Rapport de Stage
Analyse critique du fonctionnement de la filière gaz de la STEP de la ville de KHOURIBGA
Réalisé par :
Encadré par :
DIOUA Hajar
Mme CHERRADI Majda
EL BAKKALI Ferdaousse
Station d’épuration de KHOURIBGA
Période : du 29/06/2015 au 28/07/2015
Sommaire Remerciements……………………………………………………………………………………..3 Résumé………………………………………………………………………………………………4 Introduction………………………………………………………………………………………….5 Partie 1 : présentation de l’organigramme d’accueil………………………………….……..8 Chapitre 1 : Présentation du groupe OCP……………………………………………………...9 Les phosphates du Maroc………………………………………………………………...9 1-1-1- Gisements des phosphates………………………………………………………9 1-1-2- Gisements des phosphates sédimentaires……………………………………9 1-1-3- Usage des phosphates……………………………………………………………9 1-2- Présentation du groupe OCPSA……………………………………………………...9 1-2-1- Historique et activités du groupe OCPSA………………………………..…….9 1-2-2- Organigramme du groupe OCP…………………………………………..……10 1-2-3- Divisions et services des exploitations minières de Khouribga……..….10 1-2-4- Pôle mines de Khouribga…………………………………………………..…...11
1-1-
Chapitre 2 : Présentation du groupe OTV ………………………………………………...…..12 Partie 2 : Les eaux usées au Maroc………………………………………………..……….…..13 1- Introduction………………………………………………………………………………...14 2- Type des eaux usées……………………………………………………………………..14 3- Sources de pollution des eaux usées au Maroc……………………………….……15 Partie 3 : Stations d’épuration au Maroc………………………………………………….…...17 Chapitre 3 : Présentation de la ville de Khouribga………………………………………..…19 1-3- Introduction……………………………………………………………………..……..19 1-4- Données générales sur la ville de Khouribga……………………………..…….19 1-4-1- Démographie………………………………………………………….…….…....19 1-4-2- Topographie…………………………………………………………………....…20 1-4-3- Climatologie…………………………………………………………………....…20 1-4-4- Estimation des rejets d’eaux……………………………………………..…….22 1-4-5- Conclusion…………………………………………………………………..….…23 Chapitre 4 : La STEP de Khouribga……………………………………………………….…...23 1-5- Introduction……………………………………………………………………..…..…23 1-6- Fiche technique de la STEP de la ville de Khouribga…………………..…..….23 1-6-1- Situation géographique de STEPK…………………………………..….…....24 1-6-2- Les équipements………………………………………………………….……..25 1-7- Etapes de traitement des eaux………………………………………………....….25 1-7-1- Filière eau………………………………………………………………….….…..25 a- Prétraitement………………………………………………………….……...25 b- Traitement secondaire………………………………………………..…….27 c- Traitement tertiaire…………………………………………………….…….27 1-7-2- Filière boue………………………………………………………………..……....28 a- L’épaississement…………………………………………………………….29 b- Digestion………………………………………………………………….…...30 c- Déshydratation………………………………………………………….……31 1-7-3- Filière gaz…………………………………………………………………….…....31 a- Désulfuration…………………………………………………………………….…….32
b- Stockage du gaz dans le gazomètre………………………………………………32 c- Torchère………………………………………………………………………….…….33 d- Cogénération……………………………………………………………………..…...33 1-d –Définition et principe de la cogénération…………………………………..33 2-d-Intérêt………………………………………………………………………..…….34 3-d-Avanatages et inconvénients de la cogénération……………………..…. 35 4-d-Intreprétation du rendement…………………………………………………..36 5-d-Principe de fonctionnement……………………………………………......….36 1-5-d- Energie primaire (biogaz)…………………………………..………......36 2-5-d- Génération électrique……………………………………………….......37 3-5-d- Génération thermique…………………………………………………...37 4-5-d- Génération par moteur……………………………………………..…...38 5-5-d- Génération par turbine (à vapeur ou à combustion)…………..…..39 6-5-d- Le plan de maintenance du cogénérateur……………………..…....40 Partie5 : Etude d’échangeur et amélioration……………………………………………….…40 Chapitre 5 : Etude d’échangeur thermique ………………………………………..…...…..41 1-8-Principe de l’échangeur thermique…………………………………………………41 1-9-Son intérêt ………………………………………………………………………….……42 Chapitre6 : Amélioration du Co générateur …………………….……………………..……45
Remerciements : Nos remerciements vont au premier lieu à nos chers parents pour leur soutien permanents et leur affection infinie. Nous adressons nos profondes gratitudes à Monsieur CHRAIBI Lotfi, professeur et coordonnateur de la filière Génie Eco Énergétique et Environnement Industriel. Ainsi nous remercions chaleureusement Madame CHERRADI Majda Ingénieur responsable de la station d’épuration de Khouribga qui nous a encadré durant toute la période du stage au sein de la station. Nos gratitudes s’adressent aussi à Monsieur RAJOU ainsi que Monsieur ESSAOULA pour leurs conseils et orientations. En témoignage de la franche collaboration, dont nous avons bénéficié, nous remercierons vivement tout l’arsenal des agents de la STEP de Khouribga pour leurs informations primordiales.
Résumé : Sujet : Analyse du fonctionnement de la station d’épuration des eaux usées de KHOURIBGA.
Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un stage d’un mois effectué au sein de la station d’épuration de Khouribga. Cette étude a pour objectif de savoir le procédés de rassemblement, épuration et traitement des eaux usées et savoir leur réutilisation dans le lavage des phosphates à la laverie MEA afin de réduire la consommation excessive d’eau , ainsi que produire des engrais à l’aide de séchage des boues et utiliser du biogaz issues d’épaississeur pour produire d’ électricité et garantir une énergie nécessaire au fonctionnement de la STEP . Ce projet, qui vient d’être mis en service permet de lutter contre la pollution et faire une production à partir des déchets. Au cours de ce stage, on nous est demandé de : -Faire une analyse critique du fonctionnement actuel de la filière gaz de la STEP KHOURIBGA -Proposer une amélioration pour atteindre les performances requises en matière de production : • Du biogaz par digestion • De l’énergie électrique par cogénération
INTRODUCTION : Suivant le contexte climatique et géographique du Maroc, le recours aux ressources en eaux non conventionnelles, notamment les eaux usées épurées, constitue une alternative potentielle surtout dans les bassins soufrant d’un déficit hydrique pendant les périodes de sécheresse. Les eaux usées épurées constitueraient un facteur de développement au niveau national par l’extension des périmètres irrigués, la mise en valeur des terres arides, l’amélioration de la santé publique, le contrôle de la pollution environnementale et la gestion de la qualité des ressources en eau à l’échelle des bassins hydrographiques. Le recoure à la réutilisation aura un impact direct et fort avantageux pour la : • Limitation et optimisation de la demande en eau. • Dépollution et préservation des eaux et de leurs qualités. • Mobilisation des eaux non conventionnelles. • Amélioration de la connaissance du secteur de l’eau. La ville de Khouribga dispose d'un potentiel très important en eaux usées, (SDNAL 1998). En effet son réseau d’assainissement permet d’évacuer vers la station d’épuration des eaux usées environ 13 800 m3 /j par jour d’effluents liquides. Le traitement de ces eaux pour une réutilisation pour les lavages des phosphates, va nous procurera une capacité annuelle d’eau qui avoisine les 7 millions de m3, et permettra ainsi de préserver la qualité des eaux de la nappe phréatique qui se trouve aujourd’hui menacée par la contamination due aux rejets liquides de la ville. L’Office Chérifien de Phosphate (OCP), consomme près de 14 % de la consommation industrielle nationale en eau (eau douce et eau de mer), en l’utilisant à des fins sociales, mais aussi dans le processus de lavage et de flottation ; dans la fabrication d’acide sulfurique ; dans la dilution et l’évacuation des phosphogypses et dans la production d’énergie. L’eau a constitué un atout stratégique pour le développement de l’entreprise. La consommation d’eau doit être régulée pour plus de rentabilité, et sa gestion doit respecter les normes internationales. Notre sujet s’intitule sous le titre de l’étude prétraitement des eaux usées dans la STEP de KHOURIBGA, c’est la premier phase de traitement des eaux usées à l’entrée de la STEP elle a pour rôle de débarrasser l’effluent de tout éléments volumineux qui peut altérer le fonctionnement des autres équipements de la STEP.
