Lits bactériens et disques biologiques
7-6-4 : Filtres à sable Prétraitements
Décantation
Lit bactérien ou disques biologiques
D II ou clarificateur
Extraction des boues
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325
Filtres à sable
326
Filtres à sable
Principe Faire circuler les eaux usées sur un lit de sable Le sable sert de support aux micro organismes responsables de l ’épuration Le filtre peut être drainé ou non. Le traitement peut alors se poursuivre dans le sol en place Les eaux subissent préalablement un prétraitement Fosse septique toutes eaux si capacité < 250 EH Décanteur digesteur si capacité > 200 EH Technique de traitement d ’assainissement non collectif (ANC)
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327
Mécanismes d’épuration : MES : filtration mécanique Matières organiques : oxydation biologique Paramètres influents degré d’oxygénation dans le massif infiltrant charge spécifique, rythme d’alimentation N-orga : rapidement ammonifié N-NH4+ : retenu par adsorption, nitrification P-orga : minéralisé ou assimilé par microorganismes P-PO43- : adsorption et précipitation Microorganismes : rétention mécanique, adsorption, mortalité, compétition naturelle entre espèces, prédation par la microfaune
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328
Filtres à sable
Sable lavé, roulé, CU, composition siliceuse, dépourvue de fines
Paramètres de dimensionnement : Granulométrie du matériau filtrant : cf DTU 64.1. Hauteur de sable : fonction des objectifs d’épuration (>0,7m) Charge hydraulique : fonction des objectifs d’épuration Ne pas utiliser charge trop élevée : accélération du vieillissement du massif filtrant (colmatage) Recommandation : Charge hydraulique < 5 cm/j soit 3 m2/EH (avec 150L/EH) pour filtre enterré Charge hydraulique < 10 cm/j soit 1,5 m2/EH (avec 150L/EH) pour bassin d’infiltration Répartition de l’effluent : homogène sur l’ensemble de la surface de filtration Alimentation fractionnée par bâchées; 3 à 12 bâchées/jour Période de repos Été : 7 jours alimentation – 7 j repos Hiver : 3,5 j alimentation - 3,5 à 7 j repos
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Filtres à sable
2 procédés Filtres à sable verticaux souterrains : surface d’infiltration couverte, donc pas accessible directement Bassins d’infiltration-percolation : surface d’infiltration accessible et à l’air libre
Inconvénients de ces procédés : Ne supportent pas les à-coups de charge à traiter Hydraulique : départ de boue au niveau des prétraitements Î colmatage filtre Organique : sous-charge avec eaux parasites, riches en oxygène Î disfonctionnement fosse septique et digesteur (décanteur-digesteur) Réseau
•Topographie •pente du terrain peut être utilisée pour permettre un écoulement gravitaire •Hydrogéologie •Situation massif filtrant >15cm au dessus niveau maximum de la nappe •Pédologie •Apprécier aptitude du sol à infiltrer les eaux traitées (drainage ?)
329
Filtre à sable
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330
Abattement des coliformes fécaux
séparatif préférable
Il est fonction de la charge hydraulique
Caractéristique du sable
Sable siliceux, lavé d10 (diamètre sur la courbe cumulative pour lequel 10% du sable est plus fin) compris entre 0,25 et 0,40 mm CU (coefficient d’uniformité = d60/d10, ) : indice d’uniformité
CU < 2 : granulométrie uniforme 2 < CU < 5 : sable hétérogène mais granulométrie serrée, on reste dans la famille des sables
CU 3 à 6
Teneur en fines inférieure à 3% Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
331
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332
BASSIN D’INFILTRATION
100
0
200
500
E.H.
Domaine d ’application: Possible
Conseillé
Principe de traitement: - Prétraitement dans la fosse toutes eaux
Bo u c h e d ' a é r a t io n
- Infiltration des E.U. dans le massif granulaire (alimentation fractionnée)
Coûts et exploitation: - Investissement: 2500 à 9000 F HT / EH
Fonctionnement: 200 F HT/ EH/ an
- Entretien du filtre et de ses abords
Avantages: - Abattement important de la M.O., nitrification - Adapté à l ’habitat temporaire - Exploitation simple, intégration dans le paysage - Surface d’infiltration accessible - Possibilité fonctionnement gravitaire
Inconvénients: - Sensible aux surcharges
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- Problème de colmatage du filtre - Forte emprise foncière - Dimensionnement soigné nécessaire - Nuisances olfactives - Sensible au climat 333 - Coût d’investissement élevé
334
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Bassin d’infiltration Exploitation ³X
Suivi du bon fonctionnement
2
³
³
Équipement, aspect des effluents, relève des compteurs de bâchées, gestion de l’alternance des phases d’alimentation et de repos Maintenance et entretien du bassin (scarification, désherbage : fin de période de repos) et des abords Maintenance poste de relèvement Vidange des boues issues des prétraitements Visite hebdomadaire
³
Vidange des boues tous les 6 mois (quand digesteur rempli au 2/3) laisser ~10% de boues résiduelles dans le digesteur (maintien en équilibre des réactions acidogènes et méthanogènes) Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
335
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336
FILTRE ENTERRE
Performances épuratoires d’un bassin d’infiltrationpercolation (D4) Paramètre
Concentration
Rendement épuratoire
DBO5
15 à 50 mg O2/L
75 à 90 %
DCO
30 à 150 mg O2/L
75 à 90 %
MES
< 50 mg/L
> 80 %
NK
< 40 mg N/L
60 à 90%
N-NH4+
< 40 mg N/L
60 à 90%
5 à 15 mg P/L
20 à 70%
0
100
200
300
E.H.
