UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAADI FACULTE DES SCIENCES et techniques Tanger
MST : IngénIerIe et gestIon de l’envIronnement en Milieu Industriel
Traitement des eaux usées urbaines
Réalisé par : -
AIT-OUAACHA Saïd AMRANY ABDELMAJID OUMENA HATIM
Master IGEL
Encadré par : -
Pr .R.LAKHMIRI
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Introduction générale
I.
Les Caractéristiques physicochimiques des eaux usées urbaines ……… ……….4 .4 1- Introduction Introduction………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………..4 ..4 2- la demande biochimique en oxygène …………………………………………… …… ……..5 ..5 3- la demande chimique en oxygène ………………………………………………………… …………………………………………………………7 7 4- les nitrites …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..8 ..8 5- les composés phosphorés………………………………………………..………………… phosphorés ………………………………………………..………………….10 .10
II.
les caractéristiques organoleptiques des eaux usées urbaines ……………………13 1- la couleur…………………………………………………………………………………………… couleur……………………………………………………………………………………………...13 ...13 2- l’odeur……………………… l’odeur………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………….. ..…13 …13 3- les matières en suspension…………………………………………………………… suspension…………………………………………………………….. ..…...14 …...14 4- Températures………… Températures……………………………………..………… …………………………..…………………………………………… ………………………………….. ..…17 …17 5- La conductivité…………………… conductivité…………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………….. ..….18 ….18 6- Potentiel hydrogène ……………………………………………..…………………………… ……………………………………………..……………………………..21 ..21 7- la turbidité………………………………………………………………………………………… turbidité…………………………………………………………………………………………....22 ....22
III.
les différents traitements des eaux usées urbaines …………………………………… …………………………………….27 .27 1- introduction introduction………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….27 .27 2- le prétraitement ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………....27 ....27 3- le traitement primaire………………………………………………………………………… primaire…………………………………………………………………………..34 ..34 4- traitement secondaire……………………………………………………………………… secondaire………………………………………………………………………....35 ....35
Conclusion Bibliographie
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INTRODUCTION
GENERALE
Les eaux usées, aussi appelées eaux polluées sont constituées de 1toutes les eaux de nature à contaminer les milieux dans lesquelles elles sont déversées. Ces eaux sont généralement formées du sous-produit d'une utilisation humaine, soit domestique, soit industrielle, d'où l‟usage du terme d‟"eaux usées". Les eaux usées sont des eaux altérées par les activités humaines à la suite d‟un
usage domestique, industriel, artisanal, agricole ou autre. Elles sont considérées comme polluées et doivent être traitées. Elles peuvent être parfois qualifiées d'eaux grises lorsqu‟il s'agit d'eaux peu chargées en matières polluantes par exemple des eaux d'origine domestique, résultant du lavage de la vaisselle, des mains, des bains ou des douches. On parle d'eaux noires lorsqu‟elles contiennent diverses substances plus polluantes ou plus difficiles à éliminer tels que des matières fécales, fécales, des produits cosmétiques, ou tout type de sous-produit industriel mélangé à l'eau. Il peut également s'agir d'eau d'écoulement de surfaces imperméables : ainsi les eaux de ruissellement des parcs de stationnement sont considérées comme des eaux usées par la présence de divers polluants comme les hydrocarbures ou les poussières d'usure des pneumatiques. des pneumatiques. Dans la plupart des pays et en particulier dans les milieux urbanisés, les eaux usées sont collectées et acheminées par un réseau d'égout d'égout (ou réseau d'assainissement), 'assainissement), soit jusqu‟à une station de traitement, soit jusqu‟à un site autonome de traitement.
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I.
Caractéristiques physico-chimiques physico-chimiques des eaux résiduaires
Introduction
la mesure de la qualité des eaux est basée basée que Quatre types d’analyse : d’analyse : Les analyses physico-chimiques physico-chimiques Les analyses bactériologiques La recherche de certains micropolluants Les analyses biologiques Les paramètres à analyser peuvent être classés en deux catégories :
Des indicateurs globaux de qualité : la température, l’oxygène l ’oxygène dissous et le pourcentage de saturation en oxygène ,le ph la conductivité, les MES, la DBO, la DCO, le carbone organique total
Des polluants spécifiques : l’ion ammonium, les nitrates, les nitrites, les phosphores.
La caractérisation des eaux permet l'évaluation quantitative et qualitative des eaux usées afin de le bien connaître pour faire le bon choix du système de traitement et son évaluation vers la suite. Pour la caractérisation quantitative, elle concerne le débit et la quantité des eaux usées rejetées par une population par jour. En ce qui concerne la caractérisation qualitative, on s'intéresse à la composition de l'eau en matières en suspension, matières décantables, la demande biologique en oxygène, la demande chimique en oxygène et le teneur en nutriments (azote et phosphore).
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Détermination de la demande biochimique en oxygène (DBO)
1- Définition :
La DBO ou demande biochimique en oxygène est la quantité d'oxygène nécessaire à la destruction ou à la dégradation des matières organiques d'une eau par les micro-organismes du milieu. Ce paramètre est utilisable soit pour quantifier la charge polluante organique de l'eau, soit pour évaluer l'impact d'un rejet sur le milieu naturel (toute matière organique biodégradable rejetée va entraîner une consommation d'oxygène au cours des procédés d'autoépuration), soit pour évaluer l'intensité du traitement nécessaire à l'épuration d'un rejet par un procédé biologique. Les valeurs de DBO mesurées dans l'industrie peuvent être très faibles pour des eaux résiduaires peu biodégradables et aller jusqu'à plusieurs grammes par litre dans des secteurs comme l'agro-alimentaire. 2- Principe de la méthode instrumentale
La consommation en oxygène du milieu étudié est immédiatement compensée par apport d'oxygène pur, l'anhydride carbonique étant éliminé. La mesure de la quantité d'oxygène par rapport au temps correspond a la demande biochimique en oxygène du milieu dans les conditions données. 3- Matériel
L'appareil est formé d'un récipient inactinique de 600 ml environ, contenant un piège à anhydride carbonique constitué d'une coupelle garnie de substance absorbante, imprégnée d'une solution concentrée de soude; le récipient est lui – même plongé dans un bain thermo staté à 20°C disposé sur un agitateur magnétique et relié d'une part, è un manomètre différentiel sensible et d'autre part, à une pompe doseuse péristaltique ou à piston par l'intermédiaire d'une vanne. La pompe doseuse est alimentée par un réservoir déformable d'oxygène pur et reliée à un enregistreur. L'appareil comporte 8 postes de mesure reliés à une même enregistreuse multivoie.