Partie 1 : Présentation de l’organigramme d’accueil
Chapitre 1 : Présentation du groupe OCP
1-1- Phosphates du Maroc 1-1-1- Gisement des phosphates : Phosphate naturel» (PN) est un terme général qui décrit les assemblages minéraux naturels contenant une concentration élevée de minéraux phosphatés. Le terme se rapporte aussi bien aux minerais phosphatés non enrichis qu'aux produits concentrés. Le phosphate existe presque partout à la surface du globe mais seules certaines fractions de l’écorce terrestre peuvent constituer des gisements exploitables. Les phosphates se présentent sur l’écorce terrestre selon trois types de gisements : · Les gisements sédimentaires. · Les gisements d'origine magmatique. · Les guanos.
1-1-2- Gisement des phosphates sédimentaires : Les gisements sédimentaires ont fourni environ 80 à 90 pour cent de la production mondiale des dix dernières années. Ils se trouvent dans des formations d'âge géologique très différent, montrent une gamme très large de compositions chimiques et de formes physiques, se trouvent souvent en couches épaisses relativement horizontales, et peuvent être à la base de terrains de recouvrement peu profonds.
1-1-3- Usage des phosphates : Les phosphates sont utilisés dans de nombreuses industries, comme celles des détergents. Ils entrent également dans la composition de nombreux produits, comme les peintures, et les engrais utilisés dans les industries agroalimentaires et de production des aliments de bétail. Ils sont également utilisés dans les industries de production des plastifiants et des additifs pour essence et huiles lubrifiantes et de traitement des métaux
1-2-
Présentation du groupe OCP SA 1-2-1- Historique et Activité du groupe OCP SA :
Le Maroc détient les 3/4 des réserves connues sur la planète de ressources de phosphates. Il est le 1er exportateur et le 3ème producteur de phosphates bruts à l'échelle mondiale. Parmi ses activités principales l’extraction qui a été démarré à BOUJNIBA le 1er Mars 1921 dans la région de Khouribga , la valorisation et la commercialisation du phosphate et ses produits dérivés. En 1975 l’Office Chérifien des Phosphates est devenu Groupe OCP Le 28 février 2008, l’Office Chérifien des Phosphates, établissement public régi par le dahir n° 1-60-178 du 4 Safar 1380 (29 juillet 1960), est transformé en une société anonyme à conseil d’administration, surnommée (OCP SA). Particulièrement utilisés dans la fabrication d’acide phosphorique et des engrais dérivés, les phosphates proviennent des gisements de Khouribga, Benguérir, Youssoufia et Boucraâ. Selon les cas, le minerai subit une ou plusieurs opérations de traitement (lavage, flottation, séchage, calcination, enrichissement à sec…etc.). Une fois traité, il est exporté ou livré aux industries chimiques du Groupe, à Jorf Lasfar ou à Safi, pour être transformé en produits dérivés commercialisables : acide phosphorique de base, acide phosphorique purifié, engrais solides.
1-2-2- Organigramme du Groupe OCP :
Figure1 : Organisation générale du groupe OCP
Fiche technique : Nom de société : Office Chérifien des Phosphate (OCP). Forme juridique : Société Anonyme. Date de création : Le 7 août 1920. Siège : Angle route d’Jadida et Bd de la grande ceinture, CASABLANCA. Activités principales : Extraction, Traitement et transformation des phosphates. Directeur général : M. TERRAB. Site d'Internet : www.ocpgroup.ma
1-2-3Khouribga :
Divisions
et
services des
exploitations
minières
Le groupe OCP SA à Khouribga est représenté par l’exploitation minière de Khouribga (MNK) à laquelle sont attachés quatre directions : Direction production (MNK /P) : Chargée de l’extraction de phosphate de la zone Khouribga, la (MNK/P) est très importante en effectif du personnel et matériel. Direction administrative (MNK /AK) :
de
Chargée de tout ce qui est social et administratif concernant les relations humaines et officielles de la zone de Khouribga. Direction logistique (MNK /L) : Elle s’occupe de la révision et de l’entretien partiel ou général du matériel et sous ensemble des machines de la zone de Khouribga. Direction traitement & embarquement (MNK /T) : Cette direction opérationnelle est chargée de traiter le phosphate extrait afin de produire des qualités marchandes et des qualités spéciales, d’acheminer les produits marchands vers le port d’embarquements de Casablanca pour l’exportation, ou vers la direction de Jorf Lasfar pour la valorisation du phosphate en acide phosphorique et en engrais. Elle comprend les divisions et département suivants :
Division Daoui Oued Zem (MNK /TD) Division Beni-Idir (MNK /TB) Division Embarquement Casa (MNK /TC) Département Gestion du Flux (MNK /TF)
1-2-4- Pôles mines de Khouribga : Située à près de 120 Km au sud-est de Casablanca, Khouribga constitue la plus importante zone de Zone de production de phosphate du groupe OCP. Elle a permis la création de quatre métropoles regroupant plus de 200.000 habitants, à savoir : Khouribga, Boujniba, Boulanouar et Hattane . Le site minier comporte trois zones d’extraction. Les réserves sont estimées à plus de 35 milliards de m3. Les premiers coups de pioche ont été donnés en 1921 par la méthode souterraine. L’introduction de l’exploitation en « découverte » a débuté en 1951. Elle concerne actuellement 7 niveaux phosphatés. La capacité de production s’élève à 21 millions de tonnes par an.
Chapitre 2 : le groupe OTV Filiale de Veolia Eau, OTV (Omnium traitement et valorisation) conçoit, réalise et met en route des installations destinées à produire de l'eau potable, traiter les eaux usées et pluviales ainsi que les boues récupérées après traitement. Dans une volonté permanente d'amélioration de la qualité, OTV développe de nouveaux procédés en symbiose avec les différents acteurs du groupe Veolia Environnement. Sa qualité d'expert lui permet d'offrir à tous ses clients des filières éprouvées, économiquement viables, avec un souci permanent de développement durable.