Domaine d ’application: Possible
Conseillé
Principe de traitement: - Prétraitement dans la fosse toutes eaux - Infiltration des E.U. dans le massif granulaire (alimentation fractionnée)
PT GTCF
102 à 104 germes / 100 mL Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
Coûts et exploitation: - Investissement: 2500 à 9000 F HT / EH
Avantages: - Abattement important de la M.O. et nitrification
337
Exploitation Suivi du bon fonctionnement Équipement, aspect des effluents, relève des compteurs de bâchées, gestion de l’alternance des phases d’alimentation et de repos Maintenance et entretien du filtre à sable et des abords Maintenance poste de relèvement Vidange des boues issues de la fosse septique toutes eaux (FSTE) Visite hebdomadaire Vidange des boues de la FSTE Contrôles bimestriels du niveau de boues et [MES] effluent FSTE Fréquence : Varie en fonction de l’effluent admis dans la FSTE Valeur préconisée : 3 ans
339
Inconvénients: - Sensible aux surcharges
- Adapté à l ’habitat temporaire - Peu sensible au climat - Exploitation simple, - Intégration dans le paysage - Possibilité fonctionnement gravitaire
-2 à 4 ULog
Filtre à sable enterré
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Fonctionnement: 100 à 200 F HT/ EH/ an
- Entretien du filtre et de ses abords - Vidange de la fosse toutes eaux
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- Problème de colmatage du filtre - Surface d’infiltration non accessible - Dimensionnement soigné - Forte emprise foncière - Coût d’investissement élevé 338
Performances épuratoires d’un filtre à sable enterré (D4) Paramètre
Concentration
Rendement épuratoire
DBO5
10 à 30 mg O2/L
90 à 95 %
DCO
25 à 55 mg O2/L
90 à 95 %
MES
< 20 mg/L
> 95 %
NK
< 40 mg N/L
60 à 90%
N-NH4+
< 40 mg N/L
60 à 90%
5 à 15 mg P/L
20 à 70%
102 à 104 germes / 100 mL
-2 à 4 ULog
PT GTCF
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340
7-6-5 : Filtres plantés de roseaux
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341
Lits plantés de roseaux
342
Intérêt des roseaux
Domaine d’application : 20 à 2000 EH Principe : Faire circuler gravitairement les eaux usées, sans traitement primaires, sur les filtres plantés de roseaux. Les lits plantés de roseaux sont constitués de graviers et éventuellement de sable. Profondeur d’environ 1 mètre. Cet environnement minéral, avec les rhizomes des roseaux constitue un milieu favorable à l’activité épuratoire (activité bactérienne) Au fond des filtres on trouve un système de drainage qui permet de collecter les eaux traitées qui viennent de percoler sur le filtre
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343
Empêcher la formation d’une couche colmatante en surface Favoriser le développement de microorganismes Assurer une protection contre le gel Participer à l’intégration paysagère Assimiler l’azote et le phosphore
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344
T1
Lits plantés de roseaux
Principe
Principe Deux configurations pour l’écoulement des eaux: Filtres horizontaux : alimentés en continu – très peu utilisé Milieu anoxie Problème de répartition homogène, régulation de la hauteur d’eau en sortie Filtres verticaux : alimentés par bâchées – le plus courant Milieu aérobie Répartition homogène
Pour chaque étage de traitement au moins deux filtres en parallèle
Diapositive 346 T1
Toshiba; 08/09/2003
Déchets : refus de dégrillage Dégrillage
Arrivée Siphon eaux brutes auto-amorcant ou pompage
La filière de traitement peut comporter plusieurs étages : Premier étage : traitement de la pollution carbonée Deuxième étage : nitrification
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1er ETAGE : « vertical » : 3 filtres plantés de roseaux fonctionnant en alternance. Rétention des boues, traitement primaire et secondaire 2er ETAGE : « vertical » ou « horizontal » : 1 ou 2 filtres plantés de roseaux. Traitement complémentaire ou de finition
Siphon auto-amorcant ou non selon les versions
Source SINT
345
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Rejet eau traitée vers le milieu naturel
346
Lits plantés de roseaux Filière de traitement : dégrilleur dispositif de stockage et d’injection premier étage de filtres second dispositif de stockage et d’injection deuxième étage de filtres canal de mesure
Minimum 3 bassins dans le 1er étage, 2 dans le second Alimentation par bâchées : alimentation en eaux usées brutes pendant 3 à 4 jours, puis mise au repos pendant une période double (6 à 8 jours)
Ces phases d ’alternance de fonctionnement sont essentielles pour : réguler la croissance de la biomasse fixée maintenir des conditions aérobies dans le massif filtrant (sables, gravier et rhizomes) minéraliser les dépôts organiques (MES des eaux brutes retenues en surface des filtres du 1er étage.
