Filtre compact Eparco pour l Assainissement Non Collectif

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1 Filtre compact Eparco pour l Assainissement Non Collectif Hervé Philip Directeur Technique Eparco Assainissement Jean-Luc Vasel Professeur Université de Liège Séminaire Arras 2006

2 Filtre compact Eparco pour l Assainissement non Collectif VALIDÉ PAR LE CSHPF

3 Avantages: Compacité et Intégration au Site Séminaire Arras 2006

4 Performance sur les Matières Organiques Charge organique: DCO 90 g/m 2.j Charge Hydraulique: 250 L/m 2.j Evolution de la DCO (mg O2/l) et les MES (mg/l) MES E92 MES S92 DCO E92 DCO S DCO et MES JOURS DCO effluent Septique : 473 mgo 2 /L DCO Sortie Filtre: 101 mgo 2 /L Rendement: 79 %

5 Performance sur les Composés Azotés 200 Evolution des composés azotés (mg/l) N-NH4 E92 N-NH4 S92 N-NO3 S NH4 et NO JOURS NH 4 effluent Septique : 70 mgn-nh 4 /L NH 4 effluent Sortie Filtre: 1 mgn-nh 4 /L Rendement NH 4 : 98,6 % NO 3 effluent Sortie Filtre: 57 mgn-no 3 /L

6 Performances relevées en site réel DCO mgo 2 /L DBO 5 mgo 2 /L MES mg/l Coliformes Thermotolérants/100 ml Enterocoques /100 ml Moyenne 75,2 13,6 9,1 8171* 807* Ecart-type 22,4 6,8 3,5 Moyenne Géométrique Recherche des éléments pathogènes sur 13 installations - œufs d helminthes - Kystes de Giardia - Oocystes de Cryptosporidium Résultats négatifs sur tous les prélèvements

7 Charge organique nominale du filtre compact Eparco pour l A.N.C. DCO 90 g/m 2.j Le rendement minimal de la fosse Eparco 5 m 3 (installation unifamiliale) sur la DCO : 50 % Le rendement moyen est de 55 % pour 10 EH Capacité du filtre compact 90 x 5 = 7,5 EH 0,5 x 120 Marge de sécurité très importante Séminaire Arras 2006

8 Vieillissement du matériau filtrant Matériau Neuf Matériau après 5 ans de fonctionnement (site réel) Surface spécifique (m 2 /g) 250 ± Capacité d échange cationique (meq/100 g) 170 ± à 201 Porosité à l eau 49 ± 5 47 à 50 Les caractéristiques essentielles du matériau sont conservées au cours du temps. Séminaire Arras 2006

9 Comparaison de divers systèmes à biomasses fixées Critères Lits bactériens (faible charge) I.P. sur sable Filtres plantés Epandage souterrain Filtres Enterres sur sable Filtre à sable As. Ind. (gravitaire) Filtres à zéolithes De dimensionnement - 1,5 m²/eh (total) 2 à 2,5 m²/eh (total) > 5 m²/eh 3 m²/eh 5 m²/eh 90 DCO/m² Charge organique Kg DBO m -3 j -1 0,08-0,4 (0,04) (0,04) Traitement II 0,01 (calculé pour h = 1m) 0,02 <0,01 0,09 Charge hydraulique m 3 m -2 j -1 1,5-4,5 0,1 0,08 (traitement II) 0,03 0,05 0,03 0,25 Hauteur (m) 1-4 0,8 + couche drainante 0,7-0,7 0,55 Niveau de sortie < 50 mg DBO/l * * * * * * Production de boues (gx/g DBO 5 ) 0,22 (variable suivant la saison)????? < 0,1 Remarque Production de boues déterminée pour charge de 0,1-0,16 kg DBO m -3 j -1 en 2 étages Sol Moyennement perméable Rendement sur DCO : 80% Nitrification poussée 25 mgn-n03/l (>90%) Le filtre à zéolithe se situe dans la gamme usuelle des systèmes à biomasse fixée * < 25 mg DBO 5 /l; < 90 mg DCO/l; < 30 mg MES/l; < 10 mg NK/l

10 Le développement du biofilm Sable broyé 6 5 measured calculated Poids (Kg) (Kg) ΔB 0 30/12/2005 0:00 4/01/2006 0:00 9/01/2006 0:00 14/01/2006 0:00 19/01/2006 0:00 24/01/2006 0:00 Date et heure 29/01/2006 0:00 3/02/2006 0:00 8/02/2006 0:00 Lorsqu on alimente en eau usée on voit un accroissement progressif du poids de biofilm Séminaire Arras 2006

