UNIVERSITE HASSAN II – MOHAMMEDIA FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
LES EAUX USÉES: IMPACTS ET DIAGNOSTIC
Laboratoire de Génie de l’Eau et de l’Environnement
L’EAU = LA VIE
GESTION DES RESSOURCES EN EAU
CATALYSEUR DU DEVELOPPEMENT SOCIO-ECONOMIQUE
EAUX USEES: ORIGINES Eaux usées : ✔ Eaux chargées en matières polluantes
Origines: ✔ Eaux usées urbaines ✔ Eaux usées industrielles
MATIERES POLLUANTES ✔ Les matières flottantes ✔ Les matières lourdes ✔ Les matières non décantables et
dissoute
IMPACTS DES EAUX USEES SUR L’ENVIRONNEMENT ✔ Impacts sur l’eau ✔ Impacts sur le sol ✔ Impacts sur l’air
IMPACTS SUR LE RESEAU D’ASSAINISSEMENT
Collectif
Transport
Traitement
Rejet
Eaux Pluviales
Réseau Unitaire Eaux Usées
Eaux Usées
Réseau Unique
Réseau
E.U
Déversoire d’orage
Station d’épuration Ea
Réseau Séparatif
Réseau
Réseau Pseudoséparatif
E.P Toiture
Eaux Usées Réseau
Station d’épuration E.U
Différents types de réseau
Réseau
PROBLEMATIQUES Eau usée sulfates U.Industrielles B.An (E, pH, T…)
Sulfures
Effet néfastes sur l’environnement
IMPACT DE H2S SUR L’ENVIRONNEMENT ✔ La formation de H2S provoque des perturbations dans la gestion du réseau d’assainissement ✔ La corrosion du réseau d’assainissement ✔ La corrosion des appareils dans le cas d’une station d’épuration ✔ Dégagement de mauvaises odeurs nuisibles pour l’environnement
LA COROSION DU RESEAU D’ASSAINISSEMENT
Corrosion d’un collecteur
ALTÉRATION DU BÉTON : REGARD DE REFOULEMENT-GRAVITAIRE SKHIRAT
CORROSION PAR H2S
FeS Chute du débit
OUVRAGES D’ASSAINISSEMENT ✔ Déversoir d’orage ✔ Station de refoulement ✔ Station de prétraitement
LÉGISLATION ACTUELLE SUR L’EAU... Premier texte sur l’eau : Dahir 1er Juillet 1914
Dahirs de 1919 et 1932
Dahir n° 1-95-154 du 16 août 1995
Promulgation de la Loi
10/95 sur l’Eau
Loi 10/95 sur l’eau Objectifs Une planification cohérente et souple de l’utilisation de l’eau tant à l'échelon : National le Conseil Supérieur de l’Eau et du Climat et la Commission interministérielle de l’eau; Du bassin hydraulique les agences de bassins hydrauliques; Provincial et préfectoral les commissions de l’eau. Une mobilisation optimale et une gestion rationnelle de toutes les ressources en eau; Une gestion décentralisée dans le cadre d’une unité géographique adaptée “le bassin hydraulique“ La protection et la conservation quantitative et qualitative du domaine public hydraulique;
Principes La domanialité publique des eaux (à l’exception des droits reconnus) La concertation entre les usagers et les pouvoirs publics La protection de la santé humaine
La répartition de l’utilisation de l’eau en période de sécheresse La réglementation des activités polluantes La prévision de sanctions et la création d’une police des eaux
DIAGNOSTIC DES EAUX USEES
LIEUX DE PRELEVEMENT ET TECHNIQUES D’ECHANTILLONNAGE ✔ Choix des points de prélèvement ✔ Établissement ✔ Techniques d’échantillonnage ✔ Récipients pour l’échantillonnage ✔ Conservation des échantillons ✔ Préparations des échantillons pour analyse ✔ Analyse par méthodes normalisées
PARAMETRES A CONTRÔLER DANS UNE EAU USEE Plusieurs paramètres peuvent être analyser : *pH *Cl*Conductivité *SO42*O2 dissous *S2*Température *Détergents *MES *Graisses *DCO *NH4+ *DBO5 *Débit EU *NTK *Pt *Nitrates *Nitrites
PARAMETRES A ANALYSER DANS LE TERRAIN ✔ pH ✔ Température ✔ Oxygène dissous ✔ Turbidité ✔ Conductivité ✔ Potentiel rédox
PARAMETRES A ANALYSER AU LABORATOIRE ✔ Matières organiques ✔ Matières azotées ✔ Matières phosphorées ✔ Matières soufrées ✔ Éléments métalliques
MATIERES ORGANIQUES ✔ Demande chimiques en O2 (DCO) ✔ Demande biologiques en O2 (DBO5) ✔ Matières en Suspension (MES), (MS, Mm et MV) ✔ Graisses et huiles, détergents, phénols…
MATIERES AZOTEES, PHOSPHOREES ET SOUFREES ✔ Pollution azotée : NH4+, NTK, NO3-, NO2-... ✔ Pollution phosphorée: H3PO4, HPO42H2PO4-, PO42✔ Pollution H2SO4, H2S, S2-
CALACUL DE LA CHARGE POLLUANTE Le calcul de la charge polluante en DCO, DBO ou MES peut être estimée en tenant compte de la teneur en des paramètres précédemment cités et du débit des eaux usées à traiter
CALCUL DE LA CHARGE POLLUANTE EN DCO
C.P= Débit m3/j. DCO Kg/m3
(Kg/j)
De la même façon, on peut estimer la charge polluante en DBO5 ou en MES
EXEMPLE D’APPLICATION ✔ Collecteur El Ank : Casablanca ✔ Débit : 100 000 M3/jour ✔ DCO : 660 mg/l ✔ DBO5 : 220 mg/l CP en DCO: 66 Tonnes de DCO/jour CP en DBO5: 22 Tonnes de DBO5/jour
INTERÊT DES PARAMETRES DCO, DBO5 ET MES ✔ Calcul de la Charge Polluante ✔ Le rapport DCO/DBO5 permet de voir si les matières organiques sont biodégradables ✔ Estimation des boues produites durant le traitement ✔ Conception d’une filière de traitement ✔ Prévoit si la décantation peut être utilisée
VARIATIONS PERMANENTES DU DEBIT ET DE LA CHARGE POLLUANTE Les facteurs durables qui provoquent une variation permanente des débits et des charges polluantes entrantes dans une STEP sont : ✔ L’accroissement de la consommation spécifique. ✔ L’augmentation de la population ✔ L’extension du réseau des égouts en système unitaire ou en système séparatif ✔ L’implantation de nouvelles industries ou au contraire la disparition de certaines entre elles. L’évaluation de ces facteurs pour l’horizon correspondant au projet de STEP ( date à laquelle elle atteindra sa capacité nominale et commencera à être surchargée, donc à diminuer ses performances)
CHARGE SPECIFIQUE DE POLLUTION : EQUIVALANT-HABITANT L’équivalent habitant est une unité conventionnelle de la pollution moyenne rejetée par jour, par habitant. Actuellement dans les villes moyennes on considère que l’équivalent habitant peut être calculé en considérant les teneurs en matière polluante (M.O et MES) : 57 g de matière organique 90 g des MES 14 g d’azote et 7 g de phosphore Matière Polluante : M. P = MES + DCO + 2DBO5
3
ANALYSE BACTERIOLOGIQUES ✔
Coliformes totaux
✔
Coliformes fécaux
✔
Streptocoques
TECHNIQUE DE TRAITEMENT DES EAUX USEES En général trois techniques d’épuration sont possibles : Traitement physico-chimique ✔ A titre d’exemple on peut citer : décantation, coagulation-floculation, filtration, flottation, …. Traitement biologique : ✔ Techniques intensives : boues activées, lits bactériens, disques biologiques… ✔ Techniques extensives : lagunage, Traitement combiné : phys. Chimique + Biol.