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347
1er étage
2ème étage (vertical) Les rhizomes permettent une aération du filtre et une fixation des bactéries, de plus les roseaux assurent une fonction de perméabilité du filtre aprés l'accumulation de boues sur le filtre.
Roseaux
Cheminée de ventilation reliée au drain de collecte pour une aération optimale du filtre
Roseaux
Les rhizomes permettent une aération du filtre et une fixation des bactéries, de plus les roseaux assurent une fonction de perméabilité du filtre aprés l'accumulation de boues sur le filtre.
Cheminée de ventilation reliée au drain de collecte pour une aération optimale du filtre
Bouchon vissé
Arrivée Boues
Géomembrane
Sortie de l'effluent Détail 1
Arrivée de l'effluent
Couche Drainante composée de 15/25 et 30/60 où est mis en place le drain de collecte Couche filtrante composée de sable Couche filtrante composée de graviers 2/6
Sortie de l'effluent Géomembrane
Détail 1
Source SINT
Couche filtrante composée de graviers 2/6 Couche Drainante composée de 15/25 et 30/60 où est mis en place le drain de collecte
Source SINT
348
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Lits plantés de roseaux Dimensionnement : 2 à 3 m²/EH (dont 60% pour le premier étage) Charge organique : 20 g DBO5/m2/j Conception
1,5 m2/EH pour le 1er étage : 0,5 m2 /EH/lit 1 m2/EH pour le 2ème étage : 0,5 m2 /EH/lit
Hauteur de matériau 1er étage : 0,75 à 0,9 m 2ème étage : > 1er étage, tout en restant < 1m Granulométrie du matériau filtrant 1er étage : gravier 2 à 8 mm, sur 20 à 50 cm; puis granulométrie plus importante jusqu’à la couche drainante : galets 20 à 60 mm 2ème étage : recouvert d’une couche de sable Géogrille préférée à géomembrane : séparation sable et gravier Fond de filtre : pente d’environ 1% Dimensionnement du volume de bâchées (hauteur d’eau * surface de filtre) : immersion complète du lit (h d’eau de 3 cm) Système d’alimentation : chasse pendulaire, auget basculant ou siphon auto-amorçant Système d’alimentation de chaque lit regard avec vanne guillotine ou tuyaux d’obstruction des canalisation des lits non alimentés Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
350
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349
Le siphon SINT 1
2
3
4
5
6
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351
Lits plantés de roseaux Multiplication des points de distribution : 1 pour 25 à 50 m2 pour le premier étage, 1 pour 5 à 10 m2 pour le second étage
Types de dispositif d’alimentation des filtres du premier étage : Goulotte à débordement (avec vidange) Système de distribution aérien Brise jet : plaque en béton Vitesse de circulation de l’eau suffisante, pente 1% Volume des drains < 1/3 volume d’une bâchée
Choix des plantes
Types de dispositif d’alimentation des filtres du second étage : Tuyaux perforés, disposés sur toute la longueur du lit. Perforations irrégulières pour permettre la distribution homogène de l’eau sur toute la longueur Goulottes à débordements (avec vidange)
Phragmites australis le mieux adapté plantation de mai à août 4 plants par m2
Revanche et séparation entre les casiers
Hauteur à définir en fonction de la pluviométrie
Choix des matériaux inox, PVC (attention au PVC sensible aux UV et proscrire les drains agricoles), choix des diamètres Calage hydraulique soigné et stable Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
352
Lits plantés de roseaux
353
STEP de 450 EH de Roffiac (15)
Exemple de descriptif de la file de traitement : Dégrillage fin (1cm) Siphon auto amorçant Regard de répartition (automatique ou manuel) : la file de traitement compte toujours plusieurs lits de roseaux en parallèle, ce regard permet de diriger les eaux à traiter sur une file ou l'autre Premier étage de filtres : filtration (de 70 à 90% d’élimination des MES), abattement d’environ 60% de la DCO Siphon auto amorçant Regard de répartition (automatique ou manuel) optionnel Deuxième étage de filtres: bonne oxydation de la matière organique et bonne nitrification Traitement tertiaire ou recirculation : augmentation des rendements
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354
Débit : 67,5m3/j
Emprise au sol : 3600 m2
Chasse à clapet : 4,7m3 (immersion de 3 à 5 cm)
Surface de filtration : 1er étage : 624m2 (4 filtres).
