Dispositif de traitement d’effluents aqueux par filtration, UV et ozone et méthode utilisant un tel dispositif

[1] La présente description concerne de manière générale un module de traitement pour effluents liquides aqueux, en particulier des eaux potables ou bien des effluents liquides aqueux issus d’activités aquacoles, agricoles ou industrielles ou bien domestiques tels qu’évacués par une salle de bain ou une cuisine.

[2] Le traitement des effluents liquides ou eaux usées issus des activités humaines est devenu depuis plusieurs dizaines d’années un sujet de préoccupation pour les autorités et les citoyens. De nombreuses normes et réglementations préviennent désormais le rejet de ces effluents dans l’environnement sans aucun traitement.

[3] Il est connu dans l’art antérieur des dispositifs de traitements des effluents aqueux dans lesquels les effluents aqueux sont traités par ozone, par lumière UV et par filtration. Par exemple, le document CN107930235A décrit un exemple de dispositif comprenant un réacteur d’ozonisation et un filtre à tambour muni de lampes UV.

[4] En contrepartie, ce dispositif présente notamment l’inconvénient de nécessiter une installation coûteuse et de taille importante avec plusieurs éléments de traitements des effluents aqueux. En outre, les coûts de fonctionnement d’un tel dispositif sont élevés du fait des nombreux systèmes électriques nécessaires, dont le système de dosage de l’ozone.

[5] Un objet de la présente description est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier de proposer un dispositif de traitement d’effluents aqueux qui soit compact et peu coûteux à fabriquer, à déployer et à exploiter.

[6] Pour cela, un objet de la présente description concerne un dispositif de traitement d’effluents aqueux comprenant :

• Une cuve,

Un filtre rotatif agencé dans la cuve pour réaliser une opération de filtration des effluents aqueux, • Au moins une lampe UV disposée dans la cuve de manière à être immergée dans les effluents aqueux filtrés,

• Au moins un élément catalyseur comprenant de l’oxyde de titane, agencé pour être illuminé par la lampe UV et fixé dans la cuve de manière à être immergé dans les effluents aqueux et/ou fixé sur le filtre rotatif.

[7] L’illumination UV permet de désinfecter les effluents aqueux filtrés par le filtre rotatif ainsi que la surface du filtre rotatif. En outre, l’ozone généré par l’illumination de l’élément catalyseur contribue à limiter le colmatage ou l’encrassement du filtre rotatif et à désinfecter les effluents aqueux filtrés.

Un tel dispositif de traitement des effluents aqueux permet une construction peu coûteuse et une exploitation également peu coûteuse, notamment par l’optimisation de la puissance électrique consommée par les lampes UV.

[8] Préférentiellement, aucune lampe UV n’est logée à l’intérieur du filtre rotatif. En outre, un tel dispositif de traitements des effluents aqueux permet d’éviter la fourniture de tout élément ou appareillage de désinfection en amont ou en aval du filtre rotatif. En particulier, la fourniture d’un ou de plusieurs autres appareillages de désinfection des effluents aqueux pouvant impliquer de la lumière UV et/ou de l’ozone peut être évitée.

[9] Avantageusement, l’au moins un élément catalyseur comprend un élément catalyseur immobile disposé dans la cuve, préférentiellement entre l’au moins une lampe UV et une paroi de la cuve, par exemple sous l’au moins une lampe UV. Un tel arrangement permet d’optimiser simplement l’utilisation de la lumière UV émise par la lampe UV.

[10] Avantageusement, l’au moins un élément catalyseur comprend au moins un élément catalyseur mobile disposé sur le filtre rotatif. Un tel élément catalyseur mobile est spécialement adapté quand le filtre rotatif est mis en rotation de façon séquentielle. Par exemple, une pluralité d’éléments catalyseurs mobiles sont disposés sur le filtre rotatif de manière à ce qu’au moins un élément catalyseur soit toujours illuminé par une lampe UV, quelle que soit la position du filtre rotatif. Alternativement ou en combinaison, l’élément catalyseur peut être intégré à une surface de filtration du filtre rotatif. Un tel élément catalyseur mobile permet la génération d’ozone au plus près d’une surface de filtration du filtre rotatif, ce qui limite le colmatage du filtre rotatif. [11] Avantageusement, le dispositif de traitement comprend en outre au moins une portion de sortie des effluents aqueux traités, l’au moins une lampe UV et/ou l’au moins un élément catalyseur étant agencés ou fixés dans la cuve du côté de la portion de sortie. Cette disposition de l’au moins une lampe UV et/ou de l’au moins un élément catalyseur en regard de l’au moins une portion de sortie, c’est-à-dire dans le flux des effluents aqueux traités sortant de la cuve, permet une plus grande efficacité de l’effet désinfectant susmentionné. Par exemple, l’au moins une lampe UV et/ou l’au moins un élément catalyseur sont uniquement disposés du côté de la portion de sortie.

