Les filtres plantés de roseaux (FPR) s adaptent aux situations particulières

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1 Les filtres plantés de roseaux (FPR) s adaptent aux situations particulières Marc Boucher SATESE Limeuil le

2 L assainissement collectif en Dordogne 273 STEP communales en Dordogne (20 nouvelles STEP prévues en 2O11) 90 % des STEP communales sont rurales (capacité < 2000 EH) 79 % de STEP 500 EH

3 L assainissement collectif en Dordogne + de procédés extensifs (FPR+FS+lagunages =>64 %) qu intensifs Filière roseaux la plus représentée en Dordogne (34 %)

4 Les Filtres plantés de roseaux, une filière en pleine expansion en Dordogne => Quelques raisons => Filtre à sable : Colmatage récurrent du sable + problématique boues liquides => Lagunage : Foncier nécessaire élevé + importants volumes de boues liquides à vidanger tous les ans + problèmes d odeurs parfois + qualité du rejet variable => Filières intensives : technicité, boues liquides, dépenses d exploitation

5 Les Filtres plantés de roseaux, une filière en pleine expansion en Dordogne

6 Fonctionnement des FPR Alimentation en eau usée brute => simple dégrillage Alimentation séquencée à fort débit => répartition effluent Filtration sur des granulats de taille croissante

7 Mécanismes épuratoires Mécanismes physiques : Filtration des eaux usées => couches de matériaux Maintien d une bonne perméabilité pour le passage de l eau (et pour garantir l aérobiose) => rôle des roseaux (ils n ont pas de rôle épuratoire direct) Mécanismes biologiques : Assimilation de la pollution carbonée Oxydation de l azote réduit Présence d air + Biomasses épuratrices fixées sur les matériaux et sur les racines des végétaux

8 Chemins préférentiels crées par les roseaux

9 Le dimensionnement de la filière traditionnelle Française à 2 étages verticaux (recommandations CEMAGREF) 1 er étage Importance des phases de repos : 1 er étage 3 lits en parallèle 1,2 m 2 /hab 2 ème étage 2 lits en parallèle 0,8 m 2 /hab Régulation de la biomasse Minéralisation carbone Oxydation Azote > 30 cm GRAVILLONS 2/8mm cm GRAVIERS 5/10mm 20 cm GALETS 20/60mm Granulats : 2 ème étage Respect des recommandations > 30 cm SABLE techniques (granulométries, 0,25mm < d10 < mises 0,40mm en œuvre, épaisseurs ) cm GRAVIERS 3/20mm cm GALETS 20/60mm Maintient perméabilité Autre point clé => l alimentation des filtres

10 Les performances de la filière traditionnelle (données CEMAGREF) 1 er étage 2 ème étage Total Sortie (mg/l) Rdmt (%) Sortie (mg/l) Rdmt (%) Sortie (mg/l) Rdmt (%) DCO MES NK Moy DCO = 840 mg.l -1 ( ), CH < 0.75 m.j Excellente qualité de l eau épurée et rendements épuratoires très élevés => nitrification = point de surveillance Limites : Rétention du Phosphore => recherches CEMAGREF Elimination des Nitrates => Filtre horizontal Bactériologie (seulement 2 à 3 Ulog d élimination)

11 Principales tâches d exploitation sur les FPR Nettoyage régulier des ouvrages annexes et contrôles visuels de bon fonctionnement (état des roseaux ) Rotation des filtres (1 à 2 fois par semaine => dépend de la charge organique reçue) Désherbage manuel des filtres Faucardage des roseaux (février/mars) Tests hebdomadaires sur l eau traitée => évaluation rapide de la qualité du rejet et du fonctionnement des filtres Renseignement du cahier d exploitation fourni par le SATESE (tests, relevés de compteurs ) Curage des boues du 1 er étage tous les 10 à 15 ans Un défaut d exploitation peut être la cause d un disfonctionnement et donc d une détérioration du niveau de rejet

12 De nombreuses problématiques pour les maîtres d ouvrage, solutions offertes par les roseaux Quelques exemples : Apport d eau claire de pluie à la STEP => problématique réseau de collecte => adapter la STEP au réseau (FPR très tolérants aux excès d eau ponctuels) Variations de charge => Communes touristiques, campings => FPR très robustes et fiables (dimensionnement à 0,75m 2 /campeur => étude campings) Problématique boues liquides => Moins d intérêt du monde agricole => FPR produisent peu de boues (15 ans de stockage) et de meilleure qualité (apports de matières humiques ou pré-humiques, état sec) Amélioration d une STEP ou remplacement de celle-ci : => soulagement d un lagunage => Installation d 1 FPR en parallèle ou en remplacement de la 1 ère lagune => Fiabilisation du rejet => Installation d 1 FPR en aval des ouvrages existants (rétention MES, Nitrification)

13 Autres exemples Disponibilité foncière limitée => FPR à 1 étage avec ou sans recirculation, dimensionné à 1,2 ou 1,5 m 2 /hab (dépend du niveau de rejet demandé) Des contraintes budgétaires et de gestion (Raisonnement en coût global) => Exploitation par le personnel communal => faibles charges d exploitation Absence de cours d eau pour recevoir le rejet => FPR (rejet pauvre en MES) + infiltration Usage récréatif sur le cours d eau récepteur => traitement des germes (lagunes de finition, UV en traitement tertiaire) Volonté de la commune d une bonne intégration paysagère => attrait des filières «végétales»