Granulométrie 2/4mm sur 30cm
Granulométrie 4/10mm sur 30cm
Granulométrie 10/20mm sur 20cm
Réseau de drainage : galets
Accumulation de boues : 1,5 cm/an. Récupération des boues : tous les 10 ans
Poste de refoulement
Surface de filtration : 2ème étage : 320m2 (3 filtres) - 65cm d’épaisseur
Production de boues : 9,4m3/an
Exploitation : 4h/semaine
TSM décembre 2006 « Roffiac choisit la phytoépuration sur lits de roseaux » Chrystelle Carroy
30 cm de sable alluvionnaire, granulométrie <4 mm, moins de 3% de fines (< 80µm)
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355
FICHE DE VISITE STATION DU BOURG SEMAINE N°: ………….
Lits plantés de roseaux Exploitation Nettoyer le dégrilleur Vérifier le bon fonctionnement des systèmes d’alimentation Changer les lits en service : 1 à 2 fois par semaine en actionnant les vannes de répartition (regard de répartition) Vérifier le bon fonctionnement des filtres (pas de colmatage) Entretien des filtres : désherbage la première année Effectuer l’entretien des abords des filtres Visite bihebdomadaire – Tenue d’un cahier d’entretien
DATE: …………….
-Nettoyage du dégrilleur:
Oui
Non
-Relevé du compteur de bâchées:
Oui
Non
-Vidange de l’ouvrage de chasse 1: -Nettoyage de l’ouvrage de chasse 1 au jet: -Vidange de l’ouvrage de chasse 2: -Nettoyage de l’ouvrage de chasse 2 au jet:
Oui Oui Oui Oui
Non Non Non Non
-Modification de l’alimentation des filtres :
A: Alimenté R: Repos
-Désherbage des filtres:
Oui
Non
-Pourcentage de surface visiblement alimenté: ≤ 25% ≤ 25%
50% 75% Premier étage
100%
50%
100%
75%
Second étage -Lame d’eau persistant à la surface du filtre (au moins 1/4 d’heure après la bâchée): 0 cm
Faucher les tiges de roseaux fanées à la fin de l’automne (les brûler ou les conserver pour les mélanger aux boues et obtenir un compost) Nettoyer les conduites une fois par an Extraire les boues des filtres du 1er étage environ 1 fois tous les 10 ans. Ces boues ont un aspect de terreau et peuvent être valorisées en agriculture
5 cm
10 cm
15 cm
≥ 20 cm
8 cm
≥ 10 cm
Premier étage 0 cm
3 cm
5 cm
Second étage -Hauteur Moyenne approximative des roseaux: 20 cm
40 cm 60 cm 80 cm Premier étage
≥ 100 cm
20 cm
40 cm
≥ 100 cm
60 cm
80 cm
Second étage -Nettoyage des abords et de la clôture: 356
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FILTRE PLANTE DE ROSEAUX
100
200
500
E.H.
Domaine d ’application: Conseillé
Principe de traitement: - Epuration à culture fixée sur support fin
Non 357
Performances épuratoires d’un lit planté de roseaux (D4) Paramètre
50
Oui
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Concentration
Rendement épuratoire
DBO5
< 25 mg O2/L
> 90 %
DCO
< 60 mg O2/L
> 90 %
MES
< 20 mg/L
> 95 %
NK
< 40 mg N/L
60 à 90%
N-NH4+
< 40 mg N/L
60 à 90%
5 à 15 mg P/L
20 à 70%
102 à 104 germes / 100 mL
-2 à 4 ULog
- Infiltration de l ’E.U. dégrillée dans le massif granulaire
Mise en oeuvre: - Emprise au sol : 10 à 15 m2 / EH - Surface filtrante à l’air libre : distance minimale de 100m entre les ouvrages et les habitations
Coûts et exploitation: - Investissement: 2500 à 9000 F HT / EH
Fonctionnement: 24 000F HT/ an pour 100 à 400 EH - Entretien du filtre et faucardage à l ’automne - Evacuation des boues accumulées au 1° étage
Avantages: -Pas de traitement primaire
Inconvénients: - Emprise foncière élevée (10 m2/EH)
- Gestion des boues simplifiée - Peu sensible aux variations de débit - Bonne performances épuratoires - Exploitation simple, intégration dans le paysage Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
PT GTCF
- Nécessité d’une exécution soignée - Coût d’investissement élevé 358
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359
Billons – Epandage superficiel
Billons – Épandage superficiel
Épandage des eaux usées à l’air libre (eaux usées brutes ou décantées) Utilisation des micro-organismes présents dans le sol pour effectuer le traitement des eaux usées Les billons sont constitués par des merlons (partie pleine) de terre rapportée, disposés perpendiculairement à la pente du terrain ou par des tranchées . L’eau est envoyée au pied des billons puis elle s’infiltre dans le billon et dans la terre en place L’élimination de la pollution s’effectue de manière très efficace en surface des billons
milieu aérobie végétaux bactéries du sol dégradent la pollution organique U.V.
