Séminaire Arras 2006

Filtre compact Eparco pour l’Assainissement

Non Collectif

Hervé Philip Directeur Technique Eparco Assainissement

Jean-Luc VaselProfesseur Université de Liège

Filtre compact Eparco pour l’Assainissement non Collectif

VALIDÉ PAR LE CSHPF

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Avantages: Compacité et Intégration au Site

Performance sur les Matières Organiques

DCO effluent Septique : 473 mgO2/L DCO Sortie Filtre: 101 mgO2/LRendement: 79 %

Charge organique: DCO 90 g/m2.j Charge Hydraulique: 250 L/m2.j

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

DC

O e

t ME

S

0 100 200 300 400 500 600 700JOURS

DCO S92DCO E92MES S92MES E92

Evolution de la DCO (mg O2/l) et les MES (mg/L)

Performance sur les Composés Azotés

NH4 effluent Septique : 70 mgN-NH4/LNH4 effluent Sortie Filtre: 1 mgN-NH4/L Rendement NH4: 98,6 %NO3 effluent Sortie Filtre: 57 mgN-NO3/L

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

NH

4 et

NO

3

0 100 200 300 400 500 600 700JOURS

N-NO3 S92N-NH4 S92N-NH4 E92

Evolution des composés azotés (mg/L)

Performances relevées en site réel DCO

mgO2/LDBO5

mgO2/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

⇒ Résultats négatifs sur tous les prélèvements

- œufs d’helminthes- Kystes de Giardia- Oocystes de Cryptosporidium

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Charge organique nominale du filtre compact Eparco pour l’A.N.C.

• Le rendement minimal de la fosse Eparco 5 m3

(installation unifamiliale) sur la DCO : 50 %• Le rendement moyen est de 55 % pour 10 EH

⇒ Capacité du filtre compact 90 x 5

0,5 x 120

⇒ Marge de sécurité très importante

DCO 90 g/m2.j

= 7,5 EH

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Vieillissement du matériau filtrant

⇒ Les caractéristiques essentielles du matériau sont conservées au cours du temps.

Matériau Neuf Matériau après 5 ans de fonctionnement (site réel)

Surface spécifique (m2/g)

250 ± 25 237

Capacité d’échange cationique

(meq/100 g)

170 ± 20 181 à 201

Porosité à l’eau 49 ± 5 47 à 50

Rendement surDCO : 80%Nitrification

poussée 25 mgN-N03/l

(>90%)

Sol Moyennement

perméableen 2 étages

Production de boues déterminée

pour charge de0,1 -

0,16 kg DBO m-3j-1

Remarque

< 0,1 ?????0,22 (variablesuivant la saison)

Production de boues(gX/g∆DBO5)

******< 50 mg DBO/lNiveau de sortie

0,550,7-0,70,8

+ couchedrainante

1 - 4Hauteur (m)

0,250,030,050,030,08(traitement II)0,11,5 - 4,5Charge hydraulique

m3m-2j-1

0,09<0,010,020,01

(calculé pourh = 1m)

(0,04)Traitement II(0,04)0,08 - 0,4Charge organique

Kg DBO m-3j-1

90 DCO/m²5 m²/EH3 m²/EH> 5 m²/EH2 à 2,5 m²/EH(total)

1,5 m²/EH(total)-De dimensionnement

Filtres àzéolithes

Filtre àsable

As. Ind.(gravitaire)

FiltresEnterressur sable

Epandagesouterrain

Filtresplantés

I.P.sur sable

Lits bactériens(faible charge)Critères

Le filtre à zéolithe se situe dans la gamme usuelle des systèmes à biomasse fixée* < 25 mg DBO5/l; < 90 mg DCO/l; < 30 mg MES/l; < 10 mg NK/l

Comparaison de divers systèmes à biomasses fixées

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Le développement du biofilmSable broyé

