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CA 02636415 2008-07-07
WO 2007/083053 PCT/FR2007/050634
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Installation domestique de purification d'effluents N
Domaine de l'invention
La présente invention concerne une installation domestique
de purification d'effluents comprenant
- une cuve d'homogénéisation recevant les effluents,
- un bac de floculation comprenant une partie supérieure tronconique
prolongée d'une partie inférieure, placé à l'intérieur de la cuve de
clarification et dans lequel se forment des flocons de boues,
- un conduit descendant, reliant la cuve d'homogénéisation à la partie
basse du bac de floculation que les effluents traversent de bas en haut
et se clarifient au contact des flocons de boues,
- le conduit comprenant un tube supérieur dont une extrémité est reliée
à la cuve d'homogénéisation et l'autre extrémité débouche dans un
tube inférieur de diamètre plus grand que celui du tube supérieur,
l'extrémité inférieure de celui-ci débouchant dans la partie basse du
bac de floculation,
- une cuve à boues qui reçoit les boues débordant du bac de floculation.
Etat de la technique
On connaît déjà une telle installation de purification
d'effluents destinée à des applications industrielles pour le traitement de
volumes relativement important, le cas échéant fortement chargés en
polluants.
De ce fait, une telle installation ne convient pas pour le
traitement des effluents domestiques en faible quantité ou peu chargés de
produits polluants car, outre les questions dimensionnelles, le
fonctionnement de l'installation, même réduite à une échelle appropriée,
ne serait pas efficace avec un débit très faible discontinu et même
l'installation risquerait de se colmater.
But de l'invention
La présente invention a pour but de développer une
installation domestique de purification d'effluents de structure simple,
facile à utiliser et à entretenir, de faible encombrement et compatible avec
une application domestique, c'est-à-dire avec des débits d'effluents
relativement faibles et discontinus.
Exposé et avantages de l'invention
A cet effet, la présente invention concerne une installation
de purification d'effluents du type défini ci-dessus caractérisée en ce que
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A- une première enceinte formant la cuve d'homogénéisation équipée d'un
agitateur et d'une unité de pompage,
B- une conduite de liaison en sortie de l'unité de pompage, comportant un
injecteur de réactifs et un mélangeur statique,
C- une seconde enceinte surmontée d'une cuve de mélange dans laquelle
débouche tangentiellement la conduite de liaison, et comprenant
- un bac de floculation en forme de tronc de cône renversé placé au-
dessus de la cuve à boues et surmonté d'une chambre de filtration,
le bac de floculation ayant en partie supérieure, des ouïes pour le
passage des flocons de boues,
- une conduite descendant de la cuve de mélange jusqu'au fond du
bac de floculation,
- ainsi qu'une d'une sortie d'eaux purifiées au-dessus de la chambre
de filtration,
D- une conduite de dérivation reliant la partie supérieure de la cuve
d'homogénéisation, sous le niveau d'arrivée des effluents directement à
la cuve à boues.
Cette installation d'une réalisation et d'une mise en place
simples, permet un fonctionnement dynamique normal par commande de
l'agitateur, et de l'unité de pompage qui fournissent des volumes
d'effluents homogénéisés à la seconde enceinte dans laquelle se fait la
séparation des boues et le filtrage final. Mais ce fonctionnement normal
permet également un fonctionnement de secours, statique purement
biologique, c'est-à-dire sans injection de réactifs ni d'agitation et de
pompage, en limitant le fonctionnement aux parties les plus liquides et
laissant provisoirement les particules solides au fond de la cuve
d'homogénéisation. Lorsque l'installation peut de nouveau fonctionner de
manière dynamique, on remet en suspension les particules solides
déposées au fond de la cuve avec l'agitateur pour obtenir un liquide
homogène repris par l'unité de pompage, qui équipée d'une pompe à
couteaux, fractionne les composants pour obtenir un mélange plus
homogène avec des particules plus petites qui arrivent ensuite dans la
seconde enceinte. L'entretien de l'installation se fait sans difficulté.
L'entretien normal, c'est-à-dire le remplissage des réservoirs d'agents
réactifs, ne présente pas de difficultés particulières et, en cas de problème
au niveau d'un équipement, l'agitateur et l'unité de pompage sont
facilement accessibles dans la première enceinte. Les conduites
éventuellement bouchées sont également très accessibles : il suffit de
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démonter quelques raccords pour accéder à la partie nécessitant une
intervention plus poussée.
Enfin, l'évacuation des boues se fait également de manière
simple à la sortie de la cuve amont.