360
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361
Frais d’Investissements 100 EH Volume/Surface
Dégrillage manuel Dégrillage automatique Décanteur digesteur Lagunage naturel Boues activées Lit bactérien Disques biologiques Infiltration percolation Filtres enterrés Filtres plantés de roseaux
Coût k€ Coût ouvrage / coût filière complète (FC) 1,52
400 EH Volume/ Surface
Coût k€ Coût ouvrage / coût filière complète 1,52
1000 EH Volume/Surface
Coût k€ Coût ouvrage / coût filière complète 1,52 7,7
17 m3 1100 m2 NA
9,15 / FC : 25 15,25 / FC : 41 NA
DD* : 22m3 Lit : 5,5 m3 Clarif : 1,6 m2 DD* : 22,5m3 Disques : 390 m2 Clarif : 2,2 m2
11,5 / 4,6 / 10 / FC : 62
DD* : 17m3 Lit : 150m2 Fosse : 45m3 Filtre : 300 m2 Système alim Filtre : 200m2
9,2 / 16 / FC : 49 17,5 / 19,1 / FC : 59 12,2 / 11,4 / FC : 50
11,5/24,4/10,7 / FC : 75
68 m3 4400 m2 BA : 60 m3 Clarif : 10m2 DD* : 90m3 Lit : 22 m3 Clarif : 6,4 m2 DD* : 90m3 Disques : 1560m2 Clarif : 8,8 m2 DD* : 68m3 Lit : 600m2 DD* : 68m3 Filtre : 1200 m2 Système alim Filtre : 800m2
24,4 / FC : 48 27,5 / FC : 63 15,3 / 32 / FC :160 30 / 12,3 / 13 / FC : 103 29,8 / 43,5 / 14,5 / FC : 128 24,4 / 35,1 / FC : 95 24,4 / 68,6 : FC : 132 16,8 / 26,7 / FC : 85
170 m3 11000 m2
46,5 / FC : 85 51,9 / FC : 108 32,8 / 34,3 / FC : 235 56,5 / 26 / 19,1 / FC : 190
BA : 150 m3 Clarif : 25m2 DD* : 225m3 Lit : 55 m3 Clarif : 16 m2 DD* : 225m3 Disques : 3900m2 Clarif : 22 m2 DD* : 170m3 Lit : 1500m2 NA
46,5 / 72,4 / FC : 191 NA
Système alim Filtre : 2000m2
21,4 / 57,2 / FC : 160
56,5/80,8/22,1/ FC : 231
Frais d’Exploitation Coût (€/EH/an)
400 EH
1000 EH
kWh/kg DBO5
Décanteur digesteur Lagunage naturel Boues activées Lit bactérien
7,98 13,19 30,07 26,35
3,21 6,16 16,42 12,69
2 0,3
Disques biologiques Infiltration percolation Filtres enterrés Filtres plantés de roseaux
25,46 21,9
11 11,46
17,42 20,2
NA 11,76
1
O. Alexandre, C. Lagrange, R. Victoire - « Stations d’épuration des petites collectivités – Méthodologie et analyse des coûts d’investissement et d’exploitation par unité fonctionnelle » 2006 – UMR GSP - Cemagref -ENGEES
DD* : Décanteur Digesteur NA : Non Adapté FC : Filière Complète Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
362
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363
Filières de traitement adaptées aux petites collectivités – Document technique FNDAE n°22– Editions CEMAGREF – 1998
Bibliographie
Aide au choix des filières de traitement adaptées aux petites collectivités – Etude de l'Agence de l'Eau Adour-Garonne – Juin 2001
Boutin C, Duchène P., Lienard A., 1998, Filières d’épuration adaptées aux petites collectivités, Documentation Technique FNDAE n° 22, CEMAGREF.
