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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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
Filtres plantés de roseaux à flux vertical: Filtres plantés de roseaux à flux vertical: FPRvFPRv
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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
Filtres plantés de roseaux à flux vertical: Filtres plantés de roseaux à flux vertical: FPRvFPRv
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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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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
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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
Filtres plantés de roseaux Filtres plantés de roseaux à flux horizontalà flux horizontal ::FPRhFPRh
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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
Équationsde KICKUTH
Filtres plantés de roseaux Filtres plantés de roseaux à flux horizontalà flux horizontal ::FPRhFPRh
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.
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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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
� 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
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– 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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
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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)
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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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
Mesures 1987-1994
Ts = environ 30 jours = environ 5m2/EH (h=1m et 1EH=150L)
120mg.L -1
Analyses réalisées sur échantillons bruts
1Accroissement de population:1Accroissement de population: FPRv+ lagunes
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
1Accroissement de population:1Accroissement de population: FPRv+ lagunes
� 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
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
�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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
� 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
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
� Niveau de qualité du rejet = D4
� Contraintes d’exploitation similaires à celle d’un FPRv classique
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
� 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
� Niveau de qualité du rejet = D4
� 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
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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)
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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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Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
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
Journées d’appui 2007/2008 : Saint Malo, Périgueux, Paris, Dijon, Montpellier
Merci pour votre attention et vos questions prochaines.
Lagune
Lits de séchage de boues primaires plantés de roseaux
Filtres aval sable
Aurignac, projet LIFE