipitation, flocculation, coagulation and separation of phosphates
    • 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
    • C02F3/32—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae
    • C02F3/327—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae characterised by animals and plants
    • 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 technical field to which the invention relates is that of bio-physicochemical effluent treatment processes and installations, comprising the use of a filter planted with vascular rhizomatous plants, for example a filter planted with reeds, for carrying out the treatment, and more particularly for the nitrification-denitrification and the dephosphatation of the effluents.
  • the treatment capacity considered corresponds to that required for small and medium-sized communities, that is, communities with less than 10,000 Equivalent Inhabitants (CE), and most often 50 at 2000 EH.
  • CE Equivalent Inhabitants
  • Wastewater treatment can be defined as all the techniques intended to collect water, evacuate it and treat it to a level acceptable to the receiving environment. Thus, wastewater treatment is not intended to produce drinking water but to reduce pollution from wastewater. There are several polluting phenomena, including:
  • oxidizable materials especially oxidizable organic materials, which consume oxygen dissolved in water and can cause asphyxiation of living organisms,
  • Secondary treatment usually a biological treatment, is primarily intended to address pollution in dissolved or colloidal form. Secondary treatment is mainly used to degrade organic matter, on the one hand, in an oxidized fraction resulting in the production of C0 2 via bacterial respiration, and secondly, in a fraction comprising new bacterial cells, usually called sewage sludge. Secondary treatment therefore corresponds to a transformation of organic matter rather than a complete elimination of organic matter.
  • Tertiary treatments aim to eliminate nitrogen in particular before the release of treated effluents into the environment.
  • Tertiary treatments also aim at eliminating phosphorus, especially organic and inorganic phosphates.
  • Activated sludge plants are aerobic purification systems.
  • the bacterial culture is kept in an aerated and stirred tank.
  • the residues formed are called sewage sludge.
  • the effluent is sent to a secondary clarifiers or clarifiers.
  • the sludge is either sent to a specific treatment unit, for agricultural application or disposal, or reinjected partially into the aeration basin.
  • activated sludge treatments eliminate on average 85 to 95% of BOD5, depending on the facility. It is a simple biological treatment that requires large areas and does not integrate well into the landscape.
  • nitrifying bacteria In an aerobic environment, under the influence of nitrifying bacteria, the ammoniacal nitrogen is oxidized to nitrates NO 3 , which corresponds to the nitrification stage. Then, denitrification, under the action of denitrifying bacteria, completes the process. This is the reduction in anoxic environment of nitrates to nitrogen gas N 2 , which escape into the atmosphere.
  • Denitrifying bacteria use nitrates as a source of oxygen. They consume the organic matter of the medium, in case of the deficit of organic matter the source of carbon is brought in the form of methanol.
  • the two stages of nitrification and denitrification are carried out in separate plants, due to the different environmental conditions necessary for their smooth operation.
  • Biological disposal consists of accumulating phosphorus in the biomass produced by biological effluent treatment. Overaccumulation of phosphorus in biomass can be achieved, for example, by placing the biomass alternately in the anaerobic and aerobic phase. However, this process leads, at best, to ensure partial removal of phosphorus in the water to be treated, requiring biochemical elimination in addition.
  • Physico-chemical removal of phosphorus consists in adding a coagulating or precipitating agent such as calcium, metal salts, in particular trivalent ions such as iron and aluminum.
  • a coagulating or precipitating agent such as calcium, metal salts, in particular trivalent ions such as iron and aluminum.
  • the mode of biological treatment, the conditions under which this biological treatment is carried out, and the characteristics of the effluent to be treated greatly influence the efficiency of chemical dephosphatation processes.
  • the precipitated phosphorus can be resolubilized in the treated effluents, leading to a decrease in yield (Caravelli et al., Journal of Hazardous Materials 177 (2010)
  • the patent application FR2900921 describes a process for the treatment of effluents by nitrification-denitrification using at least one filter planted with flow reeds. vertical. This application focuses on the methods of nitrification-denitrification of wastewater for the purpose of global nitrogen removal.
  • the present invention proposes to provide small and medium-sized communities with effluent treatment processes and installations comprising both the removal of nitrogen pollutants by nitrification-denitrification, and the removal of phosphate pollutants, in particular by controlling constraints which a non-exhaustive list follows:
  • At least one essential objective of the invention is to propose an effluent treatment process and an installation for this purpose, which satisfies at least one of the constraints mentioned above.
  • an objective of the invention is to propose an effluent treatment process that can be implemented in an installation the operation of which can be supported by a small community, particularly in terms of capital costs and operating costs.
  • Another object of the invention is to provide an effluent treatment process comprising the elimination of the main pollutants, including suspended matter, organic matter, nitrogen pollutants and phosphate pollutants.
  • Another object of the invention is to provide a method and an effluent treatment plant that can limit the release of bad odors.
  • the invention relates firstly to an effluent treatment process, comprising the following steps:
  • Biological pretreatment of the effluents is carried out, for example using at least one bacterial bed, in particular for fixing the soluble organic pollution by the action of the bacteria purifying the bacterial bed. Pre-treated effluents are obtained at the outlet.
  • a nitrification-denitrification biological treatment of the pretreated effluents obtained is carried out using a filter planted with rhizome vascular plants, for example a vertical-flow filter of reeds.
  • the pretreated effluents recovered at the surface constitute a carbon source for denitrification.
  • a physico-chemical treatment of dephosphatation of the effluents is carried out, preferably after the biological pretreatment step and before the biological nitrification-denitrification step.
  • the physicochemical treatment of effluent dephosphatation typically consists in injecting coagulant agents capable of precipitating the phosphates in the effluents or sewage sludge before the biological nitrification-denitrification treatment step.
  • coagulating agents may for example be selected from iron salts such as ferric chloride, or ferrous iron sulfate.
  • the flow of effluents in the filter planted with reeds is under the simple action of gravity. Nitrification and denitrification take place simultaneously in a single planted filter specifically configured for this purpose.
  • the pretreated effluents from the biological pretreatment are recovered, for example on a bacterial bed or a biological disk, in a discharge station before the nitrification-denitrification stage, b. said coagulating agents are injected into the discharge station containing the effluents recovered at a.
  • the effluents are agitated in the discharge station after injection of the coagulating agents, so as to obtain a good dispersion of the coagulating agents in the effluents,
  • the effluents from the discharge station are evacuated just after step b. and / or c, on the filter planted with rhizome vascular plants, for example, a filter planted with reeds,
  • the sludge containing the precipitates of phosphates and particulate phosphorus is recovered on the surface of the planted filter.
  • At least one nitrification-denitrification filter in the continuous operating mode, comprises a non-flooded upper zone and a flooded lower zone where, respectively, an essentially aerobic biological nitrification treatment takes place. an essentially anaerobic biological treatment of denitrification.
  • the height of the flooded zone of at least one nitrification-denitrification filter, preferably the first nitrification-denitrification filter is greater than or equal to the height of its non-flooded zone.
  • the invention relates to an effluent treatment plant, designed in particular for implementing the method according to the invention.
  • the installation includes:
  • At least one device for biological pretreatment for example a bacterial bed or a biological disk, equipped with a feed of effluents to be treated and an evacuation of the effluents obtained at the outlet of said device,
  • At least one nitrification-denitrification stage comprising a filter planted with rhizome vascular plants, for example a vertically flowing reed-plant filter, the upper surface of which is equipped with a pre-treated effluent feed coming at least in part said device, and whose bottom is equipped with a drainage device for collecting the effluents that have passed through the planted filter,
  • a device for evacuating collected effluents from the drainage device comprising at least one discharge mouth disposed at a height between the bottom of the filter and the upper surface of the filter, thus forming a flooded lower zone and a non-flooded upper zone; in the planted filter, means for injecting coagulating agents capable of precipitating the phosphates from the effluents or purification sludges, for example salts of ferric chloride.
  • the means for injecting the coagulating agents comprise:
  • a storage tank comprising coagulating agents capable of precipitating the phosphates from the effluents or purification sludges, for example salts of ferric chloride,
  • a metering pump for injecting an appropriate concentration of salts into the pretreated effluents
  • automatic control means of the metering pump for the controlled injection of an appropriate concentration of coagulants in the pretreated effluents, preferably just before their evacuation by tarpaulin on the planted filter vertical flow.
  • the installation is characterized in that the effluents collected by the drainage device are discharged from the nitrification-denitrification stage by means of an effluent evacuation device comprising at least one evacuation mouth disposed at a height between the bottom of the filter and the upper surface of the filter.
  • an effluent evacuation device comprising at least one evacuation mouth disposed at a height between the bottom of the filter and the upper surface of the filter.
  • the effluent evacuation device comprises a reservoir provided with at least one effluent feed mouth collected by the drainage device and further provided with at least one discharge mouth of the effluent, the discharge mouth being in the form of an overflow, which, advantageously, the height is controllable.
  • the installation comprises at least two successive nitrification-denitrification stages, the height of the flooded zone of the first stage being different from the height of the flooded zone of at least one following stage.
  • the planted filter of each nitrification-denitrification stage is divided into a plurality of cells, preferably at least three cells, and each cell is supplied with effluents by circular permutation over time.
  • the installation further comprises a device for recirculating the effluents collected by a drainage device to at least one preceding nitrification-denitrification stage and / or to the bacterial bed.
  • the effluent recirculation device is slaved at least to a detector of the volume of effluents to be treated and / or to a locality detector of the effluents obtained at the outlet of the installation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a variant of an effluent treatment plant according to the invention.
  • FIG. 2 represents a variant of the feed devices for the nitrification-denitrification stages.
  • FIG. 3 represents a detail of the installation and makes it possible to illustrate an alternative control of the height of the flooded zone and the non-flooded zone, in a filter planted with reeds.
  • the five-day biological oxygen demand (BOD5) is the amount of oxygen that must be supplied to a water sample to mineralize biodegradable organic matter in the water, biochemically, that is, say by oxidation by aerobic bacteria. This parameter is based on the quantification of oxygen consumed after incubation of the sample for five days, according to the standard FT 90-103. DB0 5 is expressed in mg / L.
  • the chemical oxygen demand is determined by measuring the amount of potassium dichromate consumed by suspended solids.
