Lagunagenaturel, infiltration- percolation, filtresplantés ... · concentrations ou rendements) et...

Lagunage naturel, infiltration-percolation, filtres plantésde roseaux : conseils pourde bonnes pratiques

Novembre 2008

Didier ColinOlivier Rouganne

Quelques exemples de pratiques perfectibles

� Défaut régulation du Q (débordement LN, lessivage lagune

décantation, etc.)�

� Défaut de répartition des eaux usées sur les filtres(volume de bâchée insuffisant, orifice de distribution bouché, etc.)�

� Pas de validation des granulats en phase chantier(sables non conformes, colmatage, remplacement des sables, etc.)�

� Voie d’accès aux filtres non prévue (curage ?)�

� Dispositions sécuritaires insuffisantes (accident des

personnels exploitants)�

� Aucune protection des filtres contre le ruissellementalentour

Éclairage sur les débits

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

1 2 3 4 5 6 7jours (j)

débit (m3/j)

Qeu Qecp Qtp1 Qtp2

Fonctionnement normalRespect des performances-standards (valeurs-seuils en concentrations ou rendements) et respect des objectifs

de qualité des eaux réceptrices

Fonctionnement dégradé(Exigences minimales : valeur seuil en concentration)

Situ

atio

ns in

habi

tuel

les

Qtp1

Qtp2

Qecp

Qmeu

Qmts

Qréf

Situ

atio

n no

rmal

e

Qmax

Définitions

Nappe basse (nb)Nappe haute (nh)Situation

Sensibilitédu milieu

Faible

(capacité de dilution élevée)

Forte(étiage,mai-octobre)

ObjectifGarantir le bon

fonctionnement

de l'ouvrage d'épuration

Limiter l'impact des rejets

de temps de pluie

sur le milieu naturel


Hydraulique et épuration


Qmax STEP (m3/j) = Qréf STEP (m3/j) = Qm TS nappe haute


Qmax STEP (m3/j) = MAX (Qm TS nappe haute; 3 QmEU + QECP nappe basse)

Qréf STEP (m3/j) = Qm TS nappe haute


Qmax STEP (m3/j) = MAX (résultat étude; 3 QmEU + QECP nappe basse)

Qréf STEP (m3/j) = Qm TS nappe haute

Dispositions communes aux «cultures fixéessur supports fins»

Borne supérieure de la situation normale (performances garanties)m3/jQréf

UTILITÉUNITÉDÉBIT

Qmax m3/j Dimensionnement des filtres (IP, FPR)

QpTS m3/h Calage régulation entrée STEP

Dimensionnement =MAX (approche «organique»; approche «hydraulique»)



Illustration

� Population :500 hab.

� Consommation eau :120 L/hab/j

� Taux dilution :Nappe hte : 200 %

Nappe basse : 50 %

Débits servant au dimensionnement d'une SETP rejetant les eaux traitées dans un milieu peu

sensible aux rejets d'eaux pluviales


Illustration

� Population :500 hab

� Consommation eau :120 L/hab/j

� Taux dilution :Nappe hte : 200 %

Nappe basse : 50 %

Débits servant au dimensionnement d'une SETP rejetant les eaux traitées dans un milieu sensible

aux rejets d'eaux pluviales

Solutions possibles supprimant le risque de déversem ent d'eaux uséesau milieu naturel durant la pointe de débit d’eaux usées

Solution Avantages Inconvénients

Alimentation par pompageAugmentation du volume de marnage du PR du volume dont le déversement doit

être évitéMajoration de l'investissement (PR)

Régulation du fonctionnement du pompage (programmation et adaptation des plages de fonctionnement en cohérence avec la

courbe de variation des Q admis)

Majoration limitée de l'investissement Complexification de l'exploitation du PR

Alimentation par pompage ou gravitaireCréation d'un ouvrage tampon d'un volume > volume dont le déversement doit être évité avec une vidange régulée au qréf horaire

- Majoration de l'investissement (ouvrage tampon)- difficulté à assurer une régulation efficace et non contraignante à faible Q

Augmentation du Q admis (= qmaxhoraire) avec surdimensionnement des FPR pour respecter une lame d'eau journalière < 0,9 m/j

Respect des conditions de fonctionnement standard

Majoration de l'investissement (hausse surface filtres)

