d'eaux, de sols ou d'air pollués

La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet FR 0906430 déposée le 31 décembre 2009 au nom du même titulaire et dont le contenu est incorporé par référence dans la présente demande.

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un filtre organique planté avec des cannes européennes et/ou tropicales/désertiques pour le traitement d'eaux, de sols ou d'air pollués et un procédé de dépollution utilisant un tel filtre organique planté.

Art Antérieur

Conscient aujourd'hui des risques en termes de santé publique engendrés par la pollution, les normes françaises et européennes en matière de rejet de substances polluantes, que ce soit pour les eff luents gazeux, liquides ou des matrices solides, sont de plus en plus restrictives.

Parmi les problématiques de pollution, celles intégrant en outre l'émission de dioxyde de carbone trouvent aujourd'hui un écho particulier, notamment avec la détermination du bilan carbone associé à une activité.

Les solutions actuelles à ces problématiques de dépollution ne sont toutefois guère satisfaisantes, surtout si l'on prend en compte les enjeux de la séquestration du gaz carbonique en vue de limiter le réchauffement climatique.

Ainsi, lorsque l'on s'intéresse au traitement des boues, les solutions d'assainissement utilisées aujourd'hui reposent, pour l'essentiel, sur des procédés de dépollution par épuration biologique en station d'épuration pour les eaux usées et l'épandage sur sols cultivés pour les effluents agricoles. Du fait des inconvénients de ces techniques (odeurs nauséabondes, intégration esthétique difficile dans le paysage, solution inadaptée pour traitement de faibles quantités de polluants, importante consommation d'énergie, coûts élevés de fonctionnement), d'autres solutions ont été développées. Parmi les techniques développées, on trouve des techniques de f iltration sur des lits alluvionnaires plantés ou non.

La filtration sur lit de sable qui est préconisée en assainissement autonome est une technique ancienne décrite dans la norme XP P16-603 août 1998 (référence DTU 64 .1). Cette technique simple et efficace repose sur l'infiltration-percolation des eaux usées dans un large massif de sable. Toutefois, cette technique nécessite d'une part d'importantes surfaces et pose, d'autre part, des problèmes de colmatage impliquant un renouvellement régulier du sable du filtre.

Pour pallier à ces désavantages du filtre sur lit de sable, les massifs plantés ont été développés. Ces massifs sont des filtres alluvionnaires constitués de graviers, de sables, ou de concassés déposés en strates, plantés de végétaux bénéficiant d'un système racinaire important permettant de maintenir la perméabilité au sein du massif, généralement des roseaux ou des bambous.

En outre et pour éviter les risques de colmatage, ces massifs plantés sont construits par deux ou trois et fonctionnent en alternance, de manière à bénéficier d'un temps de repos régulier. Avec une structure comportant trois filtres, le temps de repos est alors au maximum de deux fois le temps de fonctionnement.

Les dernières solutions développées en terme de dépollution se basent sur le bio-assainissement, ou encore phytoremédiation, et repose sur la capacité qu'ont certaines plantes de prélever certains polluants du sol pour les accumuler voire, pour certaines plantes, les dégrader. Cependant, la capacité de résistance des plantes aux matières toxiques est très variable d'une espèce à l'autre et, d'autre part, l'élimination des plantes polluées, du fait d'une accumulation de polluants, est problématique.

En vue d'améliorer encore la dépollution, l'inventeur a préalablement développé un procédé de dépollution basé sur la « phytolixiviation », ou lixiviation par les plantes, décrit dans la demande internationale PCT WO 2006/030164.

Ce procédé est basé sur une alternance de période aérobie/anaérobie permettant la dégradation des polluants organiques par les microorganismes de la rhizosphère d'un filtre organique planté et la remobilisation (par dissolution) des espèces non dégradables, et notamment les espèces métalliques, pour permettre leur lixiviation (phytolixiviation) et leur passage vers un second compartiment jouant le rôle de filtre de concentration.

Au regard des problématiques actuelles de dépollution, il existe toutefois un besoin récurrent de nouvelles solutions permettant d'obtenir une dépollution plus efficace et/ou moins onéreuse.

Sommaire de l'invention

L'inventeur a maintenant développé un nouveau procédé de dépollution, lequel procédé est à la fois simple et économique, qui s'appuie sur un filtre organique planté spécialement développé, lequel filtre organique planté est utilisé dans le cadre du procédé de dépollution tel que décrit dans la demande internationale PCT WO 2006/030164 incorporé ici par référence.

La présente invention a ainsi pour objet un filtre organique planté pour le traitement de polluants, lequel filtre organique planté comprend :

- une entrée pour les polluants à traiter,

- une sortie pour les polluants non dégradés,

- des moyens de f iltration et de dépollution interposés entre l'entrée et la sortie des polluants, caractérisé en ce que lesdits moyens de f iltration et de dépollution prennent la forme de :

a) un substrat organique composé de 10-20% d'agrégats, les quels agrégats sont de préférence non solubles et avec une surface irrégulière, de plus de 30% de fibres végétales sous la forme d'un matériau ligneux, et de 20-40% de compost contenant plus de 30% de matériau ligneux présentant de préférence un indice de stabilité biologique (ISB) supérieur à 0,5,

b) lequel substrat organique est planté de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques, lesquelles cannes favorisent de préférence une forte séquestration du dioxyde de carbone. Le substrat organique permet alors un taux de piégeage du dioxyde de carbone supérieur à 10% des flux entrants, de préférence entre 10 et 35%.

