Les filtres plantés de roseaux, le lagunage naturel et ...engees.unistra.fr/uploads/media/journ_eappui20072008.pdf · massif, dimensionnement ... Conception/ construction séparatif

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Les filtres plantés de roseaux,le lagunage naturel et leurs associations:

comment?, pourquoi?

Journées d’appui 2007/2008Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier

Catherine [email protected]

Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier

PLAN

� Filtres plantés de roseaux � à flux vertical: FPRv� à flux horizontal: FPRh� comparaison FPRv / FPRh

� Le lagunage naturel� comparaison FPRv / lagunage naturel

� Associations� FPRv + lagunes� lagunes + FPRv

� Exemple

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disponible sur sites internet

Agences et Cemagref

N°hors série, 2004

2005

Filtres plantés de roseaux à flux vertical: Filtres plantés de roseaux à flux vertical: FPRvFPRv

3 Documents3 Documents

disponible sur sites:intranet du ministère chargé de l’agricultureCemagref de Lyon

2007


Extrait, AE RMC

Alimentation alternée et séquencée

Milieu insaturé et présence d’Oxygène

Apport d’eaux usées brutes possible

Garnissage gravier /sable

Plusieurs massifs et plusieurs étages


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1er étage:1,2 m2/hab en 3 massifs• 300 gDCO.m-2.j-1sur le filtre en fct• 0,37m à 0,50m.j-1sur le filtre en fct(alimentation/repos:3-4j/7j)

2eme étage0,8 m2/hab en 2 massifs (alimentation/repos: 7j/7j)

Gravier fin

Sable et gravier fin



EXTRAIT Cadre Guide CCTPEXTRAIT Cadre Guide CCTPArt 2:Art 2: « Capacité de traitement et domaine de traitement ga ranti »o art 2.1: capacité de traitement

Charges organiques définies par temps sec;Charges hydrauliques définies par temps sec et temps de pluie:

Qnominal/h= 4*Qts/h

FPRvFPRv et réseau unitaire possible si et réseau unitaire possible si CONTRÔLE des débitsCONTRÔLE des débits

« La filière filtres plantés de roseaux à flux vertical » est, dans la famille des CFSF, la seule à accepter des charges hydrauliques issues d’un réseau unitaire.En absence d’eaux claires parasites en réseau unitaire, le traitement d’eau de pluie sans dégradation de la qualité du rejet ni surdimensionnement est possible. Les connaissances actuelles proposent, comme débit horaire nominal, la valeur de 4 fois le débit horaire de temps sec. »

Filtres plantés de roseaux à flux vertical:Filtres plantés de roseaux à flux vertical:FPRvFPRv

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disponible sur sites internet Agences et Cemagref

2005Un seul Un seul document document françaisfrançais

Beaucoup Beaucoup d’expériencesd’expériencesétrangèresétrangères

Filtres plantés de roseaux Filtres plantés de roseaux à flux horizontalà flux horizontal ::FPRhFPRh


Extrait, AE RMC

Garnissage gravier

Filtre extensif à un seul massif, dimensionnement

selon règles internationales

Alimentation continue

Traitement primaire amont

INDISPENSABLE

Milieu saturé et teneur en Oxygène limitée


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Équationsde KICKUTH


La surface requise (A) est désormais empirique.La surface requise (A) est désormais empirique.

Le dimensionnement de la section transversale (As) est majoritaiLe dimensionnement de la section transversale (As) est majoritairement rement basé sur l’hydraulique.basé sur l’hydraulique.

Pour un matériau et une hauteur de garnissage donnés, les contraPour un matériau et une hauteur de garnissage donnés, les contraintes intes hydrauliques conduisent à un ouvrage de forme hydrauliques conduisent à un ouvrage de forme plus large que longueplus large que longue

ou éventuellement carrée.ou éventuellement carrée.


Comparaison Comparaison FPRv FPRv / / FPRhFPRh

60cm

60cm

hauteur

inutile1er étage FPRv +

2 m².hab-1

continuenonissues 1er

étage FPRv

FPRh

utile 2-2,5

m².hab-1bâchéesindispensa

blebrutesFPRv

dénivelédimension

nementalimenta

tionalternance

eaux usées

oui

oui

carbone

au moins 2,5 X plus

faible

charges2ème étage

NH4+ NO3

-

>>> NO3-

NGL

partiellepartielleanoxiqueFPRh

noncomplèteaérobieFPRv

dénitrification

nitrificationcondi

tions

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� 3000 installations en France� 1 document datant de 1997, toujours d’actualité:

Cemagref, SATESE, ENSP, Agences de l’eau

Le lagunage naturel: les leçons tirées de 15 ans d’expérience en France, Co-éditions Cemagref Agence de l’eau Loire –Bretagne.

� Suite à ces travaux, 3 évolutions importantes :� Accroissement du 1er bassin de 5 à 6-7m²/hab

� Lagunage inadapté aux effluents concentrés,

adapté au réseau unitaire

� Plus de végétaux dans le 3eme bassin.