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L‟appareil est formé d‟un récipient inactinique, contenant un piège à anhydrique carbonique constitué d‟une coupelle garnie de substance absorbante, imprégnée d‟une solution concentrée de soude, le récipient est relié à une colonne de mercure et est disposé sur un agitateur. L„appareil comporte 6 postes. Le
dispositif de DBO permet de choisir entre 4 échelles avec une valeur maximale de : 90, 250, 600, et 1000. Ces valeurs de DBO sont exprimées en mg de /l.
Dispositif de mesure de la Demande Biochimique de l’Oxygène.
Dès que l‟enceinte de mesure est en dépression par rapport à l‟ atmosphère le
niveau de mercure augmente au niveau des colonnes de mercure traduisant ainsi une diminution de la quantité d‟ oxygène consommée pendant la période du test permet de tracer la courbe de la consommation d‟oxygène en fonction du temps.
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KOH
0
Hg Agitation
Lorsque les bactéries dégradent la matière organique, elles consomment l'oxygène et dégagent le CO 2, ce dernier sera piégé par le KOH ce qui va produire une dépression à l'intérieur des flacons et donc la monté du mercure dans le tube, la valeur lue correspond à la quantité d'oxygène utilisée par les bactéries La pollution des eaux par des matières organiques entraîne la diminution de la teneur en oxygène dissous .Cette diminution est due à la décomposition de la matière organique par les bactéries. L‟oxy gène dissous étant consommé, il ne reste place que pour la dégradation anaérobie, qui libère des gaz toxiques ce qui provoque la mort des habitats de cours d'eau pollué.
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Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO)
1- Définition :
La demande chimique en oxygène (DCO) est la mesure de la quantité d'oxygène requise pour oxyder la matière organique et inorganique oxydable contenue dans un échantillon. Le potentiel d‟oxydation d‟un oxydant chimique décomposé par les substances réductrices contenues dans l‟échantillon examiné. Cette méthode permet de doser des composés susceptibles de d‟épuiser l‟oxygène dissous d‟un milieu récepteur. A l‟issue de la réaction chimique, les composés présents sont à des états d‟oxydation proche de ce qu‟ils seraient après stabilisation dans le milieu naturel.
La DCO intéresse indifféremment les substances minérales et organiques. Une grande quantité de Demande Chimique en Oxygène c'est-à-dire, une grande quantité de matière organique dans les eaux, provoque une consomption excessive d‟oxygène dans les eaux réceptrices qui peut causer la mort aux
organismes vivants aquatiques qui dépendent de cet oxygène pour vivre. Il produit aussi des diverses réaction anoxiques qui dépendent de cet oxygène qui forment divers composés toxiques et malodorants comme par exemple l‟acide sulfhydrique. Remarques
Le rapport DCO/DBO permet d‟estimer la quantité de matières non biodégradable considérée. Ce rapport présente donc une grande importance dans l‟évacuation des problèmes de la pollution des eaux par ces matières. Un rapport élevé indique que le sujet d‟une telle eau dans l‟environnement aurait d‟importance conséquences écologiques.
- DCO/DBO - 2 - DCO/DBO
2 5
matière organique biodégradable. matière organique moyennement biodégradable matière organique non biodégradable
La relation empirique reliant la DBO et la DCO permet de déterminer la quantité de matière oxydable MO se trouvant dans l‟eau :
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les nitrites
Définition de nitrite :
Les nitrates sont très peu stables et par conséquent très peu présents dans les eaux souterraines sauf en cas d'une pollution da surface proche .les nitrites sont des bons indices de contamination organique et bactériologique. La présence de nitrite peut engendrer celle de nitrates et vice versa selon l'oxygène du milieu. Les nitrites provoquent la mort des organismes vivants et les nitrates contribuent à l'eutrophisation, qui engendre l'asphyxie des milieux. Les nitrites sont aussi formés par dégradation de la matière azotée mais sont rapidement transformés en nitrates dans les sources d’eau potable. Alors les nitrates et les nitrites ont des conséquences néfastes dans les milieux aquatiques. En quantité importante, les nitrites provoquent la mort des organismes vivants. 2-
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Cycle d’Azote
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Désigne le cycle biogéochimique de l‟azote qui décrit la succession des
modifications subies par les différentes formes de l'azote (azote gazeux, nitrate, nitrite, ammoniac, azote organique (protéines)). Ce cycle comporte six processus :
la fixation d'azote gazeux (N2):
réduction enzymatique de N2 (azote moléculaire) en azote ammoniacal, ou ammoniac (NH 3) par des bactéries libres ou symbiotiques,
l’assimilation/immobilisation:
conversion de l‟azote inorganique en
formes organiques, puis finalement en biomasse
Anammox (anaerobic ammonium oxidation, oxydation anaérobie de l‟ammonium) – en absence d‟oxygène, conversion de l‟ammonium et de
nitrites en nitrates. : la production d'ammonium ou d'ammoniac du fait d'une activité biologique, à partir de matière organique en décomposition,
l’ammonification
la nitrification :
transformation d'ions ammonium/ammoniac en nitrites puis en nitrates par des bactéries dites nitrifiantes, la dénitrification :
réduction des nitrates en oxyde nitreux puis en azote gazeux grâce à des bactéries dites dénitrifiantes.