Le filtre organique planté selon l'invention est ainsi conçu pour fonctionner d'après le bilan carbone modifié positif issu des calculs de flux modélisés par FRANCEZ et VASANDER (1995) pour deux tourbières à Sphagnum fallax et Carex Rostrata.

Pour le filtre selon l'invention, et en considérant un flux entrant d'eaux usées ou de boues urbaines de lKg/m ² /jour de DCO et de DB05 et de matière sèche (MS), il est possible d'estimer que le carbone est majoritairement accumulé au sein du filtre (60%.) sous forme de boues minéralisées, qu'une part moindre (30%) est libérée dans l'atmosphère sous forme de gaz carbonique et de méthane par décomposition, et enfin qu'une faible part (10%) est utilisée pour la production végétale du filtre selon l'invention. Il est donc possible de conclure que les filtres organiques plantés selon l'invention présentent un bilan carbone extrêmement positif et ceci d'autant plus que ces filtres ne nécessitent quasiment pas d'énergie pour fonctionner. Il s'agit là d'une véritable rupture avec les stations d'épuration traditionnelles (biologiques, chimiques, physiques voir même membranes) qui sont, au niveau mondial, de grands émetteurs de carbones dans l'atmosphère, bien plus importants d'ailleurs que le cheptel qui est pourtant souvent mentionné.

Avantageusement, lesdits agrégats non solubles et présentant une surface irrégulière sont choisis parmi la pouzzolane, les silex et les sables siliceux.

De préférence, ces fibres végétales se présentant sous la forme d'un matériau ligneux sont choisies dans le groupe comprenant la bagasse de cannes à sucre, l'écorce noix de coco, les feuilles de palmier, les écorces, notamment l'écorce de pin, et l'ensemble de la biomasse issue des cannes européennes et/ou tropicales/désertiques.

Avantageusement, une forte teneur en lignine permet une fixation des polluants par changement de forme chimique de ceux-ci, et évite ainsi un risque de saturation du filtre ou un relargage des polluants. La lignine permet d'obtenir un indice de stabilité biologique (ISB) important du substrat organique. L'indice de stabilité biologique (ISB) est la capacité effective d'un produit organique à produire de l'humus stable dans le sol. Ce coefficient peut être déterminé simplement par la méthodologie décrite par LINERES A bJAKOVITCH (Caractérisation de la stabilité biologique des apports organiques par l'analyse biochimique, p. 159-168. In bECROUX A I6NAZI (ed.) Matières organiques et agriculture. Quatrième journée de l'analyse de terre (Gemas). Cinquième forum de la fertilisation raisonnée (Comifer) 16-18 novembre 1993). ette méthodologie porte d'une part sur la mesure de la teneur en cellulose brute, composée essentiellement de celluloses et d'une faible proportion de lignines et d'hémicelluloses (méthode NF V03- 040), et d'autre part sur le fractionnement de VAN SOEST <& WINE (1967, 1968) qui différencie quatre compartiments réputés équivalents aux molécules solubles, aux hémicelluloses, aux celluloses et aux lignines et cutines. En mettant en relation la composition biochimique de différents produits et la minéralisation du carbone mesurée par respirométrie, LINERES & bJAKOVITCH ont établi cet indice de stabilité biologique (ISB) dont le mode de calcul est repris dans la norme NF XP U 44-162.

Par cannes européennes ou tropicales/désertiques, on entend de préférence :

1) L'ensemble des graminées vivaces dont les tiges sont dures et supérieures à 1 mètre et dont la croissance de biomasse annuelle dépasse les 3 tonnes par hectare, ce qui permet une forte séquestration du carbone car elles appartiennent généralement aux catégories de plantes dites C4.

2) bes plantes présentant un fort développement des racines souterraines car toutes ces plantes sont à rhizome et supportent une immersion dans l'eau variant entre 10 cm et 1 mètre selon les espèces (ce qui n'est pas le cas des bambous qui ne peuvent pas supporter de fortes variations hydrauliques).

3) bes plantes dont les rhizomes se caractérisent également par leur aptitude à s'adapter aux variations de niveaux des filtres organiques ce qui permet de charger des filtres jusqu'à une épaisseur maximum de 1,5 mètre de substrat organique le cas échéant.

4) bes plantes qui produisent, après séchage, des chaumes riches en matière ligneuse (plus de 90 % de la matière sèche après compostage) et pauvre en humidité (de 10 à 15 % selon les espèces alors que les Taillis à courte Rotation de Saules ont des taux d'humidité supérieures à 20 ou 30 ). Toutes ces cannes disposent donc d'un fort potentiel de valorisation pour leur biomasse comme énergie du fait de leur PCI (pouvoir calorifique) supérieur au bois (avec un PCI compris entre 4000 et 5000) et du fait de leur caractéristique de leur chaume non putrescible (ce qui les fait souvent utiliser comme matériaux de construction pour les toitures de chaume par exemple).

5) Enfin, des pantes présentant un fort pouvoir d'évapotranspiration, lequel dépasse toujours les 4mm par jour et par m ² .