Le lagunage naturelLe lagunage naturel


– Temps de séjour théorique: >70jours (si 150L/hab)

– Hauteur d’eau :1-1,2 m pour limiter les zones anaérobies

– Forme de la 1ere lagune: ratio Longueur/ largeur ≤ 3

Extrait, 15 ans d’expériences, 1997

Le lagunage naturelLe lagunage naturel

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Comparaison Lagunage naturel / FPRv

minimum 4 m1 mDifférence de hauteur pour alim gravitaire

relativement complexe

relativement simple

Conception/construction

séparatif ou partiellement unitaire

unitaire ou très partiellement

séparatifRéseau

2 600 m²6 000 m²Emprise totale 400 hab

(1,2-1,5) + (0,8-1,0) m²/hab

(6-7) + 2,5 + 2,5 m²/hab

Dimensionnement usuel

Cultures fixéesCultures libresType de traitement

FPRvLagunage naturel


Comparaison Lagunage naturel / FPRv

approx 20Lenviron 6kg MS

approx 110Lenviron 12kg MS

Boues en hab -1.an-1

après 13/14 ans de fonctionnement

nonpossible niveau

baignadeGT contamination

fécale

20% par assimilation bactérienne

(apatite dans FPRh)

60% si curage tous les 5 ans

Pt

N-Nk<10mg. L -1

N-NO3- >>>>en début

d’alimentation

NGL=N-NK= faible en été= 25 mg.L -1en hiver

N

stable dans le tempsvariable selon les

saisonsQualité du rejet

25 mg.L -1DBO5125 mg.L -1DCO

en flux :60% DCO,60% NK

Objectifs

FPRvLagunage naturel

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Association lagunes / FPRv

2 possibilités d’association en cas de réhabilitation de lagunes existantes

�� 11-- Accroissement de populationAccroissement de population� FPRv amont + lagunes

�� 22-- Accroissement des exigences de qualité pour Accroissement des exigences de qualité pour le milieule milieu� Lagunes + FPRv aval

dans les 2 cas, on cherche à associer les capacités hydrauliques du lagunage et les performances des FPRv (MO et Nitrification)


S totale des filtres = 1915 m 2

S totale des lagunes = 9000 m 2

1 700EH

exemple de Gensac La Pallue (16)

1Accroissement de population:1Accroissement de population: FPRv+ lagunes

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Mesures 1987-1994

Ts = environ 30 jours = environ 5m2/EH (h=1m et 1EH=150L)

120mg.L -1

Analyses réalisées sur échantillons bruts




� Dimensionnement:� 1,2 m².hab-1 de FPRv (1er étage) + � 5m².hab-1 de lagunes existantes transformées en

lagunes de maturation

� Niveau de qualité du rejet = D4

� Contraintes hydrauliques similaires à celle d’un FPRv classique

� « Classique » si accroissement de charge organique inférieur à 2,2.

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300 EH + volume eaux pluviales (150 l + 100 l /EH)Charge nominale : 75 m 3/j (dont 45 m 3/j d’eaux usées)

2-Amélioration de qualité: Lagune et FPRv

Suivi:Août 2003 -

Juillet 2005

STEP d’Aurignac dans le cadre d’un projet LIFE 2002-200 5


�Période d’alimentation/Repos: 3,5j / 7 j�Dimensionnement: 1 m 2/hab �Charge hydraulique théorique: 75 cm/j

�Étage de filtration�6 filtres de 50 m 2

•Roulé, Concassé, Roulé planté de roseaux•2 hauteurs de matériaux (25 cm – 65 cm)

Extrait, Molle 2005

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� Respect du niveau D4 pour l’ensemble des filtres sur toute l’étude

� Nitrification quasi totale

� Sécuritaire de travailler avec des filtres de plus de 25 cm de matériaux

� Concassé pas rédhibitoire mais demande plus de margeau dimensionnement

� Roseaux ou non ? énorme avantage des roseaux pour la maintenance des filtres

2-Amélioration de qualité: Lagune et FPRv

0

20

40

60

80

100

120

Con

cent

raci

on (m

g/l)

DCO 96,9 79,8 80,0 76,4 59,3 57,7

MeS 26,3 17,8 17,1 19,7 17,8 9,8

NK 8,7 6,5 6,9 6,7 6,5 4,9

C25 R25 M25 C65 R65 M65

Niveau D4

0

20

40

60

80

100

120

140

C25 R25 M25 C65 R65 M65

Con

cent

ratio

n (m

g/l)

DCO DBO5

Extrait, Molle 2005


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22--Amélioration de qualité :Amélioration de qualité : lagunes lagunes ++ FPRv

� Dimensionnement:� (6 + 2,5) m².hab-1 de lagunes existantes +� 1 m².hab-1 de FPRv (2ème étage sable) à la place du

