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2 «L épuration des eaux usées par filtres plantés de roseaux à écoulement vertical: Base de dimensionnement, intérêt et application d un système à double étages superposés»

3 I- Filière classique I.1 Présentation générale Filtres Plantés de Roseaux (FPR): a) Historique: -Développée dans les années 70 par le Dr Seidel (Allemagne) -Etudes CEMAGREF : Epuration des eaux usées domestiques par filtres plantés de macrophytes. (Dernière version: 2005) -1 ère application communale en France en 1993 (Port Leucate,11370) b) Caractéristiques générales: - Filière de traitement biologique à cultures fixées sur supports fins -Application: Commune de 50 à2000 EH - Fonctionnement simple Personnel non qualifié - Coût investissement et fonctionnement faible (peu de consommables) - Gestion des boues simple (Fréquence curage: 10/15 ans) - Compatible réseau séparatif et unitaire -Respect les normes de la circulaire du 17 Février 1997 (charge org 120 KG/J DBO5)

4 Schéma général d une STEP par FPR de type vertical:

5 Coupe transversale schématique d un filtre du 1 er étage d un FPR à écoulement vertical:

6 I- Filière classique I.2 Principes de fonctionnement généraux a) Végétaux: -Rôles Indirects: Empêche la formation d une croute imperméable en surface Création d une atmosphère favorisant le développement de micro-organismes Racines et rhizomes servent de support aux populations microbiennes Fourniture d oxygène aux bactéries (faible) -Rôles Directs: Assimilation de substances (azote, phosphore ) Sécrétions d antibiotiques au niveau des racines baisse des micro-organismes pathogènes Intégration paysagère

7 I- Filière classique I.2 Principes de fonctionnement généraux a) Végétaux: -En Europe utilisation de Phragmites Australis car de nombreux avantages: Adaptation au régime hydrique différencié Adaptation au support Multiplication végétative rapide et dense Pas d entretien particulier b) Oxygène: -Apport par diffusion et convection au sein du filtre c) Alimentation par bâchées: -Permet de garantir une répartition uniforme de l effluent et donc une infiltration homogène d) Rotation des filtres: -Permet au biofilmde dégrader les réserves de mat orgaccumulées et de limiter sa croissance par limitation de la substance nutritive. Evite donc la mise en place d un clarificateur.

8 I- Filière classique I.3 Descriptif des capacités épuratrices a) Matières en suspension (MES): -Phénomène de filtration des matières colloïdales par réseau racinaire et matrice du filtre couche de boues Attention particulière au dimensionnement du filtre et le choix de la granulométrie pour éviter colmatage -Permet d atteindre [MES]< 20mg/l pour une concentration initiale > 120 mg/l b) Matière organique (MO): -Elimination par oxydation donc apport d O2 indispensable -Rétention par filtration de 40 à70 % au niveau de la couche de boues et minéralisation de 65% des flux reçus -MO soluble initiale + MO décomposée sont minéralisées par le biofilm de la matrice -Mat org+ bactéries + O2 nouvelles Cellules + CO2+ H2O - Si le milieu est anaérobie: baisse du rendement et dégagement d odeur

9 I- Filière classique I.3 Descriptif des capacités épuratrices Cycle de l azote c) Azote: -Milieu aérobie donc nitrification possible grâce aux bactéries aérobies (Nitrosomonas, Nitrobacter) -Rendement de 75 à95% sur NH 4 + et production importante de NO 3 - -Rendement sur N total faible car: Dénitrification impossible: nécessite milieu anoxique et MO Adsorption des ions NH 4 + par la matrice temporaire Assimilation par les plantes limitée ( 10% si faucardage et élimination des déchets) -Traitement de l azote: Objectif secondaire de la filière (Possibilitéd augmenter le rendement en utilisant un filtre horizontal en fin de filière ou recirculation sur 1 er filtre).