CHOIX DES PROCEDES D’EPURATION En fonction des objectifs de qualité à atteindre pour les effluents une série de modules de traitement successifs bien choisis constitueront la filière retenue. En général quatre critères sont à signaler : ✔ Critères d’ordre technique ✔ Critères d’ordre écologique ✔ Critères relatifs à l’exploitation de la station d’épuration ✔ Critères d’ordre économique
TECHNIQUES BIOLOGIQUES : PROCESSUS ELEMENTAIRES DU GENIE BIOLOGIQUE DU TRAITEMENT DE L’EAU
✔ Évolution d’une culture bactérienne Il s’agit d’étudier l’évolution d’un ensemencement microbien mis en contact avec un milieu nutritif donné et laissé à lui-même
✔ Taux de croissance En présence de matières organiques et des éléments nutritifs, les bactéries peuvent se multiplier en supposant que le taux de croissance est constant dans le temps
C in é tiq u e d u p h é n o m è n e L e s c o u r b e s t y p e s d e la c r o is s a n c e e t d ’é p u is e m e n t d u s u b s t r a t s o n t c o m m e s u it : X
P a ra m è tre
P
S O
2 Tem ps
I
I II III IV V VI
: : : : : :
phase phase phase phase phase phase
II
III
IV
d e la t e n c e o u d ’in d u c t io n d e c r o is s a n c e e x p o n e n t ie lle lin é a ir e d e c r o is s a n c e d e r a le n tis s e m e n t s t a tio n n a ir e o u p la t e a u d e d é c lin o u d e ly s e
V
VI
ACTIVITE D’UNE BIOMASSE ET MECANISME D’ELIMINATION DU SUBSTRAT Agents d’oxydation biologique ✔ Les autotrophes qui utilisent des composés minéraux contenant les éléments N, P, K, Ca, etc pour l’énergie nécessaire à leur synthèse. ✔ Les hétérotrophes : Utilisent les composés organiques pour se multiplier
METABOLISME DES SUBSTRATS EN AEROBIE La métabolisation de la matière organique dans un procédé de traitement en aérobie, peut être décrite par l’équation suivante : M.O + O2+ N + P Micro-org. + CO2 + H2O+Résidus solubles non biodégradables. Micro-org. + O2 CO2 + N + P + H2O + Résidus cellulaires non biodégradables.
ELIMINATION DE L’AZOTE Les conditions de développement de ces bactéries imposent de concevoir des schémas de traitements particuliers qui doivent respecter les contraintes suivantes :
✔ Une étape riche en O2 compatible avec la forte demande liée à l’oxydation de l’ammoniaque en nitrate
✔ Une zone anoxie (étape pauvre en O2)
LA NITRIFICATION La nitrification est réaction biologique permettant de transformer les ions ammoniums en nitrite puis en nitrate
REACTIONS D’OXYDATION NH4+ + ½ O2------- > NH2OH + H+ 2NH2OH----- > H2N2O2 + 4H+ + 4e H2N2O2 + 2H2O -- > 2 NO-2 + 6H+ + 4e NO-2 + H2O --- > NO-3 + 2H+ + 2e
DENITRIFICATION La dénitrification est la transformation des nitrites en nitrates puis en azote en absence d’Oxygène par deux types de micro-organismes :
✔ Dénitrificateurs hétérotrophes ✔ Dénitrificateurs autotrophes
REACTION D’OXYDATION
✔ NO-3 + 2H+ 2e ------ > NO-2 + H2O
✔ NO-3 + 6H+ + 5e ------ > ½ N2 + 3 H2O
Ammonification Dénitrification
RNH2 N2
N2O
NH4+-----> NH2OH----->HNO------>NO-2------>NO3-3
-1
+1
Nitrification
+3
+5
DEPHOSPHATATION La déphosphoration peut se faire par : ✔ Voie biologique ✔ Voie physico-chimique
DEPHOSPHATATION BIOLOGIQUE Ce processus est basé sur le passage des flocs épurateurs successivement dans des bassins
✔ Aérés et Anaérobies (absence d’O2 mais aussi des nitrates)
Sélection au sein de la boue de populations bactériennes capables de stocker de fortes quantités de phosphore.
DEPHOSPHATATION PHYSICOCHIMIQUES
✔ Précipitation ✔ Oxydation ✔ Coagulation floculation
• si le pH est acide nous utiliserons la chaux. Et en milieu basique ou neutre, des sels d’aluminium ou de fer qui vont précipiter sous forme : AlPO4 ou FePO4 H3PO4 + Ca(OH)2 Ca(H2PO4)2 + 2 H2O Ca(H2PO4)2 + 2 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 4 H2O
BIODEGRADABILITE ✔ La biodégradation est la capacité des
micro-organismes à dégrader la matière organique en aérobie où en anaérobie.
✔ Le phénomène de biodégradation joue un
rôle important dans les écosystèmes. Cette biodégradation limite l’accumulation des matières organiques
✔ Un effluent est susceptible d’être traité
par une technique biologique lorsque la matière organique est facilement biodégradable. Si DCO/DBO5< 3 le rejet est biodégradable.
PARAMETRES INFLUENCANT LA BIODEGRADABILITE Plusieurs paramètres peuvent influencer la biodégradabilité : Concentration de la matière organique à dégrader
✔ pH ✔ Présence ou absence des toxiques et leur concentration
✔ Potentiel rédox ✔ Température du milieu ✔ Concentration en oxygène ✔ Type de micro-organismes dans le milieu ✔ Fluctuation de la charge polluante et le débit à traiter
TRAITEMENT PHYSICOCHIMIQUES DES EAUX USEES
LES FILIÈRES PHYSICOCHIMIQUES Les filières physico-chimiques utilisent des moyens physiques : ✔ Coagulation floculation ✔ Décantation ✔ Flottation ✔ Précipitation ✔ Oxydation ✔ Filtration
INTERÊT DES TECHNIQUES PHYSICOCHIMIQUES ✔ Les techniques physico-chimiques sont utilisées pour certains effluents industriels (toxiques) ✔ Lorsque l'on doit gérer des variations rapides des flux à traiter (cas des STEP touristiques, ou lorsque avec un réseau unitaire on veut faire face à l'arrivée d'eau de pluie).
