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ÉPURATION ÉPURATION BIOLOGIQUE DES DES EAUX EAUX USÉES USÉES INDUSTRIELLES Cliquez pour modifier le style Master des sous-titres du masque 2009-2010

ÉPURATION ÉPURATION DES DES EAUX USÉES USÉES INDUSTRIELLES

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Pourquoi les stations d’épuration opérationnelles sont-elles peu nombreuses au Maroc ? Les coût d’exploitation d’exploitation sont tels, notamment notamment en électricité, que la plupart des communes ne disposent pas du budget correspondant. Au pris de l’énergie s’ajoute le transport t ransport des boues, de la station au lieu de décharge, et les frais de personnels hautement spécialisés. Les stations à boues activées font appel à des techniques qui, sans être ê tre très complexes, complexes, n’en sont pas moins de plus en plus sophistiquées et donc très sensibles aux variation de charge.

Contraintes d’épuration des eaux usées ×L’hétérogénéité de composition des effluents industriels (pollution : soluble, colloïdale et en suspension). ×Les boues issues de l’épuration : problème essentiel et délicat. ×Le traitement et l’élimination finale des boues conditionnent le choix de la solution de traitement des effluents.

Gestion des stations d’épuration d’eaux usées

§ § § §

Les problèmes rencontrés rencontrés sur les stations d’épuration sont liés à la complexité co mplexité des installations et des processus qui s’y déroulent. Chaque station est un cas spécifique On peut distinguer quatre grandes familles de disfonctionnements : Qualité des effluents non conforme Qualité des bous non conforme Ratios économiques non conformes Nuisances pour l’environnement

Qu’est-ce qu’un traitement d’une eau usée ? Dépolluer, épurer, nettoyer Quels sont les objectifs du traitement ? • • • •

Respecter des normes normes de rejet (législation), Protéger Protéger l’environnement Améliorer les conditions hygiéniques de la population, Gagner une ressource supplémentaire en eau. •

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES L’ épuration consiste à mettre en œuvre : ♥ des

procédés de séparation et d’élimination des matières en suspension;

♥ des

procédés d’élimination des matières matières en solution.

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES D’une manière générale, une installation d’épuration d’eaux usées comporte classiquement la succession des stades de traitement suivants : Traitemen raitements ts préliminaires; préliminaires; ♥ T ♥ Traitements physico-chimiques; ♥ Traitements biologiques; Traitemen raitements ts tertiaires tertiaires ou de finition. finition. ♥ T

Filière Globale d’Épuration

Prétraitement traitement primaire traitement secondaire traitement tertiaire Quels sont les paramètres du choix de la filière ? • Volume d’eau et charge polluante à traiter • Coût d’investissement, • Technologie disponible, • Objectifs visés, • Contraintes locales (surface disponible, les boues,….).

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Traitements raitements primaires primaires ♥ Décantation

primaire : ü sédimentation des particules; ü Sédimentation diffuse des particules floculées;

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Traitement secondaire ♥ Coagulation-floculation; ♥ Boues

activées; ♥ Lits bactériens. ♥ Filtration sur membrane; ♥ Digestion; ♥ Bio disques; ♥ Lagunage;

ÉPURATION ÉPURATION DES EAUX USÉES USÉES INDUSTRIELLES Traitement raitement tertiaire tertiaire ♥ Filtration

sur sable ♥ Filtration sur charbon actif; actif; ♥ Désinfection. ♥ Élimination de N et P.

ÉPURATION ÉPURATION DES EAUX USÉES USÉES INDUSTRIELLES composition des eaux usées plus complexe Forte charge en MES Irrégularité des rejets Eaux acides (ou alcalines) Carence en sels nutritifs Mouvais rapport de biodégradabilité Présence de toxiques,….

ÉPURATION ÉPURATION DES EAUX USÉES USÉES INDUSTRIELLES Le suivi du fonctionnement se fait grâce à la détermination de paramètres dits « paramètres de conduite ». Leur détermination détermination permet de contrôler le bon fonctionnement du processus épuratoire et de régler les différents organes de la filière d’épuration.

ÉPURATION ÉPURATION DES EAUX USÉES USÉES INDUSTRIELLES Suivi des grandeurs classiques de contrôle de l’épuration : q indice de Mohlman; q DCO; q DBO5; q MES; q Des effluents, brut et traité.

Analyse entrée/sortie est l’un de ces paramètres L’analyse entrée/sortie des paramètres paramètres globaux définissent la pollution afin de déterminer : × Les flux de pollution (en Kg/j) × Les rendements épuratoires (en %) Ces informations permettent de contrôler contrôler les réglages en place et de contrôler contrôler la qualité du traitement, à savoir le respect respect des normes de rejet.