Guide des procédés épuratoires intensifs proposés aux petites collectivités – Agence de l'Eau Seine-Normandie – 1998
Epuration des eaux usées domestiques par filtration sur sable, Prescription et recommandations pour la conception et la réalisation – Agence Seine-Normandie – Mai 2001
Procédés extensifs d’épuration des eaux usées, adaptés aux petites et moyennes collectivités (500-5000 eq-hab) – Office des publications des communautés européennes - 2001 Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
364
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365
Choix d’un procédé
Surface disponible
Nature du sol : perméabilité, hydromorphie
Adaptabilité aux conditions climatiques
Adaptabilité aux variations de charges (hydraulique et/ou organique)
Qualité des eaux traitées
Coûts (énergie, maintenance, gestion des boues, main d’œuvre)
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366
Procédés extensifs : 20 à 30% moins chers en investissement Procédés extensifs : 40 à 50 % moins chers pour le fonctionnement
Qualification du personnel
Intérêt paysager
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367
Biofiltres
7-6-6 : Biofiltres
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sert de support (matériau support) aux micro-organismes qui assimilent la pollution dissoute sert de filtre de par sa granulométrie suffisamment Faible pour obtenir un effet de filtration efficace (matériau filtrant). Élevée pour permettre le passage de l ’eau Caractéristiques : densité (plus ou moins dense que l ’eau) granulométrie porosité forme des grains, surface spécifique friabilité (résistance à l ’écrasement) Système pour maintenir le matériau : plancher crépiné Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
369
Biofiltres
Principe Biofiltre : cuve remplie d’un matériau granulaire (matériau de remplissage), au travers duquel s’écoule le liquide à épurer. Ce procédé permet simultanément, dans un même ouvrage, la réaction biologique de dégradation aérobie de la pollution par la biomasse épuratrice et la clarification par filtration de l’effluent traité. (Un clarificateur en aval de ce procédé est donc inutile)
368
Biofiltres : matériau
Bio : procédé qui utilise des organismes vivants pour assurer l’épuration Filtre : processus physique qui permet de retenir les matières en suspension
Aération : bactéries aérobies Systèmes à co-courant : ascendant
Eau Air
Systèmes à contre-courant : descendant
Eau Air
370
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371
Biofiltres : colmatage
Biofiltres
Lavage Lavage régulier (horloge, capteur de pression) 3 phases : 1- air (détassage) ; 2- air+ eau (lavage) ; 3- eau (rinçage) Durée des cycles : 20 à 60 minutes Circuit air de lavage et eau de lavage Stockage d ’eau de lavage : volume 2,5 m3/m3 de matériau ; ou 8 m3 par m2 de surface de filtre Evacuation des eaux sales Importance des eaux de lavage par rapport au débit d ’eaux traitées
Nécessité de disposer de plusieurs filtres en parallèle
Retour en tête des eaux sales crée également une augmentation de la charge hydraulique et organique
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Procédé complexe : circuit eau à traitée circuit eau de lavage circuit air de process circuit air de lavage Charge volumique 2 à 6 kg DBO5/m3/j Vitesse de filtration 2 à 6 m/h Performances épuratoires 95% MES (résiduel de 10 à 15 mg/L) >80% pour DCO et DBO5
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Biofor
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Biostyr
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Biofiltre : Biostyr Biofiltre : Biostyr
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Moyennes et grosses collectivités Concentrations maximales admissibles à l’entrée du système : MES : 200mg/L ; DCO : 400mg/L. Traitement primaire nécessaire :
Traitement physico-chimique + Tamisage Décanteur reçoit les eaux de lavage du biofiltre
Traitement effectué par le biofiltre : élimination des MES, des matières oxydables et de N Traitement secondaire : Biofiltres mis en œuvre après un traitement primaire Traitement tertiaire : Biofiltres mis en œuvre après un traitement type boues activées ou un lit bactérien
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Biofiltres : Avantages
Biofiltres : Domaines d’application
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Qualité du traitement (MES : 10 à 15mg/L) Pas de problèmes liés à l’aptitude de la boue à la décantation Concentration de la biomasse élevée : accroissement des cinétiques d’élimination de la pollution et augmentation des quantités de pollution éliminées pour un même volume d’ouvrage par rapport aux procédés classiques (charge 4 à 5 fois supérieure à celle applicable aux procédés classiques). Compacité faible emprise au sol ouvrages couverts (ce qui limite les problèmes liés au froid) désodorisation des ouvrages Rapidité de montée en régime du traitement : un redémarrage demande 8 jours au maximum. L’exploitation peut-être totalement automatisée. Modularité du traitement (C ou C+N ou N)
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Biofiltres
Biofiltre
INCONVENIENTS
OTV : biocarbone, biostyr, B2A Degrémont : biofor, biodrof
Peu adapté aux effluents concentrés Coûts d’exploitation élevés Coûts d’investissement élevés Sensible aux variations de charge Sensible au colmatage Production de boues diluées Lavage : consommation d’eau importante Exploitation
Circulation des fluides Biocarbone descendant
Haute technicité Consommation importante d’énergie Extraction très régulière des boues.