PRÉCIPITATION Consiste à ajouter une base pour éliminer des éléments métalliques sous forme d’hydroxyde métalliques
ELIMINATION DU CALCIUM ET DU MAGNÉSIUM
DÉCARBONATATION À LA CHAUX Élimination de la dureté temporaire : ✔ CaCO3 Ca(HCO3)2 MgCO3 Mg(HCO3)2 Ca(OH)2 + Ca (HCO3)2 2 CaCO3 + 2 H2O (précipité de carbonate de calcium)
✔ 0r MgCO3 est assez soluble, nous
ajoutons un excès de chaux pour y remédier : Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 2 CaCO3 + Mg(OH)2 (...et précipité d’hydroxyde de magnésium
PRÉCIPITATION DES MÉTAUX ✔ Les métaux précipitent sous forme d’hydroxyde, ou d’hydroxycarbonate.
✔ Certains pays imposent des concentrations résiduelles inférieures à 100mg/l pour certains métaux (Cd, Ag, Hg), dans ces cas là, leur précipitation se fera sous forme de composés soufrés
PRÉCIPITATION DES MÉTAUX ✔ Les métaux précipitent sous forme d’hydroxyde, ou d’hydroxycarbonate.
✔ Certains pays imposent des concentrations résiduelles inférieures à 100mg/l pour certains métaux (Cd, Ag, Hg), dans ces cas là, leur précipitation se fera sous forme de composés soufrés
L’OXYDATION L’oxydation est une technique qui a deux objectifs :
✔ Élimination de la pollution dissoute Cette technique consiste à lutter contre la pollution dissoute (colorants,…) par dégradation des polluants en produisant des molécules de faible taille plus ou moins toxiques selon les produits à éliminer.
OXYDANTS UTILISES Plusieurs oxydants peuvent être utilisés. On peut citer : ✔ Cl2, ✔ ClONa, ✔ O3, ✔ U.V, ✔ H2O2 ✔ O2
AUTRES PROCEDES AVANCES Une large gamme d'équipements d'oxydation avancée est disponible : ✔ Procédés UV améliorés, tel que
UV/Ozone, UV/Peroxyde d'hydrogène/UV/Air ✔ Oxydation à l'air humide, Oxydation catalytique à l'air humide (l'air est utilisé comme oxydant)
AVANTGES DE L’OXYDATION ✔ Réduction des niveaux de DCO/DBO, ✔ Destruction des composés organiques et inorganiques oxydables
✔ Le procédé permet d'oxyder totalement les composés organiques (sous forme de CO2 et d'eau)
✔ Les procédés d'oxydation avancée sont particulièrement utilisés pour le traitement des effluents contenant des composés toxiques ou non-biodégradables. ✔ Nombreux avantages, en comparaison avec les procédés biologique ou physicochimiques :
*Fonctionnement du procédé *Fonctionnement sans surveillance *Pas de déchets secondaires * Capacité à traiter des débits et compositions variables
PROCEDES D’OXYDATION A L’AIR HUMIDE
COÛT D’OXYDATION
Les procédés d'oxydation avancée demandent souvent un investissement et des coûts opérationnels plus élevés que pour un traitement biologique.
TRAITEMENT PHYSICOCHIMIQUE PAR COAGULATION FLOCULATION
LES FILIÈRES PHYSICOCHIMIQUES ✔ Les filières physico-chimiques utilisent des moyens physiques (décantation, flottation, filtres et membranes) et/ou des produits chimiques, notamment des coagulants (Chlorure ferrique, Sulfate d'aluminium…) et des floculants. ✔ On les utilise pour certains effluents industriels (toxiques) ou lorsque l'on doit gérer des variations rapides des flux à traiter (cas des stations d'épuration de communes touristiques, ou lorsque avec un réseau unitaire on veut faire face à l'arrivée d'eau de pluie).
COAGULATION FLOCULATION ✔ Elle permet à la fois l'élimination des matières colloïdales et une partie des matières organiques par adsorption sur le floc.
✔ La coagulation consiste à déstabiliser les particules par action de réactif chimique en réduisant les forces de répulsions.
✔ La floculation a pour effet de rassembler, en flocons volumineux décantables, les particules déstabilisées.
PRINCIPE DE LA COAGULATION ✔ Les particules en suspension dans
une eau porte souvent des charges négatives
✔ L’ajout des coagulants permet de
déstabiliser les particules par augmentation des interactions entre particules chargées positivement et celles chargées négativement.
LES COAGULANTS ✔ Les cations trivalents : la neutralisation des charges négatives à la surface des colloïdes
✔ Les ions trivalents sont 10 fois plus efficaces que les ions divalents.
✔ Les ions trivalents de sels de fer et d'aluminium sont très largement utilisés dans les traitements par coagulation.
RÉACTIFS UTILISÉS Les principaux coagulants utilisés pour déstabiliser les particules et produire des flocs sont :
✔ Le sulfate d'aluminium Al2(SO4)3, 18 H2O ✔ L'aluminate de sodium NaAlO2 ✔ Le chlorure ferrique FeCl3, 6 H2O ✔ Le sulfate ferrique Fe2(SO4)3, 9 H2O ✔ Le sulfate ferreux FeSO4, 7 H2O.
PRINCIPE DE LA FLOCULATION ✔ Après avoir été déstabilisées, les particules
colloïdales ont tendance à s'agglomérer lorsqu'elles entrent en contact les unes avec les autres.
✔ Le taux d'agglomération des particules dépend
de la probabilité des contacts et de l'efficacité de ces derniers.