3ème bassin de lagunage (ou à l’aval de ce dernier)

� Q admis = 10 Qpts� Lame d’eau sur FPRv en fonctionnement = 80cm


� Contraintes d’exploitation similaires à celle d’un FPRv classique


Lagune : 6m²/hab avec marnage de 40–50cm

FPRv sable : 1m²/habroulé (ou concassé)h =40 cm

Décanteur + lits de séchage plantés

sous réserve de confirmation du

rôle trèspositif du

« décanteur » et

de la mise en place de

lits de séchage plantés de

boues primaires

Nouvelle filière: lagune + FPRv

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� Dimensionnement:� 1 zone de décantation des boues primaires et pompage quotidien

� 6 m².hab-1 de lagune avec marnage de 40-50cm +� 1 m².hab-1 de FPRv

� Lits de séchage de boues (40kgMS/m²/an)

� Hydraulique admis à l’aval d’un réseau unitaire : 1 0Qpts

� Contraintes d’exploitation similaires à celle d’un FPRv classique


� Variante possible: + 2,5m². hab -1 de lagune intermédiaire pour� Assurer un rejet de qualité au moment du curage

� Réduire la teneur en NGL

Nouvelle filière: 1 lagune + FPRv


Exemple: Le Mesnil au Val (50)

� Station existante de 225 EH� 3 Lagunes d’une surface totale de 2 300 m² +

infiltration drainé alimentée par chasse� Étanchéification artificielle par géomenbrane

� Accroissement à 500 EH souhaité en 2004� FPRv amont : 3 X 210 m² (=1,26m²/hab)

� Réalisation faite pour 700 EH � Rajout de 210 m² de FPRv amont � Remplacement de l’infiltration par FPRh aval de

600m² (=1,2m²/hab)

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Lagune 1

existante

Filtre Horizontal600 m2

Filtres Verticaux

4 x 210 = 840 m2

Siphon doseur

Siphon doseur

Lagune 2

existante

Lagune 3

existante

Regard de collecte

5,353740Total

0,85600FPRh

3,302300Lagunes

1,20840FPRv

m²/haben m²Surface

Exemple: Le Mesnil au Val (50)


Filtres verticaux 840 m2 soit 1,2 m 2/EH

Lagunage 2300 m3 soit Ts=22j

Filtres horizontaux 600 m2 soit 0,85 m 2/EH

� � �

Exemple: Le Mesnil au Val (50)Extrait J Lesavre, AESN

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Exemple: Le Mesnil au Val (50)Performances épuratoires(SATESE 50, bilan 12-13 mars 2007)

Caractéristiques nominales Paramètres de fonctionnement

% du nominal EQH

Débit en m3/j 105 106 101 707 DCO en kg 84 35,6 42 297 DBO5 en kg 42 18 43 300 MES en kg 63 19,1 30 212 NTK en kg 10,5 5,1 48 339

Mesnil au val bilan mars 07.xls

ENTREE DBO5 DCO MES NTK N-NO2 N-NO3 N-NH4 NGL Ptmg/l 170 336 180 48 0,3 0,6 34 48,9 6,3kg/j 18,02 35,62 19,08 5,09 < 0,1 < 0,1 3,6 5,18 0,67

Sortie STEP (FH) DBO5 DCO MES NTK N-NO2 N-NO3 N-NH4 NGL Ptmg/l < 5 < 30 2 6,8 < 0,1 7,7 6 14,6 3kg/j < 0,4 < 2,3 0,2 0,5 < 0,1 0,6 0,5 1,1 0,2

DBO5 DCO MES NTK NGL PtRendement(sur [C]) 97% 91% 99% 86% 70% 52%

Rdt cumulé (sur flux) 98% 94% 99% 90% 79% 70%

Extrait J Lesavre, AESN


Performances épuratoire de la station de Mesnil-au- Val(données SATESE 50, bilan 12-13 mars 2007 / calcul sur flux)

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

DBO5 DCO MES NTK N-NO2 N-NO3 N-NH4 NGL Pt

rend

emen

ts c

umul

és

Sortie 1er étage (FV)Sortie lagunageSortie STEP (FH)

-154%

DBO5 DCO MES NTK NGL Pt97,8% 93,5% 99,0% 90,2% 78,8% 70,1%

Mesnil au val bilan mars 07.xls

Exemple: Le Mesnil au Val (50)Performances épuratoires(SATESE 50, bilan 12-13 mars 2007)

Extrait J Lesavre, AESN

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4 filtres verticaux

(4*210 m3)

3 lagunes 1 filtre horizontal

(600 m2)

Données

Julie Lecourtois

Extrait J Lesavre, AESNExemple: Le Mesnil au Val (50)Performances en désinfection


Merci pour votre attention et vos questions prochaines.

Lagune

Lits de séchage de boues primaires plantés de roseaux

Filtres aval sable

Aurignac, projet LIFE