Avantageusement enfin, lesdites cannes européennes et/ou tropicales/désertiques sont choisies dans le groupe comprenant Acorus Calamus, Amnophila arenaria, Ampelodesmos mauritanicus, Andropogon gerardii, Arundo donax sensu, Bromus inermis, Calamagrostis acutiflora, Calamagrostis arundinacea, Carex morrowii, Carex pendu/a, Chasmanthium latifolium, Chionochloa conspicua, Chusquea culeou, Colocasia esculenta, Cortaderia fulvida, Cortaderia richard/, Cortaderia selloana, Cymbopogon citratus, Cyperus ensiatus, Cyperus giganteus, Cyperus longus, Cyperus papyrus, ùeschampsia cespitosa, Elegia capensis, Equisetum a ericanum, Equisetu hyemale, Equisetum fluviatile, Equisetum maximum, Fargesia murielae, Fargesia nitida, Glyceria maxima, Hibanobambusa tranquillans, Indocalamus solidus, Indocalamus tessellatus, Juncus acutus, Juncus effusus, Leymus arenarius, Miscanthus sinensis et var., Miscanthus floridulus, Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus giganteus, Molinia altissima, Molinia arundinacea, Molinia caerulea, Panicum virgatum, Panicum rigidulum, Papyrus papyrus, Pennisetum et var., Phalaris arundinacea, Saccharum arundinaceum, Saccharum officinarum, Saccharum ravennae, Schoenoplectus californicus, Schoenoplectus tabernaemontanis, Scirpus lacustris, Sorghum halepeus, Spartina alterniflora, Sponiopogon sibiricus, Stipa calamagrostis, Stipa sp/endens, Typha minima, Thysanolaena latifolia, Zizania aquatica, Zizania latifolia et Zizania palustris, Greslania rivularis, Greslania multiflora, Flagellaria sp., Scirpus subulatus, Sacharum spontaneum, Andropogan leucostachyus, Colocasi gigantea, Typhonodorum lindlleyanum, Cyperus distans, Heliconia latisphana, Heliconia stricta et Medicago sativa.

De préférence, le filtre organique planté selon l'invention comprend au moins deux espèces, de préférence trois espèces et de manière particulièrement préférée au moins quatre espèces différentes de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques. L'inventeur a pu démontrer que le filtre organique planté selon l'invention permet d'éviter la formation de mauvaises odeurs, lesquelles sont parfois problématiques pour certaines pollutions. Cette bonne efficacité est notamment le fait d'une excellente perméabilité (supérieure à 15 mm/h) du substrat organique, laquelle résulte pour une partie du taux d'humif ication supérieur à 50% et permet de limiter les phénomènes de colmatage mais surtout d'optimiser l'oxygénation des microorganismes de la rhizosphère impliqués dans la dégradation des polluants. C'est d'ailleurs cette rhizosphère au contact de la matière organique riche en humus qui va permettre la formation d'un système racinaire en mesure d'agir sur la forme des polluants.

Dans le cadre d'une mise en œuvre du filtre organique planté selon l'invention dans le procédé de dépollution décrit dans la demande internationale PCT WO 2006/030164, aucune étape d'adjonction d'acides organiques naturels n'est en outre nécessaire pour dépolluer les métaux lourds. La mise en œuvre dudit filtre organique planté permet ainsi de simplifier considérablement ce procédé mais également d'en diminuer le coût d'utilisation. En outre, aucune étape d'ajout de désinfectants (chaux et/ou chlore) n'est non plus nécessaire pour une bonne désinfection des boues urbaines.

Finalement, l'inventeur a pu démontrer l'efficacité du filtre organique filtré selon l'invention sur de très nombreux polluants dans le cadre du traitement de polluants sous forme solide, liquide ou gazeux ; laquelle efficacité est illustré dans les exemples.

Ces éléments permettent d'éviter l'ajout d'acides organiques naturels ni de désinfectants (chaux et chlore).

La présente invention a également pour objet un dispositif de traitement destiné au traitement d'eaux, de sols ou d'airs pollués comprenant au moins un filtre organique planté tel que décrit précédemment.

Enfin, la présente invention a pour objet un procédé de traitement d'eaux, de sols ou d'airs pollués comprenant l'introduction d'eaux, de sols ou d'airs pollués dans un tel dispositif. De préférence, ce procédé de traitement est destiné au piégeage du dioxyde de carbone avec un taux de piégeage du dioxyde de carbone supérieur à 10% des flux entrants, de préférence entre 10 et 35%.

De préférence encore, et lorsque le filtre organique comprend de la tourbe brune en tant que compost, ledit procédé de traitement est destiné au piégeage de métaux lourds avec un taux d'abattement supérieur à 90 % des flux entrants, lesquels métaux lourds sont choisis de manière particulièrement préférée parmi le Cuivre, le Plomb, le Zinc et l'Aluminium. Descriptif des figures

Le tableau 1 décrit le détail des caractéristiques des can es européennes de l'invention.

Le tableau 2 décrit le détail des caractéristiques des cannes tropicales/désertiques de l'invention.

La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif pour le traitement d'eaux usées avec deux filtres organiques successifs à filtration verticale et horizontale respectivement, un bassin de décantation et un filtre de piégeage.

La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un filtre organique planté pour le traitement d'eaux usées.

La figure 3 une vue schématique en coupe d'un second filtre organique planté pour le traitement d'eaux usées.

La figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif visant au traitement de boues polluées avec un premier filtre organique planté suivi d'un filtre de piégeage.

La figure 5 est une vue schématique en coupe d'un filtre organique horizontale pour le traitement d'air pollué.

La figure 6 est une vue schématique en coupe d'un filtre organique verticale pour le traitement d'air pollués.