✔ La floculation a justement pour but d'augmenter
la probabilité de rencontre entre les particules grâce à l'agitation du fluide
LES ADJUVANTS DE FLOCULATION ✔ Polymères organiques (silice activée) et
polymères naturels (starches, algues) sont les premiers à avoir été utilisés
✔ L'utilisation de d' adjuvants de
floculantion synthètiques permet de minimiser la production de boues
✔ Si l'on combine ces adjuvants de
floculation avec des techniques de séparations modernes, on peut produire des boues denses dont la déshydratation est facilitée
TYPES DE FLOCULANTS UTILISES ✔ Cationiques ✔ Anioniques ✔ Non ioniques Remarques: Ces floculants peut être utilisés seuls ou en mélange avec des coagulants
AVANTAGE DE LA COAGULATION FLOCULATION C’est un procédé de traitement d’eau qui présente de nombreux avantages , il est :
✔ TRES ECONOMIQUE ✔ PARTICULIEREMENT EFFICACE ✔ SIMPLE A EXPLOITER
CHOIX DES RÉACTIFS ET DÉTERMINATION DES TAUX DE TRAITEMENT
CHOIX DU COAGULANT Un certain nombre de paramètres doivent être pris en compte : ✔ Température de l'eau,
✔ Caractéristiques des eaux brutes ✔ Paramètres physico-chimiques à éliminer (turbidité et/ou Matières Organiques) ✔ Gestion de l'exploitation (stocks, automatisme, etc...), ✔ Coût du produit,
✔ Choix imposé
DÉTERMINATION DU TAUX OPTIMUM La coagulation et la floculation sont des phénomènes complexes, influencés par de nombreux paramètres :
✔ Qualité des eaux (caractéristiques physico-chimiques
✔ Nature et structure des colloïdes ✔ Nature et mise en oeuvre des produits utilisés
POTENTIEL ZÊTA Le potentiel zêta qui exprime schématiquement la différence du potentiel entre la paroi et le sein du liquide dont la détermination expérimentale peut être rigoureuse δ =0.31/ (∑ CZ²)½ Où C : concentration molaire de chaque espèce Z : valence de l'espèce
AUTOMATISATION DU TAUX DE COAGULANT En réalité, la mise en oeuvre d'un système automatique permet :
✔ Une qualité meilleure et constante de l'eau traitée,
✔ Un gain en réactifs (floculants, réactifs d'ajustement du pH),
✔ Une réduction des coûts de traitement, par la réduction globale des taux de réactifs et l'amélioration des performances du traitement
Différentes méthodes peuvent être utilisables : 1. Système informatique permettant le calcul de la dose optimum Ces systèmes reposent sur l'établissement d'une "loi de floculation", en fait un algorithme de calcul, établie à partir d'expérimentation. Ceci demande, pour une eau donnée, de nombreux essais en JARTESTS, sur les différentes qualité d'eaux, en simulent les durées réelles de floculation et donc, en mesurant plusieurs paramètres des eaux (pH, turbidité, UV, conductivité, etc...). 2. Systèmes utilisant des appareils de mesure des charges colloïdales : Zétamètre 3. Système de coagulation automatique : basé simplement sur l'automatisation du JAR-TEST
DÉTERMINATION DE LA DOSE DE COAGULANT PAR ZÊTAMÈTRIE ✔ Nous mesurons la mobilité
électrophorétique (proportionnelle à zêta) avec différentes doses de coagulants. ✔ La dose de coagulants optimale est celle qui annule la mobilité. ✔ Nous observons cette mobilité au microscope sur une suspension colloïdale soumise à un champ électrique d’abord sans coagulant --- eau brute. ✔ Ainsi, nous mesurons le champ magnétique qui annule la mobilité. Puis nous recommençons avec différentes doses de coagulants.
RÔLE DU PH ✔ Les flocs sont des précipités d'hydroxydes de métaux. Leur formation et leur stabilité dépendent donc du pH.
✔ Les zones de prédominance des hydroxydes de fer et d'aluminium sont présentées dans le tableau suivant. Cation Al3+ Fe3+
pH optimum 6.0 – 7.4 >5
STABILITÉ DES COLLOÏDES ✔ La stabilité des colloïdes est due à des forces de répulsion électrostatiques
✔ Si deux particules viennent au contact, elles s'agglomèrent en des flocs qui décantent facilement ou qui flottent à l’interface
La stabilité d'une suspension colloïdale dépend du bilan des forces d'attraction et de répulsion, dont le niveau énergétique est donné par : E = EA + EB EA: forces d'attractions EB : forces de répulsions
MECANISME DE LA COAGULATION FLOCULATION ✔ Dans une eau de surface, les colloïdes
portent des charges négatives situées à leur surface Les charges négatives attirent les ions positifs en solution dans l'eau ✔ Les charges sont étroitement collés au colloïde et forment la couche liée ou de STERN, qui attire à son tour des anions accompagnés d'une faible quantité des cations : c'est la couche diffuse ou de GOUY ✔ Formation d'une double couche ionique, l'une accompagnant la particule lors de ces déplacements, l'autre se déplaçant indépendamment ou avec un certain retard
ETUDE DE CAS Considérons deux particules colloïdales A et B.
✔ Entre ces deux particules, il existe des
forces de répulsion électrostatiques, dues à la charge de surface, et des forces d'attraction intermoléculaires, dues aux interactions de Van der Walls.
✔ L'énergie potentielle de A et B varie
donc en fonction de la distance les séparant.
Distance interparticulaire d>d3 d3
Ep = F(Q1, Q2, d)
Interprétation aucune interaction attraction faible répulsion attraction forte
Pour permettre l'adhésion des particules, il faut donc vaincre la barrière énergétique de répulsion : ✔ Soit en augmentant l'énergie cinétique des particules ✔ Soit en abaissant la barrière de répulsion (F répulsion = 0)
PHÉNOMÈNE DE COAGULATION L'élimination des colloïdes passe par l'annulation du potentiel zêta afin d'annuler les forces de répulsion E = EA + EB
EB= 0 E= EA
EA: forces d'attractions EB : forces de répulsions
STRATÉGIES THÉORIQUEMENT POSSIBLES Pour annuler le potentiel zêta, on peut : ✔ Ajuster le pH pour atteindre le point de charge nulle des particules colloïdales ✔ Augmenter la salinité pour comprimer la couche diffuse ✔ Neutraliser la charge de surface par des cations polyvalents ✔ Piéger les colloïdes dans des précipités ✔ Adsorber les colloïdes sur des polymères chargés à longue chaîne.
PRINCIPE DE LA MÉTHODE
JAR-TEST ✔ Agitation rapide : le coagulant est introduit dans l’échantillon répandu rapidement et uniformément
✔ Agitation rapide (160 tr/min) pendant 10 minutes
✔ Agitation lente (40 tr/min) pendant 30 minutes
✔ Décantation pendant 30 à 60 minutes.
PARAMETRES DE SUIVI Plusieurs peuvent être suivis dans l’eau décantée: ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
pH Turbidité DCO DBO5 MES Couleurs Boues produites
DECANTATION C’est le procédé le plus simple et le plus souvent utilisé pour la séparation des Matières en Suspension contenues dans l’eau à traiter .
PRINCIPE ✔ L’eau à traiter rentre dans le Décanteur par une cloison siphoïde pour ressortir par surverse ✔ Les Matières souvent Coagulées et Floculées contenues dans l’eau décantent et sont extraites par purges dans le fond du décanteur. ✔ Parfois un racleur permet d’améliorer l’extraction des décantats
AVANTAGES
✔ Fonctionnement satisfaisant avec des Matières et Flocs qui décantent vite ✔ Technique très simple car il n’y a pas ou peu de mécanique
INCONVÉNIENTS ✔ Ne convient pas aux Matières et Flocs qui décantent mal ✔ Les extractions de Décantats entraînent aussi de l’eau ✔ Les volume de boues collectés sont donc importants ✔ Un traitement de Déshydratation de ces boues devra être plus important
C’est le procédé qui permet la séparation physique des particules en suspension susceptibles de décanter par gravité. C . . . . . . . . . . .