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Biofor Biostyr
ascendant ascendant
Matériau de remplissage Biodamine, biodagène, biocarbone Biolite Biostyrène
STEREAU
descendant
Biozzolane
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Hauteur (m) 2à4
1,5 à 3
2à4 2à4
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Biofiltres : Comparaisons
Alimentation en eau et Récupération eau traitée : par crépines ou sur le biofiltre Lavage du biofiltre détassage du matériau plus ou moins difficile suivant circulation de l ’eau lavage plus ou moins long suivant situation de la zone la plus encrassée par rapport au sens de lavage Possibilité de traitement de l ’azote Flux ascendant : nitrification et dénitrification possibles dans le même ouvrage (situation de l ’injection d ’air dans la masse de matériau) Charge volumique (kg DCO/m3/j) Charge hydraulique (m3/ m2/ h) : process et lavage Débit d ’air (exprimé en vitesse : Nm3/m2/h) : process et lavage Consommation énergétique : kWh/kg DCO éliminé
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Chapitre 8 : Traitements Tertiaires
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Traitements tertiaires
Traitements tertiaires
Cet étage supplémentaire sera justifié par : Soucis de la qualité du milieu récepteur (rivière, lac : eutrophisation) Usage des eaux en aval : prise d’eau destinée à la consommation humaine, baignade, zone conchylicole, eau industrielle (refroidissement, process), irrigation agricole…
Les performances attendues pour cet étage supplémentaire seront : Réduction de la pollution organique biodégradable (DBO5) et de la pollution particulaire (MES) Réduction des pollutions azotées et phosphorées Désinfection des eaux Réduction de la pollution organique non biodégradable (DCO résiduelle, DCO dure)
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Abattement MES (90%), DBO5, DCO (30 à 40%) Hauteur de matériau 1,5 à 2 m, granulométrie 0,95 à 2 mm, vitesse de filtration 10 m/h Différents matériaux (granulométrie, porosité) : performances différentes
sable (3 à 5 kg MES/m2), argiles, schistes (10 à 12 kg MES /m²)
Rendement : 80% sur les MES ; 30 à 40% sur la DBO5 avec filtres aérobies (injection d’air) ; abattement P (associé MES) Colmatage : Lavage nécessaire
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Traitements tertiaires
Déphosphatation physico-chimique en traitement tertiaire : Traitement physico-chimique (sels de Fe , Al ou Ca) Densadeg, Actiflo...
Adsorption sur charbon actif élimination de la pollution non biodégradable charbon actif : matériau avec surface spécifique très élevée (2500m2/g); poudre (CAP) ou grain (CAG) mécanismes d ’adsorption lents : temps de séjour élevé performances optimales si en amont bon abattement MES et MO biodégradables [DCO]résiduelle= 5 à 10 mg/L
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Abattement DCO, DBO5, N et P Abattement bactériologique si temps de séjour assez long, faible hauteur d ’eau et soleil (été) Risque fuites de MES Dimensionnement : 5m2/EH Fréquence curage > 10 ans
Filtration
Traitements tertiaires
Lagunage
Ozonation
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élimination de la pollution non biodégradable (DCO dure) désinfection : Abattement 3 à 4 unités log temps de contact 15 minutes coût très élevé
Désinfection chimique (Chlore, UV, Ozone) Elimination des microorganismes pathogènes
Bactéries : salmonella, Vibrions, Shigella, Mycobactéries, Pseudomonas Virus : Enterovirus, Réovirus, Rotavirus Parasites (Ascaris), champignons, levures…
106 à 107 coliformes fécaux par 100mL dans les eaux urbaines
brutes
Traitement biologique classique : abattement de 1 à 2 unités log Pour avoir qualité bactériologique qui limite les risques sanitaires, on doit avoir moins de 102 à 103 coliformes fécaux par 100mL
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Traitements tertiaires : désinfection
Traitements tertiaires
Chlore Eau de Javel Bonne élimination préalable de MO et de N-NH4+ des eaux usées
Désinfection UV
Facteurs majeurs de succès :
Inconvénient : toxicité pour la faune et la flore du milieu récepteur
Formation de THM (cancérogène) avec la matière organique Ne pas dépasser 10µg/L en oxydants résiduels totaux (ClO-)
efficacité du rayonnement à 254 nm pour l ’inactivation de Cryptosporidium absence de sous-produits de désinfection
Bioxyde de chlore ClO2 Performances similaires (3 unités log) Intérêt par rapport à l’eau de Javel : peu de production d’organochlorés et pas de chloramine Taux de traitement : 1,5 à 4,5 mg ClO2/L Inconvénient : mise en œuvre du procédé, fabrication du réactif
Utilisation des produits chlorés non préconisé par le CSHPF (Conseil Supérieur d’Hygiène Publique de France) : suivi analytique et hydrobiologique du milieu
performances fonction de la turbidité de l ’eau travail avec une faible lame d ’eau disposition des lampes par rapport l’écoulement : horizontalement dose UV : mJ/cm2 (minimum de 400 J/m2, mesuré par biodosimétrie) puissance des lampes non définie par protocole de référence, suivi de leur vieillissement (radiomètre) nettoyage mécanique ou chimique (cause d’encrassement : Ca, Fe)
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De quoi dépend la dose UV ?