Description détaillée de l'invention

Le filtre organique planté selon l'invention sera à filtration verticale ou horizontale selon qu'il vise à traiter des effluents le parcourant verticalement ou horizontalement. Pour le filtre organique planté selon l'invention, les cannes européennes ou tropicales/désertiques sont choisies parmi des végétaux ne bénéficiant pas de capacités accumulatrices connues pour les polluants. Ainsi, au terme d'un cycle de dépollution, ces végétaux sont ainsi aisément valorisâmes, notamment dans le domaine de l'énergie, de l'ameublement, de la construction, de l'ornement, et même dans le domaine de l'alimentation humaine ou animale. Pour ce dernier cas de figure, il convient en effet de noter que de nombreuses cannes sont utilisées comme fourrage pour le bétail dans de très nombreux pays en voie de développement.

II est également possible d'utiliser d'autres plantes de berge ou de milieux humides bénéficiant de la même absence de capacité accumulatrice pour les polluants.

Ces différentes plantes présentent également une période de repos hivernale réduite par rapport aux roseaux. Ainsi, l'efficacité de dépollution est accrue par rapport notamment aux filtres à roseaux du fait d'une tolérance accrue eu égard aux variations de température.

A titre d'exemple de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques, on peut citer les plantes choisies dans le groupe comprenant Acorus Calamus, Amnophila arenaria, A pelodes os mauritanicus, Andropogon gerardii, Arundo donax sensu, Bromus inermis, Calamagrostis acutiflora, Calamagrostis arundinacea, Carex morrowii, Carex pendula, Chasmanthium latifolium, Chionochloa conspicua, Chusquea culeou, Colocasia esculenta, Cortaderia fulvida, Cortaderia richardi, Cortaderia selloana, Cymbopogon citratus, Cyperus ensiatus, Cyperus giganteus, Cyperus longus, Cyperus papyrus, ùeschampsia cespitosa, Elegia capensis, Equisetum americanum, Equisetum hyema/e, Equisetum fluviatile, Equisetum maximum, Fargesia murielae, Fargesia nitida, Glyceria maxima, Hibanobambusa tranquillans, Indocalamus solidus, Indocalamus tessellatus, Juncus acutus, Juncus effusus, Leymus arenarius, Miscanthus sinensis et var., Miscanthus floridulus, Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus giganteus, Molinia altissima, Molinia arundinacea, Molinia caerulea, Panicum virgatum, Panicum rigidulum, Papyrus papyrus, Pennisetum et var., Phalaris arundinacea, Saccharum arundinaceum, Saccharum officinarum, Saccharum ravennae, Schoenoplectus californicus, Schoenoplectus tabernaemontanis, Scirpus lacustris, Sorghu halepeus, Spartina alterniflora, Sponiopogon sibiricus, Stipa calamagrostis, Stipa splendens, Typha minima, Thysanolaena latifolia, Zizania aquatica, Zizania latifolia et Zizania palustris, ûres/ania rivularis, Greslania multiflora, Flagellaria sp., Scirpus subulatus, Sacharum spontaneum, Andropogan leucostachyus, Colocasi gigantea, Typhonodorum lindileyanum, Cyperus distans, Heliconia latisphana, Heliconia stricta et Medicago sativa.

Le détail des caractéristiques de ces cannes européennes et tropicales/désertiques est décrit dans les tableaux I et II respectivement.

Avantageusement, les cannes européennes et/ou désertiques/tropicales de l'invention sont des plantes amphibies, supportant une forte inondabilité et une grande période de sécheresse, et ayant un très grand réseau racinaire, pour permettre le développement de la rhizosphère en profondeur, sur plus de 1,5m et en largeur, sur plus de 5m.

De préférence, le filtre organique planté selon l'invention comprend au moins deux espèces, de préférence trois espèces et de manière particulièrement préférée au moins quatre espèces différentes de cannes européennes ou tropicales/désertiques.

Selon un mode de réalisation spécifique dans lequel le filtre organique est destiné à traiter des eaux polluées, les différentes espèces de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques du filtre organique planté de l'invention sont choisies dans le groupe consistant en Bromus inermis, Cyperus longus, Molinia caerulea, Molinia arundinacea, Stipa splendens, Saccharum ravennae, Schoenoplectus tabernaemontanis, Scirpus lacustris, Cortaderia fulvida, Cortaderia richardi, Cortaderia selloana, Cyperus papyrus, Papyrus papyrus, Cyperus giganteus, Miscanthus sinensis, Miscanthus floridulus, Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus giganteus, Molinia altissima, Cyperus ensiatus, Elegia capensis, Saccharum arundinaceum, Saccharum officinarum, Schoenoplectus californicus, Zizania aquatica, Zizania latifolia, et Zizania palustris.

Selon un autre mode de réalisation spécifique dans lequel le filtre organique est destiné à traiter de l'air pollué, les différentes espèces de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques du filtre organique planté de l'invention sont choisies dans le groupe consistant en Carex orrowii, Carex pendula, Equisetum hyemale, Equisetu fluviatile, Equisetum maximum, Stipa calamagrostis, Stipa splendens, Calamagrostis acutiflora, Cortaderia fulvida, Cortaderia richardi, Cortaderia selloana, Equisetum americanum et Calamagrostis arundinacea.

Selon encore un autre mode de réalisation spécifique dans lequel le filtre organique est destiné à traiter des sols pollués, les différentes espèces de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques du filtre organique planté de l'invention sont choisies dans le groupe consistant en Carex morrowii, Carex pendula, Mol/nia caerulea, Molinia arundinacea, Panicum virgatum, Panicum rigidulum, Miscanthus sinensis, Miscanthus floridulus, Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus giganteus, Molinia altissima, et Panicum amarum.