[12] Avantageusement, l’au moins une portion de sortie est disposée sur un bord de la cuve, sur un axe parallèle à l’axe de rotation du filtre rotatif. Un tel arrangement permet d’optimiser la désinfection du flux d’effluents liquides filtrés tout en simplifiant la construction du présent dispositif de traitement. Par exemple, l’au moins une lampe UV peut comprendre une ou plusieurs lampes UV sous forme de tubes, pouvant être disposés parallèlement à la portion de sortie, c’est-à-dire parallèlement à l’axe de rotation du filtre rotatif.

[13] Avantageusement, le dispositif de traitement comprend une seule portion de sortie et le filtre rotatif est agencé dans la cuve de façon qu’une portion du filtre rotatif pénètre dans les effluents aqueux du côté de la portion de sortie quand le filtre rotatif est en rotation dans la cuve. Un tel dispositif de traitement peut en outre être disposé dans un espace limité, par exemple contre un mur, tout en maintenant un haut niveau de traitement des effluents aqueux.

[14] Avantageusement, le filtre rotatif est agencé pour être mis en rotation de manière séquentielle. Un tel agencement permet une limitation du colmatage en maximisant l’exposition de la surface de filtration du filtre rotatif à la lumière UV et à l’ozone.

[15] Avantageusement, le filtre rotatif est un filtre à tambour ou un filtre à disques ou un filtre à tamis.

[16] Un autre aspect de la présente description concerne une méthode de traitement d’effluents aqueux au moyen d’un dispositif de traitement comprenant une cuve, un filtre rotatif, au moins une lampe UV agencée pour être immergée dans les effluents aqueux et au moins un élément catalyseur incluant de l’oxyde de titane, la méthode comprenant les étapes suivantes :

• a) alimentation en effluents aqueux d’un intérieur du filtre rotatif,

• b) mise en rotation du filtre rotatif,

• c) illumination des effluents aqueux filtrés par l’au moins une lampe UV,

• d) génération d’ozone dans les effluents aqueux filtrés par l’illumination de l’au moins un élément catalyseur par l’au moins une lampe UV.

[17] Avantageusement, l’au moins un élément catalyseur comprend au moins deux éléments catalyseurs mobiles placés sur le filtre rotatif, et l’étape de mise en rotation du filtre rotatif est réalisée séquentiellement en alternant une phase mobile et une phase immobile, de manière qu’au moins un des éléments catalyseurs mobiles soit toujours immergé et illuminé dans les effluents aqueux filtrés. Une telle méthode permet d’optimiser les coûts de fabrication et d’installation du dispositif de traitement tout en maintenant un haut niveau de traitement des effluents aqueux.

[18] D’autres caractéristiques et avantages de la présente description apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :

[19] [Fig 1] est une vue arrière en coupe d’un dispositif de traitement d’effluents aqueux selon un mode de réalisation de la présente description.

[20] [Fig 2] est une vue arrière en coupe d’un dispositif de traitement d’effluents aqueux selon un deuxième mode de réalisation de la présente description.

[21] [Fig 3] est une vue arrière en coupe d’un dispositif de traitement d’effluents aqueux selon un troisième mode de réalisation de la présente description.

[22] La présente description a pour objet un dispositif de traitement des effluents aqueux pour traiter des effluents aqueux résidentiels, agricoles, aquacoles et/ou industriels, autrement dit des eaux potables ou bien des eaux usées. Ces effluents aqueux peuvent comprendre tous types de matières organiques ou azotées, des bactéries, des virus, des micropolluants comme des microplastiques ainsi que des résidus pharmaceutiques et/ou chimiques.