Principe de la méthode au réactif de Zambelli
L'acide sulfanilique en milieu chlorhydrique, en présence d'ion ammonium et de phénol forme avec les ions NO2- un complexe coloré jaune dont l'intensité est proportionnelle à la concentration en nitrites.
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les composés phosphorés
1-Définition de Phosphore:
Le phosphore peut exister dans les eaux sous plusieurs formes. Les composés phosphorés sont responsables de l'eutrophisation qui est considéré comme une pollution nutritionnelle. Contrairement a l'azote qui se volatilise le phosphore reste présent même s'il change de support. Ces réserves y compris en milieu aquatique entretiennent le potentiel d'eutrophisation. Même s'il y a une réduction à la source de l'usage des composés phosphorés, il reste quand même le risque d'un re-largage dans le milieu, véritable bombe à retardement, celui-ci est appelé l'effet retard. 2- Principe du dosage des ortho phosphates par colorimétrie
En milieu acide et en présence de molybdate d'ammonium, les ortho phosphates donnent un complexe photophomolybdique qui, réduit par l'acide ascorbique, développe une coloration bleue susceptible d'un dosage colorimétrique .certains formes organiques peuvent être hydrolysées au cours de l'établissement de la coloration et donner des ortho phosphates, le développement de la coloration est accéléré par l'utilisation d'un catalyseur, l'émétique, tartrate double d'antimoine et de potassium. La sensibilité de la méthode est augmentée en extrayant la coloration bleue par un solvant. le phosphore (P) est important pour la Vie puisqu’il est essentiel { la fabrication des acides nucléiques ARN et ADN. On le retrouve aussi dans le squelette des organismes sous forme de PO4. Dans la Terre primitive, tout le phosphore se trouvait dans les roches ignées. C’est par l’altération superficielle de ces dernières sur les continents que le phosphore a été progressivement transféré vers les océans. On a calculé qu’il a fallu plus de 3 Ga (milliards d’années) pour saturer les océans par rapport au minéral apatite [Ca5(PO4)3OH], un phosphate. Le cycle du phosphore est unique parmi les cycles biogéochimiques majeurs: il ne possède pas de composante gazeuse, du moins en quantité significative, et par conséquent n’affecte pratiquement pas l’atmosphère. Master IGEL
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Il se distingue aussi des autres cycles par le fait que le transfert de phosphore (P) d’un réservoir { un autre n’est pas contrôlé par des réactions microbiennes, comme c’est le cas par exemple pour l’azote. Un excès du phosphore et de ses algues peut provoquer : une baisse de l’oxygène et augmentation de NH3 ET CH4 une augmentation de l’acidité une présence accrue de dinoflagellés (algues toxiques) un colmatage des fonds une variation jour/nuit des taux d’oxygène une baisse de la quantité d’eau brute une baisse de la valeur esthétique et du potentiel ludique de l’eau 3- Le cycle du phosphore
Le cycle du phosphore est unique parmi les cycles biogéochimiques majeurs car il ne possède pas de composante gazeuse. Par conséquent, il n’affecte pratiquement pas l’atmosphère. En milieu terre stre, le phosphore est, le plus souvent, sous forme de phosphate c’est -à-dire un atome de phosphore entouré de quatre atomes d’oxygène (PO4). Sous cette forme, nous le retrouvons comme un des composants du squelette des êtres vivants mais aussi des dents des vertébrés. Pour ainsi dire, toutes les formes de vie ont besoin du phosphore car il est important pour la vie. En effet, il est essentiel à la fabrication de nombreuses molécules, comme les protéines et les acides nucléiques : ARN et ADN 4- Principe du dosage des ortho phosphates par colorimétrie
En milieu acide et en présence de molybdate d'ammonium, les ortho phosphates donnent un complexe photophomolybdique qui, réduit par l'acide ascorbique, développe une coloration bleue susceptible d'un dosage colorimétrique .certains formes organiques peuvent être hydrolysées au cours de l'établissement de la coloration et donner des ortho phosphates, le développement de la coloration est accéléré par l'utilisation d'un catalyseur, l'émétique, tartrate double d'antimoine et de potassium. La sensibilité de la méthode est augmentée en extrayant la coloration bleue par un solvant.
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II- Les caractéristiques organoleptiques des eaux usées Les paramètres physiques sont ainsi appelés parce qu’ils sont détectables par le sens physiques du corps humain. De ce fait ils permettent de caractériser arbitrairement mais facilement les eaux usées. Parmi ces paramètres en note : La couleur, L’odeur, La Température, Le Potentiel hydrique Les Matières en suspension, La Conductivité, La Turbidité.
1- La couleur La coloration est un paramètre essentiel de la pollution esthétique. Une eau usée domestique devrait normalement paraitre d‟une couleur grisâtre. Par contre, plus cet eau vieillit dans le réseau d‟égout, plus elle tend vers le noir. Ce changement de couleur est du à l‟activité bactérienne, qui consomment tous l‟oxygène pour produire finalement des sulfures d‟hydrogène en phase anaérobie ; à ce moment on dit que l‟eau devient septique. Il est à noter que l’apport d’un effluent industriel dans un réseau d’égout peut parfois en fausser la couleur
2- L’odeur L’odeur d’une eau usée accompagne généralement la couleur de celle-ci. Plus la couleur est foncée plus l’odeur est forte et désirable. Celle-ci est habituellement causée par la présence de sulfure d’hydrogène produit par des bactéries décomposant la matière sous la présence d’oxygène. Une eau fraiche devrait normalement avoir une odeur peut prononcée et légèrement désirable, sans toutefois être agressive.