La densité de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques dans le filtre organique planté est avantageusement comprise entre 5 et 15 plants/m ² , de préférence cette densité est de 10 plants/m ² en moyenne.

Pour assurer une bonne efficacité du filtre organique planté, l'épaisseur du substrat organique est comprise entre 300 et 1500 cm en fonction de la dépollution à effectuer.

Plus spécifiquement, l'épaisseur du substrat organique est comprise entre 300 et 700mm dans le cas d'un filtre organique visant à la dépollution d'eaux ou de sols pollués et comprise entre 300 et 1500 mm dans le cas d'un filtre organique visant à la dépollution d'air pollués.

Pour le substrat organique, on entendra par compost, de préférence un compost tel que défini par la norme NF U44-051, mais également présentant de préférence au moins une des caractéristiques listées dans le tableau III qui suit.

Tableau III

* Voir travaux de GUIDON et VALAT (1988) concernant l'étude des tourbes de Baupte dans la Manche pour définition de ces différents composants.

De manière préférée, ledit compost sera riche en lignine et en fibres, avec une teneur en lignine supérieure à 30%, comme celle observée notamment dans la tourbe blonde. La nature de la tourbe blonde est bien connue de l'homme du métier et résulte de la transformation des sphaignes et est riche en fibre de cellulose et en carbone. Sa texture est dite fibrique et ses autres traits essentiels sont sa faible densité, sa forte teneur en eau et sa pauvre teneur en cendre minérale car souvent jeune (2 000 ans). Un matériau équivalent peut être obtenu avec un temps de compostage de 1 à 3 ans minimum, préférentiel lement 2 à 3 ans minimum.

La sortie pour les polluants non dégradés prend avantageusement la forme d'un ou plusieurs drains de récupération, lesquels sont bien connus de l'homme du métier. Pour faciliter l'évacuation des lixiviats, la sortie des polluants est positionnée dans une couche drainante constituée de galets, graviers ou autre matériau drainant équivalent, du substrat organique.

Pour une bonne efficacité de la couche drainante, son épaisseur est choisie entre 100 et 1500 mm, de préférence entre 150 et 1000 mm et, de manière particulièrement préférée, entre 200 et 500 mm.

Le filtre organique selon l'invention est isolé du sol à l'aide de moyens d'étanchéité, lesquels permettent d'éviter les infiltrations de polluants dans le milieu naturel et sont bien connus de l'homme du métier. De préférence, lesdits moyens d'étanchéité prendront la forme d'une géomembrane. Dans le cas de pollution diffuse des sols, le filtre est réalisé sans géomembrane avec un simple rajout dans le sol existant d'un substrat organique comprenant un compost riche en matière fibreuse supérieur à 30 .

Le filtre organique selon l'invention comprend un système d'aération, lequel relie avantageusement la couche drainante à la surface. Ce système d'aération permet d'améliorer l'efficacité des périodes d'assèchement dans le cadre de l'organisation des successions de cycles irrigation/assèchements décrites dans la demande internationales PCT WO 2006/030164.

Ce système d'aération peut prendre la forme d'évents reliés à la base du filtre organique planté au moyen de gaines ou de canalisations. Ledit système d'aération peut notamment être relié aux drains de récupération disposés dans la couche drainante.

Avantageusement, ce système d'aération prend la forme d'évents reliés d'une part au substrat organique et, d'autre part, aux drains de récupération disposés dans la couche drainante à la base du filtre organique planté et ceci au moyens de gaines ou de canalisations.

En fonction de la nature de « l'ef f luent » à traiter, la nature du filtre organique planté selon l'invention pourra légèrement différer. Ainsi, dans le cadre d'un traitement d'effluents gazeux, le filtre organique planté selon l'invention comprendra en outre un système d'irrigation.

De préférence, le filtre organique planté selon l'invention comprendra une ou plusieurs vanne(s) associée(s) à la sortie des polluants non dégradés et à l'entrée pour les polluants à traiter, ainsi éventuellement qu'au système d'irrigation dans le cas d'un traitement d'ef f luents gazeux.

Ces différentes vannes permettent d'améliorer l'alimentation et le drainage du filtre organique planté selon l'invention et surtout d'organiser la succession de cycles irrigation/assèchement (période anaérobie/aérobie) du procédé tel que décrit dans la demande internationale PCT WO 2006/030164 en vue d'optimiser la dégradation de polluants par les microorganismes de la rhizosphère.

Avantageusement, ces vannes permettent d'organiser des cycles d'irrigation/assèchement du filtre organique planté en fonction de la pollution à traiter.

Avantageusement encore, ces vannes permettent d'organiser une répartition des périodes irrigation/assèchement correspondant à un rapport 2/1 à 1 /50, de préférence de 1/1 à 1/20, par exemple de 1/2 à 1/20, et de manière particulièrement préférée de 1/3 à 1/20.

Selon un mode de réalisation particulier, le filtre organique planté selon l'invention vise au piégeage des polluants, notamment métalliques, et le compost utilisé prend alors la forme de débris végétaux préminéralisés présentant les caractéristiques listés dans le tableau IV qui suit.

Tableau IV

Composant Proportion

Matière organique > 50%

Siccité > 30%

PT Entre 5 et 10%

Potassium Entre 5 et 10%

Calcium Entre 5 et 10%

Magnésium Entre 5 et 10%

taux de fibre > 40%

Densité Entre 0,2 et 0,4

Taux de cendre organique <6%

Rapport Carbone/Azote >30 De telles caractéristiques peuvent être obtenues simplement avec un temps de compostage minimum de 3 ans de débris végétaux ou avec de la tourbe brune.