Augmentation du Q admis (= Qmaxhoraire) sans surdimensionnement des FPR (dimensionnés au Qmaxjournalier) avec régulation Q admis sur 2ème étage de filtration

Pas de majoration de l'investissement

Lame d'eau journalière appliquée sur le 1er étage de filtration > 0,9 m/j ( ≤ 1,8 m/j) si arrivée continue d'effluents au Q admis horaire (cas des réseaux unitaires en TP)


210 m3/j300 m3/j

Dimensionnement du 1er étage :

Qmax = 210 m3/j

Débit admis potentiel :

24 x QpTS = 300 m3/jDébit admis potentiel : 210 m3/j

90 m3/h

mesure1er étage

2ème étage300 m3/j

Dimensionnement du 2ème étage :

Qmax = 210 m3/j

RRégulation

QpTS = 12,5 m3/h

RRégulation

Qdimensionnement / 24 = 8,8 m3/h


Cas des FPR

Problématique de l’épuration

Performances moyennes des principaux procédés d'épuration des

petites collectivités observées dans le bassin Rhin-Meuse

Performances moyennes des principaux procédés d'épuration des

petites collectivités observées dans le bassin Rhin-Meuse

LAGUNAGE FILTRE À SABLE BOUES ACTIVEES

CLASSIQUE DISQUES

BIOLOGIQUES LITS BACTERIENS NATUREL AERE ENTERRE

INFILTRATION PERCOLATION

FILTRE PLANTE DE ROSEAUX

Domaine d'application recommandé > 500 EH 200 à 2 000 EH 200 à 2 000 EH 50 à 2 000 EH 500 à 2 000 EH < 50 EH 50 à 1 000 EH 50 à 2 000 EH

Maîtrise des processus épuratoires Très bonne Moyenne Moyenne Faible Bonne Faible Faible Faible

Compétence technique spécifique

Importante (électromécanique)

Limitée Limitée Faible Importante (électromécanique)

Faible Faible Faible

Intervention hebdomadaire

(moyenne) 5 à 10 heures 4 à 8 heures 4 à 8 heures 2 à 5 heures 2 à 6 heures 1 à 3 heures 4 à 8 heures 2 à 5 heures

Exploitation

Intervention ponctuelle

Vidange/évacuation boues


Décolmatage du lit + vidange du clarificateur + vidange boues

Curage boues, évacuation flottants, faucardage berges


Décolmatage du filtre (risque

colmatage majeur) +vidange boues


colmatage marqué) +vidange boues

Faucardage + curage boues

Effluent concentré (agro-alimentaire, etc.) Oui Non Non Non Oui Non Non Oui si recirculation

Consommation d'energie Elevée Moyenne Faible Nulle

(si alimentation gravitaire)

Elevée Nulle


Nulle (si alimentation

gravitaire)


gravitaire)

Production de boues Elevée Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne

Intégration environnementale (bruits, odeurs, intégration paysagère,

recyclage des matériaux) Sensible

Moyennement sensible

Moyennement sensible peu sensible

moyennement sensible (bruit) Peu sensible Peu sensible Peu sensible

Emprise fonciere Faible Faible Faible Très importante Importante Moyenne Moyenne Moyenne



LAGUNAGE FILTRE À SABLE BOUES ACTIVEES

CLASSIQUE DISQUES

BIOLOGIQUES LITS BACTERIENS NATUREL AERE ENTERRE INFILTRATION

PERCOLATION

FILTRE PLANTE DE ROSEAUX

Domaine d'application recommandé > 500 EH 200 à 2 000 EH 200 à 2 000 EH 50 à 2 000 EH 500 à 2 000 EH < 50 EH 50 à 1 000 EH 50 à 2 000 EH

Maîtrise des processus épuratoires Très bonne Moyenne Moyenne Faible Bonne Faible Faible Faible

Compétence technique spécifique

Importante (électromécanique)

Limitée Limitée Faible Importante

(électromécanique) Faible Faible Faible

Intervention hebdomadaire

(moyenne) 5 à 10 heures 4 à 8 heures 4 à 8 heures 2 à 5 heures 2 à 6 heures 1 à 3 heures 4 à 8 heures 2 à 5 heures