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On distingue généralement deux types d’odeurs : Odeurs générales :
Métallique : eau profonde contenant de fer. Odeur de tourbe : eau marécageuse. Moisi-pourri : eau sale. Odeur de poisson : eau océanique et de culture piscicole.
Odeurs chimiques :
On parle des eaux polluée d’hydrogène sulfuré, d’huiles minérales, d’ammoniac (NH4OH), de chlore, de savon,
3- Matières en suspension (MES) Les matières en suspension (MES) sont des particules solides inertes ou vivantes de petite taille qui ont la possibilité de se maintenir un certain temps entre deux eaux, ces matières peuvent changer la coloration et la turbidit é de l’eau. Les matières en suspension (MES) exprimées en mg par litre. Ce sont les matières non dissoutes contenues dans l’eau. Elles comportent à la fois des éléments minéraux et organiques. Les matières en suspension (MES) constituent l’ensemble des particules minérales et/ou organiques présentes dans une eau naturelle ou polluée. Elles peuvent être composées de particules de sable, de terre et de sédiment arrachées par l’érosion, d’êtres vivants planctoniques (notamment les algues). Elles correspondent à la concentration en éléments non dissous d’un échantillon. Particule minérales (argile, limon….)
MES
Débris organiques en décomposition Micro-organismes :(zooplancton, bactéries)
Les matières en suspensions sont à l'origine de la turbidité de l'eau et c'est eux qui causent la couleur apparente. Généralement elles comprennent des particules dont la taille est supérieure à 0,45µm.
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Taille des matières solides : -3
Matières dissoutes : d< 10 µm. -3 Matières colloïdales : 10 1µm. Tableau1 : différents types des matières en solides Matières solides Matières en suspension (MES)
Matières solides Totales (MST)
Décantables (MD)
Inorganiques (fixes) Organiques (volatiles)
Non décantables
Organiques (volatiles)
colloïdales Matières totales dissoutes (MTD)
dissoutes
Inorganiques (fixes) Inorganiques (fixes) Organiques (volatiles) Organiques (volatiles)
Matières solides volatiles (MSV)
Matières volatiles dissoutes (MVD)
Inorganiques (fixes) Matières décantables (ml/L):volume des solides qui sédimentent dans un cône de Imhof après 1 H. Matières solides volatiles (mg/L) MSV: MES qui se volatilisent au four à 550°C. Matières solides fixes : MSF=MES-MSV Matières volatiles dissoutes: MTD (matières totales dissoutes filtrables) qui se volatilisent à 550°C. Matières fixes dissoutes : MFD= MTD-MVD
Cependant des teneurs en matières en suspension élevées peuvent contribuer au déséquilibre de milieu aquatique en accroissant la turbidité et en empêchant la pénétration des rayons solaires, diminuant ainsi l’oxygène dissous et limitant alors le développement de la vie aquatique. D’une façon générale, les matières en suspension interviennent dans la composition de l’eau par leurs effets d’échanges d’ions ou d’absorption, aussi bien sur les éléments chimiques à l’état de traces que sur les micro-organismes. En particulier, les argiles et les particules organiques ayant, une large surface d’absorption constituent un support idéal pour les ions, les molécules diverses et les agents biologiques .De ce fait, ils peuvent constituer un vecteur pour la pénétration de ces produits dans l’organisme. L’abondance des matières en suspension dans l’eau favorise la réduction de la luminosité et abaisse la production biologique du fait, en particulier, d’une chute de l’oxygène dissous Consécutive à une réduction des phénomènes de photosynthèse.
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MES (proportions importantes)
Maladies chez les poissons Asphyxie du milieu
Réduction de degré de luminosité de milieu.
Réduction de possibilité de développement des végétaux Réduction de l’activité photosynthétique
Principe:
Appauvrissement en oxygène dissous
La quantité de matière en suspension totale (MEST) se mesure par filtration de 10ml d’eau et pesage des résidus séchés à 105°C pendant 1h30mn. Le résultat s’exprime en mg/l. Les MVS (matières volatiles en suspension), représentent la partie organique (donc biodégradable) des matières en suspension. Appareillage Equipement de filtration.
Filtres en microfibres de verre;
Fioles jaugées ou éprouvettes graduées ;
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Mode opératoire Peser la membrane et noter sa masse à vide M0 ; Placer la membrane sur la rampe de filtration ; Bien agiter l’échantillon ; Prélever un volume V de l’échantillon et le transvider sur la membrane ; Procéder à la filtration. Récupérer la membrane après la filtration, puis la placer dans une étuve à 105°C pendant 1h30 mn pour enlever l’excès d’eau. Peser de nouveau la membrane, après séchage, puis noter sa masse M 1.
Calcul des matières en suspension Le rapport entre la différence des masses et le volume filtré donne la concentration de matières en suspension dans l’échantillon. On applique la formule suivante :
CMES= (M1-M0)/V C MES: concentration des MES en mg/l ; M0 : masse de la membrane avant filtration ; M1 : masse de la membrane après filtration ; V : volume d’échantillon filtré.