  • the COD translates, in quantity of oxygen, the oxidation potential of a chemical oxidant decomposed by the reducing substances contained in the sample examined.
  • the measurement of the COD takes into account indifferently the mineral and organic substances present in the sample. COD is measured in accordance with NFT 90-101 and is expressed in mg / L.
  • MES lead to sediment formation and increased turbidity of the water, which limits the penetration of light.
  • the MESs require oxygen for their metabolism, which causes a depletion of the oxygen medium.
  • MES are measured in accordance with NFT 90-105 and expressed in mg / L.
  • Nitrogen pollution is measured in different ways, depending on the chemical species considered:
  • ammoniacal nitrogen is measured according to the NFT 90-015 standard.
  • Kjeldahl nitrogen is measured in accordance with NFT 90-110. This measurement is based on the transformation of the measurable nitrogen compounds by mineralization of the sample. Kjeldahl nitrogen thus represents the reduced forms of nitrogen, that is, organic nitrogen and ammoniacal nitrogen;
  • the nitrates and the nitrites are respectively measured according to the standards NFT 90-012 and NFT 90-013.
  • phosphate pollution is measured as follows:
  • the orthophosphates are measured according to standard NF-EN 1189. This method relates to the spectrometric determination using ammonium molybdate, the hydrolyzable polyphosphates are assayed after conversion by hydrolysis to sulfuric acid to orthophosphates.
  • NF-EN 1189 proposes two methods of extraction-mineralization of phosphorus: one with persulfate, the other, more energetic, using sulfuric and nitric acid.
  • a filter planted with rhizomatous vascular plants generally comprises a pit whose walls are impervious to water. The pit has successive layers of filling and filtration materials whose particle size is controlled. The upper surface is planted with rhizomatous vascular plants, for example reeds, especially Phragmites australis. Any type of vascular plants with rhizomes, and in particular those known from the state of the art for the filtration of effluents, can be used. These include reed species. Other wetland plants are possible, such as other species of the genus Phragmites or species of the genera Scirpus or Typha. There are also species of the genus Juncus. The choice of the species, or the mixture of species used, depends in particular on the conditions of development of the chosen plants, the climate and the abundance of the effluents.
  • the granulometry of the filling materials increases from top to bottom: the upper layers comprise, for example, sand, while the intermediate and lower layers comprise, for example, respectively gravel and pebbles to ensure drainage.
  • the effluents to be treated arrive at the upper surface of the filter, and they are evacuated at the level of the lower drainage layer, in the bottom of the pit.
  • filler materials located at two of the opposite sides of the pit have a large particle size. These are for example pebbles.
  • the effluent feed is carried out directly into the pit at one of these sides while the evacuation is carried out at the opposite side.
  • FIGS 1, 2 and 3 show variants of an effluent treatment plant according to the invention.
  • a screening station 1 to prevent any risk of clogging and deposition of coarse waste to the equipment located downstream of the screening station.
  • the screening station makes it possible to retain the elements of a mesh, or diameter, for example greater than 3 mm, contained in the effluent of raw wastewater 2.
  • It may be an automatic screen screen equipped for example with a filtration zone comprising a semi-cylindrical perforated sheet from which the waste is removed by means of a screw without a core. While the waste retained by the screen screen is discharged upwards through the screw without core, most of the water returned by the effluent flows by gravity. The at least partially dried waste arrives in a compaction zone disposed at the end of the soulless screw. Returned water during the compacting of the solid waste flows gravitarily through openings provided in the compacting zone, for example through longitudinal slots.
  • the water and effluents thus recovered are collected and conveyed via a pipe 3 to a first discharge station 4.
  • the discharge station 4 comprises a first pump 5 for supplying a device 6 for the biological pre-treatment of the effluents 7, to the help, for example at least one bacterial bed 8.
  • the delivery station 4 also comprises a second pump 9 for feeding a first nitrification-denitrification stage.
  • the delivery station 4 comprises a gravity fed by automatic valve 91 with hydraulic flushing effect, advantageously replacing the pump 9 for feeding the first nitrification-denitrification stage.
  • the bacterial bed 8 is a fixed culture plant effluents 7 to be treated.
  • the technique consists in making the effluents 7 to be run off to be treated on a solid support having a large developed surface.
  • a culture of purifying microorganisms, the "biological film” or “biofilm”, develops on this solid support.
  • the purifying microorganisms consume some of the carbon pollution, especially the highly soluble pollution.
  • carbon pollutants are fixed through metabolism and bacterial growth.
  • the thickness of the bacterial film becomes too great, it is detached from the support and is discharged via pipes 11. These are the pretreated effluents.
  • the pre-treated effluents thus formed are collected and returned to the discharge station 4.
  • the support material used in a bacterial bed 8 is generally an ordered packing, such as multichannel tubes or corrugated plates. They have a large developed surface thanks to the cellular partitioning of the material. Such materials are for example described in publications EP1310299, EPI 142837 or US6274035.
  • the effluents 7 to be treated are sprayed in the upper bacterial bed 8, thanks to a spray arm 12 provided with a series of sprinkler nozzles 13 (or “sprinkler”).
  • the spray arm is rotatable around a central feed shaft 14. This arrangement makes it possible to distribute the stream of effluents 7 to be treated on the upper surface of the bacterial bed 8. Preferably, the distribution is carried out in the most homogeneous manner possible.
  • microorganisms of the biofilm grow naturally, for example because of their presence in the effluents.
  • the microorganisms can also be provided by seeding, for example to promote the installation of a bacterial population.
  • the bacterial bed allows, on average to remove up to 70% of the DB0 5 treated effluents. On the other hand, it generally does not eliminate nitrogen pollution.
  • the discharge station 4 thus contains a mixture comprising effluents screened in the screening station 1, and pretreated effluents obtained at the outlet of the bacterial bed 8 of the biological pre-treatment device 6.
  • the discharge station 4 thus also represents a tidal reservoir, the level of which can be controlled in particular as a function of the quantity of effluents to be treated coming from the screening station, the treatment conditions at the nitrification-denitrification stage (s). .
  • the first nitrification-denitrification stage 10 comprises a filter planted with vascular rhizomatous plants, for example reeds 16.
  • the planted reed filter is fed at its upper surface 17 with effluents 7 (which include effluents from screening station 1 and pretreated effluents from the bacterial bed 8) through the pump 9 feeding, through the pipes 18.
  • effluents 7 which include effluents from screening station 1 and pretreated effluents from the bacterial bed 8
  • a variant advantageously replaces the pump 9 by an automatic valve 91 with hydraulic flushing effect for the l gravity supply of the first stage 10 via pipe 18 as illustrated in FIG.
  • the feeding can be carried out, for example, by spraying or sprinkling the top surface 17 of the filter 15 planted with rhizome vascular plants, or by flooding.
  • Sprinkling or spraying is carried out by means of a fixed or mobile watering / sprinkling rail, for example disposed above the surface 17 of the planted filter.
  • the use of spray nozzles disposed at the upper surface 17 of the filter is also conceivable, but considered impractical because the vegetative development of the plants would limit their effectiveness.
  • Flooding is carried out thanks to regularly arranged mouths of food, for example staggered, at the level of the filter planted with reeds.
  • a feed mouth is for example in the form of a riser that emerges above the upper surface 17 of the filter 15 planted with reeds 16. To prevent gullying around the feed mouth, it can be provided have gravel around the feeding mouth.
  • the filter 15 planted vascular plants rhizome, for example reeds 16 is made of cuttings backfill. It comprises a pit 19, the side walls 20 and the bottom 21 are preferably made of an impermeable material, to avoid contamination of the environment with effluents that are not yet purified or treated satisfactorily. These include a geomembrane sandwiched in a protective geotextile.
  • the pit 19 is filled from bottom to top by filling materials whose particle size decreases from bottom to top.
  • the filter 15 planted with the first nitrification-denitrification stage 10 is distinguished from the filter 45 of the next stage 40 by the particle size of the different layers of filling material. Other features distinguish them. They will be discussed in the following description.
  • the plant filter of rhizome vascular plants comprises, from bottom to top, a bottom draining layer 22 constituted for example by pebbles, one or more intermediate layers of gravel and then one or more filtration layers 23 comprising gravel and sand.
  • the pebbles of the draining layer 22 have a bottom diameter of 20 to 60 mm, a thickness of 10 cm
  • the intermediate layer of gravel has a thickness of 20 cm and contains gravel 10 to 20 mm in diameter .
  • the filtering layers 23 first contain a thickness of 20 cm of gravel 4 to 10 mm in diameter and then, above, a 30 cm thick layer of gravel 2 to 5 mm in diameter possibly mixed with sand.
  • the water is gravitating through the filtering layers 23, the intermediate layers and the draining layer 22.
  • the percolated water is recovered at the bottom of the filter by a drainage device comprising a series of drains 24 and which, preferably, converges towards an evacuation device 25 where the effluents that have flowed through the planted filter are collected.
  • the reed plant filter comprises a flooded zone 26 and an unflooded zone 27 whose respective heights hD and hN are controlled by the percolated effluent discharge device 28.
  • the device 25 for evacuating the percolated effluents 28 may be placed outside the pit 15, as illustrated in FIG. 1, or inside the pit 15 as illustrated in FIG. 3.
  • the evacuation device 25 comprises a reservoir 30 provided with a feed mouth 31 percolated effluent and collected by the drainage device.
  • the evacuation of percolated effluent 28 is provided by a discharge port 32.
  • the height of the discharge port 32 is intermediate between the bottom 21 of the filter 15 and the upper surface 17.
  • the percolated effluents 28 accumulate in the tank 30 until the level 29 of the effluents reaches the height of the evacuation mouth 32, which allows their evacuation.
  • the flooded zone 26 is formed in the lower part of the filter 15 planted with reeds, while a non-flooded upper zone 27 is delimited.
  • the level of the water 29 in the planted filter 15 depends on the height hD of the outlet port 32 of the evacuation device 25.
  • the discharge port 32 corresponds to the upper opening of a chimney 33.
  • the height of the chimney 33 is adjustable.
  • the chimney 33 communicates in its lower part with a pipe 35 for discharging the percolated effluents 28.