Partie 2 : Les eaux usées au Maroc
1- Introduction MOHAMED El YAZGHI, Ministre de l'Aménagement du Territoire, de l'Eau et de l'Environnement. A réclamé lors de son discours du 13 juin 2000 au journal de « L’économiste » que ”Le volume des eaux usées produites en milieu urbain estimé à 500 Mm3. La partie collectée par les réseaux d’égout représente un volume de 370 million de m3 dont plus de la moitié est rejetée en mer. Le reste est dans le réseau hydrographique ou épandu sur le sol dont 60 m3 par an est réutilisé à l’état brut pour l’irrigation de près de 7000 ha au voisinage des centres urbains situé à l’intérieur du pays ”.
2-
Type des eaux usées
2-1-Eaux usées domestiques Les eaux usées d’origine domestique sont issues de l’ utilisation de l’eau (potable dans la majorité des cas) par l’homme pour assurer tous les besoins ménagers. Lorsque les habitations sont en zone d’assainissement collectif, les eaux domestiques se retrouvent dans les égouts (Eveline., (1993). On distingue généralement deux types d’eaux usées domestiques qui arrivent toutes deux dans le réseau d’assainissement :
Les eaux- vannes, qui correspondent aux eaux de toilettes ; Les eaux grises qui correspondent à tous les autres usages : lave- linge,
lave- vaisselle, douche/bain, etc.
2-2- Eaux industrielles Tous les rejets résultant d'une utilisation de l’eau autre que domestique sont qualifiés de rejets industriels. Cette définition concerne les rejets des usines, mais aussi les rejets d'activités artisanales ou commerce ailes, ces rejets peuvent suivre trois voies d’assainissement, soit directement rejetés dans le réseau domestique, soit prétraités puis rejetés dans le réseau domestique, soit entièrement traité s sur place et rejetés dans le milieu naturel. Dans le cas d’un rejet dans le réseau domestique, avec ou sans prétraitement, les effluents industriels peuvent modifier fortement la composition des eaux usées. Voir même inhiber le traitement biologique final.
2-3- Eaux de ruissellement Les eaux de pluie qui ruissellent sur les surfaces imperméabilisées, en général en zone urbaine, sont collectées par un réseau qui peut-être le même que celui qui collecte les eaux usées, ou non. On distingue :
Les réseaux unitaires : un seul collecteur assure le transport des eaux usées et
des eaux pluviales. Les réseaux séparatifs : deux réseaux sont mis en place, l’un pour collecter les
eaux usées, l’autre pour les eaux de ruissellement. En principes seuls les eaux usées arrivent à la station d’épuration pour traitement.
3- SOURCES DE POLUTION AU MAROC 3-1- Pollution domestique Les principales matières polluantes véhiculées par les eaux usées domestiques urbaines sont évaluées à :
260.000 tonnes de matières oxydables (50 % dans le réseau hydrographique ou
épandu sur le sol) ;
48.000 tonnes d’azote (54 % dans le réseau hydrographique ou épandu sur le
7300 tonnes de phosphore (53 % dans le réseau hydrographique ou épandu sur
sol) ;
le sol).
3-2- Pollution industrielle Le secteur industriel au Maroc génère une pollution organique et toxique importante. Le volume des eaux résiduaires est évalué en 1993 à 964 million de m3, soit 89% du volume totale utilisé. L’analyse sectorielle des rejets liquides permet de dégager les remarques suivantes :
Les industries chimiques et para chimiques restent la source la plus importante
des rejets liquides avec environ 931 millions de m3, soit 97% du volume total des eaux rejetées ;
Les industries textiles et cuir rejettent 10 millions de m3 d’eaux résiduaires et
contribuent à la majeure partie de la pollution engendrée par le chrome et les sulfures ;
Les industries agro-alimentaires rejettent après de 22 millions de m3 d’eaux
résiduaires, constituant 90% de l’utilisation d’eau de ce secteur ;
Les industries mécaniques, métallurgiques et électriques : même s’ils sont
relativement faibles en volume contiennent toutefois du cyanure, élément très toxique à de faible concentration (environ 2 tonnes de cyanure).
3-3- Pollution agricole La pollution générée par l’utilisation des engrais et des produits phytosanitaires en agriculture est évaluée à 8500 tonnes et 15 tonnes de pesticides. 8 à 10% de l’azote utilisé comme engrais est lessivé vers les nappes d’eaux souterraines ou vers les cours d’eau et 0.5 à 1% des produits phytosanitaires rejoignent les cours d’eau.
Partie 3 : Stations d’épuration au Maroc
INTRODUCTION : Depuis 1958, des dizaines de stations d'épuration des eaux usées (STEP) ont été construites au Maroc, mais en 1994 la grande majorité est hors service ou n'a pas été raccordée au réseau pour des raisons diverses : inadaptation de la filière de traitement aux conditions locales, défaut de conception des ouvrages, manque d'entretien, problèmes de gestion (absence de budget, manque de cadres techniques compétents), absence de planification à court et long terme. Seuls 8 % des eaux usées sont épurés, le reste est déversé directement dans la mer (52 %), dans le réseau hydrographique (32 %) et les fosses septiques, ce qui entraîne une pollution importante du littoral, des cours d'eau (Oued Sebou) et des nappes phréatiques. En 2005, le Maroc, compte environ 32 stations qui fonctionnent et dont les capacités de traitement sont résumées dans le tableau. Localisation et type de Nombre d’habitants traitement Raccordés Boue activée AP Nador 100 000 Khouribga 75 000 M’diq (T) 3 000 Cabo Negro (T) 22 000 Benguerir – OCP 5 000 Beni Mellal 110 000 Nouacer Aéroport Nestlé El Jadida Hoceima Lagunage Benslimane Boujaâd Bouznika Ouarzazate 1 Ouarzazate 2 Marrakech IAV- Hassan II Infiltration-Percolation Ben Sergao Draga Marrakech (T) Agadir Lit bactérien Hattane- OCP Boujniba -OCP Youssoufia-OCP Total
Débit (m3/j)
Quantité d’eau traitée par an
1 000 7 500 300 2 200 1 260 11 890 550
3 650 000 2 737 500 109 500 803 000 459 900 4 339 850 200 750
Industrie
503
183 595
84 000
8 356
3 050 000
37 000 20 000 12 000 4 300 4 300 3 00 1 400
5 600 2 500 1 400 430 430 380 85
2 044 000 912 500 511 000 156 950 156 950 138 70 31 025
5 000 8 000 750 350 000
750 1 000 225 43 000
273 750 365 000 82 125 15 695 000
3 600 3 600 25 000 875 350 35
375 225 27 500
136 875 82 125 10 037 500 901 095
Figure 2 : Les stations d’épurations installées au Maroc et leurs capacités
Chapitre 3 : Présentation de la ville de Khouribga 1-3- Introduction Fruit d’un partenariat entre l’OCP, l’ONEP l’agence du bassin hydraulique d’Oum Rbii, la commune urbaine de Khouribga et la commune rurale d’Ouled Abdoun, la nouvelle station permettra l’épuration des eaux usées de Khouribga pour la production de 5 millions de m3 par an d’eau industrielle à utiliser dans le lavage des phosphates, soit l’équivalent de la moitié des besoins en eau potable de la ville. Sa mise en service a été progressive à partir du mois de mars
2010
et
elle
est
devenue
totalement
opérationnelle
en
mars
2011.