En effet, l'inventeur a pu démontrer l'efficacité dont a fait preuve notamment la tourbe brune pour la fixation des métaux lourds. Cette tourbe provient de la transformation de débris végétaux ligneux (arbres divers) et d'éricacées. Elle est composée de fibres mélangées à des éléments plus fins, provenant d'une dégradation plus poussée des végétaux, lui donnant une texture mésique. Elle est plus âgée (5 000 ans) que la tourbe blonde.

Avec cette forme particulière de filtre organique planté, l'inventeur a pu démontrer que les éléments métalliques étaient fixés sur les particules de tourbe à l'interface tourbe/racine. Plus spécifiquement, il a pu être démontré qu'en moins de 10 minutes, 90% du zinc (à une concentration initiale de lmmol/l) se trouvait adsorbé à la tourbe brune. Le temps d'infiltration des eaux jusqu'aux drains d'évacuation suffit à fixer le zinc sur la tourbe. Il est ainsi envisageable de récupérer puis de valoriser certains polluants comme matière première. Les recherches menées sur des terres polluées par du cuivre (Cu ² +) ont montré la présence de cuivre métallique (Cu) sous forme d'agrégats et ceci alors que les lixiviats n'en contenaient pas. Il semble donc que l'activité biologique des microorganismes présents au niveau des racines et/ou celle des racines elles- mêmes permette la réduction du cuivre organique sous forme métallique et l'agrégation consécutive des atomes de cuivre sous forme de grains ; lesquelles réduction et agrégation s'apparentent à une détoxif ication.

Cette forme particulière de filtre organique planté permet en tout cas d'obtenir une concentration extrême des polluants à bon marché et la partie organique du filtre, qui concentre les polluants, peut ensuite être simplement évacuée vers un centre de traitement adapté (enfouissement, incinération ou permettre, en cas de gisements abondants, la mise en place de filière d'extraction).

Un second objet de l'invention vise un dispositif destiné au traitement d'eaux, de sols ou d'airs pollués intégrant au moins un filtre organique planté selon l'invention tel que décrit précédemment. La pollution en question pourra résulter d'au moins un polluant choisi dans le groupe comprenant les métaux lourds, les organochlorés, les sels, le souffre, les sulfites et leurs mélanges.

Dans un premier mode de réalisation, le dispositif vise au traitement d'eaux polluées, lequel dispositif comprend deux étages, appelés filtres verticaux et filtres horizontaux et composé chacun d'au moins un filtre organique planté selon l'invention à filtration verticale ou horizontale respectivement.

De préférence, le nombre de filtres plantés indépendants pour chaque étage (composé respectivement de filtres organiques plantés à filtration verticale ou horizontale) est porté à 4 ou plus, de préférence à environ 10. Ce nombre permet d'augmenter proportionnellement la durée de repos par rapport à la durée de fonctionnement et d'améliorer d'autant l'efficacité de traitement sans ajout de réactifs chimiques.

Le dispositif pourra également comprendre, en aval d'un éventuel compartiment de liquéfaction, des moyens permettant de séparer les matières en suspension présentes dans les eaux ou les boues polluées. Ces moyens prendront avantageusement la forme d'un dégril leur, d'une fosse toutes eaux et/ou d'un décanteur-digesteur.

Typiquement, les cycles d'irrigation/assèchement du filtre organique planté seront de 4 heures à plusieurs mois dans le cas de boues pollués, de préférence de 12 heures à 2 mois et de manière particulièrement préféré de l'ordre d'un mois.

L'organisation de ces cycles sera légèrement différente dans le cas de traitement d'eaux usées, avec des cycles d'irrigation/assèchement de 4 heures à plusieurs mois, de préférence de 1 à 15 jours et de manière particulièrement préféré de l'ordre de 1 à 7 jours.

Cette variation importante tient au fait que dans le cas d'une pollution des boues (comme pour les sols), la dissolution des espèces non dégradables nécessite un temps de lavage important tandis que dans le cas dune pollution des eaux, les espèces non dégradables se trouvent déjà sous une forme plus facilement soluble simplifiant leur lixiviation dans le filtre organique planté. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif vise au traitement d'eff luents gazeux, lequel dispositif comprend au moins un filtre organique planté présentant une épaisseur d'au moins 30 cm ; cette épaisseur constituant un seuil pour les murs verticaux filtrants ou pour les toitures filtrantes.

Ledit dispositif peut alors prendre la forme d'un filtre organique planté à f iltration horizontale ou encore d'un « mur vertical filtrant ».

Le dispositif comprend alors au moins une entrée pour les eff luents gazeux qui est positionnée dans le substrat organique et comprend en outre un système d'irrigation permet une irrigation raisonnée et à ce que le substrat soit de manière cyclique en conditions d'hydromorphie.

Les eff luents gazeux à traiter sont alors forcés au travers du filtre planté et une partie des polluants est alors dégradée par les microorganismes. Une autre partie est transformée sous forme peu soluble et non-biodisponible. Le reste des polluants est retenu dans le filtre puis lixivé, les lixiviats sont ensuite récupérés dans le drain au fond du filtre.

Dans ce cas, les cycles d'irrigation/assèchement du filtre organique planté seront de 2 heures à 24 heures, de préférence de 5 à 200 minutes et de manière particulièrement préférée de l'ordre de 10 minutes.

