Suje Suj et : E tude tude du foncti nctio onne nnement et et du du dysfonctionnement de la station d’épuration et
de la lave laverr i e de Y ousso ussoufi uf i a.
Réalisé par : Mariem HISSOU
L’eau c’est la vie. Préserver les ressources en eau… Préserver l’environnement…C’est préserver la vie.
REMERCIEMENT REMERCIEMENT :
Je tiens à remercier profondément Mlle BOULAM Rkia pour
toutes les informations et les conseils qu’elle m’a fournis le long de la période période de mon stage, stage, ainsi que pour l’aide et la conf iance iance qu’elle m’a accordé. Je remercie énormément Mr MACHBAL Radouan pour l’aide qu’il m’a apporté pendant toute la durée du stage et pour le temps qu’il m’a consacré pour réaliser ce rapport. Sans son soutien la mise en œuvre de ce ce rapport serait difficile. Mes remerciements à toute l’équipe de l’OCP qui travaille au sein des ateliers centraux, à la laverie et à la station station
d’épuration pour leur sympathie et leur compréhension.
SUJET D’ETUDE : La station d’épuration constitue la pièce maitresse de l’OCP pour la réutilisation des eaux usées de la ville de Youssoufia
et celles de l’OCP pour le lavage des phosphates. La STEP prévoit une capacité de traitement de 87 645 EH à l’horizon de 2035. Elle vise la lutte contre les émissions à effet de serre en utilisant le biogaz issu du traitement comme une source
d’énergie pour la production d’une partie de l’électricité utilisée dans la station.
La laverie, quant à elle est e st l’usine responsable d’enrichir le BPL usant, entre autres, les eaux issue de la STEP pour effectuer ses travaux.
Le rapport met l’accent sur : * Le fonctionnement et les rendements de la station
d’épuration et de la laverie. * Les facteurs et les conditions limitant leurs performances et leurs capacités. * Les modi fications possibles pour l’amélioration de leurs rendements.
PREAMBULE: Les eaux usées, si elles étaient rejetées dans le milieu sans traitement, pollueraient
gravement l’environnement et la ressource en eau. On distingue trois catégories d’eau usée :
Les eaux domestiques, provenant des usages résidentiels tels t els la lessive, l’eau de vaisselle, la cuisine, les toilettes et les douches.
Les eaux industrielles, qui sont les rejets des procédés industriels qui utilisent de
l’eau dans la composition, la fabrication et le nettoyage d’un produit ;
Et les eaux de pluie, qui proviennent de l’écoulement de la pluie sur les routes et autres surfaces pavées. En effet, certaines eaux usées contiennent une charge polluante importante.
t rois polluants majeurs de nos cours d’eau : le Ces eaux constituent une source de trois
carbone, le phosphore et les nitrates. En outre, l’eau issue des toilettes est une importante source de contamination bactériologique. Les eaux ménagères, quant à elles, contiennent entre autres des résidus organiques, des solvants, des parfums et des adoucissants. Les produits nettoyants domestiques sont constitués de milliers de produits chimiques aux formes variées (des petites molécules simples à de grosses molécules très complexes) et dont la
persistance dans l’environnement varie (de quelques heures à quelques années). De plus, certains produits domestiques dangereux, telle la peinture, ne sont pas disposés de manière sécuritaire ce qui pollue gravement les milieux de rejet. Comme les procédés industriels utilisent une grande variété de produits chimiques et souvent toxiques, les rejets industriels constituent une principale source de produits nocifs. Les déchets pharmaceutiques, provenant des hôpitaux et des compagnies fabriquant des médicaments, sont de plus en plus présents dans les eaux usées. Les hy drocarbures se retrouvent également et souvent dans les eaux usées des industries et des commerces. Ces eaux sont toxiques et représentent un réel danger pour la santé. La pollutio n due à ces
rejets est un problème qui ne date pas d’hier d’où le besoin de suivre une démarche mesurée pour un traitement efficace. En outre, le traitement des eaux est une façon
impérative pour préserver les ressources en eaux. En effet, l’usage de cette eau pour le lavage des engrais et pour l’usage en irrigation des espaces verts conserve un taux indéniable de l’eau potable utilisée avant.