Bénéficiant à plus de 200.000 personnes, le programme d’assainissement liquide prévoit aussi la pose de 57 km de réseaux de collecte et d’interception, la construction et l’équipement de cinq stations de pompage des eaux usées et pluviales, ainsi que la réalisation de 2.800 branchements
au
réseau
d’assainissement.
85 millions de DH sont affectés au programme d’assainissement solide de la province. Confié au ministère de l’Energie, des mines, de l’eau et de l’environnement, ce programme vise à lutter contre la pollution, éliminer les nuisances générées par les décharges sauvages et réduire le coût du transport des déchets vers la décharge contrôlée. Il prévoit ainsi la réalisation d’une décharge provinciale contrôlée dans la commune rurale «M’Fassis» et la construction de trois centres de transfert des déchets au niveau des villes de Khouribga, Oued Zem et Bejaâd. Le taux de réalisation de la décharge provinciale est de 80%, alors que les marchés des projets de construction des centres de transfert et de la réhabilitation des décharges existantes sont en cours d’adjudication.
1-4-1- Démographie Sur le plan démographique, la province de Khouribga se distingue à l’échelle régional par sa forte population urbaine , 65 % de la population vit en milieu urbain (RGPH, 2004), contre 37 % dans la province de Settat et 34 % dans la province de Benslimane. Selon les résultats de dernier recensement (2004), la ville de Khouribga vient en tête sur le plan démographique au niveau de la région Chaouia-Ouardigha Elle compte 166.397 habitants contre 116.570 à Settat et 46.478 à Benslimane.
1-4-2- Topographie La ville de Khouribga, (latitude 32°53’N et longitude 6°54’W) est située au niveau du plateau des phosphates, entre les cotes 790 et 805 m. Son altitude moyenne est de 800 m. Son relief est relativement plat avec une pente variant de 0.3 % à 1 %. La ville Khouribga est constituée de deux bassins : - Le premier draine la ville hors zone OCP. Les eaux de ruissellement s’écoulent du nordest vers le sud-ouest pour rejoindre en aval l’Oued Touim.
- Le deuxième bassin draine la zone OCP située au sud-est de la ville. Les eaux pluviales se dirigent au sud de la ville vers le Thalweg Derba (INRA de Settat).
Figure 3 : La ville de Khouribga
1-4-3- Climatologie Le climat de Khouribga est de type continental semi-aride avec une saison humide d’octobre à avril et une saison sèche de mai à septembre. La moyenne annuelle des températures est de 18°C avec une moyenne des minima de 3.1°C de décembre à février et une moyenne des maxima de 37.4°C en juillet-août. . La saison des pluies s’étale d’octobre à avril, soit 50 à 80 jours par an. Les précipitations moyennes varient entre 300 et 450 mm La pluviométrie annuelle moyenne étant d’environ 400 mm/an et l’évapotranspiration est importante (360 mm/an) (INRA de Settat).
Les vents dans la région sont relativement faibles les vents dominants proviennent du nord durant la saison sèche et du nord-est durant la saison humide, ils se caractérisent par une faible intensité puisque la vitesse moyenne annuelle est de 11 km/h avec un maximum de 25 km/h en juillet. Le vent chaud du sud-est (Chergui) souffle en moyenne 35 jours/an.
1-4-4- Estimation des rejets d’eaux Le débit moyen journalier des rejets des eaux usées de la ville de K houribga a été estimé à partir de la consommation moyenne en eau potable et sur la base d’un coefficient de retour à l’égout de 80%. Un taux de 15 % d’eaux claires a été pris en compte pour le secteur municipal. Le tableau récapitule les débits moyens d’eaux usées actuelles et futures de la ville de Khouribga :
1-4-5- Conclusion À cause de sa situation géographique et son climat aride, la ville de Khouribga, connaît un déficit hydrique, les besoins en eaux sont considérables. Ainsi de nouvelles solutions se présagent, nécessaires afin d’innover de nouvelles techniques de gestion de l’eau, de mobilisation des ressources et des eaux non conventionnelles, et tout cela est dans le but d’arriver à éviter la pénurie d’eau qui se révèle dès aujourd' hui, et à travers le temps, vers un horizon qui est incertain.
Chapitre4 : la STEP de la ville Khouribga 1-5- Introduction : Depuis 1958, des dizaines de stations d’épuration des eaux usées ont été construites au Maroc, mais la grande majorité est hors service ou non accompagné pour des raisons diverses : inadaptation de la filière de traitement aux conditions locales, manque d’entretien, manque de cadres techniques compétents et absence de budget. Avant, seuls (8%) des eaux usées sont épurés, le reste est déversé directement dans la mer (52%).En 2005, le Maroc contient plus de 32 stations d’épurations répondant aux exigences environnementales. L’OCP consomme près de 14 % de la consommation industrielle nationale en eau douce pour laver les phosphates et améliorer sa qualité. Ainsi une solution a été proposée par l’Office de Khouribga : lavage des phosphates par les eaux usées de la ville de Khouribga après leur traitement. Les eaux traitées vont être réutilisées pour le lavage des phosphates. Le procédé utilisé pour le traitement de ces eaux est les boues activées moyenne charge. Il comporte deux filières de traitement ; une pour le traitement des eaux usés, et l’autre pour le traitement des boues, et un système de ventilation et de désodorisation.
1-6- Fiche technique de STEPK :
Figure 4: Synoptique de la station d'épuration de la ville de Khouribga.
1-6-1- Situation géographique de STEPK : La station d’épuration se situe à environ 3 km au sud de la ville de KHOURIBGA, sur la route menant vers FOQRA. (O.N.P 1986).