Evaluation de l’efficacité d’épuration Les analyses sont effectuées au laboratoire selon les méthodes normalisées (Normes AFNOR). ₪ flux de pollution : [polluant] en Kg/m3 × débit journalier en m3/j = en flux en Kg/j polluant] [polluant] entrée – [polluant]sortie

₪ Rendements =

polluant] [polluant] entrée

X 100

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES

TRAITEMENT BIOLOGIQUE

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Traitements biologiques Les techniques d’épuration biologique reposent sur les conditions qui permettent aux flores bactériennes de : ♥ Se développer ♥ Assurer la dégradation des matières organiques polluantes. ♥ Ces matières servent d’aliments aux bactéries aérobies ou anaérobies ana érobies..

CARBONE CARBONE ORGANIQUE So élimination dans le milieu naturel utilise l’oxygène l’oxygène dissous dans l’eau : pouvoir autoépuration. L’oxygène dissous est présent dans l’eau en faible quantité : 8 à 10 mg/l Par exemple : L’élimination d’un morceau de sucre de 5 g nécessite 5,6 g d’oxygène. Désoxygénation Désoxygénation complète de 700 litres d’eau à 8 mg/l d’oxygène.

FORMES AZOTÉES L’azote organique (protéines) se retrouve après digestion du carbone organique sous forme : Ø Azote Ammoniacal (ammonification) minéral. Cet azote évolue à son tour vers la forme : Ø Azote Nitrique (nitrification) . Cette transformation est consommatrice d’oxygène dissous : 4,5 g d’oxygène par gramme d’azote. L’azote minéral est une substance nutritive favorisant le développement d’algues → hypertrophisation

MÉTROLOGIE DE LA POLLUTION ♥ Mesure

de l’oxygène consommé par la dégradation DCO mg/l d’oxygène et DBO 5 mg/l d’oxygène. ♥ NTK azote total Kjeldahl Azote organique + azote ammoniacal ♥ NGL AZOTE GLOBAL : NTK + NO 2- + NO3♥ P T Phosphore total Toxiques oxiques (Matière (Matière Inhibitri Inhibitrices) ces) ♥ T CE (l) 50-24h : concentration initiale qui

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Traitement biologique Les procédés les plus couramment mis en œuvre pour la dépollution des eaux usées sont du type aérobie (présence d’air / d’oxygène). La cinétique du processus s’avère beaucoup plus rapide et les rendements d’épuration sont plus élevés qu’avec les traitements traitements biologiques anaérobies.

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Traitements biologiques biologiq ues Dans les traitements biologiques aérobies , on distingue : ♥ les procédés aérobies utilisant une culture bactérienne libre libre en suspension dans l’eau à traiter (épuration par boues activées); ♥ les

procédés aérobies utilisant une culture bactérienne fixée fixée sur un support (épuration par lits bactériens, par biodisques ou par biofiltration ).

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Traitements biologiques Dans la conception des installations et le dimensionnement des différentes étapes du traitement biologique aérobie, il convient de tenir compte des particules propres des eaux usées : Les eaux usées, qui subi un traitement préalable physico-chimique, sont peu chargées en matières en suspension totales (MEST) et présentent, par suite une pollution organique (DBO5, DCO ) principalement soluble;

ÉPURATION ÉPURATION EN FONCTION DES DES NORMES DE REJET La réglementation européenne, applicable aux industries agro-alimentaires de plus 4000 Equivalents- Habitant, impose: Zone normale DBO5 25 mg L-1 ou 70-90% d’élimination DCO 125 mg L-1 ou 75% d’élimination MES 35 mg L-1 ou 90% d’élimination

ÉPURATION ÉPURATION EN FONCTION DES DES NORMES DE REJET Zone sensible P TOTAL TOTAL 2 mg L-1 (1) ou 80% d’élimination 1 mg L-1 (2) NGL 15 mg L-1 (1) ou 70-80% d’élimination 10 mg L-1 (2) (1)De 10 000 à 100 000 EH (2)> 100 000 EH La réglementation locale peut être plus contraignante.

ÉPURATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES BIOMASSE ÉPURATRICE ÉPURATRICE Mélange complexe de microorganismes dominé par les bactéries accompagnées de leurs prédateurs prédateurs : protozoaires, ciliés, rotifères… Les organismes bactériens sont classés selon leur mode de vie et leur développement.