Sommaire : Remerciement Liste des figures Liste des tableaux Liste des photos Sujet d’étude Préambule
CHAPI TRE 1: 1: L e grou groupe OCP E N B R E F 1 – Présentation générale du groupe groupe OCP ……………………………………………………… ………………………………………………………1 2 – Historique Historique ………………………………………………………………………………………... 2 3 – L’OCP L’OCP et l’eau …………………………………………………………………………………. 2 4 – L’OCP L’OCP et l’énergie ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………... .. 3 3
3 5 – L’O L’OCP CP et la responsabilité environnementale …………………………………………… …………………………………………….. .. 3 6 – L’OCP L’OCP et la gestion la gestion des déchets ……………………………………………………………… 3 7 – Le Le gisement de Gantour………………………………………………………………… Gantour……………………………………………………………………….. ……..4
CHAPI CHAP I T RE 2 : L a STE ST E P Yo Y ousso ussoufi ufia a P ar tie 1: F onctionne onctionnem ment glob g loba al ……………………………………………………………….. 5 1.1-Présentation générale ………………………………………………………………………... 5 1.2-Description file eau et file boue ……………………………………………………………..6
P artie arti e 2 : P r ocessus ocessus pré pr étraite traitem ment et et tr tr aitem aitement pr pr i mair e. …………………………….......10 2.1-Le prétraitement …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….... ....10 2.1.1-Dégrillage grossier …………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………....... .....10 2.1.2-Relevage des eaux brutes……………………………………………………………..…… brutes ……………………………………………………………..……11 2.1.3-Le dégrillage fin ……………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………..…..... .....11 2.1.4- Dégraisseur/Dessableur …………………………………………………………..……... …………………………………………………………..……...13 2.2-Le traitement primaire……………………………………………………………...……... primaire……………………………………………………………...…….....16 ……………………………………..……..... ..19 P artie arti e 3 : P r ocessus ocessus du tr tr aiteme aitement seco seconda ndaii r e……………………………………..……... 3.1 – 3.1 – Le Le traitement biologique ……………………………………………………..………….19
20 3.2-La dégradation bactérienne bactérien ne et l’élimination du carbone carb one ………………...………….. 20 3.2.1 Principe de l’élimination
20
3.2.2 - Facteurs limitant la dégradation bactérienne ………………………………………. 21
3.3 – Etude Etude théorique du traitement secondaire ……………………………………………. 24 3.3.1 –Mise en œuvre du traitement et dimensionnement dimensionnement des ouvrages: ……………………24 3.3.2 – Dimensionnement Dimensionnement des ouvrages ……………………………………………………… 25
P ar tie 4 : P r ocessus cessus du du traite traitem ment te ter tiair tiai r e…………………………………………………. 29
① Filtration sur disque ……………………………………….……………………………… 29 Charbon actif en grain (CAG) ……………………………………….…………………... 30 ② Charbon Désinfection par le chlore ………………………………………………………………… 31 ③ Désinfection
Partie arti e 5 : P r oce ocessus traite traitem ment des des boues boues…………………………………………………... 32
① Epaississement gravitaire des boues ……………………………………………………. 32 ② Digestion Digestion anaérobie des boues……………………………………………………………. boues ……………………………………………………………. 33 Valorisation du biogaz par désulfurisation …………………………………………….. 37 ③ Valorisation Déshydratation ……………………………………….…………………………………….. 39 ④ Déshydratation
Partie arti e 6 : Pr P r ocessus cessus Ve V entila ntil ation-D ésod sodor i sation sation…………………………………………..41
CHAPI CHAP I T RE 3: Ana A naly lyse se du dysfonc sfonctti onne nnement de la STE ST E P Etude de l’état de la station et de ses performances.
P artie arti e 1 : E tude tude théo théorr i que de des prob problèm lème es…………………………………………………..44 2.1 – 2.1 – Origines Origines des problèmes …………………………………………………………………44 ………..47 P artie arti e 2 : A nalyses nalyses et et inte in terr pr étations tations des problèm problèmes au nive ni veau au de de la STE ST E P ………..
P arti artie e 3 : S olutions oluti ons et et te techni chni ques ques de lutte lutte contre contre les pr pr oblèm oblème es du trai tr aite tem ment ……. 53 53
CHAPI CHAP I T RE 4 : L aver ver i e de G anto ntour Y oussouf ussoufii a Partie arti e 1 : pr oce ocessus de fonctionneme fonctionnement …………………………………………………. 55 55 1. L’alimentation en eaux…………………………………………………………….. eaux…………………………………………………………….. 55 2. Débourbage ……………………………………….………………………………... 55 3. Criblage ……………………………………….……………………………………. 56 4. Hydro-classification ………………………………………………………………. 56
56 5. Les convoyeurs séparateurs …………………………………………………... …………………………………………………...... ... 56 6. Flottation ……………………………………….………………………………….. 57 7. Décantation ……………………………………….……………………………….. 59
Partie 2 : Problèmes posés dans l’usine de laverie ……………………………………61 Perte en eau ……………………………………….……………………………………… ……………………………………….……………………………………….. ..61
a. Par évaporation ……………………………………….…………………………61 b. Par infiltration ……………………………………….…………………………..61 Conclusion générale……………………………………….…………………………… générale ……………………………………….…………………………….. ..63 Glossaire et abréviations ……………………………………….……………………... ……………………………………….…………………….....64
LI ST E DE S F I GURE GURE S : Figure 1: Carte des gisements exploités par l’ OCP OCP …………………………………….. ……………………………………..4 Figure2 : Principe dégrillage. …………………………………...……………………….10 Figure3 : Principe dégrilleur grossier …………………………………........................ …………………………………........................10 Fig ure4 : ure4 : Principe dégraisseur_dessableur …………………………………................ …………………………………................13 Fig ure5 : ure5 : E nsemble nsemble des équipement techniques d’un déshuilleur/dessableur d’un déshuilleur/dessableur ……... ……...14 Fig ure6 ure6 : : Décanteur classique circulaire…………………………………...………….. circulaire…………………………………...…………..17 Figure7 : Principe traitement biologique. …………………………………................. 20 Figure8 : P rincipe rincipe d’élimination du carbone . ………………………………….......... 20 Figure9 : Schéma simplifié du traitement biologique. . ……………………………… 24 Figure10 : Principe de filtration mécanique. …………………………………............ 29 Figure11 : Principe épaississeur des boues. …………………………………............. 32
33 Figure12 : Echangeur Echangeur spiralé. . …………………………………........ …………………………………................................ ........................ 33 Figure13 : Boucle de régulation eau chaude. . …………………………………........ 33 Figure14 : Schéma de création du méthane. …………………………………........... 34 Figure15 : Centrifugeuse à vis sans fin. ………………………………….................. 39 Figure16 : Schéma simplifié de la serre à séchage solaire. . ………………………40 Figure17 : Principe de désodorisation. …………………………………....................41 Figure18 : Schéma simplifié du principe de de traitement. . ……………………………43 Figure19 : Bactéries filamenteuses. …………………………………... ………………………………….......................... .......................44 Figure20 : Principe de fluctuation. . ………………………………….........................44 Figure21 : Suivi de la quantité de la DCO DCO en sortie du filtre mécanique…………. mécanique………….47 Figure22 : Suivi de la quantité de la DCO DCO en sortie du filtre mécanique…………. mécanique………….47 Figure23 : Suivi de la quantité de MES MES en sortie du filtre mécanique……………. mécanique …………….48 Figure24 : Suivi de la quantité quantité de la DBO5 en sortie du clarificateur …………….. ……………..49 Figure25: Suivi de la quantité de la DCO DCO en sortie du clarificateur ………………. ……………….49 Figure26 : Suivi de la quantité quantité des MES en sortie du clarificateur ………………… ………………… 50
50 Figure27 : Ratio DCO/DBO. . …………………………………................. ………………………………….................................. ................. 50 Figure28 : Suivi de la quantité quantité des DBO5 en Juillet 2015…………………………... 2015 …………………………... 51
Figure29 : Suivi de la quantité des DCO en Juillet 2015…………………………. 2015 …………………………. 51
52 Figure30 : Suivi de la quantité des MES MES en Juillet 2015. ………………………... 52 Figure31 : Schéma de principe de l’unité de lavage flottation…………………... 60 Figure32 : Facteurs influençant les pertes en eaux par évaporation évaporation…………… ……………61 bassin …………………….62 Figure33 : infiltrations verticales à travers le fond du bassin…………………….