Figure 6 : situation géographique de la station de traitement des eaux usées de la ville Khouribga
1-6-2- les équipements : La station comporte également une filière de traitement des boues par digestion anaérobie avec système de valorisation des gaz et une déshydratation mécanique. En plus des différents locaux techniques, la station comportera différents locaux d’exploitation regroupant salle de commande, salle de réunion, laboratoire, vestiaires, ménagements divers, etc... Elle est constituée de différentes phases: PHASES Prétraitement
EQUIPEMENT Fosses à batards, dégrilleurs grossier, dégrilleurs fins, dessablage/déshuilage
Traitement secondaire
2 bassins biologiques et 2 clarificateurs
Traitement tertiaire
Filtration et désinfection
Filière boue
Epaississeur, Digesteur, Chaudière
Filière gaz
Cogénérateur, gazomètre, torchère
1-7- Etape de traitement des eaux usées : 1-7-1- Filière eau : On désigne par la filière eau les différentes étapes de transport de l’eau usées ; depuis leur rentrée jusqu’ à la sortie de l’eau traitée, ce traitement se fait sur trois étapes qui sont :
Prétraitement Traitement secondaire Traitement tertiaire
a- Prétraitement : Le prétraitement vise à protéger le relèvement des eaux brutes et plus généralement à éliminer tout ce qui pourrait gêner les traitements ultérieurs. Lors de cette phase, le passage par plusieurs ouvrages et équipements est nécessaire pour l’élimination des déchets primaires contenus dans l’eau usée, cette phase est équipée d’une : - Fosses à batards : l’entrée des effluents dans la station se fait par une fosse à batards permet d’éliminer des déchets volumineux susceptibles d’endommager les installations. - Dégrilleur grossier : il permet d’éliminer la station de tous les effluents grossiers avec un entrefer de 30 mm. - Dégrilleur fin : il vient après le dégrillage grossier, les eaux brutes passent à travers des dégrilleurs fin automatique à escalier pour éliminer la plupart des matières solides avec un entrefer de 6mm et protéger ainsi les équipements électromécaniques situés en aval. - Dessablage /Déshuilages : L’étape de dessablage /déshuilage permet la décantation des résidus les plus denses (sable) et la flottation des déchets légers (graisses). L'élimination du sable évite l'abrasion des équipements situés en aval. Celle des graisses favorise le transfert d'oxygène dans les bassins d'aération. Les ouvrages sont de formes cylindro-coniques composé d’une turbine d’aération fines qui favorise la remontée des graisses et flottants en surface, un système de raclage qui récupère les graisses, et un dispositif d’aspiration des sables au fond de l’ouvrage.
Figure 7 : Dessableur
Figure8 : Déshuileur
b-Traitement secondaire : Le traitement secondaire correspond au traitement biologique d’eau et fait appel à une grande variété de micro-organismes, principalement des bactéries. Ces micro-organismes convertissent la matière organique biodégradable contenue dans l’eau usée en produits simples et en biomasse additionnelle. Ce traitement se fait dans deux bassins biologiques suivis d’une clarification. Cette partie contient : Bassin biologique : contient une population spécifique de bactéries qui dégrade la pollution en présence d’oxygène, il est divisé en 2 bassins biologiques avec même caractéristiques V=5300m3, L=63m, l=21m tel que les boues recirculées alimentent le bassin biologique1, et l’eau prétraités aliment le bassin biologique2. Chaque bassin biologique est équipé de 3 aérateurs et de 6 agitateurs. Ces équipements permettent d’assurer le transfert d’oxygène de l’atmosphère vers l’effluent et la biomasse tout en maintenant un mélange homogène dans les bassins. Avec un effluent aéré, les bactéries trouvent des conditions favorables pour leur développement : Elles disposent d’oxygène et d’un substrat carboné. Clarificateur : Cette dernière étape de traitement est primordiale pour garantir une qualité de rejet conforme aux exigences du cahier des charges. Elle assure la séparation entre les boues et l’eau traitée. Il est équipé d’un puits à boues qui permet la recirculation et l’extraction des boues chaque puits à boues contient deux pompes pour la recirculation de boues soutirées vers le bassin d’aération 2 et deux pompes pour l’extraction des boues en excès vers l’épaississeur.
c- Traitement tertiaire : Le traitement tertiaire est réalisé moyennant un filtre à tamis rotatif. Ce dernier est composé de 24 disques installés en parallèle avec une toile filtrante de porosité de 10 µm. Le tamis est en partie immergé. L’eau s’écoule gravitairement à travers le filtre, de l’intérieur vers l’extérieur du disque. Les MES présentes dans l’effluent sont séparées de l’eau par la toile filtrante et retenues à l’intérieur du disque.
Lorsque le tamis se colmate, le rétro lavage se met en route. D’une part, le disque se met en rotation, et d’autre part, un rinçage à haute pression (7.5 bars) de l’extérieur vers l’intérieur du disque repousse les solides collés à la toile filtrante. Les solides et l’eau de lavage sont collectés dans une goulotte, renvoyés dans le poste toutes eaux du traitement tertiaire et retournés en amont du traitement biologique, équipé par : Filtration : Une filtration tertiaire est réalisée après l'étape de traitement biologique à l’aide de filtre à tamis rotatifs HYDROTEK. Celle-ci permet une épuration plus approfondie de l’eau, notamment l’élimination d’une partie des matières en suspension encore présente dans l’eau afin aussi d’améliorer la qualité de l’eau traitée ainsi que l’efficacité de la désinfection finale des eaux traitées.
Désinfection : En sortie de filtration, l’effluent traité est envoyé vers la bâche d’eau filtrée. Afin de réaliser la désinfection, une injection d’hypochlorite de sodium à 48° est réalisée sur la conduite d’eau filtrée alimentant la bâche, moyennant deux pompes doseuses (dont une de secours).La bâche de désinfection est d’un volume de 1100 m3. Elle est équipée de voiles permettant de maximiser le temps de contact de l’eau traitée avec javel pour garantir une bonne désinfection. -
1-7-2- Filière boue La file boues commence à la phase de clarification. En effet, la boue décantée au fond des deux clarificateurs rejoint un puits à boues. A ce stade, une partie des boues est recirculée vers les bassins biologiques, le reste est extrait vers l’épaississeur.
Figure 9 : La file boue a-
L’épaississement
L’épaississement gravitaire permet de concentrer, sous la seule action de la force de pesanteur, les boues extraites des clarificateurs et de les amener jusqu’à une concentration de 45 g/l, avant l’étape de digestion. Cette technologie offre l’avantage de nécessiter une consommation électrique très basse en comparaison à d’autres technologies disponibles sur le marché. Les boues sont envoyées vers l’épaississeur depuis les puits à boue des clarificateurs. L’air vicié extrait de l’épaississeur est repris et envoyé vers la désodorisation. Les boues épaissies sont soutirées en fond d’ouvrage sous l’effet de la pression hydrostatique et envoyées directement vers la bâche à boues épaissies. Les eaux de la surverse sont dirigées vers le poste toutes eaux de la déshydratation.
Figure 10 : l’épaississeur
b- Digestion La digestion anaérobie mésophile est un procédé biologique de stabilisation des boues à 37°C, pour une bonne stabilisation des boues un temps de séjour de 20 jours est nécessaire. Elle se traduit par la transformation de matières organiques volatiles en biogaz valorisable. Le digesteur est brassé en permanence de façon à éviter la formation de chapeau et à homogénéiser leur contenu. Les boues sont chauffées par un système d’échangeur eau/boue, de façon à être maintenues à une température constante de 37°C. L’eau chaude est chauffée par des échangeurs qui sont eux-mêmes alimentés par l’unité de cogénération ou par la chaudière. Les boues digérées sont ensuite envoyées vers un ouvrage de stockage des boues digérées avant déshydratation.
Figure11 : Digesteur
c- Déshydratation Les boues digérées sont envoyées soit vers les filtres à bandes, soit vers les lits de séchage. La STEP de Khouribga est équipée de 40 lits rectangulaires de 34 m de longueur et 5 m de largeur.