  • the outlet mouth is in the form of a simple overflow provided in the wall of the tank 30, from which the percolated effluents flow.
  • Vascular rhizomatous plants for example reeds 16, are planted on the surface of the bed 15. Their vegetative development, in particular the root development and rhizomes, favors the transfer of oxygen to the upper non-flooded zone 27. on the one hand, by transfer from the foliar and cauline apparatus of the reeds, and on the other hand because of the displacement of filling material generated by the root growth which represents preferential paths of passage of the air through the material filling. The root development of the reeds also makes it possible to avoid encrusting of the surface 17 of the filter by the effluents brought from the discharge station.
  • the non-flooded upper zone 27 is under aerobic conditions. It is favorable to the development of an aerobic, nitrifying microbial flora, which uses the effluents brought into the surface 17 of the filter 15, as a carbon source. Thus, the degradation of surface effluents by nitrifying bacteria facilitates a transfer of carbon to the flooded zone 26.
  • This flooded zone is under anaerobic conditions, or, preferably anoxic. It thus allows the development of a denitrifying bacterial flora capable of using the nitrites and nitrates produced by the nitrifying bacteria, as well as the afferent carbon sources, and to ensure the denitrification of the effluents.
  • the height hD of the flooded zone 26 is greater than the height hN of the non-flooded zone 27.
  • hD is 1.5 to 4 times larger than hN.
  • hD is from 1.5 to 2 times hN.
  • the percolated effluents 28 are discharged for example to a second discharge station 54.
  • the discharge station 54 comprises a pump 59 for feeding a second filter 45 planted with reeds.
  • the pump 59 is advantageously replaced by an automatic valve 591 with hydraulic flushing effect for the gravity feeding of the second filter stage 45 planted with reeds.
  • the installation comprises a storage tank coagulating agents 71 capable of precipitating phosphates in the effluent.
  • coagulating agents capable of precipitating phosphates effluents or sewage sludge is meant any type of agents known for their use in the physico-chemical dephosphatation.
  • agents include in particular aluminum or iron salts, especially alum, ferric chloride and ferrous sulphate.
  • Other products such as ferrous chloride, sodium aluminate, prepolymerized aluminum chloride and prepolymerized alum have been tested (John Meunier Inc., 1996) and could also be used.
  • the storage vessel comprises ferric chloride salt.
  • the tank 71 comprises means for bringing the coagulating agents into the discharge station, for example a dosimetric pump 72 which can be parameterized to adjust the period and the injection rate of the coagulating agents in the injection zone, for example a post-refoulement.
  • a dosimetric pump 72 which can be parameterized to adjust the period and the injection rate of the coagulating agents in the injection zone, for example a post-refoulement.
  • the dosimetric pump 72 can inject the coagulating agents towards the delivery station 4, or as illustrated in FIG. 1, towards the delivery station 54. This choice can be managed by means of two valves or two valves 73 and 74, arranged downstream of the pump 72. The operation of the pump 72 and the valves or valves 73 and 74 can be controlled remotely and / or controlled or automated.
  • the dosimetric pump may for example be controlled by means of a piezometric probe allowing the detection of a low level of the effluents in the delivery station 4 or 54, constituting the threshold for starting up the dosimetric pump and a high level of pressure. shutdown of the dosimetric pump.
  • the percolated effluents are discharged to the natural environment.
  • part of the effluent at the outlet of the second stage is recirculated using a flow distributor 62 which ensures the return of the effluents to the discharge station 4 with the aid of A pump 63.
  • the recirculation is done gravitarily via the pipe 64 without the pump 63.
  • the other part is evacuated to the natural environment.
  • the recirculation rate is adjustable from 0 to 200%.
  • the operation of the pumps 5, 9, 59, 63 or 72 is controlled remotely, controlled and / or automated.
  • the delivery station 4 or 54 may comprise a submersible stirrer for agitating the coagulating agents in the discharge station 4 or 54.
  • the sludges containing the precipitates of phosphates and particulate phosphorus remain predominantly on the surface of the planted filter 15 or 45. These are recovered during the cleaning of the filters.
  • the nitrification-denitrification treatment on the reed-plant filter removes up to 90% of the NTK nitrogen at a minimum ambient temperature of about 12 ° C.
  • about 95% of the DB0 5 is removed from the effluent at the outlet of the filter planted with reeds (overall value, percolated effluents 28 with respect to the effluents to be treated from the screening station).
  • the filters 15, 45 are distinguished in particular from each other by the particle size of the filling materials used. They can also be distinguished by the height of the flooded area compared to that of the non-flooded area.
  • the filter 45 of the second nitrification-denitrification stage comprises, from bottom to top, a bottom draining layer comprising rollers (for example, rollers of diameter 20-60 mm, thickness 10 cm), then intermediate layers of gravel (for example, gravel 10 to 20 mm in diameter, and above, 4 to 10 mm in diameter, each layer to a thickness of 10 cm), and upper filter layers (for example, 20 cm of gravel from 2 to 5 mm in diameter and above, 30 cm of sand of 0 to 4 mm in diameter).
  • a bottom draining layer comprising rollers (for example, rollers of diameter 20-60 mm, thickness 10 cm)
  • intermediate layers of gravel for example, gravel 10 to 20 mm in diameter, and above, 4 to 10 mm in diameter, each layer to a thickness of 10 cm
  • upper filter layers for example, 20 cm of gravel from 2 to 5 mm in diameter and above, 30 cm of sand of 0 to 4 mm in diameter.
  • the height hD2 flooded area 46 of the second filter 45 is lower than the height hN2 of the non-flooded area 47 of the second filter 45.
  • the hN2 / hD2 ratios of the second filter 45 are reversed by comparison with the ratios hN / hD of the first filter 15.
  • the percolated effluents 28 collected in the evacuation device 25 of the first filter 15 are much less loaded with carbonaceous material than the effluents and the pretreated effluents 7 originating from the discharge station 4 and discharged into the first nitrification stage. denitrification.
  • the percolated effluents 28 are discharged into the second nitrification-denitrification stage 40.
  • the second nitrification-denitrification stage makes it possible to ensure a treatment of the residual nitrogen pollution which remains in the effluents 28 coming from the second discharge station 54.
  • the treatment of the effluents makes it possible to eliminate on average 99% of the DB0 5 and almost 96% of the NTK nitrogen (from 95 to 98% of the NTK nitrogen relative to the effluents to be treated from the screening station).
  • the nitrification-denitrification stages 10, 40 are preferably fed by sheeted, that is to say a predetermined quantity of effluents, is poured on the filter planted with reeds, preferably after injection of the coagulants in a appropriate concentration for the precipitation of phosphates.
  • the triggering of a tarpaulin may depend, for example, on the level of effluents in the delivery stations 4 and 54. This makes it possible to best cover the surface of the filter planted with a film of effluents to be treated.
  • the quality of the effluent distribution at the filter surface is very important because it determines the good aeration of the filter (in particular of the non-flooded zone) and the filtration of the effluents. It also allows the distribution of sludge comprising the phosphate precipitates on the surface of the planted filter.
  • each nitrification-denitrification stage is divided into a plurality of cells, preferably 3 cells, whose effluent feed is carried out by circular permutation.
  • the others are not fed.
  • This alternating operation leaves enough time for the mineralization of the effluents and the sewage sludge in the non-fed cells.
  • a power cycle can last for example a week. This favors a permanent operating regime (the transient operation corresponding in particular to the filling of a cell).
  • the feeding of the nitrification-denitrification stages and of the different cells can be, for example, semi-automatic or automatic, that is to say that it requires, or not, the occasional intervention, of personnel to ensure the operation of the installation.
  • Switching from one cell to another is usually automated, for example by using a device comprising a timer.
  • level detectors in particular at the discharge stations 4 and 54, in order to determine whether the effluent reserve in the discharge station is sufficient to generate a tarpaulin for supplying the first stage.
  • nitrification-denitrification unit from the first delivery station 4, and to the second nitrification-denitrification stage 40 from the second delivery station 54.
  • the same detectors can also control the dosimetric pump for the injection of the coagulating agents into the delivery station 4 or 54 and control of the agitator for the mixing of the coagulating agents with the effluents in the delivery station 4 or 54. It is also conceivable to provide for controlling the evacuation of percolated effluents according to their quality, in particular according to their BOD 5 or NTK nitrogen.
  • Tests carried out with an installation according to the invention comprising a device for assaying ferric chloride salts for chemical dephosphatation, have shown that the phosphorus remains blocked at the surface of the filter, making it possible to ensure at least 40% of the level of phosphorus reduction, it can be increased by simply increasing the dosage of salts injected into the discharge station.
  • Table 1 presents the results of a measurement campaign carried out on effluents entering and / or leaving an installation according to the present invention. In particular, a yield of 89% reduction is obtained for the total phosphorus well above 40%.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et une installation de traitement d'effluents. Le traitement comprend au moins un passage des effluents à travers un dispositif de prétraitement biologique des effluents, tels qu'un lit bactérien, une lagune ou lagunage ou d'un disque biologique, au moins une nitrifîcation-dénitrifïcation des effluents prétraités issues du dispositif de prétraitement biologique, à l'aide d'un filtre planté de plantes à rhizomes, par exemples de roseaux, à écoulement vertical, dont une zone inférieure est inondée et une zone supérieure est non inondée, et des moyens pour injecter des agents coagulants aptes à précipiter les phosphates de effluents, par exemple des sels de chlorure ferrique.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT D'EFFLUENTS
DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est celui des procédés et installations de traitement bio-physico-chimique des effluents, comprenant la mise en œuvre d'un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple un filtre planté de roseaux, pour la réalisation du traitement, et plus particulièrement pour la nitrification- dénitrification et la déphosphatation des effluents.
D'une façon générale, la capacité de traitement envisagée correspond à celle qui est nécessaire pour des petites et moyennes collectivités, c'est-à-dire des collectivités de moins de 10000 Equivalent Habitants (EH), et le plus souvent, de 50 à 2000 EH.