Zone de décantation grenue Décantation floculante Décantation piston temps
• En décantation grenue les particules sont indépendantes • En décantation floculante les particules s’agglutinent.
P R IN C IP E D E L A D E C A N T A T IO N GRENUE Ft
Fp
(fo rce d e tra în ée )
(po id s )
S o u s l’e ffe t d e F p → v ite s s e d e c h u te S o u s l’e ffe t d e F t → ra le n tiss e m e n t
Fp> Ft
FLOCULATEUR ET DÉCANTEUR
DECANTEUR
PRODUCTION DES BOUES ✔ Formation des boues sous forme d'hydroxyde métallique ✔ Les boues doivent être traitées car elles sont riches en éléments toxiques
TECHNIQUE DE TRAITEMENT PAR FLOTTATION Objectif de la technique: La flottation est très utilisée pour le traitement des rejets de papeterie, raffinerie, les margines, effluents chargés en huile et graisses…
Ce procédé est utilisé pour : ✔ déshuilage des eaux de surface avant traitement ✔ dégraissage des eaux résiduaires industrielles avant rejet à l’égout ✔ dégraissage en prétraitement à la station d’épuration des eaux résiduaires urbaines ✔ déshuilage des eaux résiduaires de raffinerie de pétrole et d’usine de pétrochimie
PRINCIPE DE LA TECHNIQUE ✔ L'effluent à traiter arrive dans un bassin ou
il sera mélangé avec de l'eau pressurisée (saturée en aire). ✔ L'eau est envoyée par la suite dans une cuve ouverte où les particules en suspension sont entraînées vers la surface. ✔ La fixation artificielle de bulles d'air aux particules à éliminer, leur donnent une masse volumique inférieure à celle de l'eau. ✔ Remonté des flocs de MES vers la surface, puis les matières flottantes sont récupérées par un système en spirale
SCHÉMA D ’UNE FLOTTATION À L ’AIR DISSOUS E brut
Microbulles zone des boues Floculation
mélange
zone de flottation
zone de mélange
E traitée
FLOTTATION PAR INSUFFLATION D’AIR
air ° ° ° °°°°° °°° °° ° °°° ° °° °° ° °° °°
MICROBULLES D’AIR Des Microbulles d’Air sont mélangées à l’eau à traiter qui entre dans le Flottateur ce qui permet d’accélérer la Flottation des Matières en suspensions
FLOTTATEUR
MÉCANISME DE FONCTIONNEMENT
CIRCUIT EFFECTUÉ PAR L’EAU À TRAITER
FLOTTATION DES GRAISSES PAR INJECTION DE L’AIR
RACLAGE DES BOUES FLOTTEES
✔ Les matières qui flottent remontent en surface de ✔
✔ ✔ ✔ ✔
l'appareil durant le trajet de l'eau. Un racleur de surface équipé de bras horizontaux tourne dans le sens de rotation opposé au sens de circulation de l'eau à épurer et pousse ces matières flottées dans une goulotte situées en surface du flottateur. Cette goulotte de collecte des matières Flottées est située au dessus de la tuyauterie d'entrée de l'eau à traiter. Une rampe inclinée d'accès à cette goulotte permet de sortir les matières raclées au dessus du niveau de l'eau Les matières Flottées raclées peuvent ainsi s'égoutter, ce qui permet de réduire très sensiblement leur volume. Les matières flottées collectées dans la goulotte sont évacuées latéralement sur le côté du Flottateur
LA FILTRATION
LA FILTRATION La filtration d’une eau chargée en matière organique à travers un matériau (charbon actif, sable, argile,…) provoque le colmatage du filtre au cours du temps
MECANISME D’ELIMINATION DE LA POLLUTION Un filtre peut être utilisé comme : ✔ Un lit bactérien (traitement biologique par biomasse fixées) ✔ Fixation de la pollution par voie physique ou chimique
Le filtre à sable purifie l'eau de trois manières différentes: ✔ Filtration pendant laquelle les particules sont séparées de l'eau à traiter ✔ Adsorption chimique pendant laquelle les contaminants collent à la surface du sable et viennent grossir la taille de ce dernier ✔ Assimilation par des micro-organismes aérobiques qui se nourrissent des polluants de l'eau.
DIFFERENTS TYPES DE FILTRATION
Deux type de filtration sont possible: ✔ Filtration
du haut vers le bas
✔ Filtration
du bas vers le haut
DETERMINATION DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT D’UN FILTRE
✔ Temps de fonctionnement Ce paramètre peut être déterminé en traçant la courbe du percé c’est à dire la concentration à la sortie du filtre en fonction du temps. Ceci permet de déterminer le temps de saturation.
✔ La perte de charge : plusieurs formules mathématiques peuvent être utilisées pour le calcul de la perte de charge
CONDITIONS D’UTILISATION La filtration peut être utilisé :
✔ Pour la lutte contre la pollution dissoute ✔ Si l’eau est chargée en M.O colloïdale un traitement par coagulation floculation et décantation avant filtration est nécessaire
LAVAGE DES FILTRES Deux types de lavages sont à considérer :
✔ Lavage co-courant ✔ Lavage contre courant
TRAITEMENT BIOLOGIQUES
Traitement biologique
Naturel auto-épuration
Artificielle STEP
Système intensif Système extensif
PRINCIPE DE L’ÉPURATION DES EAUX USÉES (L’AUTO-ÉPURATION)
✔ L'auto-épuration est un processus biologique qui permet aux lacs et aux rivières d'éliminer une pollution faible
✔ Cette pollution est éliminée par des micro-organismes, comme les bactéries, et par les algues
✔ Ce phénomène naturel est souvent repris dans les stations d'épuration
E P U R A T IO N P A R V O IE B IO L O G IQ U E
N A T U R E L L E
E S P A C E D IS P O N IB L E
S Y S T E M E E X T E N S IF
A R T IF IC IE L L E
M A N Q U E D ’E S P A C E
S Y S T E M E IN T E N S IF
@
L agu n age
@
b o u e s a c tiv é e s
@
épan d age
@
lits
@
ch enau x d ’ o x y d a t io n
@
b a c té r ie n s
d is q u e s b io lo g iq u e s
PROCEDES DE TRAITEMENT INTENSIVES Les différents procédés utilisés peuvent être classés en fonction des conditions d’aération et de mise en œuvre des microorganismes. Ainsi, on distingue :
✔ Les procédés aérobies à cultures libres ou boues activées,
✔ Les procédés aérobies à cultures fixées, ✔ Les procédés anaérobies à cultures libres, ✔ Les procédés anaérobies à cultures fixées.
TRAITEMENT DES EAUX USEES PAR BOUES ACTIVEES
STEP A BOUES ACTIVEES Classiquement une station d'épuration à boues activées comprend les étapes suivantes: ✔ Prétraitement : dégrillage, dessablage, déshuilage ✔ Traitement primaire: simple décantation ou coagulation floculation ✔ Traitement secondaire : aération et brassage + décantation secondaire (dite aussi clarification). ✔ Traitement tertiaire: coagulationfloculation, désinfection par le chlore ou l'ozone …
.