Suivant une autre caractéristique, l'unité de pompage est
une unité de pompage à fractionnement qui permet une réduction de la
dimension des parties solides des effluents.
Suivant une autre caractéristique, l'arrivée des effluents
dans la cuve d'homogénéisation se fait par un tube plongeant. Ce tube
plongeant permet, en cas d'arrêt de l'unité de pompage, de séparer un
maximum d'éléments lourds dans la cuve d'homogénéisation pour que le
fonctionnement statique permette de prélever le liquide moins chargé dans
la partie supérieure de la cuve d'homogénéisation directement dans la
cuve à boues, à l'arrêt de l'agitateur.
Suivant une autre caractéristique, le conduit descendant
reliant la sortie de la cuve de mélange au bac de floculation est en saillie
dans la cuve de mélange et sa partie haute est équipée d'un guide
hélicoïdal, comme sa sortie en amont d'une chambre de tranquillisation
du flux en forme de deux troncs de cône inversés reliés par leur grande
base.
La mise en mouvement de rotation du liquide ou plus
exactement en mouvement hélicoïdal favorise le mélange et ensuite
l'agglutination des particules pour développer des flocons lors de la lente
remontée du liquide dans le bac de floculation.
De façon avantageuse, la conduite partant de la cuve de
mélange est équipée d'un point d'injection de réactifs suivi d'un mélangeur
statique pour rejoindre une partie de la conduite descendante, de section
nettement plus importante avant de déboucher dans le bac de floculation.
De façon avantageuse, le bac de floculation a une enveloppe
en forme de double tronc de cône allant en s'évasant vers le haut et le
conduit descendant débouche dans le volume délimité par le petit tronc de
cône, l'enveloppe ayant des ouïes de passage des flocons de boues, près de
son bord supérieur.
Les ouïes sont, de préférence, réparties en deux rangées
périphériques disposées en quinconce de sorte que les flocons qui
s'agglutinent et remontent de plus en plus lentement le long de la paroi du
bac de floculation, du fait de la forme de plus en plus évasée de celui-ci et
du ralentissement conséquent du liquide, arrivent ainsi nécessairement
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devant une ouïe pour déborder par celle-ci et retomber dans la cuve à
boues.
De façon avantageuse, le fond de la cuve à boues est incliné
vers la sortie.
Suivant une autre caractéristique, la chambre de filtration
est constituée par une masse filtrante enrichie de poudres biologiques et
cette chambre occupe toute la section de l'enceinte entre le dessus du bac
de floculation et la sortie. Cette masse filtrante se remplace.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus
détaillée à l'aide d'un exemple d'installation domestique de purification
d'effluents représenté dans l'unique figure annexée qui est une vue en
coupe schématique de l'installation.
Description d'un mode de réalisation de l'invention
Selon la figure, l'invention concerne une installation
domestique de purification d'effluents, composée d'une première
enceinte 100 de forme cylindrique, constituant une cuve
d'homogénéisation recevant les effluents à traiter. Cette cuve
d'homogénéisation 100 est reliée par une conduite de liaison 300 à une
seconde enceinte 200 surmontée d'une cuve de mélange 210. La seconde
enceinte 200 contient un bac de floculation 220 dans lequel arrive le
liquide de la cuve de mélange 210 pour faire floculer des boues qui
passent sous forme de flocons dans la cuve à boues 230 pour être
évacuées périodiquement. L'eau séparée des boues remonte à travers une
chambre de filtration 240 vers la sortie.
De façon plus détaillée, la première enceinte 100 est une
structure de forme cylindrique à section circulaire munie d'une arrivée
d'effluents 110 constituée par un tube coudé, plongeant. Cette cuve 100
est équipée d'une agitateur 120 entraîné par un moteur électrique 121
installé sur le dessus 130 de la cuve 100 et fonctionnant de manière
commandée par exemple de façon périodique et/ou en fonction de l'arrivée
de liquide. La cuve 100 est équipée d'une unité de pompage 140 installée
au fond 111 de la cuve 100 dans une cage 112 communiquant avec le
restant de la cuve et protégeant l'unité de pompage. L'unité de
pompage 140 comporte un rotor à couteaux de manière à déchiqueter et
homogénéiser les produits en suspension dans les effluents pompés. Le
côté refoulement 141 de la pompe est relié à la conduite de liaison 300,
qui remonte à l'intérieur de la cuve 100 pour arriver au-dessus de la
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seconde enceinte 200 et déboucher tangentiellement dans la cuve de
mélange 210. Cette conduite de liaison 300 comporte en sortie un
injecteur d'agents réactifs 310 puis, un mélangeur statique 320, c'est-à-
dire un chemin dans lequel les agents réactifs se ménagent naturellement
5 au flux de liquide pour déboucher tangentiellement dans la cuve de
mélange 210. L'arrivée tangentielle crée une circulation en vortex du
liquide dans la chambre de mélange.