[23] Dans le cadre de la présente description, les effluents aqueux peuvent être traités par filtration, par exposition à une lumière UV et par exposition à de l’ozone de manière à obtenir des effluents aqueux traités, par exemple aptes à un réemploi ou un rejet dans l’environnement.

[24] La Fig. 1 représente un premier mode de réalisation de la présente description comprenant un dispositif de traitement d’effluents aqueux 100 comprenant un châssis 101 , par exemple de section carrée définissant une cuve

110 dans sa partie inférieure et un filtre rotatif 120 sous la forme d’un filtre à tambour agencé pour être mis en rotation dans la cuve 110. Le filtre à tambour 120 comprend une paroi munie au moins partiellement d’un élément de filtration, par exemple une toile ou un élément perforé, comme connu de l’homme du métier.

[25] Les effluents aqueux à traiter peuvent être introduits préférentiellement dans un espace intérieur du filtre à tambour 120 de manière à traverser l’élément de filtration de l’intérieur vers l’extérieur du filtre à tambour 120. Par exemple, une simple entrée d’alimentation (non représentée) peut être prévue sur une portion de paroi de la cuve 110 ou du châssis 101 donnant sur un espace intérieur du filtre à tambour 120. Alternativement ou en combinaison, une rampe d’alimentation d’effluents aqueux (non représentée) peut être prévue sur une partie ou sur la totalité de la longueur du filtre à tambour 120 (selon l’axe z sur la figure 1).

[26] Préférentiellement, le filtre à tambour 120 peut être mis en rotation selon un axe de rotation Ar horizontal ou parallèle au sol et/ou à une portion de fond

111 de la cuve 110, par exemple dans le sens des aiguilles d’une montre représenté par la flèche arrondie sur la Fig. 1 . En outre, l’axe de rotation Ar du filtre à tambour 120 peut être placé sur un plan de symétrie de la cuve

110 et/ou du châssis 101 . L’axe de rotation Ar peut aussi être confondu avec un axe de symétrie du châssis 101 , de manière à limiter l’encombrement du dispositif de traitement 100.

[27] Le châssis 101 peut comprendre deux portions de sortie 105 situées par exemple sur des parois latérales 102 du châssis 101 et/ou de part et d’autre du filtre à tambour 120 et permettant une évacuation des effluents aqueux traités selon les flèches horizontales visibles sur la Fig. 1 . Ces portions de sortie 105 peuvent s’étendre sur toute la longueur de la cuve 110 (selon l’axe z de la Fig. 1) ou au moins sur une partie importante de cette longueur, par exemple au moins 50 %, préférentiellement au moins 75 % et encore préférentiellement au moins 85 %.

[28] Une hauteur de la cuve 110 et/ou une hauteur minimale des effluents aqueux He dans la cuve 110 en fonctionnement peuvent ainsi être limitées par une hauteur de la portion de sortie 105 par rapport à la paroi ou portion de fond 111 la cuve 110 (selon l’axe x de la Fig. 1). Préférentiellement, la cuve 110 ne comprend pas d’autres portions ou orifices de sortie des effluents aqueux. Des volets amovibles (non représentés) peuvent être prévus pour obturer les portions de sortie 105, par exemple dans une configuration de stockage ou de transport du dispositif de traitement 100 ou encore pour adapter la hauteur minimale He des effluents aqueux.

[29] Une ou plusieurs lampes UV 130 sont disposées dans la cuve de manière à être immergées dans les effluents aqueux, par exemple plus proche de la portion de fond 111 de la cuve 110 que d’un plan médian selon l’axe x du châssis 101 et en dessous de la hauteur d’effluents aqueux lorsque le dispositif de traitement 100 est en fonctionnement. Les lampes UV peuvent être disposées de part et d’autre du filtre à tambour 120, préférentiellement selon un arc de cercle parallèle à la surface filtrante du filtre à tambour 120.

[30] Ces lampes UV 130 sont par exemple sous forme de tubes s’étendant sur toute la longueur de la cuve 110 ou du filtre à tambour 120 (selon l’axe z sur la Fig. 1) ou sur une partie importante de cette longueur, par exemple au moins 50 %, préférentiellement au moins 75 % et encore préférentiellement au moins 85 %. La longueur des tubes des lampes UV 130 peut correspondre à la longueur des portions de sortie 105. Les lampes UV 130 peuvent émettre une lumière UV, par exemple une lumière UV-C, dans toutes les directions, c’est-à-dire aussi bien vers le filtre à tambour 120 que vers les parois de la cuve 110. Les lampes UV peuvent être des lampes à mercure comme des lampes à amalgame, des lampes à basse pression, de lampes à moyenne pression ou encore être à base de LED.