CONTEXTE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'assainissement des eaux usées peut être défini comme l'ensemble des techniques destinées à collecter les eaux, les évacuer et les traiter jusqu'à un niveau acceptable par le milieu récepteur. Ainsi, l'épuration des eaux usées n'est pas destinée à produire de l'eau potable mais à réduire les pollutions issues des eaux usées. On distingue plusieurs phénomènes polluants, dont notamment :
- les matières en suspension, principalement responsables de l'aspect trouble ou de la turbidité des eaux usées,
- les matières oxydables, notamment les matières organiques oxydables, qui consomment l'oxygène dissous dans l'eau et peuvent provoquer une asphyxie des organismes vivants,
- les composés azotés responsables, avec les matières phosphorées, de l'eutrophisation des plans d'eau.
La Directive européenne 91/271/CEE du Conseil du 21.05.1991, relative au traitement des eaux urbaines résiduelles, pose des objectifs de collecte et de traitement des eaux usées. Le traitement, ou épuration des eaux usées, passe par une série d'étapes successives dont chacune vise un type de polluant particulier.
On distingue ainsi des traitements primaires destinés à éliminer les polluants les plus grossiers (branches, cailloux, sable, etc.) et à retenir la fraction décantable de la pollution, les matières en suspension.
Le traitement secondaire, le plus souvent un traitement biologique, est principalement destiné à s'attaquer à la pollution sous forme dissoute ou colloïdale. Le traitement secondaire permet principalement de dégrader la matière organique, d'une part, en une fraction oxydée aboutissant à la production de C02 via la respiration bactérienne, et d'autre part, à une fraction comprenant de nouvelles cellules bactériennes, habituellement dénommées boues d'épuration. Le traitement secondaire correspond donc à une transformation de la matière organique plutôt qu'à une élimination complète de cette dernière.
Les traitements tertiaires visent à éliminer en particulier l'azote avant le rejet des eff uents traités dans l'environnement.
Les traitements tertiaires visent également à éliminer le phosphore et notamment les phosphates organiques et inorganiques.
II existe plusieurs types de traitement secondaire d'élimination biologique des matières polluantes. De tels traitements biologiques tentent de reproduire des phénomènes d'autoépuration existant dans la nature. On distingue notamment des procédés biologiques extensifs et des procédés biologiques intensifs. Parmi les procédés biologiques extensifs, le lagunage utilise la capacité épuratrice des plans d'eau peu profonds. Les eaux usées sont envoyées dans une série de bassins. L'oxygène nécessaire au traitement est apporté par les échanges avec l'atmosphère. On considère généralement que ce mode d'épuration permet d'éliminer 80 à 90% de la DB05, 20 à 30% de l'azote et qu'il contribue à une réduction importante des germes pathogènes. Cependant, il a l'inconvénient d'utiliser des surfaces importantes.
Les procédés biologiques intensifs regroupent notamment les installations à boue activée, les installations à culture fixée et la biofîltration. Les installations à boue activée sont des systèmes d'épuration aérobie. La culture bactérienne est maintenue dans un bassin aéré et brassé. Les résidus formés sont appelés boues d'épuration. Après un temps de séjour dans un bassin d'aération, l'effluent est envoyé dans un clarifïcateur ou décanteur secondaire. Puis les boues sont soit envoyées dans une unité de traitement spécifique, en vue de leur épandage agricole ou de leur élimination, soit réinjectées pour partie dans le bassin d'aération. Généralement, les traitements par boue activée éliminent en moyenne de 85 à 95% de la DBO5, selon les installations. C'est un traitement biologique simple mais qui nécessite des surfaces importantes et qui s'intègre mal dans le paysage.
Dans une installation à culture fixée, par exemple un lit bactérien, on fait ruisseler les eaux à traiter sur un support solide où se développe une culture de micro -organismes épurateurs, le film biologique ou biofïlm. Au cours du fonctionnement de l'installation, lorsque le biofïlm devient trop important, il se détache naturellement. Il doit alors être séparé de l'effluent par décantation, par exemple dans un décanteur secondaire. On estime que les installations à culture fixée sont généralement adaptées aux installations d'une taille inférieure à 2000 EH. Elles permettent en moyenne d'éliminer 80% de la DBO5. L'élimination de l'azote est généralement réalisée par nitrification-dénitrification.
L'azote organique présent dans les eaux usées est transformé en azote ammoniacal (NH4 ).
En milieu aérobie, sous l'influence de bactéries nitrifiantes, l'azote ammoniacal est oxydé en nitrates NO3, ce qui correspond à l'étape de nitrification. Puis, la dénitrifïcation, sous l'action de bactéries dénitrifiantes, complète le processus. Il s'agit de la réduction en milieu anoxique des nitrates en azote gazeux N2, qui s'échappent alors dans l'atmosphère.
Les bactéries dénitrifiantes utilisent les nitrates comme source d'oxygène. Elles consomment la matière organique du milieu, en cas du déficit en matière organique la source de carbone est apportée sous forme de méthanol.
Les deux étapes de nitrification et de dénitrifïcation sont réalisées dans des installations distinctes, en raison des différences de conditions environnementales nécessaires à leur bon déroulement.
Il existe différentes techniques d'élimination du phosphore qui se répartissent en deux catégories principales :
« les techniques d'élimination faisant intervenir un procédé biologique,
• les techniques d'élimination faisant intervenir un procédé physico-chimique conduisant à la précipitation du sel de phosphore.
L'élimination biologique consiste à accumuler le phosphore dans la biomasse produite par traitement biologique des effluents. La suraccumulation du phosphore dans la biomasse peut être obtenue, par exemple, en plaçant la biomasse alternativement en phase anaérobie et aérobie. Toutefois, ce processus conduit, dans le meilleur des cas, à assurer une élimination partielle du phosphore dans les eaux à traiter, nécessitant une élimination biochimique en complément.
L'élimination physico-chimique du phosphore (ou déphosphatation chimique) consiste à ajouter un agent coagulant ou précipitant tel que le calcium, des sels métalliques, notamment d'ions trivalents tels que le fer et l'aluminium. Cependant, le mode de traitement biologique, les conditions dans lesquelles est effectué ce traitement biologique, et les caractéristiques de l'effluent à traiter, influencent grandement l'efficacité des procédés de déphosphatation chimique. En particulier, dans certaines conditions, le phosphore précipité peut être resolubilisé dans les effluents traités, conduisant à une diminution du rendement (Caravelli et al., Journal of Hazardous Materials 177(2010)
199-208).
Il est ainsi difficile de prédire l'efficacité d'un traitement d'élimination du phosphore selon le type d'installations utilisées pour le traitement des effluents.
La demande de brevet FR2900921 décrit un procédé de traitements d' effluents par nitrification-dénitrification à l'aide d'au moins un filtre planté de roseaux à écoulement vertical. Cette demande s'intéresse essentiellement aux méthodes de nitrifîcation- dénitrification des eaux usées en vue de l'élimination de l'azote global
Il est du mérite des inventeurs d'avoir identifié que les caractéristiques des procédés et installations décrits dans la demande FR2900921, permettent également une déphosphatation des effluents par méthode physico-chimique avec un rendement particulièrement élevé.
Sans être lié par une quelconque théorie, il se peut que ces rendements élevés résultent des conditions environnementales favorables des filtres plantés de roseaux décrits dans la demande FR2900921, empêchant la resolubilisation des sels de phosphates. En outre, avantageusement, les effluents prétraités, par exemple sur lit bactérien, étant amenés par bâchée sur le filtre planté de roseaux, les sels métalliques ou autres agents coagulants permettant la précipitation des phosphates, peuvent être aisément injectés, après le traitement sur lit bactérien et avant la bâchée de manière contrôlée. Ainsi, la présente invention se propose de fournir aux petites et moyennes collectivités des procédés et installations de traitement d'effluents comprenant à la fois l'élimination des polluants azotés par nitrification-dénitrification, et l'élimination des polluants phosphatés, en particulier en tenant compte des contraintes dont une liste non exhaustive suit :
- installation ne nécessitant pas un entretien trop important, en particulier au regard des ressources financières, techniques et humaines de la collectivité,
- facilité d'utilisation de l'installation et de mise en œuvre du procédé,
- limitation des coûts, en particulier en termes de besoin énergétique ou d'emprise foncière,
- amélioration du rendement d'épuration,
- bonne intégration de l'installation dans le paysage,
- élimination des divers polluants visés dans la Directive mentionnée ci-dessus, y compris les polluants azotés et phosphatés,
- réduction du volume de produit d'épuration final non valorisable,
- optimisation du volume des produits d'épuration finaux valorisables,
- suppression des mauvaises odeurs, dues en particulier au fonctionnement anaérobie de certaines installations d'épuration des eaux.
Ainsi, au moins un objectif essentiel de l'invention est de proposer un procédé de traitement d'effluents et une installation à cet effet, qui satisfait à au moins l'une des contraintes évoquées ci-dessus.
En particulier, un objectif de l'invention est de proposer un procédé de traitement d'effluents, susceptible d'être mis en œuvre dans une installation dont le fonctionnement peut être supporté par une petite collectivité, en particulier du point de vue des frais d'investissement et des frais de fonctionnement.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de traitement d'effluents comprenant l'élimination des principaux polluants, y compris la matière en suspension, la matière organique, les polluants azotés et les polluants phosphatés.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé et une installation de traitement d'effluents qui permette de limiter la libération de mauvaises odeurs.
D'autres objectifs et avantages de l'invention seront indiqués dans la description qui va suivre.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Ainsi, l'invention concerne en premier lieu un procédé de traitement d'effluents, comprenant les étapes suivantes :
- On réalise un prétraitement biologique des effluents, par exemple à l'aide d'au moins un lit bactérien, notamment pour fixer la pollution organique soluble grâce à l'action des bactéries épuratrices du lit bactérien. On obtient des effluents prétraités en sortie.
- On réalise un traitement biologique de nitrifîcation-dénitrification des effluents prétraités obtenues, à l'aide d'un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple, un filtre planté de roseaux, à écoulement vertical. Les effluents prétraités récupérés en surface constituent une source de carbone pour la dénitrification.
- On réalise en outre un traitement physico-chimique de déphosphatation des effluents, de préférence après l'étape de prétraitement biologique et avant l'étape de traitement biologique de nitrification-dénitrification.