4- Température La température de l’eau influe sur beaucoup d’autres paramètres. C’est en premier lieu le cas pour l’oxygène dissous indispensable à la vie aquatique : Plus la température de l’eau s’élève, plus la quantité d’oxygène dissous diminue. Une température trop élevée des eaux d’une rivière peut donc aboutir à des situations dramatiques de manque d’oxygène dissoute pouvant entraîner : la disparition de certaines espèces, la réduction de l’auto épuration, l’accumulation de dépôts nauséabonds (odeurs), la croissance accélérée des végétaux (dont les algues). Lorsqu’ elle est élevée la température s’accompagne d’une modification de la densité, d’une réduction de la viscosité, d’une augmentation de la tension de vapeur saturante à la surface, d’une diminution de la solubilité des gaz. L’augmentation de la température favorise aussi l’auto épuration et accroît la vitesse de sédimentation, ce qui peut présenter un intérêt dans les stations d’épuration. Les élévations de température peuvent être nuisibles pour les poissons, favoriser la mortalité de certaines espèces et le développement d’autres. En raison des variations de certains paramètres de l’eau avec l a température (oxygène dissous, conductivité,..) les analyses normalisées sont effectuées sur des échantillons d’eau à 20° C. La température doit être mesurée in situ. Les appareils de mesure de la conductivité ou du pH possèdent généralement un thermomètre intégré.
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Conductivité électrique des eaux usées urbain La conductivité mesure la capacité de l'eau à conduire le courant entre deux électrodes. La plupart des matières dissoutes dans l'eau se trouvent sous forme d'ions chargés électriquement. La mesure de la conductivité permet donc d'apprécier la quantité de sels dissous dans l'eau. Elle est reliée à la concentration et à la nature des substances dissoutes. En général, les sels minéraux sont de bons conducteurs par opposition à la matière organique et colloïdale, qui conduit peu. Par conséquent, dans le cas des eaux usées fortement chargées en matière organique, la conductivité ne donnera pas forcément une idée immédiate de la charge du milieu. Dans les autres cas, elle permet d'évaluer rapidement le degré de minéralisation d'une eau et d'estimer le volume d'échantillon nécessaire pour certaines déterminations chimiques. La conductivité est également fonction de la température de l'eau : elle est plus importante lorsque la température augmente. Ap pareillage : Conductivimètre avec une cellule pour mesurer la conductivité. Thermomètre ou sonde de température.
Principe :
La mesure en µS/cm ou mS/cm (Siemens par cm) de la conductivité électrique d’une eau s’effectue à l’aide d’un conductimètre. Celui -ci mesure le passage de l’électricité entre deux électrodes plongées dans l’eau. La mesure s’effectuer à 20° C ou avec un conductimètre avec compensateur automatique de température. Si l’eau très pure est un isolant qui oppose une grande résistance au passage de l’électricité, il n’en est plus de même lorsqu’elle est chargée en sels minéraux d’origine naturelle (calcium, magnésium, sodium, potassium) et aussi ...en polluants. La mesure de la conductivité donne une bonne appréciation des matières en solution dans l’eau. L’appareil de mesure applique une tension électrique à la solution à mesurer. Un courant électrique circule en fonction de la conductivité.
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La conductivité d'une solution est la mesure de la capacité des ions à transporter le courant électrique. Ce passage du courant électrique s'effectue par la migration des ions dans un champ électrique produit par un courant alternatif. Un courant alternatif est utilisé afin d'atténuer la perturbation due à la polarisation des électrodes résultant du passage d'un courant électrique. Les électrolytes peuvent être considérés comme des conducteurs métalliques, et ils obéissent à la Loi de Ohm. En appliquant une force électromotrice constante entre les électrodes, la variation de l'intensité de courant est inversement proportionnelle à la résistance de la solution. La conductivité d'une solution dépend de la concentration des ions présents et de leur vitesse de migration sous l'influence de la force électromotrice appliquée. Plus l'électrolyte est diluée, plus la conductivité diminue, car il y a moins d'ions par volume de solution pour assurer le transport du courant. Mo d e o p é ra to ir e :
Prendre deux aliquotes de chaque échantillon. Plonger la cellule de conductivité et la sonde de température dans (le premier aliquote est utilisé pour rincer l'électrode). Noter la température à laquelle la lecture est prise si le conductivimètre ne corrige pas la conductivité en fonction de la température. Pour vérifier le bon fonctionnement du conductivimètre et de l'électrode, utiliser une solution de KCl 0,010M .La conductivité mesurée devrait être 1 409 ± 50 µS/cm.
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Calcul et mes ure d e la con du ctiv ité:
La conductivité d'une solution est définie comme l'inverse de la résistance d'un volume de 1,0 cm3 de solution. Sa mesure s'effectue par l'utilisation d'une cellule de conductivité couplée à un conductivimètre et la conductivité s'exprime en µS/cm. Si le conductivimètre possède une sonde de température qui corri ge la conductivité à 25 °C, les résultats sont lus directement sur le cadran et sont exprimés en µS/cm. Si le conductivimètre ne corrige pas la conductivité à 25 °C, la conductivité lue est corrigée à 25 °C à l’aide de l’équation suivante : A = (B x F) Avec : A : conductivité de l'échantillon ( µS/cm); B : lecture du conductivimètre (µS/cm); F : facteur de correction due à la température. Le facteur F est déterminé à l’aide de l’équation suivante :
Avec : F : facteur de correction; T : température de l’échantillon. Un exemple du facteur F est donné dans le tableau suivant: Tableau2 : facteurs de correction sur les températures :
Température (°C)
Facteur (F)
Température (°C)
Facteur(F)
20 21 22 23
1 ,10 1,08 1,06 1,04
24 25 26 27
1,02 1,00 0,98 0,96
Le tableau ci après établit une relation entre le degré de la minéralisation et la conductivité selon la réglementation française :
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Tableau3 : relation entre la conductivité et la minéralisation des eaux :
Conductivité (µS/cm)
Minéralisation en mg/L
Type de minéralisation
0
1 ,365 x C 0,947 x C
Minéralisation très faible
166
0,769 x C
3331000
0,716 x C 0,758 x C 0,850 x C
Minéralisation faible Minéralisation moyenne accentuée Minéralisation accentuée Minéralisation importante Minéralisation élevée
Potentiel hydrogène (pH) Le pH (potentiel Hydrogène) mesure la concentration en ions H+ de l'eau. Il traduit ainsi la balance entre acide et base sur une échelle de 0 à 14, 7 étant le pH de neutralité. Ce paramètre caractérise un grand nombre d'équilibre physicochimique et dépend de facteurs multiples, dont l'origine de l'eau. Ce paramètre donne le degré d’acidité ou d’alcalinité d’une eau. L’eau des cours d’eaux avoisine en général la neutralité représentée par un pH de 7. Le pH doit être compris entre 6 et 9 pour permettre la vie aquatique. Le pH caractérise la concentration d'une eau ou d'une solution aqueuse en ions hydronium (H30+). Plus simplement, il mesure l'acidité ou l'alcalinité d'une eau. Le pH des eaux naturelles est lié à la nature géologique des terrains traversés. En régions granitiques (comme c'est le cas en Auvergne) ou schisteuses, en zones de tourbières ou forestières, les eaux ont un pH acide (< 7). En régions calcaires, les eaux ont un pH basique (> 7). Le pH n'a pas d'effet direct sur la santé mais il présente certains inconvénients. La valeur de PH altère la croissance et la reproduction des microorganismes existant dans une eau, la plupart des bactéries peuvent croitre dans une gamme de pH comprise entre 5 et 9, l’optimum est situé entre 6,5 et 8,5, des valeurs de pH inferieures à 5 ou supérieures à 8,5 affectent la croissance et la survie des microorganismes aquatiques. Le pH doit être impérativement mesuré sur le terrain à l'aide d'un pH-mètre ou par colorimétrie.