[31] En outre, au moins un et préférentiellement plusieurs éléments catalyseurs 140 peuvent être disposés dans la cuve 110, ces éléments catalyseurs 140 comprenant de l’oxyde de titane TiO2. Par exemple, ces éléments peuvent former des parois latérales de la cuve 110, limitant ainsi le volume de la cuve 110. Alternativement, les éléments catalyseurs peuvent être simple- ment disposés dans la cuve 110 sans en limiter le volume. Les éléments catalyseurs 140 peuvent être fixés ou montés mobiles dans la cuve 120. L’oxyde de titane peut être inséré dans une couche, dans une peinture, directement dans la masse de l’élément catalyseur ou former l’élément catalyseur.

[32] Les éléments catalyseurs peuvent être disposés chacun à égale distance d’une lampe UV 130. Préférentiellement, les éléments catalyseurs peuvent être disposés entre le châssis 101 et les lampes UV 130, c’est-à-dire sur un côté de chaque lampe UV 130 opposé au filtre à tambour 120. Il n’est ainsi pas préférable que les éléments catalyseurs 140 ou même d’autres éléments déflecteurs de lumière soient disposés entre les lampes UV 130 et le filtre à tambour 120. Les éléments catalyseurs 140 peuvent par exemple avoir une section plane ou incurvée de manière à réfléchir la lumière des lampes UV 130 vers le filtre à tambour 120.

[33] La cuve 110 ou la portion inférieure du châssis 101 comprend deux portions latérales opposées comprenant chacune un angle droit sur la Fig. 1 , par exemple de part et d’autre d’un axe longitudinal de la cuve 110 ou du châssis 101 ou d’un plan médian vertical (selon les axes y et z). Les lampes UV 130 et/ou les éléments catalyseurs 140 peuvent être disposés exclusivement dans ces portions latérales. Ces portions latérales peuvent occuper chacune de 1/6 à 1/3 ou 1/2 de la largeur de la cuve 110 ou du châssis 101 , par exemple selon l’axe y sur la Fig. 1 . Ces portions latérales peuvent être sous les portions de sortie 105 et/ou en regard des portions de sortie 105.

[34] Un système de nettoyage 160 du filtre à tambour 120 peut comprendre une ou plusieurs buses d’eau 161 , par exemple à haute pression, et une rampe de collecte des boues 162 disposées dans l’axe du jet d’eau sortant de la buse 161.

[35] Enfin, le châssis 101 peut être muni d’éléments de connexion, comme des crochets, des orifices ou des empreintes, permettant sa manipulation et son transport. Par exemple, le châssis 101 a les dimensions d’un conteneur standard, par exemple un conteneur maritime, ou bien a des dimensions permettant d’être logé dans un tel conteneur.

[36] En outre, le châssis 101 peut contenir les systèmes électriques permettant d’assurer un traitement des effluents aqueux, comme un moteur électrique pour mettre le filtre à tambour 120 en rotation, une ou plusieurs pompes ou encore un ou plusieurs capteurs de niveau des effluents aqueux, un ou plusieurs capteurs de débit, de pH, et tout autre élément de suivi ou de pilotage d’un tel dispositif de traitement connu de l’homme du métier.

[37] En opération, des effluents aqueux à traiter sont introduits à l’intérieur du filtre à tambour 120, et le filtre à tambour 120 est mis en rotation, par exemple dans le sens des aiguilles d’une montre comme représenté sur la Fig. 1. Le filtre à tambour 120 peut être mis en rotation dès qu’un niveau minimal He d’effluents aqueux dans la cuve est atteint.

[38] Les boues restent ainsi sur la paroi intérieure du filtre à tambour 120, alors que les effluents aqueux filtrés ou eaux claires passent au travers du filtre à tambour 120 et restent dans la cuve 110. Dans la cuve 110, la lumière UV-C émise par les lampes UV 130 permet à la fois de désinfecter les effluents aqueux filtrés en détruisant au moins partiellement bactéries, germes et virus en suspension, mais aussi de limiter le colmatage du filtre à tambour 120 en limitant la prolifération bactérienne pouvant encombrer la surface de filtration du filtre à tambour 120.