Le traitement physico-chimique de déphosphatation des effluents consiste typiquement à injecter des agents coagulants aptes à précipiter les phosphates dans les effluents ou boues d'épuration avant l'étape de traitement biologique de nitrification-dénitrification. De tels agents coagulants peuvent par exemple être choisis parmi les sels de fer tel que le chlorure ferrique, ou le sulfate de fer ferreux.
De préférence, l'écoulement des effluents dans le filtre planté de roseaux se fait sous la simple action de la gravité. La nitrification et la dénitrification se déroulent simultanément dans un seul et même filtre planté spécifiquement configuré à cet effet.
Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, celui-ci comprend en outre les étapes suivantes :
a. on récupère les effluents prétraités du prétraitement biologique, par exemple sur lit bactérien ou un disque biologique, dans un poste de refoulement avant l'étape de nitrification-dénitrification, b. on injecte lesdits agents coagulants dans le poste de refoulement contenant les effluents récupérés en a.,
c. le cas échéant, on agite les effluents dans le poste de refoulement après injection des agents coagulants, de sorte à obtenir une bonne dispersion des agents coagulants dans les effluents,
d. on évacue les effluents du poste de refoulement juste après l'étape b. et/ou c, sur le filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple, un filtre planté de roseaux,
e. on récupère en surface du filtre planté les boues contenant les précipités de phosphates et phosphore particulaire.
Dans une variante particulière du procédé selon l'invention, en régime de fonctionnement permanent, au moins un filtre de nitrification-dénitrification comporte une zone supérieure non inondée et une zone inférieure inondée où se déroulent, respectivement, un traitement biologique essentiellement aérobie de nitrification et un traitement biologique essentiellement anaérobie de dénitrifîcation. En particulier, en régime de fonctionnement permanent, la hauteur de la zone inondée d'au moins un filtre de nitrification-dénitrification, de préférence le premier filtre de nitrification-dénitrification, est supérieure ou égale à la hauteur de sa zone non inondée.
Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, il n'est pas nécessaire d'ajouter une source de carbone supplémentaire (par exemple du méthanol) pour réaliser le traitement. En d'autres termes, la charge carbonée des effluents ou des boues d'épuration est suffisante.
En deuxième lieu, l'invention concerne une installation de traitement d'effluents, conçue en particulier pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. L'installation comprend :
- au moins un dispositif pour le prétraitement biologique, par exemple un lit bactérien ou un disque biologique, équipé d'une alimentation en effluents à traiter et d'une évacuation des effluents obtenus en sortie dudit dispositif,
- au moins un étage de nitrification-dénitrification comprenant un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple, un filtre planté de roseaux, à écoulement vertical, dont la surface supérieure est équipée d'une alimentation en effluent prétraité provenant au moins en partie dudit dispositif, et dont le fond est équipé d'un dispositif de drainage pour collecter les effluents s'étant écoulés à travers le filtre planté,
- un dispositif d'évacuation des effluents collectés du dispositif de drainage comprenant au moins une bouche d'évacuation disposée à une hauteur comprise entre le fond du filtre et la surface supérieure du filtre, formant ainsi une zone inférieure inondée et une zone supérieure non inondée dans le filtre planté, - des moyens pour injecter des agents coagulants aptes à précipiter les phosphates des effluents ou boues d'épurations, par exemple des sels de chlorure ferrique.
Dans une variante préférée, les moyens pour injecter les agents coagulants comprennent :
- une cuve de stockage comprenant les agents coagulants aptes à précipiter les phosphates des effluents ou boues d'épurations, par exemple des sels de chlorure ferrique,
- une pompe doseuse permettant l'injection d'une concentration appropriée de sels dans les effluents prétraités,
- le cas échéant, des moyens de contrôle automatique de la pompe doseuse, permettant l'injection contrôlée d'une concentration appropriée d'agents coagulants dans les effluents prétraités, de préférence juste avant leur évacuation par bâchée sur le filtre planté à écoulement vertical.
le cas échéant, des moyens pour obtenir une bonne dispersion des agents coagulants dans les effluents prétraités dans la zone d'injection, par exemple, dans le poste de refoulement.
L'installation est caractérisée en ce que les effluents collectés par le dispositif de drainage sont évacués de l'étage de nitrification-dénitrification à l'aide d'un dispositif d'évacuation des effluents comprenant au moins une bouche d'évacuation disposée à une hauteur comprise entre le fond du filtre et la surface supérieure du filtre. Ainsi, une zone inférieure inondée et une zone supérieure non inondée sont formées dans le filtre planté de roseaux. La hauteur de la zone inondée correspond à la hauteur de la bouche d'évacuation (ou de la bouche d'évacuation la plus basse si plusieurs bouches sont présentes, mais avantageusement, toutes les bouches d'évacuation associées à un filtre donné sont à la même hauteur).
Selon une variante de l'invention, le dispositif d'évacuation des effluents comprend un réservoir muni d'au moins une bouche d'alimentation en effluents collectés par le dispositif de drainage et muni en outre d'au moins une bouche d'évacuation des effluents, la bouche d'évacuation se présentant sous la forme d'un trop-plein, dont, avantageusement, la hauteur est contrôlable.
Selon une variante de l'invention, l'installation comprend au moins deux étages de nitrification-dénitrification successifs, la hauteur de la zone inondée du premier étage étant différente de la hauteur de la zone inondée d'au moins un étage suivant.
Selon une variante de l'invention, le filtre planté de chaque étage de nitrifîcation- dénitrifïcation est divisé en une pluralité de cellules, de préférence au moins trois cellules, et chaque cellule est alimentée en effluents par permutation circulaire au cours du temps. Selon une variante de l'invention, l'installation comprend en outre un dispositif de recirculation des effluents collectés par un dispositif de drainage vers au moins un étage de nitrification-dénitrifïcation précédent et/ou vers le lit bactérien. Avantageusement, le dispositif de recirculation des effluents est asservi au moins à un détecteur du volume d'effluents à traiter et/ou à un détecteur de localité des effluents obtenus à la sortie de l'installation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, accompagnée des dessins en annexe qui font partie intégrante de la description.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est une représentation schématique d'une variante d'une installation de traitement d'effluents conforme à l'invention.
La figure 2 représente une variante des dispositifs d'alimentation des étages de nitrification-dénitrifïcation.
La figure 3 représente un détail de l'installation et permet d'illustrer une variante de contrôle de la hauteur de la zone inondée et de la zone non inondée, dans un filtre planté de roseaux.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Pour une bonne compréhension de l'invention, divers termes vont être définis.
La notion d'Equivalent Habitant (EH) est utilisée en assainissement pour évaluer la capacité des stations d'épuration. La Directive européenne 91/271/CEE du Conseil du 20 mai 1991 définit un équivalent habitant comme la charge organique biodégradable ayant une demande biochimique en oxygène de cinq jours (DB05) de 60 g d'oxygène par jour. On estime généralement que la pollution induite par un équivalent habitant est la suivante :
- matières en suspension : 90 grammes / EH / jour,
- matières oxydables : 57 grammes / EH / jour,
- azote total : 15 grammes / EH / jour,
- phosphore total : 4 grammes / EH / jour.
La demande biologique en oxygène à cinq jours (DBO5) est la quantité d'oxygène qu'il faut fournir à un échantillon d'eau pour minéraliser les matières organiques biodégradables contenues dans l'eau, par voie biochimique, c'est-à-dire par oxydation par des bactéries aérobie. Ce paramètre repose sur la quantification de l'oxygène consommé après incubation de l'échantillon durant cinq jours, conformément à la norme FT 90-103. La DB05 est exprimée en mg / L.
La demande chimique en oxygène (DCO) est déterminée en mesurant la quantité de dichromate de potassium consommé par les matières dissoutes en suspension. La DCO traduit, en quantité d'oxygène, le potentiel d'oxydation d'un oxydant chimique décomposé par les substances réductrices contenues dans l'échantillon examiné. La mesure de la DCO tient compte indifféremment des substances minérales et organiques présentes dans l'échantillon. La DCO est mesurée conformément à la norme NFT 90-101 et elle est exprimée en mg / L.
Les matières en suspension (MES) ont deux effets polluants. Tout d'abord, les
MES conduisent à la formation de sédiments et à l'augmentation de la turbidité de l'eau, ce qui limite la pénétration de la lumière. En outre, les MES nécessitent de l'oxygène pour leur métabolisation, ce qui provoque un appauvrissement du milieu en oxygène. Les MES sont mesurées conformément à la norme NFT 90-105 et exprimées en mg / L.
La pollution azotée est mesurée de différentes façons, en fonction des espèces chimiques considérées :
- l'azote ammoniacal est mesuré d'après la norme NFT 90-015 ;
- l'azote Kjeldahl (NTK) est mesuré conformément à la norme NFT 90-110. Cette mesure repose sur la transformation des composés azotés dosables par minéralisation de l'échantillon. L'azote Kjeldahl représente donc les formes réduites de l'azote, c'est-à-dire l'azote organique et l'azote ammoniacal ;
- les nitrates et les nitrites sont dosés respectivement conformément aux normes NFT 90-012 et NFT 90-013.
Ces différentes mesures de l'azote sont exprimées en mg / L.
D'après la norme NF-EN 1189, la pollution phosphatée est mesurée de la façon suivante :
les orthophosphates sont mesurés conformément à la norme NF-EN 1189. Cette méthode concerne le dosage spectrométrique à l'aide du molybdate d'ammonium, les polyphosphates hydrolysables sont dosés après transformation par hydrolyse à l'acide sulfurique en orthophosphates.
le phosphore total est dosé après transformation en orthophosphate. La norme NF- EN 1189 propose deux méthodes d'extraction-minéralisation du phosphore : l'une à l'aide de persulfate, l'autre, plus énergique, à l'aide de l'acide sulfurique et nitrique.
Ces différentes mesures du phosphore sont exprimées en mg / L. Un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome comprend généralement une fosse dont les parois sont imperméables à l'eau. La fosse comporte des couches successives de matériaux de remplissage et de filtration, dont la granulométrie est contrôlée. La surface supérieure est plantée de plantes vasculaires à rhizome, par exemple de roseaux, notamment de l'espèce Phragmites australis. Tout type de plantes vasculaires à rhizomes, et notamment celles connues de l'état de la technique pour la filtration des effluents, peut être utilisé. On citera notamment les espèces de roseaux. D'autres plantes de zones humides sont envisageables, telles que d'autres espèces du genre Phragmites ou des espèces des genres Scirpus ou Typha. On citera également les espèces des genres Juncus. Le choix de l'espèce, ou du mélange d'espèces mis en œuvre, dépend notamment des conditions de développement des plantes choisies, du climat et de l'abondance des effluents.