11 Le développement du biofilm à court terme (Goraj et al, 2006) ΔB = 1/ θ ΔM Où θ est la teneur en eau dans le biofilm ΔM est l accroissement global de biomasse ΔM = Y theo QΔS Kd M K. MES. Q Où QΔS est la quantité de DCO éliminée par jour Kd le coefficient de respiration endogène (j -1 ) Séminaire Arras 2006

12 Le développement du biofilm 9,00 suivi massique et accroissement de biomasse sur le sable 13,00 Z1 Z1 8,50 poids colonne calcul a partir de DS 12,50 calcul DS calcul théorique 8,00 calcul theorique à partir du DS moy 12,00 7,50 11,50 poids (kg) 7,00 6,50 poids eau (kg) 11,00 10,50 6,00 10,00 5,50 9,50 5, temps (jours) 9, temps (jour) Colonne de sable Colonne de zéolithe Globalement le modèle proposé fonctionne bien et permet d expliquer l évolution vers un état d équilibre au fur et à mesure de l accroissement Séminaire Arras 2006 de la biomasse

13 Evaluation de l accroissement de biomasse vers un état d équilibre Colonne 92 6 mesuré calculé 5 Poids de la colonne temps (jours) Colonne de zéolithe sur une période plus longue

14 Les différences entre sable et zéolithe Critère Sable Zéolithe Charge Hydraulique L m -2 j Charge superficielle g m -2 j Rendement sur DCO % Porosité occupée (globale) % > 60 > 70 Constante cinétique g DCOm -3 j par volume de lit Constante cinétique g DCOm -3 j par volume de biofilm Temps de séjour usuel ( h.) 3,5 1 Dans le filtre à sable, seule la couche superficielle est utilisée!!!

15 Profils de biomasse 0 µgc/ml support MO R2 profondeur (c biomasse R2 MO sable biomasse sable 60 La biomasse est mieux répartie dans la zéolithe (R2) que dans le sable

16 Les conséquences En régime établi, le volume occupé par le biofilm doit laisser suffisamment d espace pour l écoulement de l eau durant les périodes d alimentation et pour la circulation de l air entre celles-ci, sur toute la hauteur de filtre La quantification de la production nette de boues permet d estimer le pourcentage de porosité occupé par la biomasse, et par conséquent la porosité qui reste disponible Bien entendu il faut que l apport de MES sur le filtre reste faible, le bon fonctionnement de la fosse septique est donc primordial. Séminaire Arras 2006

17 Modélisation des écoulements La modélisation des écoulements et des interactions avec les réactions biologiques est prévue dans une prochaine étape. Deux approches sont envisagées : - la description des écoulements dans les milieux poreux (Equation de Richard) - l approche par le Génie des Procédés (réacteurs en série avec zones d échanges lents) Séminaire Arras 2006

18 Equation de Richards Essai 3 bachées 50 l espacées de 6 h h c( h). t h = K( h). z z dθ c( h) = dh 1 Theta cm3/cm Theta cm3/cm3 Z cm Temps min Exemple de l évolution de la teneur en eau, en fonction de la profondeur, lors de bâchées successives Séminaire Arras 2006

19 Modèle de fonctionnement des lits d infiltration-percolation N couples de réacteurs en série Réacteur à écoulement rapide qr R1 ql R2 Réacteur à écoulement lent (biofilm) v r v l Ri Ri+1 ql :débit d échange qr :débit de transit entre les réacteurs rapides Effluent traité Rn Rn+1

20 Conclusions Le filtre à zéolithe compact, combiné à une fosse septique performante, permet d atteindre les résultats des filtres à sable conventionnels avec une surface au sol cinq fois moindre. La croissance progressive du biofilm tend vers un état d équilibre qui laisse, dans les conditions opératoires fixées une place suffisante pour l écoulement gravitaire de l eau et la circulation de l air; La différence principale avec le filtre à sable est une colonisation du milieu plus homogène sur toute la hauteur du filtre. Aucune boue ne doit être évacuée du massif filtrant durant la durée de vie du système. Les matériaux utilisés conservent leurs propriétés au cours du temps.

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