1-7-3- Filière gaz
Figure 12 : schéma de biogaz
a- Désulfuration L’élimination de l’hydrogène sulfuré constitue une phase importante dans le circuit du biogaz. Le H2S en présence d’oxygène se transforme en acide sulfurique (H2SO4). En effet, il s’agit d’un acide très corrosif qui peut attaquer les moteurs du cogénérateur et de la chaudière. Donc son élimination s’avère nécessaire pour le maintien des équipements en bon état.
De plus, le H2S est un gaz toxique qui pénètre par les voies respiratoires. Il provoque une perte de connaissance brutale lorsqu'il dépasse une certaine concentration, on ne le détecte pas à l'odeur, sauf à très faible concentration. Le gaz produit dans le digesteur est acheminé vers un local de désulfuration. Il s’agit d’éliminer l’hydrogène sulfuré de manière à protéger les moteurs de la chaudière et du Co générateur. Cette opération consiste à recirculer, à contre-courant, une solution de soude dans une colonne à garnissage pour laver le biogaz produit.
Figure 13 : Circuit de désulfuration de Biogaz
b- Stockage du gaz dans le gazomètre Le gaz désulfuré est dirigé vers un gazomètre. Ce dernier est constitué d'une double membrane textile arrimée à une dalle en béton : -l’enveloppe intérieure constitue le réservoir de stockage du biogaz proprement dit. Elle est réalisée d’une seule pièce, ce qui garantit une étanchéité parfaite, ne dépendant ni de la qualité de la dalle béton ni de la qualité des fixations au sol. -l’enveloppe extérieure sert d’une part à assurer la résistance de la structure face aux contraintes météorologiques (vent, pluie, neige) et d’autre part à conférer à la structure sa géométrie extérieure. Le gazomètre permet de stocker un volume de 1 100 m3 de biogaz avec une autonomie de 10h. La mise en pression du biogaz est assurée par deux ventilateurs antidéflagrants refoulant entre les deux enveloppes et fonctionnant en alternance.
Pour la fiabilité de l’installation, il est prévu un jeu de vannes permettant de by passer ce stockage et d’alimenter directement les utilisateurs de biogaz (cogénérateur, chaudière, torchère) depuis le digesteur.
Le gazomètre est équipé d’une garde hydraulique assurant la protection contre les surpressions accidentelles. Un pot de purge est installé au niveau du gazomètre pour récupérer l’eau susceptible de se condenser suite à un refroidissement ou à une compression. Une fois rempli, si l'utilisation du gaz est insuffisante, le surplus sera brûlé dans la torchère.
Figure 14 : le gazomètre
c- Torchère L'excès de gaz est brûlé dans une torchère de type « à flamme cachée ». La torchère est dimensionnée pour pouvoir brûler l’intégralité du biogaz produit en pointe.
d- Cogénération 1-d- Définition et principe de la cogénération La cogénération consiste à produire et à utiliser simultanément de l’électricité et de la chaleur à partir d’une même énergie primaire et au sein de la même installation. Elle se base sur le fait que la production d’électricité (à partir d’un moteur thermique ou d’une turbine) dégage une grande quantité de chaleur habituellement inutilisée. La cogénération valorise cette chaleur afin d’atteindre un rendement énergétique global pouvant atteindre 85%. Une installation classique obtient un rendement électrique d’environ 35%, tandis que le reste de l’énergie (65%) est perdu sous forme de chaleur. Dans un système en cogénération, 30 à 35% de l’énergie primaire est transformée en électricité grâce à un alternateur, tandis que 65% se retrouve sous forme de chaleur, dont 50 à 55% est récupérée pour chauffer un circuit d’eau au travers d’un échangeur. Cette eau peut être utilisée pour le chauffage des bâtiments,
de l’eau chaude sanitaire, ou pour des procédés industriels. L’électricité produite sera quant à elle consommée sur place ou revendue sur le réseau électrique public. La cogénération permet ainsi d’optimiser la consommation du combustible initial et de réduire les rejets de gaz à effet de serre. Toutefois, les installations de cogénération doivent produire au plus près des lieux de consommation car la chaleur se transporte mal.
Figure 15 : principe de cogénération
2-d-Intérêt : Le principe d'une cogénération est de produire simultanément de la chaleur et de l'électricité. Grâce à cette production combinée, les pertes d'énergie se réduisent de manière significative. Ainsi, la cogénération permet d'économiser entre 15 et 20 % d'énergie primaire par rapport à la production séparée de ces mêmes quantités de chaleur et d'électricité.
Figure 16 : Différence entre la cogénération et une production séparée
Cette comparaison met en évidence une économie d’énergie primaire pour une même quantité de chaleur et d’électricité produite. L’économie d’énergie primaire est alors égale à 1225 – 1000 = 225 kWh Une installation de cogénération permet de réduire sa facture énergétique globale. Ainsi que les émissions de CO2 sont généralement directement proportionnelles à la consommation d'énergie. Qui dit économie d'énergie primaire pour assurer les mêmes besoins (électriques et thermiques), dit réduction des émissions en CO2. En Région bruxelloise, il est convenu que 1 MWh de gaz naturel émet 217 kg de CO2, non seulement lors de sa combustion, mais également pour sa préparation. De même, 1 MWh de mazout émet 306 kg de CO2. Ainsi, l'économie d'énergie primaire de 225 kWh, exprimée en économie de CO2 vaut : (1225 x 0.217) – (1000 x 0.217) = 266 - 217 = 49 kg de CO2.
3-d- Avantages et inconvénients Le rendement d’une centrale de production électrique, qu'elle fonctionne au combustible nucléaire, au fioul ou au charbon, ne dépasse guère les 40 % [réf. nécessaire], le reste de l'énergie produite étant dispersé dans l'environnement (cours d'eau, atmosphère) sous forme de chaleur. La cogénération permet d’améliorer le rendement global de l'installation et donc une meilleure utilisation de l'énergie primaire contenue dans le combustible. Les réserves de combustibles fossiles étant limitées, la cogénération amène des économies d'énergie fossile grâce à une meilleure utilisation de l'énergie primaire du combustible. D'autre part, la cogénération, lorsqu'elle se substitue à une production d'énergie à partir de pétrole ou de gaz, limite l’émission des polluants et des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Cependant, la cogénération n'apporte un gain réel en termes d'économie d'énergie et de réduction des gaz à effet de serre qu'à la condition de fonctionner de façon aussi constante que possible, en maintenant un équilibre optimal entre production de chaleur et production d'électricité, car les équipements de cogénération ne permettent généralement pas la modulation d’une production par rapport à l’autre4. Ces conditions sont souvent réunies dans le cas de cogénération insérée dans une usine, qui produit de la vapeur à destination du processus industriel de l'usine et de l'électricité pour les besoins de l'usine ; dans ce cas, le régime de fonctionnement est optimisé, et de plus on réduit à presque rien les pertes de transport. * Par contre, la cogénération alimentant un réseau de chauffage urbain souffre de pertes de transport importantes, et surtout de pertes de rendement dues aux fluctuations des besoins de chauffage causées par les variations de température ; au total, cette catégorie de cogénération n'a qu'un rendement à peine supérieur à celui d'une centrale classique, et même parfois inférieur à celui d'un CCG (cycle combiné gaz)
4-d- Interprétation du rendement de moteur : Les rendements affichés par les unités de cogénération sont calculés de la façon suivante : 𝛈cogen = Où:
PELEC + Q̇ CHALEUR.UTILE Q̇ COMBUSTIBLE
PELEC : est la puissance électrique produite. Q̇ CHALEUR.UTILE : est la puissance thermique extraite des gaz d'échappement.