Dans un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome à écoulement vertical, la granulométrie des matériaux de remplissage augmente du haut vers le bas : les couches supérieures comprennent par exemple du sable, tandis que les couches intermédiaire et inférieure comportent par exemple, respectivement, des graviers et des galets afin d'assurer le drainage. Ainsi, les effluents à traiter arrivent au niveau de la surface supérieure du filtre, et ils sont évacués au niveau de la couche inférieure de drainage, dans le fond de la fosse.
Dans un tel filtre planté, la répartition des matériaux de remplissage et la disposition des zones d'alimentation et d'évacuation des effluents sont différentes. Par exemple, les matériaux de remplissage situés au niveau de deux des côtés opposés de la fosse ont une granulométrie importante. Ce sont par exemple des galets. L'alimentation en effluents est réalisée directement dans la fosse au niveau de l'un de ces côtés tandis que l'évacuation est réalisée au niveau du côté opposé.
Les figures 1, 2 et 3 représentent des variantes d'une installation de traitement d'effluents conforme à l'invention. Dans ces variantes, on prévoit tout d'abord un poste de dégrillage 1 afin de prévenir tout risque de colmatage et de dépôt de déchets grossiers vers les équipements situés en aval du poste de dégrillage. Avantageusement, le poste de dégrillage permet de retenir les éléments d'une maille, ou diamètre, par exemple supérieure à 3 mm, contenus dans l'effluent d'eaux usées brutes 2.
Il peut s'agir d'un tamis dégrilleur automatique équipé par exemple d'une zone de filtration comprenant une tôle perforée semi- cylindrique d'où les déchets sont évacués à l'aide d'une vis sans âme. Tandis que les déchets retenus par le tamis dégrilleur sont évacués vers le haut grâce à la vis sans âme, la plus grande partie de l'eau restituée par les effluents s'écoule gravitairement. Les déchets au moins partiellement asséchés arrivent dans une zone de compactage disposée à l'extrémité de la vis sans âme. L'eau restituée pendant le compactage des déchets solides s'écoule gravitairement au travers d'ouvertures prévues dans la zone de compactage, par exemple au travers de fentes longitudinales.
Le fonctionnement d'un tamis dégrilleur automatique, ou de tout autre dispositif de dégrillage, passif ou actif, est bien connu de l'homme du métier. Aussi, il n'est pas nécessaire d'apporter plus de détails à cet égard.
L'eau et les effluents ainsi récupérés sont collectés et amenés grâce à une canalisation 3 vers un premier poste de refoulement 4. Le poste de refoulement 4 comporte une première pompe 5 pour alimenter un dispositif 6 de prétraitement biologique des effluents 7, à l'aide, par exemple d'au moins un lit bactérien 8.
Dans les exemples qui suivent, on décrira une installation comprenant l'utilisation d'un lit bactérien pour le prétraitement biologique des effluents. Cependant, l'invention peut être mise en œuvre avec d'autres dispositifs de prétraitement biologique, dès lors que ces dispositifs permettent le traitement de 60 à 70 % de la DBO5, incluant de manière non limitative une lagune (ou un lagunage) ou un disque biologique, etc.
Dans une première variante illustrée à la figure 1, le poste de refoulement 4 comporte également une deuxième pompe 9 pour l'alimentation d'un premier étage 10 de nitrification-dénitrification.
Dans une autre variante illustrée à la figure 2, le poste de refoulement 4 comporte une alimentation gravitaire par vanne automatique 91 avec effet de chasse hydraulique remplaçant avantageusement la pompe 9 pour l'alimentation du premier étage 10 de nitrification-dénitrification.
Le lit bactérien 8 est une installation à culture fixée des effluents 7 à traiter. La technique consiste à faire ruisseler les effluents 7 à traiter sur un support solide présentant une grande surface développée. Une culture de micro -organismes épurateurs, le « film biologique » ou « biofîlm », se développe sur ce support solide. Les micro-organismes épurateurs consomment une partie de la pollution carbonée, notamment la pollution fortement soluble. Ainsi, les polluants carbonés se trouvent fixés grâce au métabolisme et au développement bactérien. Lorsque l'épaisseur du film bactérien devient trop important, il se décroche du support et est évacué par l'intermédiaire de canalisations 11. Ce sont les effluents prétraités. Les effluents prétraités ainsi formés sont collectés et ramenés vers le poste de refoulement 4.
Le matériau support utilisé dans un lit bactérien 8 est généralement un garnissage ordonné, tel que des tubes multicanaux ou des plaques ondulées. Ils présentent une surface développée importante grâce au cloisonnement alvéolaire du matériau. De tels matériaux sont par exemples décrits dans les publications EP1310299, EPI 142837 ou US6274035.
Les effluents 7 à traiter sont aspergés en haut lit bactérien 8, grâce à un bras d'aspersion 12 muni d'une série de buses d'aspersions 13 (ou « sprinkler »). Par exemple, le bras d'aspersion est rotatif, autour d'un fût central 14 d'alimentation. Cette disposition permet de répartir le flux d'effluents 7 à traiter sur la surface supérieure du lit bactérien 8. De préférence, la répartition est réalisée de la façon la plus homogène possible.
Les microorganismes du biofîlm se développent naturellement par exemple du fait de leur présence dans les effluents. Les microorganismes peuvent aussi être apportés par ensemencement, par exemple afin de favoriser l'installation d'une population bactérienne.
Avantageusement, le lit bactérien permet, en moyenne d'éliminer jusqu'à 70 % de la DB05 des effluents traités. Par contre, il ne permet généralement pas d'éliminer la pollution azotée.
Le poste de refoulement 4 contient donc un mélange comprenant des effluents dégrillés dans le poste de dégrillage 1, et des effluents prétraités obtenues en sortie du lit bactérien 8 du dispositif 6 de prétraitement biologique. Le poste de refoulement 4 représente donc également un réservoir de marnage, dont le niveau peut être contrôlé notamment en fonction de la quantité d'effluents à traiter provenant du poste de dégrillage, des conditions de traitement au niveau du ou des étages de nitrification-dénitrification.
Le premier étage de nitrification-dénitrification 10 comprend un filtre 15 planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple des roseaux 16. Le filtre 15 planté de roseaux est alimenté au niveau de sa surface supérieure 17 en effluents 7 (qui comprennent des effluents provenant de poste de dégrillage 1 et des effluents prétraités provenant du lit bactérien 8) grâce à la pompe 9 d'alimentation, par l'intermédiaire de canalisations 18. Une variante remplace avantageusement la pompe 9 par une vanne automatique 91 avec effet de chasse hydraulique pour l'alimentation gravitaire du premier étage 10 par l'intermédiaire de canalisation 18 comme illustré à la figure 2.
Plus précisément, l'alimentation peut être réalisée, par exemple, par arrosage ou aspersion de la surface supérieure 17 du filtre 15 planté de plantes vasculaires à rhizome, ou par inondation. L'arrosage ou l'aspersion sont effectués grâce à un rail d'arrosage/aspersion, fixe ou mobile, par exemple disposé au dessus de la surface 17 du filtre 15 planté. L'utilisation de buses d'arrosage disposées au niveau de la surface supérieure 17 du filtre est également envisageable, mais jugé peu pratique car le développement végétatif des plantes limiterait leur efficacité. L'inondation est opérée grâce à des bouches d'alimentations disposées régulièrement, par exemple en quinconce, au niveau du filtre planté de roseaux. Une bouche d'alimentation se présente par exemple sous la forme d'une canalisation verticale qui émerge au dessus de la surface supérieure 17 du filtre 15 planté de roseaux 16. Pour éviter le ravinement autour de la bouche d'alimentation, on peut prévoir de disposer des graviers autour de la bouche d'alimentation. Le filtre 15 planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple de roseaux 16 est réalisé en déblais remblais. Il comporte une fosse 19 dont les parois latérales 20 et le fond 21 sont réalisés, de préférence, en un matériau imperméable, pour éviter la contamination de l'environnement avec des effluents qui ne seraient pas encore épurés ou traités de façon satisfaisante. Il s'agit notamment d'une géomembrane prise en sandwich dans un géotextile de protection.
La fosse 19 est remplie de bas en haut par des matériaux de remplissage dont la granulométrie diminue du bas vers le haut. Dans la variante illustrée à la figure 1, le filtre 15 planté du premier étage de nitrifïcation-dénitrification 10 se distingue du filtre 45 de l'étage suivant 40 par la granulométrie des différentes couches de matériaux de remplissage. D'autres caractéristiques permettent de les distinguer. Elles seront abordées dans la suite de la description.
En l'occurrence, le filtre 15 planté de plantes vasculaires à rhizome comporte, de bas en haut, une couche drainante 22 de fond constituée par exemple par des galets, une ou plusieurs couches intermédiaires de gravier puis une ou plusieurs couches de fïltration 23 comprenant des graviers et des sables. Par exemple, les galets de la couche drainante 22 de fond ont un diamètre de 20 à 60 mm, sur une épaisseur de 10 cm, la couche intermédiaire de graviers a une épaisseur de 20 cm et contient des graviers de 10 à 20 mm de diamètre. Les couches filtrantes 23 contiennent d'abord une épaisseur de 20 cm de graviers de 4 à 10 mm de diamètre puis, au dessus, une couche de 30 cm d'épaisseur de graviers de 2 à 5 mm de diamètre éventuellement mélangés à des sables.
L'eau percole gravitairement à travers les couches filtrantes 23, les couches intermédiaires et la couche drainante 22. L'eau percolée est récupérée au fond du filtre par un dispositif de drainage comprenant une série de drains 24 et qui, de préférence, converge vers un dispositif d'évacuation 25 où sont collectés les effluents qui se sont écoulés à travers le filtre 15 planté.