Exploitation

Intervention ponctuelle



Décolmatage du lit + vidange du clarificateur +

vidange boues




colmatage majeur) +vidange boues


colmatage marqué) +vidange boues

Faucardage + curage boues

Effluent concentré (agro-alimentaire, etc.) Oui Non Non Non Oui Non Non Oui si recirculation

Consommation d'energie Elevée Moyenne Faible Nulle


Elevée Nulle



gravitaire)


gravitaire)

Production de boues Elevée Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne

Intégration environnementale (bruits, odeurs, intégration paysagère,

recyclage des matériaux) Sensible



peu sensible moyennement sensible (bruit)

Peu sensible Peu sensible Peu sensible

Emprise fonciere Faible Faible Faible Très importante Importante Moyenne Moyenne Moyenne

FPR

IP

BA

LN

SBR

LB

LA

DB

0

500 000

1 000 000

1 500 000

2 000 000

2 500 000

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000

Capacité (EH)

Coû

t d'in

vest

isse

men

t (€

HT

)

Coût d'investissement des stations d'épuration

des petites collectivités du bassin Rhin-Meuse

L’agence de l’eau sera dotée en 2009 d’un observatoiredes coûts permettant la mise à disposition de statistiques actualisées

Coût de fonctionnement des stations d'épurationdes petites collectivités du bassin Rhin-Meuse

Mise à jour des connaissances

Connaissancesen constante évolutionProcédés encore récents

«Veille technologique»

indispensable

Utiliser les documents de références existants(les plus récents)�

Préconisations communes aux trois systèmes

Recommandations spécifiques aux FPR mais utilisables pour d’autres procédés :

� Organisées par phases

� Basées sur des retours d’expériences

� Complémentaires aux documentsde références existants

� Ne freinent pas l’innovation



Exploitation

ConceptionRéalisation Chantier

Mise en routeEntre

tien

Dysfonctionnements pouvant être constatés au cours de 3 étapes clés

Prévoir les risques professionnels

Probabilité d’occurrenced’accident accrue

Faible niveau de formation des exploitants

Procédés présentant les mêmesrisques que les autres systèmes

d’épuration (chute, H2S, bactériologie, circulation d’engins, etc.)�

Dispositions sécuritaires pour un poste de relèvement

(INRS)�

Dispositions sécuritaires pour une fosse ouverte

(INRS)�

Dispositions sécuritaires pour une fosse ouverte

(INRS)�

CONCEPTION RÉALISATION EXPLOITATION


.

Gérer les flux hydrauliques collectés

Prévoir un dispositif fiable de régulation des volumes admissibles en traitement

� Procédés robustes aux surcharges si ponctuelles

� Durée des précipitations plus dommageables que l’intensité

Problématique : traiter le maximum d’effluents par temps de pluie sans surcharger trop longtemps les installations



Risques liés à la gestion des flux hydrauliquesBy-pass complet de la station

Mise en charge du réseau amont

Ennoyage prolongé des filtres

Perturbation du fonctionnementbiologique, chimique et physique des filtres

� Conditions anaérobies� Nitrification incomplète� Colmatage des filtres�Noyage des jeunes pousses

� Risque de débordement

� Effluents non traités

� Baisse des performances épuratoires� Longue période de repos nécessaire à la

« réhabilitation »� Colmatage des filtres

Fonctionnement normalDurée d’ennoyage continu : < 6 h

Durée journalière d’ennoyage cumulée : < 12 h

Fonctionnement exceptionnelDurée critique d’ennoyage continu : 15 j



Cas des FPR

Déversoir d’orage coupléà un venturi

Limitation du temps de fonctionnementdes pompes au moyen d’unehorloge horaire

Régulation des débitsArrivée gravitaire Arrivée par pompage





Dégrillage� Prévoir une grille à barreaudage (espacement > 20 mm)

Proscrire l’utilisation de microtamis (maille ≤ 1 mm) sur réséaud’assainissement

Vannes� Prévoir des dispositifs adaptés aux eaux chargées

(risque de colmatage/blocage)

Proscrire l’utilisation de vannes papillonPrivilégier l’utilisation de vannes à guillotine

Lagune de décantation : un compromis difficile à trouver en cas d’utilisation « en stockage » (en temps de pluie)


Préconisations relatives à l’infiltration-percolation

Colmatagedes filtres

Privilégier la construction d’un bassin de pollution dédié

� En cas d’arrivée importante d’eaux pluviales: Risque de lessivage des boues décantées

� En cas de surdimensionnement (/standard TS) : Risque de développement et migration d’algues

⇒⇒⇒⇒

Le dimensionnement doit tenir compte de la dilution des eaux usées.