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Filière de traitement
Marie-Laure Janex – Ondeo – Xème colloque Aquatech Action Germicide Dose = Intensité x Temps Intensité
Capteur UV-C Lampes Arrangement
Temps
Eau
Puissance UV-C Transmission UV %/cm @ 254 nm
Débit
Filtre à sable UV
Volume
laminaire
turbulent Colmatage
Turbidité
Opération
Couleur
Vieillissement
MES
Mélange
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390
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Techniques membranaires
Réutilisation des eaux usées
abattement MES, DCO, DBO5 désinfection différentes techniques
Usages
0,02 à 2 µm : microfiltration (bactéries, levures, algues) 2 à 20 nm : ultrafiltration (polymères, protéines, virus) 0,1 à 2 nm : nano-filtration et osmose inverse (ions) : réservé pour traitement d’eaux industrielles
Procédés intégrés dans la filière boues activées, ou en culture mixte
BRM, Aqua RM …
Arrosage espaces verts, golf Irrigation agricole Sylviculture, industrie du bois Borne incendie Recharge de nappe (biseau salé) Lavage de voiture Nettoyage des rues Eaux de sanitaire Eaux industrielles (circuit de refroidissement …, pas dans le cadre de production alimentaire) Aquaculture Alimentation de plan d’eau ou de cours d’eau
Colloque Aquatech 15 octobre 2004 Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
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393
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Réutilisation des eaux usées
Méthodes de dispersion
Aspersion : sur des cultures de maïs, de tournesol et de pommes de terres. Ruissellement, arrosage à la raie : cultures maraîchères, vergers (pêchers, amandiers) Infiltration
Obstacles :
Sanitaire
Composition chimique : Salinité excessive
dommages vis-à-vis des plantes et des sols limitation de l'absorption de l'eau par une inversion du sens normal du phénomène osmotique ou en créant des réaction métaboliques anormales
Éléments indésirables : métaux lourds
Réglementation – CSHPF
contamination fécale : bactério, virus, parasites.
Fonction des usages
http://www.oieau.fr/eaudoc/integral/reuinter.htm
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SAR : Sodium Adsorption Ratio
Arrêté préfectoral
SAR= [Na+ ] / ([Ca2+ ] +[Mg2+ ]) / 2
Interdiction de rejet en période d’étiage, milieu eutrophe
Réutilisation des eaux = solution
[Na+], [Ca2+] et [Mg2+] exprimées en méq.L-1
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396
Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
397
Cultures mixtes ou hybrides
Cultures libres et fixées dans le même ouvrage
Chapitre 9 : Procédés originaux
Matériau
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carbone, carbone + azote, azote ammoniacal
Procédés
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Volume occupé par le matériau (~60% du volume du réacteur pour METEOR) Plastique Fixe ou en suspension
Traitement aérobie
Nouvelles installations : plus compactes Réhabilitations
METEOR, PEGAZUR, STRUCTAFLOC (Degrémont), avec recirculation des boues COFIDO SBBR Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
399
Meteor
SBR – Sequential Batch Reactor
Différentes séquences dans le même ouvrage :
Remplissage Aération syncopage Décantation Vidange de l'eau traitée Nouvelle séquence
SBBR
400
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Bioréacteur séquentiel (SBR)
401
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200
30
SBR
14
150 100
10
50 0
2 - REACTION
6
3 - DECANTATION
-50
1 - REMPLISSAGE
5
-100
2
-150 0
2
4
6
8
10
NH4+
CYCLE SUR 24 H
12
Temps (h)
NO3PO4DCO eH
5 - REPOS ET PURGE BOUES Cours traitement ERU- Véronique Deluchat
4 - PURGE EFFLUENT
402
Source C. DAGOT
97 % sur le Carbone
70 % sur le phosphore
90 % sur l’azote
85 % sur les MES
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