Au-dessus de la première enceinte 100, se trouve le
moteur 121 de l'agitateur 120 ainsi que des réservoirs 150, 151 contenant
le ou les agents réactifs à injecter dans la conduite de liaison 300. Ces
équipements sont facilement accessibles pour l'entretien et le remplissage
des réservoirs 150, 151. Le dessus 130 de la cuve 100 est amovible et
comporte une trappe 131 pour extraire l'unité de pompage 140 et accéder
à la conduite de refoulement 300.
La cuve d'homogénéisation 100 comporte également une
conduite de dérivation 160 dont l'entrée 161 se trouve légèrement sous le
niveau d'arrivée 110 du liquide dans la cuve 100 et débouchant dans la
cuve à boues 230 de la seconde enceinte 200. Dans cet exemple, la
première enceinte est cylindrique à section circulaire d'axe YY.
La seconde enceinte 200, également constituée par un
volume cylindrique de section circulaire, d'axe ZZ, se compose de bas en
haut, de la cuve à boues 230 dont le fond 231 est incliné vers la sortie 232
de pompage des boues. Au-dessus du fond 231, la cuve à boues 230 loge
la cuve de floculation 220 formée par une enveloppe biconique allant en
s'évasant vers le haut et se terminant par un bord 221 pour être portée
par une bride 250 ajourée, fixée à la paroi de l'enceinte 200. Au-dessus de
cette cuve 220, se trouve un volume de tranquillisation et de
répartition 260 surmonté de la chambre à filtration 240 constituée par un
disque épais chargé d'une masse filtrante contenant des poudres
biologiques de manière à assurer la filtration finale des eaux nettoyées.
Dans l'axe ZZ de l'enceinte 200, le conduit descendant 270,
relie la cuve de mélange 210 à la base du bac de floculation 220. Ce
conduit 270 descendant se compose d'une partie supérieure 271 venant
en saillie dans la cuve de mélange 210 de façon à renforcer le mouvement
de vortex du liquide arrivant du mélangeur statique dans la cuve de
mélange. En partie haute, l'entrée de ce conduit est garnie d'un guide
hélicoïdal 272 orienté de façon à conserver le mouvement de vortex du
liquide à l'intérieur du conduit descendant 270 équipé d'un point
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d'injection de réactifs 310'. Ce conduit 270 est prolongé par un mélangeur
statique 273, c'est-à-dire un chemin dans lequel les agents réactifs se
mélangent au flux de liquide pour déboucher dans une partie de conduite
descendante 274 de section nettement plus importante pour arriver dans
le bac de floculation 220.
Les différentes parties de la conduite descendante 270 sont
reliées par des raccords tels que le raccord 271, facilitant le montage et le
démontage de cette partie de l'installation, par exemple pour des travaux
d'entretien.
Sous la chambre de filtration 240, le conduit
descendant 274 augmente nettement de section pour arriver dans le bac
de floculation 220 et sa sortie se termine par une enveloppe 275 en forme
de double tronc de cône constituant une chambre de tranquillisation du
flux. En amont de cette chambre de tranquillisation, la partie 274 du
conduit est équipée de nouveau d'un guide hélicoïdal 276 toujours pour
soutenir le mouvement hélicoïdal du flux à l'arrivée dans la chambre de
tranquillisation 275. Le fond de la chambre de tranquillisation est ouvert
au-dessus du fond de la partie inférieure 222 du bac de floculation 220.
Le bac de floculation 220 comporte, en partie haute, deux
rangées d'ouïes 223, décalées les unes par rapport aux autres et
constituant des sorties pour les flocons de boues FB.
Les boues s'agglutinent en flocons dans le liquide qui
remonte dans le bac de floculation 220 en diminuant de vitesse en
fonction de l'augmentation de section du bac. Les flocons de boues FB
entraînés par le lent mouvement de liquide le long de la paroi 224 du bac
de floculation 220 peuvent ainsi remonter et s'échapper par les ouïes 223
pour retomber par gravité au fond 231 de la cuve à boues 230. L'eau
nettoyée d'une partie importante de ses boues remonte alors dans la
chambre de tranquillisation et de répartition 260 au-dessus du bac de
floculation 220 pour traverser ensuite la chambre filtrante 240 et
s'échapper à état filtré par la sortie 241.