BIOMAS BIO MASSE SE ÉPURATRI ÉPURATRICE CE Autotrophes source de carbone Mixotrophes Hétérotrophes

Aérobies Oxygène (Anoxie)

Anaérobies Facultative

Processus énergétique Exemple: ♥

Organismes hétérotrophes aérobies Matière organique + oxygène +eau

(CHOH)n + nO2 Énergie

gaz carbonique carboniqu e

nCO2 + H2O +

Processus de synthèse cellulaires

A partir du carbone, de sels nutritifs et d’oligo-éléments, En utilisant l’énergie produite par le catabolisme ,

Le micro-organisme élabore du tissu vivant Matière organique + NH4+ + HPO42- + oligoEl + énergie

C5H7NO2 (Représentation (Représentation Conventionnelle du micro-organisme)

Processus de synthèse cellulaires

Les bilans « matière » du métabolisme s’établissent à partir de l’expérience : ♥ Le rendement énergétique ♥ Il

faut respecter un certain équilibre nutritionnel pour avoir une bonne croissance bactérienne.

ÉPURATION BIOLOGIQUE DES EAUX EAUX USÉES USÉES Équilibre nutritif assuré DBO5/N/P idéal : 100/5/1, réel : 100/25/6 EUD Rapport de biodégradabilité biodégradabilité favorable r = DCO/DBO5 compris entre 1,5 et 3 pH voisin de la neutralité Potentiel rédox faible

BIODÉGRADABILITÉ Biodégradabilité des rejets Si DCO/DBO5 < 2 la MO est biodégradable, aisément éliminée par biologie : cas de certains rejets agro alimentaires. Si DCO/DBO5 < 3 la MO est biodégradable, éliminée par voie biologique : exemple : eaux usées domestiques Si DCO/DBO5 < 5 le résidu est dégradable à l’aide l’aide de souches microbiennes par adaptation progressive : cas de certains rejets alimentaires ou textiles Si DCO/DBO5 > 5 alors on a affaire affaire à une MO difficile à dégrader par des moyens biologiques habituels. Cas des rejets rejets des industries chimiques , parachimiques, textiles ….

CINÉTIQUE DE CROISSANCE Ln X

1 2

3

4 5

1) Laten Latence ce adap adapta tatio tion n Ralentissement

Temps

6 4)

MODÉLISATION

En phase exponentielle

dx = μox

ÉVOLUTION DU SUBSTRAT L’oxygène consommé est utilisé pour dégrader la matière organique, Mat. Orga. + a O 2 + N+ P ♥

a C5H7NO 2 + CO2 + H2O

+ résidu non dégradable

Les dispositifs d’oxydation et de brassage Les systèmes d’aération ont par suite deux importantes fonctions à remplir : 1-Introduire une quantité déterminée d’oxygène dans l’eau, nécessaire à la satisfaction des besoins correspondant à: Ø L’oxydation des matières organiques polluantes apportées par l’effluent, Ø La destruction des matières cellulaires lors de la phase de respiration endogène.

Les dispositifs d’oxydation et de brassage 2- Brasser la suspension de boues activées pour en assurer l’homogénéité et éviter les dépôts. Les dispositifs utilisés dans les stations d’épuration pour remplir cette double fonction sont : ü Les aérateurs de surface, ü Les systèmes à injection d’air, ü Et les systèmes à base de pompes.

Besoins théoriques en oxygène

La consommation d’oxygène résulte de la somme de trois termes : ü Oxydation directe des matières organiques, ü Oxydation indirecte (respiration endogène), ü Oxydation de l’ammoniaque (nitrification).

Et pour assurer l’auto oxydation on a’ C5H7NO2 +b O2

Besoins théoriques en oxygène CO2 + H2O+ N+ P

+ résiducellulaire a ire

QQ2 :quantitéd’oxygène nécessaireKg j -1 Le: pollutionorganique éliminéeKg néeKg j -1 a’,b’ : constantes

QQ2 = a’ Le + b’ O2

Besoins théoriques en oxygène

La consommation d’oxygène due à l’ oxydation de la matière organique (production d’énergie cellulaire) est indépendante de la charge organique du procédé et correspond environ à 0,6 Kg d’oxygène par Kg de DBO5 entrant dans le système. La consommation indirecte ou respiration endogène, varie de 0,1 à 0,9 O2/Kg DBO5 selon l’âge des boues.

LES FILIÈRES Filières aérobies üBactéries libres ü Bactéries fixées ü ♥ Filière anaérobie ♥

BACTÉRIES LIBRES : BOUES ACTIVÉES

ÉPURATION PAR BOUES ACTIVÉES

Principe : Accélération du phénomène naturel connu sous le nom d’autoépuration en augmentant la concentration en microorganismes, microorganismes, en consommant l’oxygène l’oxygène et en la dégradant la matière organique. Les microorganismes microorganismes se multiplient et s’agglomèrent s’agglomèrent en petits flocons qui se déposent lorsque l’on arrête l’aération. Cette masse a été appelée « floc bactérien ».


Ce procédé consiste donc à provoquer le développement d’un floc bactérien dans bassin : ü Alimenté en eau usée à traiter (bassin d’activation); ü En brassant suffisamment le milieu pour éviter la décantation des flocs; ü En lui fournissant l’oxygène l’oxygène nécessaire à la prolifération prolifération des microorganismes. microorganismes.