Le fait que les cycles d'irrigation/assèchement soient si courts par rapport aux eaux usées est lié à l'eff luent à traiter lui même. En effet, l'introduction d'air accélère fortement la vitesse d'assèchement du filtre organique planté ce qui implique de facto une réduction importante du temps des cycles d'irrigation/assèchement de sorte d'avoir un filtre organique planté viable et fonctionnel.

Dans encore un autre mode de réalisation complémentaire, le dispositif vise au traitement de sols pollués.

Dans ce cas, le dispositif est semblable à celui utilisé pour le traitement des boues polluées et il peut inclure aussi un premier compartiment de liquéfaction permet de transformer les sols pollués ou « boues polluées » par augmentation de la siccité de sorte de faciliter le traitement de ces sols. Comme préalablement, le dispositif pourra alors comprendre, en aval de ce compartiment de liquéfaction, des moyens permettant de séparer les matières en suspension présentes dans les boues polluées tels que décrits précédemment.

A défaut, il est également possible de remplacer ce premier compartiment de liquéfaction par un filtre organique planté différant du filtre organique planté selon l'invention et tel que décrit précédemment en ce que le substrat organique y est remplacé par le sol pollué. Le lixiviat résultant de ce filtre organique planté est ensuite traité dans deux étages successifs, appelés filtres verticaux et filtres horizontaux et composés chacun d'au moins un filtre organique planté selon l'invention à f iltration verticale ou horizontale respectivement.

Pour un tel dispositif de traitement des sols pollués, les cycles d'irrigation/assèchement du filtre organique planté seront de 4 heures à plusieurs mois dans le cas de sols pollués, de préférence de 12 heures à 2 mois et de manière particulièrement préférée de l'ordre d'un mois.

Dans un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, celui-ci utilise une irrigation en circuit fermé, de sorte d'économiser l'eau. bans un autre mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, celui-ci comprend en outre au moins un filtre organique planté dans lequel le compost est une tourbe brune et qui vise au piégeage des polluants notamment métalliques.

Un troisième objet de l'invention vise un procédé de traitement d'eaux, de sols ou d'airs pollués comprenant l'introduction d'eaux, de sols ou d'airs pollués dans un dispositif tel que décrit précédemment.

De préférence, ce procédé de traitement est destiné au piégeage du dioxyde de carbone avec un taux de piégeage du dioxyde de carbone supérieur à 10% des flux entrants, de préférence entre 10 et 35%.

De préférence encore, et lorsque le filtre organique comprend de la tourbe brune en tant que compost, ledit procédé de traitement est destiné au piégeage de métaux lourds avec un taux d'abattement supérieur à 90 % des flux entrants, lesquels métaux lourds sont choisis de manière particulièrement préférée parmi le Cuivre, le Plomb, le Zinc et l'Aluminium.

Un quatrième objet de l'invention porte sur l'utilisation d'un dispositif de traitement tel que décrit précédemment pour le piégeage du dioxyde de carbone avec un taux de piégeage du dioxyde de carbone supérieur à 10% des flux entrants, de préférence entre 10 et 35%.

Avantageusement, ladite utilisation s'appuie sur un dispositif de traitement à base de tourbe brune comme décrit précédemment et vise le piégeage de métaux lourds avec un taux d'abattement supérieur à 90 % des flux entrants, lesquels métaux lours sont choisis de manière particulièrement préférée parmi le Cuivre, le Plomb, le Zinc et l'Aluminium.

D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans les exemples qui suivent, sans pour autant que ceux-ci ne constituent une quelconque limitation de l'invention.

Exemples

1 - Exemple d'un dispositif pour la dépollution d'eff luents gazeux

La figure 6 illustre la structure d'un filtre organique vertical pour la f iltration d'eff luents gazeux avec un débit de 8000 Nm3/h. Ce filtre organique vertical est positionné le long d'un mur (19) dont il est isolé par une géomembrane (20). Une arrivée pour les eff luents gazeux est connectée à un réseau d'aération (13) et permet d'amener les eff luents gazeux dans le substrat organique (4) planté de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques (6). Entre le réseau d'aération (13) et le substrat organique (4), un vide (22) est maintenu pour assurer une bonne répartition des eff luents. Pour éviter l'assèchement du substrat organique du fait de l'arrivée d'effluents gazeux, le substrat organique (4) est parcouru par un réseau d'irrigation (15). De même, pour assurer le maintient du substrat organique (4), celui-ci repose sur une armature (21) type gabion scellée dans le mur (19).

Les performances d'un dispositif selon la figure 6 sont décrites dans le tableau V qui suit : Tableau V

COV : composés organiques volatils ; PM10 : Particules de 10 μπι ou moins.

La figure 5 illustre la structure d'un autre filtre pour le traitement 5 d'effluents gazeux dans lequel les effluents gazeux pénètrent via une arrivée (10) à la base du filtre isolé du sol par une géomembrane (2). La base de ce filtre organique comporte des supports de plancher (18), dans lesquels passe l'arrivée d'effluents (10) et sur lesquels reposent un caillebotis (17). Sur ce caillebotis (17), on trouve successivement une

10 couche drainante (5), puis un substrat organique (4) spécifique planté de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques (6). Les effluents gazeux traversent à leur arrivée la couche drainante puis le substrat organique où ils sont dégradés et, pour certains d'entre eux, accumulés. Un système d'irrigation (15) permet d'effectuer des périodes

15 d'irrigation/assèchement au niveau du filtre et, parallèlement, d'évacuer les polluants non dégradés (16) pour traitement complémentaire dans d'autres filtres.