0

1

2

3

4

5

6

30/12/20050:00

4/01/20060:00

9/01/20060:00

14/01/20060:00

19/01/20060:00

24/01/20060:00

29/01/20060:00

3/02/20060:00

8/02/20060:00

Date et heure

Poid

s (K

g) (K

g)

measuredcalculated

ΔB

Lorsqu’on alimente en eau usée on voit un accroissement progressif du poids de “biofilm”

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Le développement du biofilmà court terme (Goraj et al, 2006)

MB Δ⋅=Δ θ/1

QMESKMKdSQYM theo ..−⋅−Δ⋅=Δ

Où θ est la teneur en eau dans le biofilm

ΔM est l’accroissement global de biomasse

Où QΔS est la quantité de DCO éliminée par jour

Kd le coefficient de respiration endogène (j-1)

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Le développement du biofilm

Colonne de sable Colonne de zéolithe

Globalement le modèle proposé fonctionne bien et permet d’expliquer l’évolution vers un état d’équilibreau fur et à mesure de l’accroissement de la biomasse

suivi massique et accroissement de biomasse sur le sable

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200temps (jours)

poid

s (k

g)

poids colonne

calcul a partir de DS

calcul theorique àpartir du DS moy

Z1

9,00

9,50

10,00

10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

13,00

0 50 100 150 200 250temps (jour)

poid

s ea

u (k

g)

Z1

calcul DS

calcul théorique

Evaluation de l’accroissement de biomasse… vers un état

d’équilibre

Colonne de zéolithe sur une période plus longue

Colonne 92

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200 300 400 500 600 700

temps (jours)

Poid

s de

la c

olon

ne

mesurécalculé

• Dans le filtre à sable, seule la couche superficielle est utilisée !!!

Critère Sable ZéolitheCharge Hydraulique L m-2j-1 63 200-300

Charge superficielle g m-2 j-1 30 120

Rendement sur DCO % 90 80

Porosité occupée (globale) % > 60 > 70

Constante cinétique g DCOm-3j-1 45 160

par volume de lit

Constante cinétique g DCOm-3j-1 240 410

par volume de biofilm

Temps de séjour usuel ( h.) 3,5 1

Les différences entre sable et zéolithe

Profils de biomasse0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000µgC/ml support

prof

onde

ur (c

MO R2

biomasse R2

MO sable

biomassesable

La biomasse est mieux répartie dans la zéolithe (R2) que dans le sable

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Les conséquences

• En régime établi, le volume occupé par le biofilm doit laissersuffisamment d’espace pour l’écoulement de l’eau durant les périodes d’alimentation et pour la circulation de l’air entrecelles-ci, sur toute la hauteur de filtre

• La quantification de la production nette de boues permetd’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 restefaible, le bon fonctionnement de la fosse septique est doncprimordial.

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Modélisation des écoulements

• La modélisation des écoulements et des interactions avec les réactions biologiques estprévue 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)

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⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −∂∂

∂∂=

∂∂ 1).().(

zhhK

zthhc

dhdhc θ=)(

Equation de Richards

1000900

800

700

600

500

400

300

200

100

Temps min

0255075100125

Z cm

0.05

0.050.1

0.10.15

0.150.2

0.20.25

0.250.3

0.30.35

0.350.4

0.4

Thet

a cm

3/cm

3

Thet

a cm

3/cm

3

Essai 3 bachées 50 l espacées de 6 h

Exemple de l’évolution de la teneur en eau, en fonction de la profondeur, lors de bâchéessuccessives

Modèle de fonctionnement des lits d’infiltration-percolation

Réacteur à écoulement rapide

Réacteur à écoulement lent (biofilm)R2

Rn+1Rn

Ri+1Ri

R1

Effluent traité

N couples de réacteurs en série

ql

qr

vlvr

ql :débit d’échange

qr :débit de transit entre les réacteurs rapides

ConclusionsLe filtre à zéolithe compact, combiné à une fosse septiqueperformante, 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’équilibrequi 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 dutemps.