Le bassin d’aération peut être précédé d’un décanteur primaire. Est toujours suivi d’un clarificateur qui assure la séparation de l’effluent épuré des boues; Les boues recyclées dans le bassin d’aération pour en assurer la concentration permanente et en partie extraites (excès) vers le traitement des boues.

ÉPURATION BIOLOGIQUE : BOUES ACTIVÉES Eau prétraitée

Aérateur Recyclage

Clarificate ur


La boue activée apparaît comme une suspension de particules floconneuses ( de quelques 1/10 de mm). Un floc est constitué de Bactéries, de matières organiques inertes ou minérales, maintenues par une substance mucilagineuse, produit de l’activité bactérienne. Une boue activée normale contient également une microfaune abondante de d e protozoaires protozoaires et petits métazoaires.


Il faut également signaler certaines espèces dont la présence est gênante dans la mesure où elles interviennent pour contrarier des boues. Ces bactéries se développent souvent dans les milieux déséquilibrés en azote et riches en éléments facilement assimilables ou dans les réseaux septiques.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées ₪ fonctionnement du bassin à boues activées üAnalyses entrée/sortie entrée/sortie üDébits üCharge massique üCharge volumique üAge des boues üDemande en oxygène

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Débits (m3/h et en m3/j) ü Qe : débit d’entrée du bassin d’aération recirculation de la biomasse ü Qr : débit de recirculation ü Qext : débit d’extraction des boues e excès

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Charges Massique : Cm : S0/X0 = QS0/VX0 Volumique : CV : S0/V

Temps de séjour Hydraulique : t = V/Q

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Les différentes PHASES de croissance d’une colonie bactérienne sont conditionnées par le rapport entre la quantité de pollution à détruire et la masse d’éléments épurateurs en présence. Ce rapport, qui garantit une qualité déterminée de traitement, est appelé charge massique (Cm). La charge massique s’exprime par le rapport entre la pollution appliquée journellement, en Kg DBO5, et la masse de matière épuratrice, en Kg de poids sec des boues contenues dans le réacteur réacteur biologique.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées La charge massique (Cm) Ø Exprimée en Kg DBO5 / Kg MVS/j, Ø Cm rend compte de la disponibilité du substrat par rapport à la biomasse épuratrice. Ø Elle donne des indicateurs quant au degré degré de minéralisation de la pollution poll ution et à l’élimination de l’azote .

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Cm = [DBO5] × Qm [MVS] × VBA [DBO5] = Concentration en DBO5 en Kg/m3 à l’entrée du bassin Qm = Débit journalier en m 3/j [MVS] = Concentration en Matière volatiles Sèches en Kg/m3 VBA = volume du bassin bass in d’aération en m3.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues La chargeactivées volumique (Cv) üExprimée en Kg DBO 5 /m3 de bassin et par jour, ü Cv renseigne sur la quantité de DBO5 à éliminer par unité de volume de bassin. üIl s’agit ici d’un critère de dimensionnement d’ouvrage qui devient un critère de suivi du fonctionnement du bassin d’aération.

Cv

[DBO5] × Qm

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Les procédé à haute charge correspondent : üÀ Cm > 0,5 généralement entre 1,5 et 2,5 ü Et à des Cv > 1 pouvant atteindre 5-6 en particulier dans les procédé de traitement à l’oxygène pur. Les procédé procédé conventionnels fonctionnent à une charge moyenne généralement comprise entre : ü0,2 < Cm < 0,5 Kg DBO5/Kg KVS ü0,6 < Cv < 1,5 DBO5/m3.j

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Les procédé fonctionnant à faible charge c’est-à-dire en aération extensive ou prolongée ü 0,07 < Cm < 0,2 ü0,35 < Cv < 0,6 Les procédé fonctionnant à très faible charge c’est-àdire en aération extensive ou prolongée ü Cm < 0,07 ü Cv < 0,35

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées On utilise l’expression l’expr ession aération prolongée prolongée d préférence à celle d’oxydation totale, car cette dernière impliquerait une transformation transformation complète de toute la matière organique organique en composés gazeux ou minéraux solubles et, par conséquent, l’absence totale de boues en excès, excès, ce qui n’est jamais le cas.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues L’âgé des activées boues (A) Rapport entre la masse des boues Rapport présentes dans le réacteur et la masse journalière en excès ØExprimé en jours ØCette notion renseigne sur le temps de séjour des boues dans la filière et sur le type de biomasse présente. Il existe une relation entre le spectre faunistique et l’âgé des boues.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées L’âgé des boues (A) Ce paramètre influe sur la qualité du traitement biologique, plus les boues sont âgées et plus le degré de minéralisation des boues est élevé et meilleurs sont les rendements rendements épuratoires. épuratoires.