Le filtre 15 planté de roseaux comporte une zone inondée 26 et une zone non inondée 27 dont les hauteurs respectives hD et hN sont contrôlées grâce au dispositif d'évacuation 25 des effluents percolés 28.
Le dispositif d'évacuation 25 des effluents percolés 28 peut être disposé à l'extérieur de la fosse 15, comme illustré à la figure 1, ou à l'intérieur de la fosse 15 comme illustré à la figure 3. Le dispositif d'évacuation 25 comprend un réservoir 30 muni d'une bouche d'alimentation 31 en effluents percolés et collectés par le dispositif de drainage. L'évacuation des effluents percolés 28 est assurée par une bouche d'évacuation 32. La hauteur de la bouche d'évacuation 32 est intermédiaire entre le fond 21 du filtre 15 et la surface supérieure 17. Ainsi, les effluents percolés 28 s'accumulent dans le réservoir 30 jusqu'à ce que le niveau 29 des effluents atteigne la hauteur de la bouche d'évacuation 32, ce qui permet leur évacuation. De la sorte, la zone inondée 26 se forme dans la partie inférieure du filtre 15 planté de roseaux, tandis qu'une zone supérieure non inondée 27 est délimitée. Le niveau de l'eau 29 dans le filtre 15 planté dépend dont de la hauteur hD de la bouche d'évacuation 32 du dispositif d'évacuation 25.
Selon une variante de l'invention, la bouche d'évacuation 32 correspond à l'ouverture supérieure d'une cheminée 33. Avantageusement, la hauteur de la cheminée 33 est réglable. La cheminée 33 communique dans sa partie inférieure avec une canalisation 35 de déversement des effluents percolés 28. En outre, il est possible de munir la partie inférieure de la cheminée 33 d'une vanne de vidange 34, pour faciliter la vidange du réservoir 30 et du filtre 15 planté de plantes vasculaires à rhizome.
Selon une autre variante non illustrée de l'invention, la bouche d'évacuation se présente sous la forme d'un simple trop plein prévu dans la paroi du réservoir 30, d'où s'écoulent les effluents percolés 28.
Des plantes vasculaires à rhizome, par exemple des roseaux 16, sont plantés à la surface du lit 15. Leur développement végétatif, en particulier le développement racinaire et des rhizome, favorise les transferts d'oxygène vers la zone supérieure non inondée 27, d'une part, par transfert à partir de l'appareil foliaire et caulinaire des roseaux, et d'autre part du fait du déplacement de matériel de remplissage engendré par la croissance racinaire qui représente des chemins de passage préférentiel de l'air à travers le matériel de remplissage. Le développement racinaire des roseaux permet en outre d'éviter l'encroûtage de la surface 17 du filtre par les effluents amenées à partir du poste de refoulement.
Ainsi, la zone supérieure non inondée 27 se trouve en conditions aérobies. Elle est favorable au développement d'une flore microbienne aérobie, nitrifiante, qui utilise les effluents apportés en surface 17 du filtre 15, comme source de carbone. Ainsi, la dégradation des effluents en surface par des bactéries nitrifiantes facilite un transfert de carbone vers la zone inondée 26. Cette zone inondée est en conditions anaérobie, ou, de préférence anoxiques. Elle autorise ainsi le développement d'une flore bactérienne dénitrifiante apte à employer les nitrites et nitrates produits par les bactéries nitrifiantes, ainsi que les sources de carbone afférentes, et à assurer la dénitrifîcation des effluents.
Avantageusement, la hauteur hD de la zone inondée 26 est supérieure à la hauteur hN de la zone non inondée 27. Dans une variante particulière de l'invention, hD est 1,5 à 4 fois plus grand que hN. Dans une autre variante, hD est varie de 1,5 à 2 fois hN.
Cette disposition du filtre planté évite que l'alimentation carbonée des bactéries dénitrifiantes constitue un facteur limitant pour leur métabolisme, étant donné que la source de carbone provient de la zone aérobie non inondée 27, régulièrement alimentée en effluents. En outre, le temps de contact des bactéries dénitrifiantes avec les effluents à traiter est augmenté par l'immersion de la zone inondée 26. Les effluents percolés 28 sont évacués par exemple vers un deuxième poste de refoulement 54. Le poste de refoulement 54 comporte une pompe 59 pour l'alimentation d'un deuxième filtre 45 planté de roseaux. Selon une variante de l'invention illustrée à la figure 2, la pompe 59 est avantageusement remplacée par une vanne automatique 591 avec effet de chasse hydraulique pour l'alimentation gravitaire du deuxième étage de filtre 45 planté de roseaux.
L'installation comprend une cuve de stockage des agents coagulants 71 aptes à précipiter les phosphates dans l'effluent. Par agents coagulants aptes à précipiter les phosphates des effluents ou boues d'épuration, on entend tout type d'agents connus pour leur utilisation dans la déphosphatation physico-chimique. De tels agents incluent notamment les sels d'aluminium ou de fer, notamment l'alun, le chlorure ferrique et le sulfate ferreux. D'autres produits comme le chlorure ferreux, l'aluminate de sodium, le chlorure d'aluminium prépolymérisé et l'alun prépolymérisé ont fait l'objet d'essais (John Meunier Inc., 1996) et pourraient également être utilisés. Dans un mode de réalisation préféré, la cuve de stockage comprend du sel de chlorure ferrique.
La cuve 71 comprend des moyens pour amener les agents coagulants dans le poste de refoulement, par exemple une pompe dosimétrique 72 qui peut être paramétrée pour ajuster la période et le débit d'injection des agents coagulants dans la zone d'injection, par exemple un poste de refoulement.
La pompe dosimétrique 72 peut injecter les agents coagulants vers le poste de refoulement 4, ou comme cela est illustré à la figure 1, vers le poste de refoulement 54. Ce choix peut être géré grâce à deux vannes ou deux robinets 73 et 74, disposés en aval de la pompe 72. Le fonctionnement de la pompe 72 et des vannes ou des robinets 73 et 74 peuvent être contrôlés à distance et/ou asservi ou automatisé.
La pompe dosimétrique peut être par exemple contrôlée au moyen d'une sonde piezométrique permettant la détection d'un niveau bas des effluents dans le poste de refoulement 4 ou 54, constituant le seuil de mise en marche de la pompe dosimétrique et un niveau haut d'arrêt de la pompe dosimétrique.
A la sortie du deuxième étage 40 de nitrification-dénitrification, les effluents percolés sont évacués vers le milieu naturel. Selon une variante de l'invention, une partie de l'effluent à la sortie du deuxième étage est recirculée à l'aide d'un répartiteur de débit 62 qui assure le retour des effluents vers le poste de refoulement 4 à l'aide d'une pompe 63. Selon une variante non illustrée de l'invention, la recirculation se fait gravitairement par l'intermédiaire de canalisation 64 sans la pompe 63. L'autre partie est évacuée au milieu naturel. Le taux de recirculation est réglable de 0 à 200 %.
De préférence, dans les différentes variantes de l'invention, le fonctionnement des pompes 5, 9, 59, 63 ou 72, est contrôlé à distance, asservi et/ou automatisé. Le poste de refoulement 4 ou 54 peut comprendre un agitateur submersible permettant l'agitation des agents coagulants dans le poste de refoulement 4 ou 54.
Avantageusement, les boues contenant les précipités de phosphates et phosphore particulaire restent majoritairement en surface du filtre planté 15 ou 45. Celles-ci sont récupérées lors du curage des filtres.
En moyenne, le traitement de nitrification-dénitrification sur le filtre 15 planté de roseaux permet d'éliminer jusqu'à 90 % de l'azote NTK, à une température ambiante minimum d'environ 12°C. En outre, environ 95 % de la DB05 est éliminée des effluents en sortie du filtre planté de roseaux (valeur globale, effluents percolés 28 par rapport aux effluents à traiter issus du poste de dégrillage).
Comme illustré à la figure 1, il peut être prévu dans une variante de l'invention un deuxième étage 40 de nitrification-dénitrification, dont le fonctionnement est en tout point comparable à celui du premier étage 10 de nitrification-dénitrification.
Comme cela a été signalé ci-dessus, les filtres 15, 45 se distinguent notamment l'un de l'autre par la granulométrie des matériaux de remplissage utilisés. Ils peuvent aussi se distinguer par la hauteur de la zone inondée, par rapport à celle de la zone non inondée.
Par exemple, le filtre 45 du deuxième étage de nitrification-dénitrification comporte, de bas en haut, un couche drainante de fond comprenant des galets (par exemple, galets de diamètre 20-60 mm, épaisseur 10 cm), puis des couches intermédiaires de graviers (par exemple, graviers de 10 à 20 mm de diamètre, et au dessus, de 4 à 10 mm de diamètre, chaque couche sur une épaisseur de 10 cm), et des couches filtrantes supérieures (par exemple, 20 cm de graviers de 2 à 5 mm de diamètre et au dessus, 30 cm de sable de 0 à 4 mm de diamètre).
Préférentiellement, la hauteur hD2 de zone inondée 46 du deuxième filtre 45 est inférieure à la hauteur hN2 de la zone non inondée 47 du deuxième filtre 45. Avantageusement, les rapports hN2 / hD2 du deuxième filtre 45 sont inversés par comparaison avec les rapports hN / hD du premier filtre 15.
En effet, les effluents percolés 28 collectés dans le dispositif d'évacuation 25 du premier filtre 15 sont beaucoup moins chargés en matière carbonée que les effluents et les effluents prétraités 7 provenant du poste de refoulement 4 et déversés dans le premier étage 10 de nitrification-dénitrification. Dans cette variante, les effluents percolés 28 sont déversés dans le deuxième étage 40 de nitrification-dénitrification.
Le deuxième étage de nitrification-dénitrification permet d'assurer un traitement de la pollution azotée résiduelle qui demeure dans les effluents 28 provenant du deuxième poste de refoulement 54. Ainsi, en sortie du deuxième filtre 45, à une température ambiante minimale de 12°C, le traitement des effluents permet d'éliminer en moyenne près de 99% de la DB05 et près de 96 % de l'azote NTK (de 95 à 98 % de l'azote NTK par rapport aux effluents à traiter issus du poste de dégrillage).