TRAITEMENT MÉCANIQUE Prédégrillage Eliminer les gros déchets But : Dessablage Décantation du sable et des particules lourdes But : Déshuilage But : Récupération des huiles, graisses et hydrocarbures Décantation But : Sédimentation des particules solides (2h)
Elimination d’environ un tiers des substances contenues dans les eaux usées après les traitements mécaniques
INTERÊT DES ETAPES BA Le traitement primaire : élimination des matières en suspension dans l'eau Le traitement secondaire : élimination des matières en solution dans l'eau Le traitement tertiaire : désinfection ou traitement de l'azote et du phosphore Le traitement des boues : réduction stabilisation et élimination des boues
CANAL POUR LA MESURE DU DEBIT
AVANTAGES DU PROCÉDÉ ✔ Occupe
moins d’espace
✔ Très bon rendement d’épuration ✔ Perte de charge moindre et absence de nuisances (odeurs) ✔ Haute performance
INCONVÉNIENTS ✔ Nécessite d’un personnel compétent ✔ Grande consommation d’énergie ✔ Exploitation coûteuse
Les stations de traitement des eaux usées par boues activées peuvent être classées en trois groupes selon la charge à traiter : *Forte charge *Moyenne charge *Faible charge
CLASSEMENT DES PROCÉDÉS PAR BOUES ACTIVÉES
DÉGRILLAGE Situé généralement à l’amont des pompes, il permet de : ✔ Protéger les pompes contre les éléments volumineux ✔ Arrêter et éliminer les matières encombrantes et abrasives ✔ Améliorer l’efficacité des traitements ultérieurs
.
DEGRILLEUR AUTOMATIQUE .
.
DÉGRILLEUR
dispositif de raclage
Dégrillage et élimination des déchets
déchets
grille
fil d’eau Vue de face
La tendance est de plus en plus vers les grilles mécaniques : ✔ Installations importantes ✔ Eaux brutes chargées ✔ Réduire l’intervention manuelle ✔ Risque d’arrivée brutale de matières volumineuses
DIFFERENTS TYPES DE GRILLES SELON LE NETTOYAGE Selon le mode de nettoyage des grilles en distingue : ✔ Les grilles manuelles : elles sont généralement réservées pour des petites installations. L’inclinaison des grilles par rapport à l’horizontale est environ de (Ø = 60°). ✔ Les grille mécaniques : on différencie dans ce cas les grilles courbe et les grilles droites.
ELÉMENTS DE CONCEPTION ✔ Vitesse de passage : c’est la vitesse de l’eau à travers la grille, cette vitesse doit être supérieure à 0.6 m/s pour éviter le dépôt de sable sans dépasser la valeur de 1.2 m/s au dédit maximal. ✔ Le débit
DECHETS DE DEGRILLAGE dépendent de : ✔ Débit traité ✔ Nature des MES ✔ Finesse du dégrillage -Les déchets éliminés par dégrillage peuvent être estimés de 5 à 10 dm3/usager/an Si l’on considère une valeur de 10 dm3 /usager/an on trouve les quantités : Quantité /an = Nh. 10 (Tonnes/an)
ESTIMATION DU NOMBRE D’HABITANT Estimation du nombre d’habitant Le nombre peut être estimé en utilisant trois méthodes : ✔ Accroissement arithmétique Pf = Po + K (Tf-To) Pf : nombre d’habitant à l’horizon Po : nombre d’habitant l’état initial Exemple : K= P2000- P1995)/(2000-1995) Tf : année à l’horizon To : année initiale ✔ Accroissement analytique Pf = Po(1+i) (Tf-To) Pf : nombre d’habitant à l’horizon Po : nombre d’habitant l’état initial i : taux de croissance
DESSABLAGE Le dessablage a pour but de : ✔ Éviter les dépôts dans les canaux et conduites ✔ Protéger les équipements contre l’abrasion ✔ Soulager les ouvrages à l’aval
DEGRESSAGE-DESHUILLAGE Le dégraissage fait appel à la différence entre la masse volumique des graisses et des huiles à extraire et celle des liquides dans lesquels ils sont en suspension
• ✔ Le dégraissage est une opération de séparation liquide-solide réalisant un compromis entre une rétention maximale des graisses et un dépôt minimal de boues de fond fermentescibles • ✔ Le déshuilage est une opération de séparation liquide-liquide et qui favorise, par injection de bulles d'air, la flottaison des huiles qui sont ensuite séparées par raclage en surface.
.
DEGRAISSEUR
Eaux Usées Industrielles riches en graisse Nuisances au traitement biologique Rétention des graisses à la rentrée de la STEP Flottation naturelle
Flottation accélérée
DESSABLAGE-DÉGRAISSAGE ✔ Dessablage-dégraissage (ouvrage combiné) ✔ Bassins séparés (ouvrages séparés)
. DESSABLAGE-DÉGRAISSAGE:
DISPOSITIOND GENERALES Extraction du sable d’un Dess.-Dég E.E
S.E Graisse
Sable
EXTRACTEUR DU SABLE DESSABLEUR DEGRAISSEUR
RCLEUR DES GRAISSES D’UN DESSABLEUR DEGRAISSEUR
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Qe Ce, pHv
HOMOGÉNÉISATION DE L’EFFLUENT
Qs, Cs pHc Qe : débit d’entré Qs: Débit sortie Ce : charge entrée Cs:charge sortie Kg/m3 Kg/m3
TYPES D’OPERATIONS REALISEES DANS UNE STEP
Les opérations de traitement peuvent être classées en deux catégories : * Opérations de séparations Qe,Ce
Qs, Cs
Qr, Cr * Opérations de transformation Qe,Ce Q : débit (m3/h) C : Concentration en g/m3 r : récupération
Qs, Cs e : entrée S : sortie
LE TRAITEMENT PRIMAIRE ✔ Les traitements primaires : séparation des matières en suspension non retenues par les prétraitements. ✔ La séparation est fréquemment réalisée par décantation naturelle ; l’ajout d’un coagulant permet d’augmenter l’efficacité du traitement ✔ La séparation peut être également réalisée par flottation ; une injection d’air ✔ Les boues sont éliminées par raclage mécanique
OUVRAGE DE TRAITEMENT PRIMAIRE Le principe de la décantation repose sur la sédimentation d’une grande portion des MES. Un décanteur doit être conçu de façon à assurer une : ✔ Uniformité le long du décanteur ✔ Représentation uniforme de concentration des particules ✔ Vitesse de déplacement uniforme Le décanteur primaire peut essentiellement éliminer 60 % de MES et 25 à 40 % DE DBO5 et de DCO à coût réduit
✔ Un décanteur doit être conçu de
façon à assurer une : *Uniformité le long du décanteur *Représentation uniforme de concentration des particules *Vitesse de déplacement uniforme ✔ Le décanteur primaire peut
essentiellement éliminer 60 % de MES et 25 à 40 % DE DBO5 et de DCO à coût réduit
D écanteurs circulaires P o nt ra c le ur E fflue nt
B o ue
E a u b rute
• E n m oyenne diam ètre de 45 m selon racleur • profondeur de 2.5 à 4 m • pente de fond = 1/12
DECANTEUR RECTANGULAIRE entrée
sortie
racleur mécanique sortie boue
Déversoir
DECANTEUR PRIMAIRE
DECANTEUR PRIMAIRE : STATION SKHIRATE .