A=

[MS]BA × VBA

[MS]BA : Concentration en matière [MS]ext × Qextsèches dans le bassin d’aération en Kg/m3. VBA : volume du bassin d’aération en m3. [MS]ext : Concentration en matière matière sèches à l’extraction l’extraction en Kg/m3. Qext : Débit d’extraction des boues en excès en m3/j.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées La demande en oxygène (DO2) Exprimée en Kg d’O2/j cette demande représente la quantité journalière d’ oxygène nécessaire à la biomasse biomasse épuratrice pour la minéralisation de la pollution. Elle permet de dimensionner et de régler le système d’aération.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues La demandeactivées en oxygène (DO2) DO2 = a’ .Le + b’ .Sv a’ : Coefficient d’oxydation de DBO5 pour les synthèses, en Kg O2/ Kg DBO5 éliminée. Le : Flux de DBO5 éliminée en Kg/j. b’ : Coefficient de respiration endogène en Kg O2 / Kg MVS/j.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées Le taux de recirculation (Tr) Exprimé en %, Il permet de contrôler que la recirculation est correctement réglée : re-circulation re-circulation de la la biomasse est suffisante (pour éviter le lessivage) ou pas trop importante (surcharge au niveau du clarificateur).

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues Le taux activées de recirculation (Tr) Exprimé en %, Il s’agit de maintenir une concentration constante en biomasse dans le bassin.

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées (Tr) Le taux de recirculation On détermine un taux de re-circulation re-circulation théorique (fonction des MS dans le bassin d’aération et dans le re-circulation) : Cs

Tr théo × 100 Cr - Cs = Cs : Concentration en MS dans le bassin d’aération en g/L. Cr : Concentration en MS dans d ans les boues recirculées en g/L. (Mesurée au fond du

Paramètres de conduite conduite des station d’épuration à boues activées(Tr) Le taux de recirculation Puis on détermine un taux de re-circulation appliqué (fonction de débit d’entée et du débit de re-circulation) : Qr

Tr appliqué Qe × 100 3 Qr : Débit de re-circulation en m /h. =

Qe : Débit d’entée dans le bassin d’aération en m3/h.

CLASSIFICA CLASSIFICATION TION EN FONCTION FONCTION DE LA CHARGE ₪

Cm

STATION À TRÈS FORTE CHARGE

♥ Faible

temps de séjour hydraulique

♥ Faible

consommation consommati on en oxygène

♥ Forte production de boue ♥ DBO5 résiduelle

∼

≥

2

0,7 h

0,5 kg d’O2 kg-1 de DBO5 1,4 kg MVS kg-1 de DBO5 80 mg l-1


τ : 1,3 h

₪

Cm ∼ 1

STATION À FORTE CHARGE O2 : 0,8

MVS : 1,2

DBO5 rés.40

STA STATION À MOYENNE CHARGE τ:2à3h

O2 : 1

MVS ∼ 0,9

Cm ∼ 0,5

DBO5 rés.25


τ:5h

₪

Cm ∼ 0,2

STATION À FAIBLE CHARGE O2 : 1,4

MVS ∼ 0,75

Nitrification amorcée

STA STATION À MOYENNE CHARGE τ:1à5j

O2 : 2

MVS ∼ 0,3

Cm < 0,07

Nitrification totale

Décantation / Clarification La clarification est assurée par des décanteurs statistiques de forme circulaire ou rectangulaire rectangulaire équipés ou non d’un système de raclage de boues. Objectif : assurer une séparation satisfaisante de la biomasse de l’eau traitée et permettre un premier épaississement des boues biologiques décantées.

Décantation / Clarificateurs Ils reçoivent une liqueur mixte de boues activées à une concentration voisine voisine de 3 à 4 g/l en matière en suspension. Ils doivent restituer une eau clarifiée n’en contenant plus que 30 mg/l au maximum, soit un rendement de 99 %. Dans le cas d’une aération prolongée, la concentration des boues biologiques peut atteindre 6 à 8 g/l, le rendement doit être encore meilleur, meilleur, supérieur à 99,5 %

Décantation / Clarificateurs les clarificateurs ou décanteurs secondaires doivent : § Avoir une grande efficacité de façon à ce que les boues séjournent le moins longtemps possible. § éviter l’anoxie et l’anaérobiose des boues biologiques décantées, qui doivent être recyclées le plus rapidement possible dans le bassin d’aération.

Décantabilité des boues biologiques La bonne décantabilité de la boue biologique est contrôlée par la valeur de l’indice de Mohlman. La technique préconisée pour mesurer l’indice de Mohlman est le volume occupé, après une demi heure de décantation, par un gramme de boue .