10 I- Filière classique I.3 Descriptif des capacités épuratrices d) Phosphore: -Présent principalement sous forme de phosphate dans les eaux (ortho, pyro, méta, poly et organique) -Technique par FPR inadaptépour ce traitement: Adsorption aux oxydes de fer, d aluminium et calcite décroit rapidement dans le temps par saturation des sites. (Variation importantes: 5% à 95% d abattement) Assimilation par les plantes négligeable e) Bactériologie: -Rétention par filtration puis élimination par Ultraviolet, Prédation, Biocides émis par racines, mort naturelle, dégradation avec matière organique. -Rendement dépendant du temps de séjour: Elimination coliformes fécaux de 58% pour 1.5 jours et 99% pour 6 jours -Abattement dépendant de la saison: 3 unités log en étéet 1 à2 en hiver -FPR inadaptécar temps de transit court. En cas de normes de rejet (ex: rejet proche d une zone de baignade) le rajout d un étage horizontal est conseillé

11 I- Filière classique I.3 Descriptif des capacités épuratrices Récapitulatif des mécanismes épuratoires: Récapitulatif des capacités épuratrices:

12 I- Filière classique I.4 Eléments techniques de dimensionnement et de conception -En France: implantation possible dans toutes les régions sauf haute montagne (+ de 1500 m) a) Prétraitements: -Moyenne de déchet de dégrillage pour maille de 10 mm 0.38 KG/MS/EH/an -0.5 m/s < Vitesse de transit < 1.2 m/s -Entrefer compris entre 20 mm et 50 mm -A partir de 400 EH dégrilleur automatique envisageable -Intégrer un by-pass, un outil de raclage, un bac d égouttage et stockage

13 I- Filière classique I.4 Eléments techniques de dimensionnement et de conception b) Alimentation des filtres: -Chasse automatique: Type de chasse par siphon auto-amorçant, clapet, pendulaire Débit minimal en sortie de chasse: 0.5 m3/h/m2. (vitesse infiltration 0.4 m/h) Volume de bâchée: 2cm de hauteur d eau minimum sur filtre (5 cm max) Système de répartition intégré ou non -Poste de relevage Equipement: Pompe, pied d assise, barre de guidage, grille antichute, panier dégrilleur(si en amont de filière), potence, poire de niveau. Même débit et volume que chasse. Définir HMT

14 I- Filière classique I.4 Eléments techniques de dimensionnement et de conception c) Système de répartition -1 er étage: Système de goulotte de répartition à débordement pour des systèmes de moins de 50 m2 Diffuseurs ponctuels pour 125 à 2000 EH (Vitesse effluent: 0.6 m/s et un point d alimentation tous les 50 m2 Situé30 à50 cm au dessus du lit -2 ème étage: Système de répartition anti UV sur la surface du lit. Constituéd une génératrice DN 160 et de râteaux DN 90 espacés de 2m

15 I- Filière classique I.4 Eléments techniques de dimensionnement et de conception d) Les lits filtrants -Nombre de lit par étage déterminé par le rapport temps d alimentation /temps de repos 1 er étage (forte charge en MO): 1/3 alimentation, 2/3 repos 3filtres 2 ème étage (faible charge en MO): ½alimentation, ½repos 2 filtres -Surface utile totale: 2 à2.5 m2 1 er étage: 1.2 à1.5 m2/eh 2 ème étage: 0.8 à1 m2/eh -Création d une deuxième filière au delà de 1000 EH -Charges hydrauliques admissibles:

16 I- Filière classique I.4 Eléments techniques de dimensionnement et de conception e) Matériaux -1 er étage: -Couche drainante : Granulométrie adaptée de 20 à60 mm Epaisseur de 10 à20 cm -Couche de transition : Granulométrie adaptée de 3 à20 mm Epaisseur de 10 à20 cm -Couche filtrante : Gravier fin de 2 à8 mm Epaisseur de 30 cm minimum -2 ème étage -Couche drainante : Granulométrie adaptée de 20 à40 mm Epaisseur de 10 à20 cm -Couche de transition : Granulométrie adaptée de 5 à10 mm Epaisseur de 10 à20 cm -Couche filtrante : Sable alluvionnaire siliceux 0,25 mm < d10 < 0,40 mm Coefficient d Uniformité(d60/ d10) 5 Teneur en fines < 3 % en masse Epaisseur de 30 à60 cm -Il faut toujours respecter les règles de Terzaghilors du choix des matériaux