TRAITEMENT SECONDAIRE Le traitement secondaire est constituée de deux étapes : ✔
Bassin biologique (bassin d’aération)
✔
Clarificateur (Décanteur secondaire)
TRAITEMENT SECONDAIRE : Bassin biologique + Clarificateur
clarificateur aérateur
bouerecyclée
P r o c é d é c la s s iq u e L ’e a u à t r a it e r e t la b o u e r e c y c lé e a r r iv e n t c o n s o m m a tio n a c c r u e d e O 2 e n t ê te d u b a s s in
en
un
seul
p o in t
P r o c é d é à m é la n g e in té g r a l
In f f lu e n t
E fflu e n t C la rific a te u r
B o u e
P r o c é d é à a é r a tio n é ta g é e B o u e a c t iv é e a c o n t a c t s ta b ilis a tio n B a s s in d ’a é r a tio n & b a s s in d e r é a é r a t io n N it r if ic a t io n & d é n it r if ic a t io n
In f f lu e n t
E fflu e n t C la rific a te u r
B o u e
Bassin d’Aération
TRAITEMENT AÉROBIE
Traitement biologique avec apport artificiel d'oxygène par diffusion de microbulles.
AERATION DU BASSIN BIOLOGIQUE
Diffuseur de bulles d’air
DECANTEUR SECONDAIRE Le décanteur secondaire est considéré comme partie intégrante du filtre biologique, des boues activées et parfois le chenal d’oxydation. On opère pour des décanteurs rectangulaires : *L/l (3m-6m) *H (2.4m-4m) *pente du fond 1% Le système de raclage peut être entraîné par un pont roulant
.
.
.
Clarificateur : Goulotte de récupération de l’eau traitée
CLARIFICATEUR .
Clarificateur
REMARQUES Le traitement secondaire peut comporter des phases d'anoxie (ou une partie séparée en anoxie) qui permet de dégrader les nitrates
TRAITEMENT TERTIAIRE ✔ Traitement complémentaire pour améliorer la qualité de l’effluent: ✔ Améliorer la qualité en terme de DBO, DCO et MES (filtration sur sable, adsorption sur charbon actif ...). ✔ Agir spécifiquement sur un paramètre donné (désinfection, désintoxication, déphosphoration...)
RECIRCULATION
.
Eau prétraitée
Décanter primaire
aspertion recirculation
Boue primaie
Bassin de boues activées Mélange bactéries + O2 dissous Liqueur mixte Effluent épuré
Décanter secondaire Figure 12: Principe d’une station d’épuration par boues activées.
Evaporation
EXEMPLE D’UNE FILIERE
Traitement Eau
Urbaine
TRAITEMENT DES BOUES
Eaux usées Sables Graisses
Pre-traitements
Produits De grillés
BASSINS D’AERATION ( EAUX +BOUES ) SILO DE STOCKAGE LIQUEUR MIXTE SECHAGE NATUREL SUR LIT FILTRANT CLARIFICATION
Eaux épurées
ELIMINATION FINALE DES BOUES / Décharge -Valorisation, éventuellement -incinération
Milieu Naturel SCHEMA SYNOPTIQUE DES FILIERES D’EPURATION BIOLOGIQUE PAR BOUES ACTIVEES (FAIBLES CHARGES – AERATION PROLONGEE)
Traitement des effluents
TRAITEMENT DES BOUES
Eaux usées Sables Graisses
Pre-traitements
DECANTATION PRIMAIRE
Eaux décantée BASSIN D’AERATION Liqueur mixte
Produits De grillés
Sur verse et filtrat
Boues mixtes fraîches EPAISSISSEMENT DECANTATIONFLOTTATION STABILISATION DIGESTION ANAEROBIE CONDITIONNEMENT CHIMIQUE
CLARIFICATION DESHYDRATATION MECANIQUE Eaux épurées
Milieu Naturel
ELIMINATION FINALE DES BOUES Décharge -Valorisation, éventuellement incinération
SCHEMA SYNOPTIQUE DES FILIERES D’EPURATION BIOLOGIQUE PAR BOUES ACTIVEES (FORTE ET MOYENNE CHARGE)
Eb Décanteur Primaire
Prét.
Bassin à boues activée
Décanteur secondaire
E.T
Epaississeur
B.D
Digesteur
Séparateur de boue Liqueurs
Et
Eb Prét.
Décanteur Primaire
Bassin à boues activée
Décanteur secondaire
Boue Digérée Digesteur
Liqueurs
Et
Eb
Prét.
Eb
Bassin d ’aération
D.S
Et
Recyclage des boues Procédé Conventionnel
Eb
Prét.
Bassin d ’aération Bassin de stabilisation Contact-stabilisation
D.S
Recyclage des boues
Et
Eb Bassin d ’aération
Aération étagée
D.S
Et
D.S
Et
Recyclage des boues
Eb
Bassin d ’aération
Boues activées à mélange complet Recyclage des boues
écumes
Eb
D.S
Et
Aération 1
Aération 1I
B.D vers lits de séchage Digesteur Anaérobie
PROBLEMATIQUES DES STEP
. Réseau d ’égouts Q
Boue
Déversoir AQ Ce
EX. N
STEP
AQ
(1-A) Q
Cs Qn Cn
Qr Ce
Dérivation
Q: débit Ce: Concentration de la pollution à la rentrée Cs: Concentration de la pollution à la sortie A: fraction de débit
TRAITEMENT DES EAUX USEES PAR BIOMASSES FIXEES
LITS BACTÉRIENS ✔ Cette technique consiste à faire
supporter les micro-organismes épurateurs par des matériaux poreux ou caverneux
✔ L'eau à traiter est dispersée en
tête de réacteur et traverse le garnissage et peut être reprise pour une recirculation.
✔ La surface d'encombrement au sol
est limitée, et le coût en énergie peu élevé.
ETAPES DE TRAITEMENT -Prétraitement : Dégrillage, dessablage et déshuilage -Décanteur –Digesteur : bassin pour la décantation de la matière polluante et sa digestion -Lit bactérien à biomasse fixée : Les matières organiques sont biodégradées par une biomasse fixée sur support -Décanteur secondaire pour la clarification de l’eau
Cultures fixées : Lit bactérien
SYSTEME A BIOMASSE FIXEE Ces systèmes reposent sur biofilms. Le biofilm est une mince couche constituée, entre autre, demicro-organismes qui se fixent sur un agrégat ou un support.