Q̇ COMBUSTIBLE : est la puissance thermique fournie par le combustible. Le rendement électrique du moteur est entre 30-40% :
𝛈ELEC = Q̇
PELEC COMBUSTIBLE
=
2780 7223
= 38.5%
Le rendement thermique du moteur est entre 40-50% : 𝛈THER =
Q̇ CHALEUR.UTILE Q̇ COMBUSTIBLE
=
3394 7223
=46.9 %
5-d- Principe de fonctionnement 1-5-d- Energie primaire L'énergie primaire est l'énergie contenue dans un combustible utilisable dans les moteurs et les turbines : essence, fioul, bois, gaz, biogaz, gaz "fatal" produit par certaines industries (souvent détruit, par exemple gaz des torchères industrielles chimiques et pétrolières), hydrogène, etc.
2-5-d- Génération électrique L'électricité est produite par la conversion de l'énergie mécanique du moteur ou de la turbine, au travers un alternateur, selon le principe du groupe électrogène. Elle peut également être directement produite par une pile à combustible. Selon la puissance concernée, l'électricité est produite à une tension allant de 220-230 V (application domestique en Europe), en passant par 400 V (réseau basse tension triphasé) jusqu'à 15 kV voire plus sur certaines très grosses unités à cycle combiné.
3-5-d- Génération thermique Un moteur possède un rendement électrique d'environ 40 à 45 %. La cogénération consiste à récupérer au mieux cette énergie, afin de la valoriser pour atteindre un rendement total pouvant aller jusqu'à 80-90 %. Ceci implique une production locale par de petites unités. En effet une production électrique de, par exemple 1 GW, implique la dissipation d'environ 2 GW de chaleur. C'est la puissance permettant théoriquement de chauffer, soit 57 000 logements de 100 m² construits avant 1975, soit 100 000 logements plus récents, (toujours de 100 m²). En pratique, comme la chaleur se transporte beaucoup moins bien que l'électricité, elle est souvent considérée comme un déchet industriel. Lorsque, grâce à la cogénération, cette option peut être évitée, les principaux moyens d'utilisation de cette énergie sont la production d'air chaud, la production d'eau chaude et la production de vapeur. Suivant les besoins, la tension électrique sera éventuellement élevée au travers d'un transformateur.
Figure 17 : Station de cogénération
4-5-d- Cogénération par moteur : Les moteurs de cogénération sont disponibles dans une gamme de puissance allant de quelques dizaines de 20 kW à environ 3 MW. Ce sont donc surtout les petites installations et les applications domestiques qui sont concernées par ce type de technologie. Leurs rendements électriques se situent généralement entre 30 et 40 %. Un moteur produit en part à peu près égales 2 types d'énergie thermique :
une énergie "basse température" (environ 95 °C), récupérée sur les huiles et les eaux de refroidissement
une énergie "haute température" (environ 450 °C), sur les gaz d'échappement
L'utilisation pratique de cette chaleur n'est pas simple, du fait notamment des différents niveaux de température. En plus, la chaleur est disponible à des températures assez basses, avec comme conséquence que la chaleur est généralement produite sous forme d'eau chaude. La production de vapeur n'est cependant pas exclue pour des moteurs, mais limite la récupération de chaleur. La forte proportion d'énergie basse température implique, pour obtenir un bon rendement, d'avoir à proximité une utilisation sous forme d'air ou d'eau chaude, tels que par exemple des réseaux de chauffage urbain ou industriel. En
cas de surplus de chaleur, celle-ci peut être évacuée par des tours de réfrigération, qui dissipent la chaleur directement dans l'atmosphère. Mais cette solution n'est pas très respectueuse de l'environnement. Une alternative consiste à stocker le surplus de chaleur pour pouvoir le redistribuer plus tard selon les besoins, par exemple par hydro-accumulation.
5-5-d- Génération par turbine (à vapeur ou à combustion) : a- Turbine à vapeur : La cogénération par turbine à vapeur permet la production simultanée d'énergie électrique et d'énergie thermique, et permet d'atteindre des rendements globaux qui peuvent dépasser 90%. La production électrique est assurée par une turbine à vapeur alimentée par de la vapeur haute pression (jusqu'à 130 bar) et haute température (plus de 500 °C), ladite vapeur étant détendue et refroidie dans la turbine jusqu'à des températures compatibles avec le besoin thermique d'un utilisateur de chaleur. Il peut s'agir d'une industrie, d'un réseau de chaleur, mais aussi de serres agricoles ou de toute autre application (ex : séchoir). Les puissances de ce type d'installation vont de 5 MW thermiques jusqu'à plus de 1 000 MW, avec des rendements électriques moyens de 25%, mais qui peuvent dépasser 30% si la chaleur peut être livrée avec des températures inférieures à 50 °C. La cogénération par turbine à vapeur est la solution la plus courante lorsque la biomasse est utilisée comme énergie primaire, permettant d'atteindre les rendements globaux les plus élevés.
b- Turbine à combustion : Les turbines à combustion sont disponibles dans une gamme de puissance allant de quelques dizaines de kW à plusieurs dizaines de MW. Leur rendement électrique varie entre 25 et 40 % en fonction de la puissance. Traditionnellement, le terme turbine à gaz n'indique pas uniquement la turbine d'expansion, mais l'ensemble compresseur - chambre de combustion turbine. Le processus thermodynamique d'une turbine à gaz est caractérisé par le cycle de Baryton. De l'air atmosphérique est aspiré et comprimé par un compresseur. Dans la chambre de combustion, un combustible est injecté dans de l'air comprimé et est brûlé. Les gaz de combustion chauds et à haute pression sont détendus dans une turbine qui fournit un travail mécanique. Ce travail est transformé en énergie électrique à l'aide d'un alternateur. À l'échappement, les gaz contiennent toujours beaucoup de chaleur. Ils sont donc dirigés vers une chaudière de récupération, où leur énergie thermique sera transmise à un fluide caloporteur (généralement de l'eau).
6-5-d- Le plan de maintenance du cogénérateur - Le compresseur : Pour le compresseur, une vidange d’huile est nécessaire environ 500 heures de fonctionnement après la première mise en service ou après une remise en service. Ensuite, les vidanges d’huile doivent être effectuées selon les intervalles spécifiés.
- La conduite d’échappement : La conduite d’échappement doit être contrôlée une fois par semaine en ce qui concerne la formation de condensats. A cette occasion, les condensats éventuellement présents doivent être évacués en ouvrant les purges sur le silencieux ainsi que sur la cheminée d’échappements. Les condensats présents (quantité prévue < 2 l) doivent être recueillis et, après contrôle de leurs propriétés par des spécialistes, être éliminés de manière appropriée.