LI STE DE S TABLE TABLE AU AUX X: Tableau1 : Caractéristiques physico-chimique de l'effluent à traiter en 2035………………… 2035 ………………… 5 Tableau2 : Dimension de la grille………………………………………………………………..…. grille ………………………………………………………………..….12 Tableau3 : Caractéristiques des dessableurs-dégraisseurs à horizon 2035…..……………… 2035 …..………………14 Tableau4: Récapitulatif des caractéristiques du dessableur_désuilleur ……………………..… ……………………..…16 Tableau5 : Les différentes caractéristiques des décanteurs primaire…………………………. primaire………………………….17 Tableau6 : Récapitulatif des résultats de la décantation primaire ……………...................... ……………......................18 Tableau7 : Concentration min et max des composés toxiques…………………………………. toxiques …………………………………. 24 Tableau8 : Caractéristiques du décanteur secondaire………………………………………….. secondaire ………………………………………….. 25
26 Tableau9 : Valeurs de a’ et b’ selon Cm………………………………………………………….. 26 Tableau10 : Qualité objective a la sortie du traitement secondaire…………………………... secondaire …………………………... 28 28 Tableau11 : Dimensions et caractéristiques des filtres à disque……………………………… disque ……………………………… 29 Tableau12 : Caractéristiques et dimensions des filtres à CAG……………………………..… CAG ……………………………..… 30 Tableau13 : Dimensions et caractéristiques du bassin de contact ………………………..….. ………………………..….. 31
32 Tableau14 : Dimensions et caractéristiques de l’épaississeur de la station Youssouf ia… ia….. 32 Tableau15 : Principaux composés odorants identifiés dans l a STEP ……………………….41 Tableau16 : Caractéristiques et dimensionnement des ouvrages de désodorisation ………42 Tableau17 : Couleur des flottants selon l’origine………………………………………………45
.52 Tableau18 : Moyennes et rendements épuratoires de Juillet 2015………………………… 2015 …………………………. 52 Tableau19 : Quelques produits lestants………………………………………………………… lestants ………………………………………………………… 54
54 Tableau20 : Action des traitements des sulfures dans les réseaux………………………… réseaux ………………………….. .. 54 Tableau21 : Taux de perte par infiltration des différents types de sols ……………………..62
LI STE STE DE S PHO PHOTO TOS S: Photo1 : Maquette Maquette de la STEP de Youssoufia…………………………………….. Youssoufia ……………………………………....………..... ……….....6 Photo2 : Dégrilleur grossier …………………………………………………………. ………………………………………………………….………..... ……….....10 Photo3 : Dégrill eurs eurs fins de la STEP Youssoufia………………………………….……….. Youssoufia………………………………….………..... ...11 Photo4 : Dessableur/Déshuileur de la station de Youssoufia Youssoufia…………………… ……………………..……….... ………....15
Photos5 :Décanteurs primaire de la STEP Youssoufia Youssoufia…………………………… ……………………………..……….... ………....16 Photos6 :Bassins de traitement biologiques biologiques de la STEP Youssoufia……………..……….. Youssoufia ……………..……….... ..19
27 Photo7 : Le clarificateur de la station de Youssoufia ………………………………………………….... ……….... 27 Photo8 : Extraction des boues décantée …………………………………………………………………….... ……….... 27 27
29 Photo9 : Filtre à disques STEP Youssoufia………………………………………………………….……….... ……….... 29 Photos10 : Bassin de filtration sur CAG de la STEP ……………………………….……….... ……………………………….……….... 30 30
31 Photos11 : Bâche de contact de la STEP ……………………………………………..……….... ……………………………………………..……….... 31 33 Photos12 : Digesteur et gazomètre de la STEP Youssoufia ………………………………..……….... ……….... 33 Photo13 : Gazomètre…………………………………………………………………….……….. Gazomètre…………………………………………………………………….……….... .. 36 36
.36 Photo14 : Torchère. ………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………….. 36 Photo15 : Cogénératrice Cogénératrice …………………………………………………………………………. 37 Photo16 : Cogénératrice Cogénératrice de la STEP …………………………………………………..……….. 37 Photo17 : Adsorbeur charbon charbon actif de la STEP ……………………………………….………. ……………………………………….………. 38 Photo18 : Centrifugeuse de la STEP STEP Youssoufia………………………………………………. Youssoufia ………………………………………………. 39 Photo19 : Vue externe serre de séchage………………………………………………………… séchage…………………………………………………………40 Photo20 : Vue interne serre de séchage………………………………………………………… séchage…………………………………………………………40 Photo21 : Désodorisation Désodorisation biologique…………………………………………………………… biologique ……………………………………………………………42 Photo22 : Désodorisation Désodorisation CAG…………………………………………………………..……… CAG …………………………………………………………..………42 Photos23 : Boues flottantes. ……………………………………………………………………..45 Photo24 : Mousse en surface d’un bassin d’aération………………………………….…….. 46 Photo25 : Puits de la recette souterraine R.9138……………………… R.9138………………………..…………………….. 55