[39] En outre, la lumière UV-C émise par les lampes UV 130 en direction des éléments catalyseurs 140 permet de générer de l’ozone Os dans les effluents aqueux filtrés, ce qui renforce et complète la désinfection des effluents filtrés réalisée directement par la lumière UV-C et contribue également à limiter le colmatage du filtre à tambour 120. Ces éléments catalyseurs permettent donc d’optimiser les effets désinfectant et anti-colmatage des lampes UV sans augmentation de la puissance électrique consommée, c’est-à-dire en utilisant au mieux la lumière UV émise.

[40] La Fig. 2 représente un deuxième mode de réalisation proche du premier mode de réalisation. Selon ce deuxième mode de réalisation, un dispositif de traitement 200 d’effluents aqueux comprend un châssis 201 , une cuve 210 et un filtre rotatif sous la forme d’un filtre à tambour 220 identique à la Fig.1.

[41] À la différence de la Fig. 1 , une des portions de sortie 205 est inexistante ou bien obturée par un volet ou une plaque d’obturation 206 étanche, empêchant l’évacuation des effluents aqueux traités sur un côté du filtre à tambour 220. Ainsi, seule une portion de sortie 205 est disponible, par exemple sur une seule paroi latérale 202.

[42] Les lampes UV 230 et le ou les éléments catalyseurs 240 sont ainsi situés dans une seule portion latérale de la cuve 210 ou du châssis 201 , uniquement du côté de la portion de sortie 205. Un tel dispositif de traitement 200 d’effluents aqueux permet de réaliser un traitement efficace des effluents aqueux tout en limitant son encombrement. Par exemple, un tel dispositif de traitement peut être placé contre un mur. En outre, les coûts d’installation et d’exploitation sont réduits, notamment si le volume des effluents aqueux est modéré.

[43] La Fig. 3 représente un troisième mode de réalisation de la présente description, incluant un dispositif de traitement 300 d’effluents aqueux avec une forme différente des premiers et deuxième mode de réalisation.

[44] En particulier, le châssis 301 a une portion inférieure de forme trapézoïdale et une cuve 310 de même forme. Dans ce mode de réalisation, les lampes UV 330 sont disposées le long des parois latérales ou obliques 311 de la cuve 310, ces parois latérales ou obliques 311 étant en outre munie chacune d’un ou plusieurs éléments catalyseur 340.

[45] Le dispositif de traitement 300 comprend en outre une canalisation ou portion de sortie 305 des effluents aqueux traités située non pas sur une paroi latérale 302 du châssis 301 , mais sur une paroi transversale non visible sur la vue en coupe de la Fig. 3, par exemple s’étendant selon les axes x et y de la Fig. 3.

[46] Les caractéristiques techniques des trois modes de réalisation décrits ci- dessus peuvent être échangées. Par exemple, la portion de sortie 305 peut être utilisée dans les premier et deuxième modes de réalisation.

[47] En outre, la cuve n’est pas limitée à une cuve intégrée à un châssis, mais peut aussi comprendre une cuve séparée du châssis, par exemple une cuve en béton recevant le châssis et le filtre à tambour. Le filtre rotatif selon la présente description n’est pas limité à un filtre à tambour, mais peut comprendre également un filtre à disque ou un filtre à tamis.

[48] L’élément de filtration comprenant du dioxyde de titane est préférentiellement placé face aux lampes UV et à l’opposé du filtre rotatif par rapport aux lampes UV. Cependant, il peut aussi être placé sur le filtre rotatif, par exemple entre les surfaces de filtration et/ou intégré aux surfaces de filtra- tion. Par exemple, une toile ou paroi filtrante peut être munie de particules de dioxyde de titane déposées ou insérées dans la masse du matériau.

[49] Dans le cas d’une rotation séquentielle du filtre rotatif, par exemple quartier par quartier, ces éléments catalyseurs peuvent être disposés de manière à ce qu’au moins un élément soit toujours immergé et illuminé par une ou plusieurs lampes UV.