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Tableau4 : classification des eaux d'après leur pH pH < 5
Acidité forte => présence d'acides minéraux ou organiques dans les eaux naturelles
pH = 7
pH neutre
7 < pH < 8
Neutralité approchée => majorité des eaux de surface
5,5 < pH < 8
Majorité des eaux souterraines
pH = 8
Alcalinité forte, évaporation intense
Turbidité des eaux usées urbain Une eau turbide est une eau trouble. Cette caractéristique vient de la teneur de l’eau en particules en suspension, associées au transport de l’eau. Au cours de ce parcours, l’eau se charge de quantités énormes de particules, qui troublent l’eau. Les matières, mêlées à l’eau, sont de natures très diverses : matières d’origine minérale (argile, limon, sable...), micro particules, microorganismes. La turbidité joue un rôle très important dans les traitements d’eau. En effet : Elle indique une probabilité plus grande de présence d’éléments pathogènes. La turbidité perturbe la désinfection. Le traitement par ultraviolets est inefficace et le traitement par le chlore perd son efficacité ; La matière organique associée à la turbidité favorise la formation de biofilms dans le réseau et par conséquent, le développement de bactéries insensibles au chlore notamment. La turbidité est un paramètre en relation avec le degré de transparence et la propreté de l'eau qui dépend de la quantité de matières en suspension qui peuvent être la conséquence d'une possible activité biologique ou simplement la présence de composés indésirables. Elle se mesure par l'absorption d'un faisceau de lumière passant à travers un volume fixé d'eau. Pour éliminer cette turbidité, divers types de filtres se trouvent sur le marché, leur rendement est amélioré par l'utilisation de floculant.
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Photo1 : turbidimètre
photo2 : cuvette de turbidimètre
Principe de mesure
La mesure de la turbidité permet de préciser les informations visuelles sur l'eau. La turbidité traduit la présence de particules en suspension dans l'eau (débris organiques, argiles, organismes microscopiques…). Les désagréments causés par une turbidité auprès des usagers sont relatifs car certaines populations sont habituées à consommer une eau plus ou moins trouble et n'apprécient pas les qualités d'une eau très claire. Cependant une turbidité forte peut permettre à des micro-organismes de se fixer sur des particules en suspension. La turbidité se mesure sur le terrain à l'aide d'un turbidimètre. La turbidité se mesure par la réflexion d’un rayon lumineux dans l’eau. La turbidité est mesurée par un test optique qui détermine la capacité de réflexion de la lumière (l’unité de mesure est le « NTU » - unités néphélométriques). Lors du passage du rayonnement optique à travers un système dispersé, la puissance de rayonnement est réduite, grâce aux particules dispersées, par transformation en d‘autres formes d‘énergie. Cet effet est appelé absorption. Le rapport de la puissance de rayonnement pénétrant dans la distance mesurée et celle en sortant donne la turbidité. La turbidité est un indice de la présence de particules en suspension dans l'eau. Elle est déterminée à l'aide d'un néphélémètre. Cet appareil mesure la lumière dispersée par les particules en suspension avec un angle de 90° par rapport au faisceau de lumière incident. La turbidimétrie ou opacimétrie est une variante de la spectrométrie d’absorption. Les éléments en suspension dans un liquide absorbent certaines radiations selon une loi voisine de celle de BEER LAMBERT laquelle est rappelée ci-dessus :
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Avec : Io = intensité du faisceau incident. It = intensité transmise après traversée du liquide. l = épaisseur traversée. c = concentration en mole/l. f = coefficient lié à la longueur d’onde utilisée. La turbidimétrie mesure alors l’intensité lumineuse du faisceau transmis après traversée du milieu par faisceau de lumière infrarouge à travers une cuvette contenant l'échantillon à tester. La source de lumière est une DEL à infrarouge à luminescence élevée. Un détecteur positionné à un angle de 90°, par rapport au sens de la source de lumière, détecte la quantité de lumière diffusée par les particules non dissoutes présentes dans l'échantillon.).