La mise en place et l'assemblage de l'installation se font de
manière simple. Tous les composants de la cuve d'homogénéisation 100
peuvent se mettre en place après l'installation de la cuve proprement dite.
Il en est de même de la seconde enceinte 200 qui reçoit d'abord le bac de
floculation 220 puis la chambre filtrante 240 à laquelle on a fixé par un
raccord, la troisième partie 274 de la conduite descendante 270. Après
cette mise en place, on fixe la partie supérieure 271 de la conduite
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descendante par un raccord et on installe la cuve de mélange 210. Le
branchement de la cuve de mélange 210 avec le mélangeur statique 320 et
son raccordement à la conduite de refoulement 300 de l'unité de pompage
140 se font également par de simples raccords.
En cas de problème au niveau d'un composant de
l'installation, il est facile d'accéder à ce composant ou de l'extraire.
Ainsi,
le moteur 121 de l'agitateur 120 est directement accessible au-dessus de
la cuve d'homogénéisation 100. L'unité de pompage 140 peut s'extraire de
la cuve d'homogénéisation 100 car elle est en principe simplement posée
dans sa cage 112. L'accès à la conduite de refoulement 300 se fait par
simple démontage d'un raccord. Bien que la seconde enceinte 200 ne
comporte que des éléments statiques, en cas exceptionnel de bourrage,
l'ensemble des éléments est accessible par le dessus.
L'installation de purification d'effluents décrite ci-dessus
fonctionne de la manière suivante : les effluents arrivent en général de
façon discontinue dans la cuve d'homogénéisation 100 par le tube
plongeant 110. Ces effluents sont mélangés par l'agitateur 120 pour être
homogénéisés avant d'être aspirés par la pompe 140 dont les couteaux
déchiquettent les éléments solides pour avoir des éléments d'une
dimension inférieure à une limite fixée. La pompe à couteaux 140 est par
exemple commandée par un flotteur et/ou par une horloge de manière à
pomper périodiquement un certain volume d'effluents. Ce volume
d'effluents est homogénéisé par l'agitateur 120 avant d'être pompé.
Les effluents ainsi pompés passent dans l'injecteur d'agents
réactifs 310 où ils reçoivent des agents réactifs favorisant leur traitement
en aval. Les agents réactifs se mélangent aux effluents dans le mélangeur
statique 320 puis, le flux arrive tangentiellement dans la cuve de
mélange 210 dans laquelle il tourne suivant un mouvement de vortex pour
passer dans la conduite descendante 270 dans laquelle ce mouvement
circulaire est soutenu par le guide hélicoïdal 271 de l'entrée. Le liquide
descend dans la conduite 276 suivant un mouvement de rotation réactivé
près de la sortie de la conduite, en amont de la chambre de
tranquillisation 275. Dans cette chambre, le flux continue de tourner
suivant un mouvement hélicoïdal pour passer dans le bac de floculation
220. L'augmentation de section, progressive, ralentit le flux qui devient
très lent dans le bac de floculation. Le flux d'effluents se sépare
progressivement de flocons de boues FB et le liquide nettoyé remonte dans
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la chambre de tranquillisation 260 avant de traverser la chambre de
filtrage 240 et passer par la sortie 241.
Le niveau de liquide dans la seconde enceinte 200 est fixé
par la hauteur de la sortie 241 d'eau filtrée alors que le niveau de liquide
dans la première enceinte 100 varie en fonction des volumes pompés. La
conduite de dérivation 160 qui relie la partie haute de la cuve
d'homogénéisation 100 à la cuve de boues 230 permet un fonctionnement
statique de l'installation en cas défaillance de l'unité de pompage 140. Le
liquide de la cuve d'homogénéisation 100 est prélevé dans sa partie haute,
débarrassé des principales parties solides qui, au repos de l'agitateur 120,
descendent par gravité au fond de la cuve d'homogénéisation et ne sont
pas mélangées. Le liquide près du niveau supérieur de la cuve passe alors
la chambre de boues 230 dans laquelle il se débarrasse d'une fraction
moindre de particules solides que s'il avait été additionné de réactifs de
floculation comme en régime normal. Puis, le liquide remonte à travers la
bride ajourée 250 et, éventuellement, les ouïes 224 du bac de floculation
220 pour traverser la masse filtrante 240 et être évacué.