14 Les FPR une filière en pleine évolution De nombreuses évolutions technologiques par rapport à la «filière française» Réductions des surfaces de traitement (ex: STEP de Campings) Modification de l aération (ex : procédé rhizostep) Modifications sur les granulats (épaisseurs, granulo, nature => apatites) Modifications du circuit hydraulique (recyclage interne, déviation d EU pour dénitrification ) Couplage avec d autres filières (lagunage ) Importance de valider le fonctionnement de ces dispositifs à charges nominales Certaines technologies sont moins performantes que la «filière française à 2 étages verticaux» => plus fragiles hydrauliquement, filtration moins efficace, défaut d aération => impact sur le niveau de rejet De nombreuses petites communes doivent réaliser leur assainissement => choix d une filière pérenne

15 Les différentes variantes de FPR en Dordogne (STEP communales) La filière traditionnelle à 2 étages verticaux est la plus implantée

16 Groupe EPNAC (Evaluation des Procédés Nouveaux en Assainissement Collectif Pour les petites et moyennes collectivités) Un regroupement d acteurs publics: CEMAGREF (organisme de recherche de référence en France) Agences de l Eau (Financements programmes d études et d investissements et partenaire technique) SATESEs (Conseils Généraux => assistance techniques aux communes) Police de l Eau (Autorisation et contrôle des rejets) ONEMA (Office National sur l Eau et les Milieux Aquatiques => financements programmes de recherche) Ministère de l Environnement (politique de protection de la ressource) Office international de l Eau (organisme d études et de formation) => Pour une expertise des nouveaux procédés

17 Exemple d une évolution technologique: Les FPR pour les campings Réhabilitations de dispositifs d épuration de campings 2 campings s équipent de FPR dimensionnés à 1 m 2 /hab (soit O,82 m 2 /camp) + infiltration ET 2 autres de STEP à 2 m 2 /hab => dimensionnement classique 2007 et 2008: Bilans 24 h réalisés par SATESE => retours sur performances à 1 m 2 /hab 2009 : Etude CEMAGREF + SATESE Dordogne=> 23 bilans sur 4 STEP Déterminer les caractéristiques de pollution d un campeur Arrêter un dimensionnement pour les établissements de campings Etablir les performances pour ce dimensionnement réduit 2010: Publication d 1 rapport national (Etude des filtres plantés de roseaux dimensionnés pour des campings=> téléchargeable site de l ONEMA) + Colloque du 23 mars

18 Eléments clés de l étude Validation du dimensionnement à 0,75 m 2 /camp (120 g DCO.m -2.j -1 ) 1 er étage: 0,45 m 2 /camp en 3 filtres (200 g DCO.m -2.j -1 ) 2 ème étage: 0,30 m 2 /camp en 2 filtres => et non 3 Mise en œuvre rigoureusement identique à la «version» communale (granulats, drainage, ) => fondamental car fonctionnement très sollicitant Variation de la charge à traiter, 1 mois de fonctionnement (10/07 au 15/08) Charge nominale 91 % de rendement sur le carbone (DCO) 65 % sur l azote réduit (NK) Performances stables en haute saison malgré très fortes surcharges =>2 ème étage: 200% sur DCO, 400%sur NK; 180% hydraulique Qualité du rejet (mg/l) => DBO 5 = 13; DCO=84; MES=20; NK=44

19 Quelques commentaires de l étude Très bonnes performances sur le carbone, moindres sur l azote à partir du 15 juillet (Eau brute très concentrée en N=> 130 à 140 mg/l) => atteintes des limites de la filière FPR Performances meilleures en moyenne saison Performances sur l azote impliquent que ce dimensionnement n est pas adaptable à tous les établissements de campings => dépend du milieu récepteur => Police de l Eau fixe les normes de rejet à respecter Etude témoigne 1 fois de plus de la grande robustesse de ce procédé => exploitation rigoureuse nécessaire Dimensionnement à priori pas transposable à de l habitat permanent

20 Quelques points faibles pour les FPR Emprise foncière (± 3 à 5m 2 /hab avec les abords) Performances moindre au démarrage (pas de couche de boues => vitesses de passage rapides + rétention insuffisante des MES sur 1 er étage) Traitement du phosphore (recherches en cours) Pas de dénitrification sur filtre à écoulement vertical Traitement des Nitrates sur filtre horizontal dédié, fiabilité?? (rapport C/N, maîtrise de l hydraulique et de la nitrification en amont ) Elimination de la bactériologie => nécessité d un traitement dédié (lagune, UV.) Performances parfois moins bonnes l hiver sur l azote

21 Acceptent les surcharges hydrauliques ponctuelles Filière adaptée aux variations de charges (robustesse) Bonnes performances et reproductibles (notion de fiabilité) Filière modulable Un procédé capable de traiter de 50 hab à 2000 hab voir + Une gestion minimale des boues d épuration (3 fois moins en masse et 30 à 40 fois moins en volume par rapport à filière intensive des boues activées (silo de stockage)) => forte activité biologique (lombrics) Pas de prétraitement poussé nécessaire Simplicité d exploitation Dépenses d exploitation limitées Esthétique de la filière (végétaux) Et de nombreux points forts

22 Merci pour votre attention

23 Variation du taux de charge hydraulique d un camping

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25 Données issues de la Thèse de Pascal Molle (CEMAGREF) Soit 470 % du Q temps sec Soit 235 % du Q temps sec

26 Mauvaise rotation => stress hydrique des végétaux