Tableau5 : classes de turbidité usuelles (NTU, néphélométrie turbidité unit) NTU < 5
Eau claire
5 < NTU < 30
Eau légèrement trouble
NTU > 50
Eau trouble
NTU
La plupart des eaux de surface en Afrique atteignent ce niveau de turbidité
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Principe de mesure de la lumière dispersée
Comme le montre la figure ci-dessus, un faisceau lumineux intense est projeté à travers un échantillon. Ce faisceau de lumière directe est mesuré par un détecteur. La lumière qui est dispersée par la présence des particules dans l’échantillon est mesurée par d’autres détecteurs (à 90° et/ou 12°). Les signaux issus des faisceaux de lumière directe et dispersée sont traités par l’électronique. Cette dernière les amplifie et les divise pour fournir la mesure de turbidité.
Turbidité= (signal de la lumière dispersée / signal de la lumière directe)
Plus la quantité de particules contenue dans le liquide est importante et plus le signal de la lumière dispersée est important. A l’inverse, l’intensité du signal issue de la mesure de la lumière directe décroît dans ce cas là.
Mesure de la lumière dispersée à 12° Avec ce type de mesure, une petite particule fournit un faible signal de lumière dispersée et une grosse particule donne un important signal de lumière dispersée. Le résultat de la mesure est pratiquement indépendant de la taille des particules. La présence de beaucoup de petite particule produit le même résult at qu’une seule grosse particule, ce qui permet au système d’êtr e calibré en mg/l (en fonction d’une application spécifique).
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Mesure de la lumière dispersée à 90° Avec ce principe de mesure, les petites particules (<0,3 µm) produisent un signal aussi important (ou plus important) que des particules d’un diamètre plus gros. Cet effet est utilisé, quand les petites particules doivent être mesurées. Pour avoir une idée de la taille des particules, un second détecteur de lumière dispersée est nécessaire (mesure à 12°). Mesure de la lumière dispersée à 12° et 90°
Avec une taille de particules d’approximativement 0,3 µm, les mesures de lumière dispersée sous les trois angles 12°, 35° et 90° donnent le même résultat. Le tableau suivant permet, en combinant mesure à 12° et à 90°, de fournir une information sur la taille des particules. Diamètre des particules en µm >0 ,3
<0,3
Résultats des mesures en lumière dispersée à 90° Faible Fort
Résultats des mesures en lumière dispersée à 12° fort faible
Si la mesure de la lumière dispersée à 90° est plus importante que celle de la lumière dispersée à 12°, cela signifie que la taille moyenne des particules est inférieure à 0,3 µm. Si la mesure de la lumière dispersée à 90° est plus faible que celle de la lumière dispersée à12°, cela signifie que la taille moyenne des particules est supérieure à 0,3 µm.
La méthode de mesure à 12° est très sensible avec les grosses particules. A l’inverse, la méthode de mesure à 90° est très sensible pour les petites particules. Ainsi, la combinaison de ces deux types de mesure permet de fournir une information sur la taille des particules présentes dans un liquide.
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1/ Prétraitement : Introduction
L‟étude de nombreuses stations à travers le monde montre que le concepteur a
fait peu de cas des installations de prétraitement. Ces systèmes jugés à prime abord peut importants sont en fait d‟une importance capitale : leur rôle n‟étant pas principalement de traiter l‟eau mais surtout de protéger l‟équipement contre le sable et les débits transportés par les
égouts. Définition
Le prétraitement consiste en une série d‟opération de nature physique ou mécanique qui permettent d‟éliminer la fraction la plus grossière des particules
entraînées par les eaux usées. Toutes les stations d‟épuration ne sont pas forcément équipées des trois, seul le dégrillage est généralisé, les autres sont dessablages et déshuilage.
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But :
Le dégrillage représente généralement le premier dispositif de prétraitement. il a pour rôle de séparer et d‟évacuer les matières volumineux tels que pierres, chiffons, morceaux de bois, d‟emballage…etc susceptibles de nuire à l‟efficacité
des systèmes de pompage ou de traitement. Ces déchets sont par la suite d‟évacués pour être incinérés ou déposés en décharge. La qualité et la quantité de matières extraites au dégrillage dépendent de l‟écart
entre les barreaux de la grille. Master IGEL
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On distingue plusieurs types de dégrilleurs, soit :
Prédégrillage : 50 à 100 mm
Dégrillage moyen : 10 à 25 mm
Dégrillage fin : 3 à 10 mm
Principe :
Consiste à faire passer les eaux usées o travers une grille (il en existe plusieurs types) dont les barreaux plus au moins espacées , retiennent les éléments les plus grossiers. Le tamisage utilisant des grilles de plus faible espacement peut compléter ce prétraitement.
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But
:
Dans la séquence de traitement d‟une station d‟épuration, le dessablage suit
immédiatement le dégrillage. Ces deux unités de prétraitement peuvent précéder ou suivre la station de pompage. Son rôle consiste à enlever des eaux usées les substances susceptibles d‟user prématurément ou de bloquer les unités de
traitements subséquentes. et aussi de façon à éviter : Protéger les pompes et la tuyauterie contre l‟abrasion
Eviter la déposition du sable dans les canaux;
Enlever les particules dont la granulométrie est supérieure à 0,2 mm
à éviter de perturber les stages de traitement suivants
principe
:
En principe, l‟unité de dessablage est conçue pour retenir les sables, graviers, débris de verre, de métaux, écailles d‟oeufs, éclats d‟os, mégots de cigarettes, etc .
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On distingue 3 types de dessableurs :
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les dessableurs longitudinal gravitaire
le dessableurs aérés
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But :
Consiste à extraire des eaux usées, les graisses et les huiles
o
Déshuilage: séparation liquide/liquide
o
Dégraissage: séparation solide/liquide
principe :
Sont principe est base sur l‟injection de fines bulles d‟air dans le bassin de
déshuilage. Permettant de faire remonter rapidement les graisses en surface. leur élimination se fait ensuite par raclage de la surface. Il est important de limiter au maximum la quantité de graisse dans les ouvrages en aval pour éviter par exemple un encrassement des ouvrages. Notamment des canalisations. Leur élimination est essentielle également pour limiter les problèmes de rejet de particules graisseuses.