55 Photo26 : Les eaux provenues de l’exhaure vers l e bassin principal (4000 m3 ) ……….. 55 Photo27 : Le circuit alimentant l’usine à partir du bas sin principal.………………. principal.………………...…… 55 Photo28 : Débourbeur Débourbeur usine Laverie Youssoufia. ………. ……….……………………………..…… 56 Photo29 : ConvoyeurConvoyeur- Séparateur de la Laverie. ………. ……….…………………………………… 57 Photo30 : stock de phosphate phosphate après enrichissement …..……………………………………… ..……………………………………… 58 Photo31: Décanteur de la laverie. ..……………………………………………………………. .. ……………………………………………………………. 59 ousses dans le couloir collecteur des collecteur des produits flottés lors de la flottation…...........61 Photo32 : M ousses produits flottés Photo33 : fuite dans la conduite de l’exhaure à la l a laverie……………………………………… laverie………………………………………....61
CHAPITRE 1 : Le groupe OCP EN BREF
1 – Présentation générale du groupe OCP :
Le Groupe OCP est spécialisé dans l’extraction, la valorisation et la commercialisation de phosphate et de produits dérivés. Chaque année, plus de 23 millions de tonnes de minerais sont extraites du sous-sol marocain qui recèle les trois-quarts des réserves ré serves mondiales. Principalement utilisé dans la fabrication des engrais, le phosphate provient des sites de Khouribga, Benguérir, Youssoufia et Boucraâ-Laâyoune. Selon les cas, le minerai subit une ou plusieurs opérations de traitement :
- Production :
C’est une opération qui se fait à ciel ouve rt s’exécute en quatre phases : forage, sautage, décapage et défruitage, l’OCP produit le minerai de phosphate,
l’acide phosphorique et les
engrais phosphatés. - Traitement :
C’est une opération qui se fait fait après production et qui consiste à enrichir le phosphate en améliorant sa teneur. - Transport : Une fois le phosphate extrait traité il est transporté vers les ports de Casablanca, Safi, El Jadida destination des différents pays (clients). - Vente : Le phosphate est vendu soit brut soit après transformation aux industries chimiques (Engrais, acide phosphorique), à Jorf Lasfar ou à Safi, pour être transformé en produits dérivés commercialisables : acide phosphorique de base, acide phosphorique purifié, engrais solides. (Criblage, séchage, calcination, flo ttation, enrichissement à sec…) Premier exportateur mondial de phosphate sous toutes ses formes, le Groupe OCP écoule 95% de sa production en dehors des frontières nationales. Opérateur international, il
rayonne sur les cinq continents de la planète où il réalise un chiffre d’affaires annuel de 2,188 milliards de dollars à l'export.
Moteur de l’économie nationale, le Groupe OCP joue pleinement son rôle d’entreprise citoyenne. Cette volonté se traduit par la promotion de nombreuses initiatives, notamment
en faveur du développement régional et de la création d’entreprises. Dans un contexte de concurrence accrue, le Groupe OCP poursuit la politique de consolidation de ses positions traditionnelles et développe de nouveaux débouchés. Avec une exigence sans cesse réaffirmée : améliorer la qualité de ses produits tout en maintenant
un niveau élevé en matière de sécurité et de protection de l’environnement. 1
2 – Historique : L'office chérifien des phosphates phosphates OCP a été créé le 7 Août Août 1920, sous forme d'un organisme d'état à caractère industriel et commercial, doté d'une organisation à gestion privée; et ceci vu l'importance des gisements gisements phosphatiques marocains contenant essentiellement des phosphates sableux sableux et des calcaires phosphatés.
Le début d’exploitation à Khouribga était
en 1921, à Gantour en 1931, La prise en charge exploitation à Boucraâ en 1975 et le début
d’exploitation à Benguérir en 1979. L'OCP est contrôlé par un conseil conseil d'administration qui qui représente les intérêts permanents de l'Etat. Ce conseil d'administration d'administration est présidé présidé par le premier ministre. ministre. L'office exploite essentiellement trois grands gisements : 3
Gisement de la zone de Khouribga : 37.35 milliard de m .
Gisement de la zone de Gantour (Youssoufia – Ben guérir): 31.09 milliard de m .
Gisement de Boucraâ : 1.11 milliard de m .