Le fonctionnement des étages de nitrification-dénitrification va maintenant être décrit plus en détails. Les étages 10, 40 de nitrification-dénitrification sont alimentés de préférence par bâchées, c'est-à-dire qu'une quantité prédéterminée d'effluents, est déversée sur le filtre planté de roseaux, de préférence après injection des agents coagulants dans une concentration appropriée pour la précipitation des phosphates.
Le déclenchement d'une bâchée peut dépendre par exemple du niveau d'effluents dans les postes de refoulement 4 et 54. Cela permet de couvrir au mieux la surface du filtre planté d'une pellicule d'effluents à traiter. La qualité de la répartition des effluents à la surface du filtre est très importante, car elle détermine la bonne aération du filtre (en particulier de la zone non inondée) et la fïltration des effluents. Elle permet également la répartition des boues comprenant les précipités phosphatés à la surface du filtre planté.
Avantageusement, chaque étage de nitrification-dénitrification est divisé en une pluralité de cellules, de préférence 3 cellules, dont l'alimentation en effluents est réalisée par permutation circulaire. Quand une cellule reçoit des effluents, les autres ne sont pas alimentées. Ce fonctionnement par alternance laisse un temps suffisant pour la minéralisation des effluents et des boues d'épuration dans les cellules non alimentées. Un cycle d'alimentation peut durer par exemple une semaine. Cela favorise un régime de fonctionnement permanent (le fonctionnement transitoire correspondant notamment au remplissage d'une cellule).
L'alimentation des étages de nitrification-dénitrification et des différentes cellules peut être, par exemple, semi-automatique ou automatique, c'est-à-dire qu'elle nécessite, ou non, l'intervention occasionnelle, de personnel pour assurer le fonctionnement de l'installation. La permutation d'une cellule à l'autre est généralement automatisée, par exemple par l'utilisation d'un dispositif comprenant une minuterie.
En outre, il est possible de prévoir des détecteurs de niveaux, en particulier au niveau des postes de refoulement 4 et 54, afin de déterminer si la réserve d'effluents dans le poste de refoulement est suffisante pour générer une bâchée pour alimenter le premier étage de nitrification-dénitrification à partir du premier poste de refoulement 4, et vers le deuxième étage 40 de nitrification-dénitrification à partir du deuxième poste de refoulement 54. Les mêmes détecteurs peuvent également contrôler la pompe dosimétrique pour l'injection des agents coagulants dans le poste de refoulement 4 ou 54 et le contrôle de l'agitateur pour le mélange des agents coagulants avec les effluents dans le poste de refoulement 4 ou 54. Il est également envisageable de prévoir de commander l'évacuation des effluents percolés en fonction de leur qualité, en particulier en fonction de leur DBO5 ou de leur azote NTK.
Parmi d'autres avantages de la présente invention, on peut citer le fait que le développement des roseaux permet de masquer, au moins partiellement, les parties construites de l'installation, ce qui améliore son intégration dans le paysage.
Des essais effectués avec une installation selon l'invention comprenant un dispositif de dosage de sels de chlorure ferrique pour la déphosphatation chimique, ont montré que le phosphore reste bloqué en surface du filtre, permettant d'assurer à au moins 40% le niveau d'abattement du phosphore, celui-ci pouvant être augmenté par simple augmentation du dosage de sels injectés dans le poste de refoulement.
Le tableau 1 suivant présente les résultats d'une campagne de mesure effectuée sur des effluents en entrée et/en sortie d'une installation selon la présente invention. On obtient en particulier un rendement de 89 % d'abattement pour le phosphore total largement supérieur à 40 %.
Tableau 1 mg/L DCOb DBO MES NK N-NH4 N-N02 N-N03 Ptotal P-P04
Entrée 2470 1018 1534 139 70,7 0,06 0,45 22,4 7,25
Sortie 34 6,7 8,7 2,6 1,15 0,04 14,8 2,4 2,35
* DCOb : DCO sur
l'échantillon brut
Rendement
Figure imgf000020_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d' effluents, comprenant les étapes suivantes :
- on réalise au moins un traitement biologique de nitrifîcation-dénitrifïcation des effluents, à l'aide d'au moins un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, à écoulement vertical, les effluents constituant une source de carbone pour la nitrification et pour la dénitrification, dans lequel, en régime de fonctionnement permanent, au moins un filtre de nitrifîcation-dénitrifïcation comporte une zone inférieure inondée et une zone supérieure non inondée où se déroulent, respectivement, un traitement biologique de nitrification et un traitement biologique de dénitrification,
- on réalise en outre un traitement physico-chimique de déphosphatation des effluents.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement physicochimique de déphosphatation consiste à injecter des agents coagulants aptes à précipiter les phosphates dans les effluents ou boues d'épuration avant une étape de traitement biologique de nitrifîcation-dénitrifïcation.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement physicochimique de déphosphatation consiste à injecter lesdits agents coagulants, par exemple des sels de chlorure ferrique, dans une concentration permettant la précipitation des phosphates, et à récupérer les précipités phosphatés ou le phosphore particulaire piégés en surface du filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple, un filtre planté de roseaux, de préférence lors du curage des filtres.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un prétraitement biologique des effluents, par exemple à l'aide d'un disque biologique, d'une lagune ou lagunage ou d'au moins un lit bactérien avant l'étape de déphosphatation.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :
a. on récupère les effluents prétraités du prétraitement biologique dans un poste de refoulement avant l'étape de nitrifîcation-dénitrifïcation, b. on injecte lesdits agents coagulants dans le poste de refoulement contenant les effluents prétraités récupérées en a., c. le cas échéant, on agite les effluents prétraités dans le poste de refoulement après injection des agents coagulants, de sorte à obtenir une bonne dispersion des agents coagulants dans les effluents prétraités, d. on évacue les effluents prétraités du poste de refoulement juste après l'étape b. et/ou c, sur le filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple, un filtre planté de roseaux,
e. on récupère en surface du filtre planté les boues contenant les précipités de phosphates et phosphore particulaire.
6. Procédé de traitement d'effluents selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, en régime de fonctionnement permanent, la hauteur de la zone inondée d'au moins un filtre de nitrification-dénitrification est supérieure ou égale à la hauteur de la zone non inondée.
7. Installation de traitement d'effluents pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant :
- au moins un dispositif pour un prétraitement biologique des effluents, par exemple un lit bactérien, une lagune ou lagunage ou un disque biologique, ledit dispositif étant équipé d'une alimentation en effluents à traiter et d'une évacuation des effluents prétraités obtenus en sortie dudit dispositif,
- au moins un étage de nitrification-dénitrification comprenant un filtre planté de plantes vasculaires à rhizome, par exemple, un filtre planté de roseaux, à écoulement vertical, dont la surface supérieure est équipée d'une alimentation en effluent prétraité provenant au moins en partie du dispositif de prétraitement biologique, par exemple le lit bactérien, une lagune ou lagunage ou disque biologique, et dont le fond est équipé d'un dispositif de drainage pour collecter les effluents s'étant écoulés à travers le filtre planté,
- un dispositif d'évacuation des effluents collectés du dispositif de drainage comprenant au moins une bouche d'évacuation disposée à une hauteur comprise entre le fond du filtre et la surface supérieure du filtre, formant ainsi une zone inférieure inondée et une zone supérieure non inondée dans le filtre planté,
- des moyens pour injecter des agents coagulants aptes à précipiter les phosphates des effluents ou boues d'épurations, par exemple des sels de chlorure ferrique, de préférence situés en aval de l'étape de prétraitement biologique.
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens pour injecter les agents coagulants aptes à précipiter les phosphates des effluents ou boues d'épuration comprennent : - une cuve de stockage comprenant les agents coagulants aptes à précipiter les phosphates des effluents ou boues d'épurations, par exemple des sels de chlorure ferrique,
- une pompe doseuse permettant l'injection d'une concentration appropriée de sels dans les effluents prétraités,
le cas échéant, des moyens de contrôle automatique de la pompe doseuse, permettant l'injection contrôlée d'une concentration appropriée d'agents coagulants dans les effluents prétraités, de préférence juste avant leur évacuation par bâchée sur le filtre planté à écoulement vertical,
- le cas échéant, des moyens pour obtenir une bonne dispersion des agents coagulants dans les effluents prétraités dans la zone d'injection, par exemple, dans le poste de refoulement.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans laquelle le dispositif d'évacuation des effluents comprend un réservoir muni d'au moins une bouche d'alimentation en effluents collectés par le dispositif de drainage et muni d'au moins une bouche d'évacuation des effluents, ladite bouche d'évacuation se présentant sous la forme d'un trop-plein.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans laquelle la hauteur d'au moins une bouche d'évacuation est contrôlable.
11. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, comprenant au moins deux étages de nitrification-dénitrification successifs, la hauteur de la zone inondée du premier étage étant différente de la hauteur de la zone inondée d'au moins un étage suivant.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en qu'elle comprend
a. un premier poste de refoulement récupérant au moins les effluents prétraités,
b. au moins un deuxième poste de refoulement récupérant les effluents d'un étage précédent et des moyens pour amener les effluents à l'étage suivant de nitrification-dénitrification, et
c. un dispositif d'injection des agents coagulants pour la déphosphatation des effluents dans l'un au moins des postes de refoulement, de préférence le premier et le second postes de refoulement.
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le dispositif d'injection des agents coagulants pour la déphosphatation comprend
- une cuve de stockage des agents coagulants, et,
des moyens pour amener les agents coagulants dans, au moins, le premier et/ou le second poste de refoulement, par exemple à l'aide d'une pompe dosimétrique.
14. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, dans laquelle le filtre planté de chaque étage de nitrification-dénitrifïcation est divisé en une pluralité de cellules, de préférence au moins trois cellules, chaque cellule étant alimentée en effluents par permutation circulaire.
15. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 14, comprenant en outre un dispositif de recirculation des effluents collectés par un dispositif de drainage vers au moins un étage de nitrification-dénitrifïcation précédent et/ou vers le lit bactérien.
16. Installation selon la revendication 15, dans laquelle le dispositif de recirculation des effluents est asservi au moins à un détecteur du volume d'effluents à traiter et/ou à un détecteur de la qualité des effluents obtenus à la sortie de l'installation.
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