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Le dessablage et le déshuilage se réalisent le plus souent dans un même ouvrage: les sables décantent au fons de celui-ci tandis que les graisses remontent en surface.
Elément à prendre en compte dans le choix d’une technique de prétraitement
Toute la chaîne complète de prétraitement n‟estpas indispensable. Certains
critères comme la nature des effluents, le types de traitement prévue en aval ou la taille de la station peuvent permettre de faire l‟économie de l‟un ou l‟autre de ces
prétraitement ou plutôt opter pour une chaîne complète de prétraitement.
L a natures des effluents
S'ils contiennent des matières flottantes,
S'ils contiennent des sables,
S'ils contiennent des huiles ou des graisses.
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L a filiè re de trai tement pr é vue en aval
Avec ou sans décantation primaire: Si le système prévoit une décantation primaire le dégraissage peut se faire à ce niveau.
Epuration biologique: Si l'épuration est du type biologique, il est indispensable de prévoir un prétraitement de déshuilage et dégraissage au risque de perturber les processus biologiques.
2/ traitement Primaire : Introduction
Les particules solides en suspension dans l‟eau usées sont entraînées par la vitesse d‟écoulement et le brassage qui s‟opèrent au sein du liquide. Si cette vitesse et ce
brassage viennent à être très réduit, la plupart des éléments solides se déposent. dans le traitement des eaux usées, la décantation est une opération par laquelle on se propose de retirer des eaux toutes las matières solides susceptibles de sa déposer. Ce type de traitement est fondamental en matière d‟épuration. En effet, non
seulement sur le plan technique on obtient des résultats intéressants avec une élimination d‟environ 60% des matières en suspension et de 40% de la demande
biochimique en oxygène.
Définition:
La décantation est une opération de séparation mécanique, par différence de gravité de phases non miscibles dont l‟une au moins et liquide .
but:
Les principaux objectifs des bassins de décantation primaire sont:
Enlèves les petites particules solides qui sont dispersées en les faisant floculer en plus grosses particules (MES)
Enlever les matières colloïdales par l‟absorption sur des plus
grosses particules (MES) Master IGEL
Enlever les matières flottantes (huiles et graisses) Page 34
principe :
le procédé de décantation s‟appuie sur la gravité ; elle permet se séparer les matières solides du liquide. La vitesse d‟écoulement et le brassage doivent être considérablement réduits. Lorsque la vitesse n‟est plus que de quelques
millimètres à la seconde, les matières en suspension peuvent se déposer au fond du bassin, sou forme de boues en encore flotter à la surface.
3/ traitement Secondaire : Introduction Les techniques les plus développées au niveau des stations d'épuration urbaines sont des procédés biologiques intensifs. Le principe de ces procédés est de localiser sur des surfaces réduites et d'intensifier les phénomènes de transformation et de destruction des matières organiques que l'on peut observer dans le milieu naturel. Deux grands types de procédés sont utilisés : _ les lits bactériens et disques biologiques ; _ les boues activées ;
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Définition:
Se procède utilise l‟épuration biologique dans le traitement des eaux usés. C‟est un mode d‟épuration par cultures libres. dans une filière de traitement des eaux.
Le procède de bous activées fait partie des traitement secondaire
but:
Quatre principales utilisations spécifiques du procédé à boues activées:
Élimination de la pollution carbonée (matières organique)
Élimination de la pollution azoté
Elimination biologique du phosphore
principe :
Le procédé “boues activées” consiste à mélanger et à agiter des eaux usées brutes avec des boues activées liquides, bactériologiquement très actives. La dégradation aérobie de la pollution s'effectue par mélange intime des microorganismes épurateurs et de l'effluent à traiter. Ensuite, les phases “eaux épurées” et “boues
épuratrices” sont séparées
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Principe :
Les filtres percolateurs sont des lits de pierres concassées ou d‟un matériel similaire à la surface duquel des eaux usées préalablement décantées (c‟est-à-dire
que seules les fines particules organiques, les solides colloïdaux et les solides y parviennent) sont appliquées de façon intermittent ou continuelle au moyen de distributeur. L‟effluent est recueille au fo nd du lit par l‟intermédiaire d‟ système de drains collecteurs. L‟existence de vides à travers le lit percolateur est essentielle pour le passage des eaux usées et pour assurer une circulation d‟air
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BUT
Une autre technique faisant appel aux cultures fixées est constituée par les disques biologiques tournants. Les micro-organismes se développent et forment un film biologique épurateur à la surface des disques. Les disques étant semi-immergés, leur rotation permet l'oxygénation de la biomasse fixée.
Principe :
Même principe que le lit bactérien, mais au lieu de faire circuler l‟effluent, on fait tourner le support par rapport à l‟eff luent à traiter. Il en résulte
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A l'échelle mondiale, le traitement des eaux usées constitue le premier enjeu de santé publique : plus de 4 000 enfants de moins de 5 ans meurent chaque jour de diarrhées liées à l’absence de traitement des eaux et au manque d’hygiène induit Les eaux usées sont toutes les eaux chargées de différents éléments provenant de la population mais aussi des activités commerciales et industrielles du fait qu'elles ont été utilisées pour le lavage ou les toilettes, qui sont de nature à polluer les milieux dans lesquelles elles seront déversées. C'est pourquoi, dans un souci de respect de ces différents milieux, des traitements sont réalisés sur ces effluents par le réseau d'assainissement urbain.
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Bibliographie
www.safewater.org/PDFS/.../traitement+eaux+usees.pdf
www r.wikipedia.org/wiki/ Eaux _usées fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_des_eaux _usées des formations de l’office nationale de l’eau potable
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