3
3
3
Un gisement non exploité se trouve à Meskala : 15.95 milliard de m . 3 – l’OCP et l’eau : Etant donné que l es
procédés d’enrichissement du phosphate utilisent de l’eau (lavage,
flottation,…), l’ OCP a élaboré une Politique Eau, articulé autour de 3 axes: Optimiser la consommation actuelle ,
via l’amélioration de la productivité des
installations industrielles minières et chimiques.
conventionnelles , par la réalisation: Mobiliser des ressources non conventionnelles
d’unités de dessalement d’eau de mer (100 Mm 3/an
supplémentaires seront
produits à Jorf Lasfar et Safi),
et de stations d’épuration (STEP) pour recycler les eaux
usées des pôles urbains sur
lesquels se trouvent les activités du Groupe.
Abandonner tout recours aux eaux souterraines à l’horizon 2020 et réallouer géographiquement les prélèvements en eau douce en mettant en œuvre des projets d’adduction, destinés à s ubstituer aux eaux souterraines actuellement exploitées, des eaux
de surface :
3
/an pour Khouribga à partir du barrage ‘AÏT MESSOUD’ 3 18 Mm /an pour Gantour à partir du barrage ‘AL MASSIRA’.
45 Mm
2
4 – l’OCP et l’énergie :
Les travaux de l’OCP mettent l’accent sur le potentiel actuel et futur de production de biogaz, méthane, énergie électrique et thermique. La récupération et la valorisation du biogaz présentent un intérêt sur les plans économique et environnemental (réduction de la facture énergétique, préservation des ressources, réduction des gaz à effet de serre, évitement des impacts sanitaires et déversement dans la nature de CO 2, etc…). Les sites de Jorf Lasfar et de Safi atteindront un équilibre énergétique positif grâce à
l’énergie capturée générée par les le s procédés de production exothermique d’acide sulfurique. En outre, l’usage d’énergies renouvelables est en cours d’implantation dans les projets de centres urbains verts de Cité Verte et de Mine Verte Mohamed VI. Les économies d’énergie e t éolienne, aux systèmes d’insolation, aux réseaux se feront grâce aux énergies solaire et intelligents, aux compteurs électriques et à un éclairage économique en énergie. Le transport des phosphates par pipeline plutôt que par train se traduira par une réduction de 6-7 Dollars US par tonne des coûts de transport, de même que par une réduction des
émissions de CO2 d’environ 900 000 tonnes par an (plus de 20% de l’empreinte carbone du Maroc). Dans le même sens, le Groupe OCP se mobilise autour d’une politique
ambitie use d’efficacité énergétique basée sur les énergies é nergies renouvelables, solaire en particulier. Il prévoit
de réaliser une « Evaluation des Besoins Solaires », visant à évaluer les différentes technologies existantes, leurs coûts et leur adaptabilité aux besoins et aux conditions locales.
5 – l’OCP et la responsabilité environnementale : Conscient des responsabilités qui accompagnent sa position comme acteur responsable dans
le domaine de l’environnement, le Groupe OCP vise à remplir les deux conditions d’une même ambition: satisfaire les besoins de l’agriculture globale et assurer la préservation de l’environnement. Et convaincu que le développement durable offre de nouvelles occasions pour l'industrie du phosphate, le Groupe a intégré les problèmes sociaux, environnementaux et économiques à tous les niveaux de son activité. De fait, les investissements écologiques renforcent la compétitivité du Groupe tout en lui permettant, entre autres, de réaliser des
économies en eau et en énergie, de recycler, d’améliorer et d’éliminer les déchets d’une manière responsable du point de vue de l’environnement. L’engagement volontaire du Groupe OCP dans des programmes environnementaux vise à renforcer le respect des normes internationales les plus strictes et démontre son implication dans le développement durable. durable. Ainsi, le Groupe OCP OCP est la première entreprise entreprise marocaine à rejoindre le Programme de Gestion Sécurisée et Elimination des PCB (Biphényls Polychlorés). Il a mis en place une approche innovante pour le management intégré de ses besoins en eau et a implanté un vaste programme hydraulique. 6 – l’OCP et la gestion des déchets :
3
La gestion écoresponsable des déchets est un des chantiers de développement durable
prioritaires du Groupe OCP. Pour réussir sa mise en œuvre, le Groupe s’est engagé auprès de partenaires leaders dans ce domaine afin de récupérer, recycler, valoriser et éliminer les déchets dans le respect de la réglementation en vigueur et dans les conditions de sécurité les plus strictes. Ces opérations de gestion rationnelle des déchets, initiées par OCP, ont
pour élément commun d’assurer la traçabilité du processus en entier et de faire d’OCP une entreprise pionnière sur le plan national.
La stratégie de gestion des déchets d’OCP traite des domaines suivants
:
Réduction de la production des déchets
Création des zones dédiées sans danger pour le stockage et l’élimination des déchets
industriels Elimination des déchets à travers de d e solides partenariats avec des entreprises spécialisées dans leur valorisation Développement des méthodes innovantes de valorisation
Cette année, quelque 150 000 tonnes de cendre de pyrrhotine et plus de 1700 tonnes de déchets industriels sont en cours de déstockage pour être valorisées et servir de substituts au fuel ou à certains additifs minéraux. Aussi, plus de 50 tonnes de papiers seront recyclées.
En outre, la première opération nationale nat ionale d’élimination des équipements PCB portant sur 53 tonnes de matériaux et 17 tonnes d’huiles contaminées a vu le jour.. Par ailleurs, les méthodes de valorisation de phosphogypse sont en cours d’essai, notamment, deux des plus prometteuses à savoir l’utilisation de ce sous -produit dans la construction de routes (remblai) et dans l’agriculture (amendement des sols). Les boues de lavage des phosphates, riches en éléments minéraux ont également été essayées comme additifs dans certaines applications agricoles. 7- Le gisement de Gantour :
4
CHAPITRE 2 : La STEP Youssoufia
Partie 1: Fonctionnement global : 1.1-
Présentation générale :
Depuis son départ en 2015 jusqu’ aux aux années 2035 la charge hydraulique et la charge polluante contenues contenues dans les eaux eaux usées de la ville de Youssoufia, Youssoufia, et selon selon lesquelles la station est dimensionnée sont représenté dans ce tableau :
Tableau1 : caractéristiques physico-chimique de l'effluent à traiter en 2035.