Décantabilité des boues biologiques L’essai est exécuté exécuté dans une éprouvette d’un litre que l’on remplit de liqueur mixte puis on note le volume de boues V (en cm3) au bout de 30 min. V IM = P Avec P poids sec (en gramme) de boues contenues dans le volume.

Décantabilité des boues biologiques Des valeurs de l’indice élevées correspondent correspondent à une mauvaise décantabilité de la boue. une boue dont la structure assure une bonne décantabilité à un indice IM compris entre 80 et 150. On considère qu’en dessous de 50 la boue a un aspect granuleux et risque de former des dépôts.

Décantabilité des boues biologiques Au-delà de 150, la boue est en gonflement ou atteinte de « bulking », maladie de la boue que l’on attribue généralement à un développement exagéré de bactéries filamenteuses (type sphaerotilus). Problème du à un déséquilibre nutritionnel du milieu.

Décantabilité des boues biologiques C’est le cas des eaux résiduaires d’industries agro-alimentaires agro-alimentaires renfermant de fortes proportions de substrats glucidiques facilement assimilables et par ailleurs carencées en azote et phosphore. phosphore. Il faut noter que l’indice de Mohlman varie en fonction de la charge massique appliquée et des caractéristiques physicochimiques des eaux usées à traiter.

Décantabilité des boues biologiques

À titre indicatif, le tableau suivant indique les valeurs des critères de dimensionnement préconisées préconisées en clarification pour des installations urbaines fonctionnant à forte, moyenne et faible charge massique.

INCIDENTS DE DÉCANTATION

Origine :

♥ Conditions

hydrauliques

♥ Conception ♥ Qualité

du décanteur

des boues


Condition hydraulique

Il existe une charge superficielle limite VH

=

Q S

Au-delà de laquelle il y a risque de débordement des boues.


Conception du décanteur

Il faut adopter une profondeur profondeur optimale permettant une bonne rétention des particules, un taux de concentration suffisant et un stockage provisoire de boues en cas de surcharge.


Conception du décanteur Pour les décanteurs cylindriques : 6<

R H

<

8

Pour les ouvrages rectangulaires : 20 <

L H

<

35


♥ problèmes

liés à la floculation :

ü Croissance dispersée ü Flocs tête d’épingle → Âge des boues ü Défloculation

→

Toxique


♥ Problèmes Problèmes

liés à la densité :

ü Présence Présence de bulles gazeuses § Aération trop forte (air). § Dénitrification (Azote). § Fermentation (H2, CH4)

INCIDENTS DE DÉCANTATION ü Présence de graisse ü Gonflement filamenteux (Nocardia) § Récupérer l’écume et la traiter au chlore. § Recycler le surnageant des digesteurs


liés à la compaction (Bulking) rétention d’eau dans le floc : üExcès de rétention Foisonnement Foisonnement filamenteux. üCauses :

Problèmes ♥ Problèmes

§ Manque d’oxygène ( Sphaerotilus Natans). § Charge trop faible (Microthrix partielle ). § Déficience en nutriments (S. Natans, Thiothrix ). § Eau septique (Thiothrix).

Boues liquides issues du traitement des eaux usées zzz Épaississement (Épaississement gravitaire) (Digestion anaérobie)

(Flottation)

(Séparation centrifuge)

Stabilisation (Digestion aérobie)

(Digestion chimique)

(Conditionnement chimique par (Conditionnement polyélectrolyte) (Conditionnement

thermique)

chimique par sels Déshydratation minéraux)

(Séchage (Filtration sous thermique ou vide) atmosphérique )

(Filtration sous pression)

Élimination Finale

(Filtre à (Centrifugati bande) on)

Recirculation des boues collectées

Traditionnel T raditionnellement, lement, la recirculation des boues se fait par pompage. On extrait les boues activées du fond du clarificateur et on le renvoie en tète du bassin d’aération, afin de réensemencer réensemencer celui-ci et d’y maintenir une concentration sensiblement constante en microorganismes épurateurs.

Recirculation des boues collectées

C’est sur le circuit de recirculation recirculation que l’on doit réaliser les extractions de boues en excès. La concentration maximale C des boues retraites du clarificateur est donnée 1,2 ×103 3 par la relation : C (en Kg/m ) = Im

Production de boues en excès

Pour maintenir u poids de biomasse en suspension sensiblement constant dans le basin d’aération, il est nécessaire de prélever chaque jour du circuit de recirculation, un certain volume de boues dites « en excès ». On peut considérer que le poids de matières contenu dans ce volume de boues correspond correspond à la prolifération de la culture bactérienne dans basin d’aération.

Production de boues en excès • •

Valeurs indicatrices de la protection de boues biologiques en fonction de la charge massique de fonctionnement.

