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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
Séminaire Arras 2006
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.