5
Photo1 : maquette de la STEP de youssoufia.
1.2-description file eau et file boue :
File eau : o
Prétraitement : dégrillage, dessablage, déshuilage ;
o
Traitement biologique par boues activées ;
o
Décantation et clarification ;
o
Désinfection par filtration puis par chloration.
6
Arrivée gravitaire des effluents bruts Qtp: 300 m 3/h
Poste de relevage
Bassin d'orage
Trop plein et by-pass général de la station Qts: 600 m 3/h
Q : 300 m3/h
Q: 300 m3/h
Refus vers compactage
Dégrillage fin 6 mm
Dégrillage fin 6 mm
Dégrillage fin Dégrillage 6 mm
fin
6 mm
Q : 300 m3/h
Sables vers classificateur Graisses vers traitement des boues
Q : 300 m3/h
Dessableur Dégraisseur
Dessableur Dégraisseur
By-pass
Q : 600 m3/h
Répartiteur Q: 300 m3/h
Retour en tête
Décanteur primaire file 1
Trop plein et by-pass après prétraitement Q : 300 m3/h
Décanteur primaire file 2
Boues décantées vers traitement des boues
By-pass biologique Répartiteur
Vers Oued
7
Répartiteur
vers retour en tête
Bassin aéré file 1
air process
Bassin aéré file 2
Dégazeur file 1
Dégazeur file 2
Recirculation Recirculation des boues
Répartiteur
Clarificateur file 1
Clarificateur file 2
Boues en excès
vers traitement des boues
Flottants vers traitement des boues Boues en excès
vers traitement des boues
Q: 600 m3/h
Filtre mécanique
Trop plein et by-pass du tertiaire
Trop plein Eau industrielle vers STEP
Bâche tampon
Q: 360 m3/h
eau de lavage Bâche eaux sales
Filtres à CAG (x4)
Bâche eau filtrée
air de détassage
Q: 360 m3/h
By-pass pompage Désinfection
Poste de pompage vers laverie OCP (hors marché)
Vers Oued
File boue : o
Extraction des boues depuis les clarificateurs
o
Epaississement statique des boues en excès
o
Digestion anaérobie
o
Déshydratation mécanique des boues;
o
Valorisation des gaz de digestion pour la production de
l’énergie électrique. 8
9
Partie 2 : Processus prétraitement et traitement primaire. 2.1-Le prétraitement : 2.1.1-Dégrillage 2.1.1-Dégrilla ge grossier :
Photo2 :dégrilleur grossier.
Fig2 : principe dégrillage.
Le dégrillage grossier qui épure l’eau avec des grilles espacées de quelques millimètres pour retirer les déchets
olume est de l’ordre de quelques centimètres. Dans un dégrilleur grossier, l’eau passe à travers une dont le v olume grille qui retient les déchets déchets : chiffons, morceaux de bois, plastiques... plastiques... Un «râteau» mobile débarrasse régulièrement la grille de tous ces matériaux qui sont envoyés automatiquement automatiquement vers un conteneur à déchets.
Fig3 : principe dégrilleur grossier 10
2.1.2-Relevage des eaux brutes :
Après dégrillage grossier se situant dans la station de pompage pompage (pompant l’eau vers la STEP). Les eaux arrivent dans une bâche de reprise à un niveau bas. Le poste de relevage
permettra donc de relever l’eau à un niveau suffisant pour permettre une alimentation gravitaire du dégrilleur fin jusqu’au traitement tertiaire. Les Le s eaux sont relevées à l’aide d’un système de pompes. Le poste de relèvement est équipé d’un syst ème ème de pompage :
2 + 1 pompes débit unitaire 300 m 3 /h vers prétraitement prétraitement – les les pompes sont à vitesse variable.
3
1 pompe débit unitaire 300 m /h vers bassin bassin orage qui fonctionne fonctionne dans le cas
d’un surplus de débit (> 600 m3 /h). Il est d’un volu me de 1 200 m3 , d’une hauteur d’eau de 5 m et d’une capacité de stockage équivalente à 4 h de surcharge. La vidange du bassin est réalisée de préférence en période nocturne (période de débit faible).
2.1.3-Le dégrillage fin :
Description du fonctionnement :
Le dégrillage est un moyen utilisé pour retenir les déchets grossiers susceptibles de bloquer les conduites ou d'endommager les appareils électromécaniques situés en aval, ces déchets ne pouvant pas être éliminés par un traitement biologiques ou physico-chimique, il faut donc les éliminer mécaniquement. Les eaux relevées sont dégrillées au moyen de 3 dégrilleurs fins
d’épaisseur 6 mm . Un dégrilleur est installé en secours, la totalité du débit peut être traité sur 2 dégrilleurs.
Photo3 : Dégrilleurs fins de la STEP Youssoufia.