Respecter un temps de séjour de 80 jours en temps secet une surface de plan d’eau de 18 m²/EH60


Préconisations relatives au lagunage naturel

Seul procédé de traitementqui accepte un taux de dilution permanent supérieur à 300% (400 % au maximum)�

Débourbage conseillé par une sur-profondeur ou mieux, une fosse de stockage des boues avec digue avec possibilité d’isolement pour vidange de la fosse


Préconisations relatives au lagunage naturel

Préconisations communesaux « cultures fixées sur supports fins »

Protéger la surface des filtres des apportsen fines…� …par ruissellement aux abords des filtres

� …par temps de pluiesur réseau unitaire

� …soit le rehaussementdes bordures, soit la réalisationde fossés collecteurs d’EP

� … la mise en place , avantla mise en eau, d’une moquettede litière organique (compost) �

avec

avec


Bâche d’alimentation à débit nul entre deuxapports

� Si débit entrée de station > débit chasse, alimentation continue du filtre en fonctionnement

� Prévoir flexible de rechange

� Déconseillée en premier étage sauf sidégrillage de 2 cm (Fermeture du clapet en fin de

bâchée souvent gênée par des particules grossières)�

Chasse pendulaire, siphon

Chasse à clapet

Vanne motorisée, pompage

� Automate de temporisation indispensable pour secourir en casde défaut des détecteurs de niveau

Chasse à clapetSiphon

Poste de relevage



Composition des filtres de granulométrie croissanteavec la profondeur

v Les règles de Terzaghi définissentles transitions granulométriquesselon les équations ci-contre :

Risque de migration de particules

v Colmatage en profondeur

v Colmatage des sables du 2ème étagede FPR

Appliquer les règles de transitions

Granulométrie moyenne

Granulométrie fine

Granulométrie grossière



Couches et types de matériaux(filtres plantés de roseaux)�

Adaptée20/60Adaptée20/60Amplitude granulaire (en mm)�

10 à 20 cm10 à 20 cmEpaisseur

Couche drainante

Adaptée3/20Adaptée5/10Amplitude granulaire (en mm)�

10 à 20 cm10 à 20 cmEpaisseur

Couche de transition

cf. caractéristiques sables2/8Amplitude granulaire (en mm)�

30 cm30 cm Epaisseur minimum

sableGravier finType

Couche filtrante

2ème étage1er étage

Recommandations actuelles de garnissage des filtres plantés (Cadre Guide pour un CCTP Filtres Plantés de Roseaux)�

Tous les matériauxdoivent être calibrés, lavés, avoir une teneuren fines inférieure à3%, et être siliceux. Si taux de dilution élevé, ou réseau unitaire

resserrer la classe vers le bas (ex : 2/4)�



Caractéristiques exigées des sables (Infiltration-Percolation et 2ème étage de filtres plantés) �

� Roulés, alluvionnaires et siliceux

� 0.25 mm < d10 < 0.40 mm

� CU < 5 (coefficient d’uniformité = d60/d10)�

� Teneur en fines inférieure à 3% en masse (d3 > 80 µm) �

� Teneur en calcaire exprimée en CaCO3 inférieure à 20% en masse

Suivre les préconisations les plus récentes

� FNDAE 22 et DTU 64.1 plus anciens que « Le Cadre Guide pour un CCTP Filtres Plantés de Roseaux »

� Des préconisations pouvant encore évoluer…

Les préconisations actuelles



Maîtriser l’alimentation des filtres

� Lame d’eau maximum 0.9 m/j

� Lame d’eau par bâchée 4 cm < Lb < 10 cm

� Densité des points d’alimentation fonction du type de réseau

�(1 point d’injection/25 m² sur réseau unitaire)

� Vitesse de l’eau au point d’injection > 0.6 m/s

� Etc.