Systèmes Extensifs

TRAITEMENTS RUSTIQUES Lagunage Fait partie des procédé extensifs 3 types Naturel À macrophytes Aéré

TRAITEMENTS RUSTIQUES Lagunage naturel Vent

O2

CO2 + h ν → CHOH + O 2 M.O. + O2 → CO2 + H2O

M.O → CH4 + CO2 + NH4+

☼

TRAITEMENTS RUSTIQUES Lagunage naturel / paramètres Charge : 4,5 g DBO5 m-2 3 à 6 bassins Hauteur d’eau ∼ 1 m Rendement 70% de la DCO

TRAITEMENTS RUSTIQUES Lagunage aéré Oxydation en surface du premier p remier bassin Lagunage de décantation : bassin 2 et 3 Surface : 3 m2/EH

Systèmes Extensifs Épuration par lagunage Le principe Le lagunage est un procédé naturel d’épuration des eaux usées qui permet une séparation des éléments solides de la phase liquide, par sédimentation, et une épuration biologique due, essentiellement, à l’action des bactéries. Le procédé consiste à faire séjourner les eaux résiduaires dans des bassins de stabilisation.

Systèmes Extensifs Épuration par lagunage On distinguera, selon la profondeur du bassin : ü Bassins anaérobies ü Bassins facultatifs ü Bassins aérobies Le fonctionnement des bassins aérobies, ou facultatifs, est basé sur la symbiose entre e ntre les algues, producteurs d’oxygène en présence de lumière, et les bactéries aérobies qui dégradent les molécules organiques complexes. Par contre, dans la phase aqueuse anoxique (bassins facultatifs et bassins anaérobies), anaérobies), les anaérobies sont responsables responsables de la fermentation.

BACTÉRIES FIXÉES

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries Les organismes fixés sont plus fixées

performants L’oxygène, L’oxygène, les substrats et les produits diffusent à l’intérieur du biofilm des Lits bactériens, biofiltres, biodisques, lits fluidisés.

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries Ea fixées Suppor u t

O2 Air CO 2

M O

Biofilm aérobie Biofilm

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Lits bactériens Anciens Garnissage : matériaux f 4 à 8 cm, Modernes Matériaux plastiques (PVC, …)

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries Lits bactériens fixées Charges

Faibles charges Cv = 0,08 à 0,2 Kg m -3 j-1 Ch = 8 à 10 m3 m-2 j-1 j-1

fortes charges Cv = 0,7 à 4 Kg m -3 j-1 Ch = 15 à 40 m 3 m-2

Pour les garnissages plastiques Cv de 1 à 5

LIT BACTÉRIEN Notion de charge charge volumique volumiq ue : Kg DBO J-1 Volume du Lit Traditio raditionnels nnels ♥ T

Faible Faible Charge 0,08 à 0,2 avec une charge hydraulique 8 à 10.

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Lits bactériens Efficacité accrue Autocurage, bonne décantatabilité des boues Aération naturelle Décanteur primaire obligatoire Sensible au colmatage

BIOFILTRE (Lits granulaires ) Réacteur triphasique ₪ Phase granulaire : ü Fixe la biomasse biomasse ü Retient le M.E.S. ₪ Phase liquide ü Recouvrant le lit ü En renouvellement constant ₪ Phase gazeuse ü Insufflation d’air.

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Biofiltres Eau à traiter ET

Ai ETr Eau de lavage

Air lavage Air lavage

Eau à

Ai r Eau de

TECHNOLOGIE DES BIOFILTRES

Matériaux ♥ Argiles expansées (Biolite, Biodamine) Pouzzolane ♥ Granulométrie 2,5 à 8 mm. Hauteur de matériau ♥ 3 m en courant ascendant ♥ 2,2 m en courant descendant

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Biofiltres paramètres Charge volumique 3,5 à 12 Kg DCO m -3 j-1 Temps de passage réel 30 à 40 min Production de boues 0,41 Kg MES Kg-1 DCO

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Biofiltres Emprise au sol réduite Faible temps de passage Pas Pas de clarificateur Élimination simultanée MES DCO Adaptabilité Décantation primaire nécessaire Rendements épuratoires

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Biodisques Eau à traiter

Décanteur-

Clarificat eur

Biodisque

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Biodisques Zone d’oxydation

Zone d’adsorpti on

Vue en

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Bactéries fixées Biodisques Supporte les variations de charges Faible consommation d’énergie Entretien simple Exploitation économique Fragilité mécanique Investissement

TRAITEMENT TERTIAIRES OU DE FINITION

LES TRAITEMENTS DE FINITION

Traitement tertiaires ou de finition Un ou plusieurs traitements complémentaires permettant d’obtenir une qualité d’effluent supérieure à celle obtenue par les procédés physico-chimiques et biologiques classiques. Définition Les traitements de finition ou tertiaires englobent le ou les procédés d’épuration, en vue d’améliorer les caractéristiques d’une eau usée domestique ayant subi une épuration biologique ou un traitement physico-chimique préalable.