- Huiles moteur : Il faut utiliser des huiles spéciales homologuées selon la norme d’usine .Les huiles moteur ne peuvent être utilisées que si des démarrages à froid sont exclus, c'est-à-dire uniquement quand les températures ambiantes ne sont pas inférieures à +10°C. L’homologation pour les huiles motrices est attribuée pour 2 ans et peut à condition que la qualité d’huile soit restée inchangée. Des additifs, de quelques types qu’ils soient qui sont mélangés après-coup à l’huile moteur, modifient la nature de celle-ci d’une façon imprévisible et peuvent de ce fait entraîner des dommages sur le moteur. Environ 50 à 150 heures de fonctionnement après la première mise en service ou après une remise en service de l’installation, une vidange d’huile du moteur doit être effectuée. Ensuite, les vidanges d’huile du moteur doivent être effectuées selon les intervalles spécifiés. La vidange d’huile s’effectue à moteur chaud.
- Carburant : Il est conseillé d’analyser le gaz deux fois par an. Si la composition du gaz varie dans le temps, il faut effectuer des analyses périodiques du gaz et de l’huile-moteur pour assurer le bon fonctionnement. En cas de dépassement des seuils, il faut réduire la puissance, puis arrêter le moteur.
- Liquide de refroidissement : Les circuits de refroidissement des moteurs devraient être dotés toute l’année départ Usine d’un premier plein composé d’un mélange à 60% d’eau et à 40% d’antigel assurant une protection antigel jusqu’à -27°c. Renouvellement du plein complet du liquide de refroidissement au bout d’un an ou à la suite de 1500 heures de service. En plus de cette périodicité, il faut changer le liquide de refroidissement s’il se colore en marron ou s’il se trouble. Les intervalles mentionnés sont des valeurs moyennes et s’appliquent pour des conditions normales de fonctionnement et pour une maintenance telle que prescrite. Il s’agit de valeurs données à titre indicatif sans engagement de garantie. Dans le cas de conditions de fonctionnement plus sévère, une réduction des intervalles de maintenance peut s’avérer nécessaire. Des conditions plus sévères peuvent être constituées par des démarrages fréquents, de longues durées de fonctionnement à faible charge, des charges changeant rapidement et fréquemment, ou un fonctionnement fréquent en surcharge et avec un gaz de mauvaise qualité. Dans certaines conditions (fonctionnement à charge partielle), les intervalles de maintenance peuvent être allongés. Les travaux de maintenance pouvant être effectués par du personnel sans formation spécifique sont extrêmement réduits. Les autres opérations relatives au contrôle et à la maintenance de l’installation exigent une formation spéciale dispensée par le fabricant du moteur ou de l’installation
Partie5 :
Etude d’échangeur et amélioration du rendement de Cogénérateur
Chapitre 5 : Etude d’échangeur 1-8 - Principe de fonctionnement : Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un fluide vers un autre, sans les mélanger. Le flux thermique traverse la surface d'échange qui sépare les fluides. La plupart du temps, on utilise cette méthode pour refroidir ou réchauffer un liquide ou un gaz qu'il est impossible ou difficile de refroidir ou chauffer directement.
1-9- L’intérêt de l’échangeur dans la STEPK : La boue est aspirée au centre du digesteur, elle traverse un échangeur de chaleur du type tubulaire dont le fluide caloporteur est de l’eau chaude à 90°C fournie par l’unité de cogénération ou la chaudière, ce fluide permet de chauffer les boues qui sont concentrées dans le digesteur à une chaleur de 37 °C. Les boues chauffées sont réintroduites avec les boues fraîches dans le pot d’alimentation. Sur cette boucle est installée une chaufferie eau chaude capable d'apporter la chaleur nécessaire pour les besoins de la digestion (réchauffement des boues entrantes dans le digesteur + compensation des déperditions thermiques par les parois).
a- Données relatives à l’échangeur thermique : Echangeur thermique interface PRO2/OTV:
Unité
Données Constructeur
Puissance nominale
kW
304
Température de l’eau côté OTV à l’entrée
°C
85
Température de l’eau côté OTV à la sortie
°C
75
Débit d’eau chaude
m3/h
26
Température de l’eau de refroidissement du cogénérateur à l’entrée
°C
93
Température de l’eau de refroidissement du cogénérateur à la sortie
°C
82
Débit de l’eau de refroidissement
m3/h
27
-Le bilan enthalpique de chaque fluide : Φ = mc Cpc (Tce- Tcs) = mf Cpf (Tfs - Tfe) -L’expression de la puissance thermique totale échangée, dans l’hypothèse d’une circulation à contre –courant :
-Diagramme d’échangeur à contre –courant :
Echangeur tubulaires :
Pour le cas d’un échangeur tubulaire simple fonctionnant à contre-courant et supposons que le fluide chaud commande le transfert C f > Cc (Cmin=Cc) Dans ce cas son efficacité énergétique est : 𝐸
=
(𝑇𝑐𝑒−𝑇𝑐𝑠) (𝑇𝑐𝑒−𝑇𝑓𝑒)
Sinon si Cf< Cc (Cmin=Cf) alors son efficacité énérgétique est : 𝐸
=
(𝑇𝑓𝑠−𝑇𝑓𝑒) (𝑇𝑐𝑒−𝑇𝑓𝑠 )
Chapitre6 : Amélioration du Cogénérateur L’installation d’un tambour à la sortie du digesteur serve à augmenter la concentration des boues via l’ajout de polymère par conséquent la production du biogaz augmente elle-aussi. Afin d’augmenter la quantité du biogaz dans le digesteur on injecte une quantité du polymère dans le flocutteur qui permet la multiplication des bactéries dans l’épaississeur. Calcul de quantité de biogaz nécessaire : 𝑸𝑩𝒊𝒐𝒈𝒂𝒛 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟓 × 𝑸𝑩 Avec : 𝑄𝐵 : Quantité des boues extraites biologique (MS/J). 𝑸𝑩 = 𝑽𝑫𝒆𝒔 𝒃𝒐𝒖𝒆𝒔 × 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏
Valeurs
Sans tambour
Avec tambour
Concentration (KW/𝑁𝑚3 )
21.1
38.2
Volume des boues (𝑁𝑚3 /𝑗)
213
213
Quantité des boues (𝑁𝑚3)
1190
2080
Pouvoir calorifiques kW/𝑁𝑚3 )
6.07
6.07
Puissance absorbée (KW/j)
7223
12631.5
Rendement thermique
47.1
47.1
Rendement électrique
38
38
Puissance électrique (KW/j)
2780
4800
Puissance thermique (kW/j)
3394
5949
Donc on constate que lorsqu’on augmente la concentration des boues la quantité de biogaz augmente de 1190 (𝑚3/j) jusqu’à 2080 (𝑚3 /𝑗 ) ce qui assure un fonctionnement continue du Cogénérateur (24h/24h) avec une production de 4800 KW/h, donc l’installation du tambour est rentable.