2- Exemple d'un dispositif pour la dépollution d'eaux usées

La figure 1 illustre la structure du dispositif permettant le 20 traitement de matière organique présent dans des eaux usées. Ce dispositif intègre deux filtres organiques successifs dont le premier est à f iltration verticale et le second à f iltration horizontale. Les figures 2 et 3 montrent deux structures possibles de filtres organiques, dans lesquelles une arrivée d'eaux polluées (1) amène les effluents à traiter au niveau du filtre organique isolé du sol par une géomembrane (2). Les effluents d'eaux usées traversent alors le substrat organique (4) planté de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques (6) d'une hauteur minimum (8) avant d'arriver dans la couche drainante (5) qui peut être surmontée d'une couche filtrante intermédiaire (13) comprenant notamment du sable ou du petit gravier. Dans tous les cas, les filtres possèdent une épaisseur minimum en substrat organique (9). Pour assurer une bonne dégradation des polluants lors de leur passage dans le filtre, une aération basse est assurée par le drain de collecte (3) et une aération haute (7) est assurée entre la couche drainante et le substrat organique.

Les effluents d'eaux usées, après traitement par passage dans les deux premiers filtres organiques du dispositif décrit à la figure 1, sont évacués par une arrivée (10) dans un bassin bénéficiant de marches antinoyade (11) et de plantes aquatiques oxygénantes (11). Ce bassin constitue une alimentation haute pour le filtre de piégeage en aval via un drain (3) qui fait également office d'aération entre deux remplissages du bassin. Ce drain (3) délivre alors les effluents prétraités dans le substrat organique (4) du filtre de piégeage qui est planté de cannes européennes et/ou tropicales/tropicales (6). Les derniers polluants présents sont dégradés ou accumulés dans ce dernier filtre.

Les performances d'un tel dispositif ont été testées sur deux sites différents et sont décrites dans les tableaux VI et VII qui suivent.

Tableau VI

MES : Matière en suspension ; DCO : Demande chimique en oxygène ; DB05 : Demande biologique en oxygène ; MO : Matière organique ; NTK : Azote

Tableau VII

Concentrations

Sortantes Rendement

Charges Avec matières Sans matières Avec matières Sans matières

Entrantes ligneuses ligneuses ligneuses ligneuses

Paramètres mg/l mg/l mg/l % %

PH 7.65 7.65 7.7

MES 89 25 60 71.9% 32.6%

DCO 299 125 180 58.2% 39.8%

DB05 102 32 55 68.6% 46.1%

NTK 13.1 2.5 10 80.9% 23.7%

Pt 2.7 1.7 2.5 37.0% 7.4%

Hydrocarbures 1.5 0.05 1.1 96.7% 26.7%

Total 4HAP 0.2 0.01 0.2 95.0% 0.0%

Total 6HAP 0.5 0.04 0.5 92.0% 0.0%

As 0.05 0.05 0.05 0.0% 0.0%

Cd 0.02 0.01 0.02 50.0% 0.0%

Cr 0.06 0.05 0.06 16.7% 0.0%

Cu 1.0 0.05 1 95.0% 0.0%

Ni 0.08 0.05 0.08 37.5% 0.0%

Pb 5.1 0.1 5 98.0% 2.0%

Zn 4.3 0.4 4 90.7% 7.0%

Al 7.1 0.1 6.5 98.6% 8.5%

Bactéries

3 000000 186 000 93.8%

aérobies 3- Exemple d'un dispositif pour la dépollution de sols pollués

La figure 4 illustre la structure d'un dispositif permettant le traitement de matière organique présent dans des sols ou des boues pollués.

Ce dispositif comporte une arrivée (1) pour les sols ou les boues à pollués qui amène les eff luents à traiter au niveau du filtre organique isolé du sol par une géomembrane (2). Le niveau du filtre organique (14) s'élève alors progressivement de mêmes que les cannes européennes ou tropicales/désertiques (6) s'élèvent également. Ces dernières sont d'ailleurs choisies pour avoir une hauteur à maturité (8) supérieure à 1,2 m. Lors de l'irrigation du filtre, qui peut être effectuée par le liquide des eff luents ou par un système d'irrigation complémentaire, les polluants des effluents traversent alors progressivement le substrat organique (4) avant d'arriver dans la couche drainante (5) où est positionné un drain (10) permettant d'évacuer les lixiviats vers le filtre de piégeage. Pour assurer une bonne dégradation des polluants lors de leur passage dans le filtre organique, une aération basse est assurée par le drain de collecte (3) et une aération haute (7) est assurée entre la couche drainante et le substrat organique.

Les lixiviats évacués par le drain (10) vers le filtre de piégeage arrivent dans la couche drainante (5) de ce dernier et, au fur et à mesure de leur montée, pénètrent un substrat organique (5) spécifique de bonne épaisseur (9) planté de cannes européennes et/ou tropicales/désertiques (6) qui sont également choisies pour avoir une hauteur à maturité (8) supérieure à 1,2 m.

Les performances d'un tel dispositif sont décrites dans le tableau VIII qui suit : Tableau VIII

Charges Concentrations

Entrantes Sortantes Rendement

Paramètres mg/1 mg/1 %

PH 7.5 7.0

MS 8354 36 99.6%

MES 7241 25 99.7%

DCO 6055 200 96.7%

DBO 1910 40 97.9%

Carbone Organique 2640 360 86.4%

NTK 211 0.5 99.8%

NH ₄ 11.4 0.08 99.3%

P total 37 8 78.4%