Préconisations relatives aux FPR

Validation obligatoire des granulats préalableà leur mise en œuvre (durant le chantier)�

Analyse granulométrique chez le fournisseur pour choix

Analyses granulométriques sur échantillon livré pour validation

� Permet de valider les matériaux qui seront employés� Plusieurs échantillons� Nombre d’analyses en fonction de la capacité de la station

11Par tranche de 60 kgDBO5/J en plus

24Cap traitement 60-120 kg DBO5/J



11Cap traitement < 12 kg DBO5/J

Fuseau, % finesFuseau, d10, d60, CU, % Ca,%

finesParamètres analysés

GravierSable

Extrait du cadre Guide pour un CCTP Filtres Plantés de Roseaux

Empilement type de tamis pour analyse granulométrique

� Valide le choix du fournisseur� Ne valide pas les matériaux qui seront mis en place



Validation complémentaire des granulats « sursite » (durant le chantier)�

Tests de la teneur en fine ( = test de propreté des sables )�

� Simple à mettre en œuvre� Permet de lever rapidement des doutes sur les

matériaux livré avant de faire réaliser les analyses en laboratoire

� Réalisé à l’eau claire dans des conditions définies

� Informe sur les vitesses d’infiltration� Permet d’estimer un risque potentiel de

colmatage

Tests d’infiltration de « Grant »(adaptation par le CEMAGREF)�

Adaptation du test d'infiltration de Grant (Cooper et Al. 1996)



Mise œuvre et stockage des granulats

�Éviter le stockagedes granulats sur le site

�Si stockage indispensable,prévoir des conditionssans risque d’apports de fines

�Remplir les massifs par couchesuccessives de 15 à 20 cm



Démarrage - Mise en route

Bien mener la réception

Apporter une attention particulière

� Conditions de fonctionnement normal

Une période critique

� Jeunes pousses fragiles� Végétaux indésirables� Sous charge de l’installation

� Au bon fonctionnement de tous les ouvrages� Impliquer le maître d’ouvrage

Station d’épuration de Valmestroff plusieurs

mois après la mise en route



Manuel et plans d’exploitation

Remis lors de la réception

Mentionne toutes les opérationsd’entretien

� Régulières / Exceptionnelles� Fréquences / Durées� Précautions de sécurité

Prescrit les bonnes pratiques

� Désherbage manuel� Produits chimiques proscrits� Etc.

CONCEPTION EXPLOITATIONRÉALISATION


⇒⇒⇒⇒

Prévoir l’extraction des boues

� Compactage des granulats� Écrasement des drains de collecte

� Prévoir un accès aux abords des filtres� Dimensions et dispositions des filtres adaptés à la

circulation des engins de curage� Rayon de courbure > 6 m

Circulation d’engins proscrite sur les filtres

Risques liés à la circulation d’engins sur les filtres :



Protocole de suivi des stations FPR

Les objectifs

� STEP à un seul étage de filtration possible ?� Durée de vie de la porosité efficace des filtres ?

L’organisation du suivi

� Un échantillon représentatif du parc FPR sur le bassin� Trois types de contrôles

Un suivi régulier du comportement, notamment hydrodynamique

Un suivi saisonnier des performances par étage

Un suivi annuel du profilpedologique des filtres

� Une bancirasation des données organiséepour le traitement statistique

Dispositifs rustiques :� Traitement du temps de pluie� Finition du traitement en sortie de step

Novembre 2008

Julien Laloë

Nécessité de traiter/stocker le temps traiter le temps de pluie dans certaine petites collectivités (impact milieu avéré)

Solution classique proposée : stockage

•Investissement,

•Exploitation,

•Souvent enterré…entretien ?

Surverses de déversoirs d’orage

Solutions alternatives possibles adaptées aux petites agglomérationsLorsque que l’on dispose de surfaces suffisantes

Surverses de déversoirs d’orage

Exemple:

Filtre planté

Compléments possible :

• Infiltration,

• Zone humide recrée assurant un tamponnement des rejets et récréant un milieu « naturel » en liaison avec le cours d’eau

• Rejet par fossé aménagé diversifié

Traitement de finition

Nécessité de compléter un traitement en sortie d’un dispositif d’épuration

Compléments possible :

• création d’une zone d’infiltration,

•Création d’une zone « d’évapotranspiration »

• Création de zone humide recrée assurant un tamponnement des

rejets et récréant un milieu « naturel » en liaison avec le cours d’eau

• Rejet par fossé aménagé diversifié recréant un milieu naturel en

liaison avec le cours d’eau

Traitement de finition

Fossé

Zone humide

Evapotranspiration

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