11
Dimensionnement : Nombre de grille
2+1 dégrilleurs fins automatiques
Débit par unité Entrefer Surface verticale Hauteur
312 m /h 3mm 2 1m 2m 75° 16,7mm
3
Degré d’inclinaison Perte de charge
Tableau2 : dimension de la grille
la surface verticale est donnée par :
Avec : Q : Débit maximal maximal à travers la grille = 0,087 m3 /s
V : Vitesse de l’écoulement à travers la grille = 0,8 m/s a : Coefficient de passage libre donné par la relation :
C : Coefficient de colmatage dépendant de la qualité de l’eau et du système de reprise des résidus. Généralement : 0.1 < C < 0.3 pour une grille manuelle. 0.4 < C < 0.5 pour une grille automatique. 2
AN :
S=0,97m = 1m
-La hauteur de la grille :
-les pertes de charges charges à travers la grille grille sont données p ar l’équation de Kirchmer :
() Avec e : espacement espacement entre les barreaux = 3mm b : Epaisseur des barreaux = 1,5mm
: Coefficient qui tient compte de la forme des barreaux = 2,42 : Angle d’inclinaison par rapport à
l’horizontale
V : La vitesse d’écoulement à travers les barres, v = 0,66 m/s
12
L’application numérique donne la valeur : V = 0,66 m/s, alors la vitesse est 0,6 < V < 1,2 et la condition est vérifiée. Donc
Une valeur très inférieure à la valeur limite maximale qui est de 150mm. 2.1.4- Dégraisseur/Dessableur :
Principe :
Fig4 : principe dégraisseur_dessableur Les sables ,les
graviers ainsi qu’ autres autres
particules minérales susceptibles de gêner le traitement se
déposent dans le fond de l'ouvrage de dessablage-dégraissage d'où ils seront extraits par une pompe
d’extraction des sables vers
un système de séparation liquide/solide ( un un laveur de sable ),
c’est un
classificateur à sable, dans lequel les particules de sable sédimentent, ils sont extraites du fond par une
vis d’Archimède, tandis que l’eau est récupérée en partie supérieure après avoir franchi un
déversoir, les sables sont chargées dans des bennes
et l’eau est dirigée vers le traitement primaire.
Une pompe d’extraction des sables est installée au niveau de chaque dessableur (1 pompe de plus piégées laissée en secours). Il s’agit donc d’une élimination gravitaire des particules piégées
possèdant une une
taille de 150 à 200 µm.
Le dégraissage a pour but d’enlever les matières grasses présentes dans la phase liquide, il repose sur une séparation par flottation des insolubles à l’aide de microbulles produites par un aérateur immergé ce qui permet la l a flottation des graisses. Les graisses ainsi flottées sont raclées par un racleur diamétral, entraînant les graisses dans une trémie d’évacuation puis sont transférées gravitairement vers une bâche. bâche. Les graisses sont pompées vers la bâche à boues épaissies. Les aérateurs immergés fonctionnent en continu, de même que les les racleurs de surface. surface.
13
Fig5 : ensemble des équipement techniques d’un déshuilleur/dessableur Dimensinnement :
Nombre des bassins
2
Type
cylindro-conique
Débit
300 m /h
Volume
51 m
Diamètre
4,10 m
Hauteur de la partie cylindrique
3,3 m
Temps de séjours
10 min pour Qmax
Vitesse d'écoulement
25 m/h
3
3
Tableau3 : caractéristiques des dessableurs-dégraisseurs à horizon 2035.
Vérification des données du dimensionnement :
-
Calcul du temps de séjour et la vitesse de l’écoulement : :
On a :
3
Avec : Qmax : débit maximal des eaux usées, Qmax = 300 m /h 3
= 5 m /min V : volume du bassin dessablage-dégraissage, V = 51 m3
D’où :
Et
la
=10,2 min
14
-
Calcul de la pente du cône :
Photo4 : Dessableur/Deshuilleur de la station de Youssoufia.
Rendement épuratoire des dessableurs-dégraisseurs dessableurs-dégraisseurs :
Le dessableur élimine 80% de la matière minérale existent dans les eaux usées. La matière minérale représente 30% de la charge en matière en suspension (MES), les 70% restants, représentent les matières volatiles en suspension (MVS). Le dégraisseur élimine 35% de la DCO. Pour la station :
Les matières minérales totales = 0,3*3155=946,5 Les matières minérales éliminées par le dessableur = 0,8*946,5=757,2 Les matières minérales restants = 946,5 – 757,2 757,2 = 189,3 MES sortant du dessableur = MES autres que la matière minérale + MES de la matière minérale restante = 0,7*3155 + 189,3 = 2397,8 La charge éliminé en DCO = 0,35*6049 = 2117,15 La charge restante en DCO = 6049 – 2117,15 2117,15 = 3931,85
15
Conclusion :
Pente
39,48
Débit par unité Volume Hauteur de la partie cylindrique Diamètre MES sortante
300 51 3,3 4,10 2397,8
DCO sortant 3931,8 Tableau4: Récapitulatif des caractéristiques du dessableur_désuilleur.
2.2-Le traitement primaire:
Principe de la décantation primaire :
Photos5 :décanteurs primaire de la STEP Youssoufia.
Une fois dessablé et déshuilé, L’effluent prétraité rejoint un répartiteur assurant une une équirépartition entre les deux files de traitement primaire dans les décanteurs de la STEP. La décantation primaire permet de diminuer les charges à traiter dans les étapes ultérieures, en éliminant une partie
des solides en suspension et d’effectuer une s éparation liquide / solide
facilement décantable. Les matières en suspension ont tendances à décanter et à se déposer par gravité au fond sous forme de boues qui sont ensuite recueillies par pompage du fond,
Un pont racleur permet de collecter et racler les boues vers la partie centrale de l’ouvrage . Quant à l’eau clarifiée, elle quitte le décanteur pour rejoindre le traitement secondaire.
l’étape de décantation primaire permet l’élimination de 50 à 60 % des matières en suspension .