EAU
support couche anaérobie
épaisseur couche aérobie
AIR
Le biofilm se développe sur une épaisseur de quelques microns et présente deux parties:
✔ Une partie anaérobie
pratiquement inactive vis à vis du substrat
✔ Une partie aérobie dite active
Le lit bactérien est constitué par un matériau; arrosé par un dispositif répartiteur mobile (sprinkler) sur le principe des tourniquets hydrauliques S p rin k le r
G a rn is s a g e
E fflu e n t
A fflu e n t
C h a r g e h y d ra u liq u e m ³ / jo u r / m ²
C h a r g e o rg a n iq u e kg D BO 5 / j / m ³
S u rfa c e
V o lu m e P ro fo n d e u r
Charge hydraulique m³/j/m²
Charge organique kgDBO/m³/j
Lit bactérien Faible charge
1-5
0.08-0.4
Lit bactérien Haute charge
8-40
0.4-480
Type de charge
POURCENTAGES DES POLLUANTS ELIMINES PAR LITS BACTERIENS Filières
Lits bactériens (avec décantation primaire)
MES
80 % – 90 % 25 – 40 mg/l
DBOS DCO
80 % – 85 % 30 – 50 mg/l
75 % 80 % 90 – 120 mg/l
NK
NGL
Variabl e
Variab le
PT
Faible
DIMENSIONNEMENT DU LIT BACTÉRIEN La conception des lits bactériens doit tenir compte de :
✔ La charge de pollution appliquée ✔ La surface spécifique du matériau ✔ La porosité ✔ La charge hydraulique qui permet l'auto curage ✔ La hauteur pour assurer une aération naturelle en cas d'absence des aérateurs
✔ La charge organique reçue par le lit est exprimée par le rapport entre la pollution journalière ( Kg DBO5/j) et le .volume du garnissage du lit
La surface du lit est donnée par A= Л D²/ 4 (bassin circulaire) D: diamètre du lit, en général il est entre 6 m et 20 m On a : A= Q / Ch= Л D²/ 4 , Q débit de conception La charge hydraulique Ch est donnée par la formule de Eckenfelder: Ch = [ k(T) x Av m x H] 1/n Ln(Li/Le) Li = (Lo + r. Le) / (l+r) Avec: r: taux de recyclage Li : la concentration en DBO5 appliquée sur le lit ( mg/l ). Lo : la concentration en DBO5 appliquée sans recyclage (mg/l). Le : la concentration en DBO5 de l‘eau traitée (mg/l). Ch : la charge hydraulique (m3/m2.j). H : la hauteur du lit. Av : surface spécifique du matériau. k(T) Coefficient = F(Température) n : constante caractéristique du support. m : exposant = 0.75.
La surface spécifique Av varie suivant le type du matériau: - Pour un matériau traditionnel Av est donnée par: Av = 6( 100-e)/d e: la porosité en % du matériau d: diamètre moyen des cailloux en cm (matériau utilisé) - Pour un matériau synthétique: 200 à 300 m2/m3 Le coefficient k(T) est en fonction de la température: k (T)=O.1 x (1.035)(T-20) T: température moyenne du mois le plus froid.
- La charge volumique appliquée (kg DBO5/m3.j) : Cv = Q x (Li - Le) x 10-3 AxH - Les contraintes à vérifier sont la charge hydraulique Ch et la charge volumique Cv.
CHARGE VOLUMIQUE D’UN LIT BACTERIEN Le tableau, ci-après, indique les valeurs de charge volumique qui peuvent être prises en compte suivant le type de garnissage
Matériaux traditionnels Matériaux synthétiques Faible charge
0,1 – 0,4 kg DBO/j.m3
-
Forte charge
0,4 – 1,2 kg DBO/j.m3
1,8 -2,8 kg DBO/j. m3
RECYCLAGE DES EFFLUENTS Il est indispensable de procéder à un recyclage de l'effluent pour les objectifs suivants:
✔ Assurer l'auto curage du lit en maintenant
un débit capable d'éroder le film bactérien.
✔ Améliorer les performances d'épuration. ✔ Éviter le dessèchement du film biologique. ✔ Éviter le colmatage pour les lits à faible charge
INCONVENIENTS Le procédé à lit bactérien présente les inconvénients suivants:
✔ Sensible aux variations de température ✔ Source d’odeur non négligeable ✔ Prolifération de mouches en période chaude
✔ Colmatage du filtre
TRAITEMENT PAR DISQUES BIOLOGIQUE
✔ Un support de fixation mobile ✔ Un ensemble de disques qui tournent
RÉACTEUR À DISQUES BIOLOGIQUES
✔ Le réacteur est constitué de disques en matière plastique, de diamètre élevé et montés sur un axe horizontal
✔ Les disques à moitié immergés dans l’eau tournent autour de cet axe
✔ La vitesse de rotation est très lente
(< 20 m/min); le biofilm qui va se fixer sur le disque est alternativement exposé à l’air ou immergé dans le liquide à traiter
DISQUES BIOLOGIQUES
entrée
sortie
-Principe de traitement: - Décanteurdigesteur permet la rétention d ’une partie des M.E.S; - Microorganismes se fixent sur les disques et forment un biofilm épurateur -Mise en oeuvre: - Emprise au sol : quelques m2 / EH (procédé intensif) - Disques dans un local : distance minimale de 50m entre les ouvrages et les habitations - Décanteur secondaire :V ascensionnelle < 1m/h. Pente du radier > 55°- hauteur droite > 2,5 m
Principe d’une filière type de disques biologiques
Pourcentages des polluants éliminées par disques biologiques Filières
Disquesbiologiques (avecdécantationprimaire)
MES
DBOS
DCO
80%–90% 80%- 85% 75%- 80% 25–40mg/l 30–50mg/l 90–120mg/l
NK
NGL
PT
variable
variable
Faible
CULTURES FIXÉES : BIOFILTRES •
• Biofiltres Charge volumique : 2 à 6 kg DBO5/m3/jVitesse de filtration : 2 à 6 m/h Lits bactériens Remplissage plastique : 1 à 5 kg DBO5/m3/j 1,5 à 3 m3/m²/hRemplissage classique : faible charge : 0,08 à 0,2 kg DBO5/m3/j ; charge hydraulique 1m3/m2/h Disques biologiques Charge surfacique : 2 à 30 g DBO5/m2/j DBO5 < 35 mg/L : charge < 10 g DBO5/m2/j DBO5 < 25 mg/L : charge < 8 g DBO5/m2/j nitrification : charge < 6 g DBO5/m2/j
•
DÉCANTEUR DIGESTEUR
-Dimensionnement *Décanteur Vitesse ascensionnelle : 1 à 1,5 m/hTemps de séjour : 1h30 *Digesteur 1 à 1,5 fois le volume journalier à traiter 6 mois de stockage des boues (90L à 120L/EH/6 mois) Tenir compte de la recirculation des boues