17 I- Filière classique I.4 Eléments techniques de dimensionnement et de conception f) Drainage et étanchéité -Collecte des eaux traitées en fond de filtre par drain DN 100 mm minimum -Utilisation de matériaux résistants (Ultrapan) et angle 90 proscrits -Fente de 5 mm d épaisseur vers le bas sur 1/3 de circonférence tous les 15 cm -Relié à l atmosphère par des cheminées d aération (pour diffusion) -Si perméabilitésol >10-6 m.s -1 pose de géomembrane(pehd, EPDM, PVC) -Pose de géotextile inférieur 300 g/m2 (supérieur optionnel) -Mise en place d un anti-racinaire sur 40 cm au niveau de la couche supérieure

18 II.1 Intérêts II- Filière à double étage (Phocéogum) -Baisse de l emprise foncière de 50% en moyenne -Baisse du prix de 29 % (1223 euros classique/872 euros Phocéogum) -Favorisation écoulement tout gravitaire par suppression 2 ème chasse -Baisse des coûts d entretien de la station (30%) -Recyclage de pneu usagés

19 II- Filière à double étage (Phocéogum) II.2 Eléments techniques de dimensionnement et de conception a) Généralités -La SPE a construit 18 stations de type phocéogum(30/550 EH) -Mêmes caractéristiques que la technique traditionnelle vis-à-vis du type d effluent traité et des lieux d implantation -Filtres superposés (profondeur plus importante) et utilisation de Draingom b) Prétraitement et alimentation -Alimentation du filtre identique àcelle du 1 er étage classique -Mise en charge transitoire effluent pour alimentation homogène du 2ème étage grâce àchute conductivitéhydraulique (Draingom: m.s -1 Sable: m.s -1 ) et 60% vide du Draingom

20 II- Filière à double étage (Phocéogum) II.2 Eléments techniques de dimensionnement et de conception c) Lits filtrants -Ratio 1.2 m2/eh et 0.8 m2/eh respecté -Conservation drain du 1 er étage pour aération des filtres (inutile pour collecte des eaux) - Choix du Draingom pour favoriser diffusion dans le massif % de vide 3x supérieur au 20/40 traditionnel -Matériau 50/120 mm donc utilisation géogrille 5 mm -Sable de granulométrie supérieure pour limiter colmatage ( 0/5 mm)

21 II- Filière à double étage (Phocéogum) II.2 Eléments techniques de dimensionnement et de conception d) Coupe verticale schématique d un filtre Phocéogum

22 II- Filière à double étage (Phocéogum) II.2 Eléments techniques de dimensionnement et de conception d) Comparatif des procédés:

23 II- Filière à double étage (Phocéogum) II.3 Qualité du traitement a)matériau Draingom -Test de métaux dans lixiviatnégatif (Fer infà5 mg/l) -Matériau inerte b) Bilan 24h00 -Moyenne des taux de traitement obtenu en se basant sur 11 stations: -Traitement de niveau D4 respecté -Traitement de l azote Kejldahlinférieur à50 dans deux stations (50 cm et 30 cm minimum pour les 1 ère couches) -Taux de traitement du phosphore élevé à vérifier sur le long terme -Rejets ponctuels respectent pas toujours les normes (tester sur station ayant couche de boue)

24 II- Filière à double étage (Phocéogum) II.4 Appel d offre, exemple de St Martin de Queyrières -Phocéogum proposé en variante dans la majorité des cas -Projet de 450 EH -Caractéristiques effluent: -Norme de rejet: arrêtédu 22 juin Coût global exploitation: euros/an -Coût projet: euros

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26 conclusion -Technique présentant de nombreux avantages -Prix de construction, coûts d entretien, surface nécessaire faible -Qualité de traitement sur 24h00 similaire à la filière classique -Bilans ponctuels à réaliser sur station ayant un film de boue créé pour vérifier réelles qualités épuratoire -Vérifier traitement du phosphore sur le long terme -Technologie récente: 2008 donc observation sur le long terme nécessaire pour vérifier durée de vie et réel intérêt financier

27 CONTACTS Samuel BERNARD Directeur Technique + 33 (6) Gérald SEMERDJIAN Dirigeant + 33 (6) SociétéPhocéenne des eaux Technopole de Château Gombert 16 rue Max Planck Marseille France (0)

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