La finalité des traitements de finition pourra donc varier suivant les objectifs : particulière ü La réduction de la pollution particulière (MES) et de la pollution pol lution organique biodégradable (DBO5), ü La réduction de la pollution azotée ou phosphorée, ü La réduction de la pollution organique non biodégradable (DCO résiduelle), ü L’élimination plus ou moins poussée de certains germes pathogènes ou parasites, etc.


Traitement tertiaires ter tiaires ou de finition Il s’agit d’affiner l’eau en poussant l’épuration le plus loin possible avec la possibilité de viser : ₪ L’amélioration des performances des paramètres classiques. ü Matières en suspension totale : Par filtration sur s ur sable par exemple. exemple.


Traitement tertiaires ou de finition ü La DBO5 et la DCO moyennant la mise en œuvre de procédés biologiques de finition : Lagunage Biofiltration Traitement d’adsorption sur charbon actif

DÉNITRIFICATION La dénitrification utilise des organismes autotrophes ou hétérotrophes. Dans l’épuration d’eaux usées, les processus sont hétérotrophes. hétérotrophes. Principe NO3- + Mat. Orga. → N2 + CO2 + H2O + Énergie

DÉNITRIFICATION Pour dénitrifier il faut être dans un milieu réductrice (anoxie). ₪ Ajout de matière organique en fin de traitement ₪ Bassin segmenté en zones aérées et anoxiques ₪ Recyclage avec bassin d’anoxie en tête ₪ Régulation Rédox ₪ Dénitrification endogène.

DÉPHOSPHATATION PHISICO-CHIMIQUE Mise en œuvre précipitation primaire ₪ Possibilité de précipitation ü Permet de soulager l’étape biologique grâce à une floculation dans le décanteur primaire. ü Limite la disponibilité du P pour la biomasse. ₪ Déphosphatation tertiaire ü En cas d’excès de phosphore après l’étape biologique.

DÉPHOSPHATATION BIOLOGIQUE

Milieu anaérobie ü Relargage de P intracellulaire ü Constitution de réserve de PHB

Mise en œuvre anaérobie ü Nécessité de disposer d’un bassin anaérobie en tête de station et de dénitrifier l’effluent. ü


La désinfection

Les eaux usées urbaines contiennent tous les agents susceptibles de déclencher des maladies transmissibles constitués par les micro-organismes pathogènes : Bactéries (salmonella, shigella, vibrions, mycobactéries, leptospires, pseudodomanas…), Virus (entérovirus, réovirus, rotavirus), Parasites (protozoaires), champignons et levures.


La désinfection (suite) La désinfection des eaux usées pourra être imposée par la présence de germes pathogènes dans les eaux résiduaires urbaines susceptibles d’affecter des milieux récepteurs dont la qualité bactériologique devra être sauvegarder : eaux de baignade, rivières ou lacs utilisées pour la production potable.


Traitements chimiques et physiques Les procédés de désinfection susceptible d’être mis en œuvre utilisent le chlore et ses dérivés, l’ozone et les rayons UV. Le chlore (à l’état gazeux ou sous forme d’hypochlorite de sodium : eau de javel) est actuellement le moyen de désinfection et de stérilisation le plus utilisé et le mieux maîtrisé.

LES TRAITEMENTS DE FINITION Traitements chimiques et physiques (suite) Le traitement de chloration n’a un sens que si l’on opère sur de l’eau préalablement préalablement bien épuré et clarifiée, La désinfection est d’autant plus efficace que l’épuration biologique est élevée (faible concentration en MO). Dans les eaux usées traitées sans nitrification poussée, l’ammoniac et le chlore se combinent pour former des chloramines (chlore actif combiné)


Traitements chimiques et physiques (suite) Avec un temps de contact de 30 minutes, on peut viser des réductions supérieures à 99,9% et atteindre 10 3 coliformes/100 ml en appliquant les dosages de chlore suivants : ØAprès traitement physico-chimique : 10 à 15 mg/l ØAprès épuration biologique classique : 3 à 6 mg/l, ØAprès un traitement de filtration complémentaire sur sable ou passage sur charbon actif : 2 à 4 mg/l.


Traitements chimiques et physiques (suite) L’installation de désinfection par le chlore doit disposer d’un bassin où après mélange initial rapide chlore/effluent, le temps de contact soit moins de 30 minutes pour le débit de pointe. Il est nécessaire de prévoir un dispositif de régulation de la quantité de chlore à injecter qui soit fonction, à la fois, du débit et de la qualité de l’effluent. L’utilisation d’un chlorométrie ou d’une régulation hydraulique (bassin tampon) est es t obligatoire.

hadi

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