L’efficacité L’efficacité du traitement dépend du temps de
séjour et de la vitesse
ascensionnelle (qui s’oppose à la décantation). Vitesse de Hazen : vitesse ascensionnelle
Q V H
S
16
Fig6 : Décanteur classique circulaire
Dimensionnement de l’installation :
Nombre d’ouvrage
2 3 325 m /h 1,70 m/h 15,80 m 3,00 m 3 635 m 1,95 h
Débit maximal par ouvrage Vitesse au miroir Diamètre ouvrage
Hauteur d’eau droite Volume total ouvrage Temps de séjour
Tableau5 : les différentes caractéristiques des décanteurs primaire.
Vérification des données du dimensionnement :
Temps de rétention :
C’est une valeur qui ne dépasse pas 2 h qui est la valeur maximale du temps de séjour dans un décanteur. Temps de débordement : Td =
= = 0,83 m /h.
Rendement épuratoire des décanteurs primaires :
Les performances attendues d’un décanteur primaire sont de l’ordre de 60% pour les MES et 30% pour l’élimination des DBO et DCO.
MES éliminé = 0,6 x 2397,8 = 1438,68kg/j, donc ce qui reste e st de 959,12 kg/j.
DBO5 éliminé = 0,3 x 2629 = 788,7 kg/j, donc ce qui reste est de 1840,3 kg/j.
DCO éliminé = 0,3 x 3931,85 = 1179,55 kg/j, donc ce qui reste est de 2752,3 kg/j.
Volume des boues extraites :
Les boues extraites du décanteur, appelé boue mixte, sont composés de la pollution éliminée et aussi des boues
secondaires en excès qui sont mélangés avec l’effluent entrant aux décanteurs pour augmenter la décantabilité dans ces derniers. La quantité de boue produite dans les deux décanteurs est : BT = DBO5(éliminé) + MES(éliminé) + DCO(éliminé)+ Boue en excès . N.B : La production des boues en excès est en général, g énéral, estimée à 0,8 de la DBO5 éliminé, mais en pratique, elle est estimée par rapport à la DBO5 restante dans le décanteur.
Donc :
Boue en excès :
Ainsi :
BT = 788,7 + 1438,68 + 1179,55 +
= 4879,17
17
Récapitulatif des résultats de la décantation primaire
MES DBO5 DCO Boue secondaire
Eliminés 1438,68kg/j 788,7 kg/j 1179,55 kg/j
Restants vers traitement des boues 959,12 kg/j 1840,3 kg/j 2752,3 kg/j 4879,17
Tableau6 : Récapitulatif des résultats de la décantation primaire.
18
Partie 3 : Processus du traitement secondaire C ’est ’est le cœur de la station d’épuration, il est destiné à éliminer toutes les pollutions dissoutes dans les eaux usées et qui ne peuvent pas être éliminées par simple décantation.
3.1 – Le Le traitement biologique :
Photos6 : bassins de traitement biologiques de la STEP Youssoufia. En principe le réacteur biologique est destiné à dégrader les composés organiques contenus dans les eaux usées. Pour accélérer cette dégradation par les bactéries, il faut apporter
artificiellement de l’oxygène et assurer un bra ssage des eaux. L’aération de chaque bassin est réalisée par la mise de place de trois turbines, soit six turbines au totale, celles-ci
assurent l’aération ainsi que la mise en suspension de la boue. La recirculation des boues permet la maintenance d’une concentration en boues constante et correcte dans le bassin
d’aération, évite l’accumulation des boues dans le clarificateur et le débordement du lit de boue et limite le temps de séjour dans le clarificateur pour garantir une bonne qualité de boue. Le volume recirculé ne doit pas dépasser 2 fois le volume d’eau traité (pour diminuer le pourcentage de la boue qui passe vers le clarificateur
afin d’éviter la surcharge ). Alors que
le clarificateur permet la séparation séparation par gravité entre entre bactéries épuratrices épuratrices (ou «boues
biologiques») et l’eau épurée, il s’agit d’un décanteur secondaire. Un pont racleur permet de récupérer rapidement les boues au fond de l'ouvrage et de les orienter vers le puits central de reprise.
19
Fig7 : principe traitement biologique.
3.2-La dégradation bactérienne et l’élimination du carbone : 3.2.1 – – Principe Principe de l’élimination :
Fig8 : principe d’élimination du carbone
Le métabolisme bactérien bactérien se fait en deux parties : * Le catabolisme : Le substrat entre en contact avec les les bactér ies ies et l’oxygène et il est transformé en CO2 et en eau et il libère
tout de même de l’énergie.
Matière organique + Micro-organismes + O 2 --------------˃ CO2 + H2O + Energie
20
* L’anabolisme : L’énergie est utilisée par les bactéries pour la formation d’un nouveau constituant. Matière Organique + µOrganismes + O 2 + énergie --------˃
+ CO2 + H2O
formule de la composition élémentaire en matière organique.
N.B :
La respiration endogène : Une fraction des bactéries meurt puis se lyse, libérant de la matière organique qui peut être utilisée comme source de carbone pour former du CO2 et de l’énergie par d’autres bactéries. C 5H7 NO NO2 + 5O2 -----------------˃ 5CO2 + 2H2O +
+ Boues en excès + énergie.
La plupart des bactéries utilisées dans les procédés de dépollution sont des chimiohétérotrophes, c'est-à- dire qu’elles dégradent la matière
organique contenue dans
les effluents pour obtenir l’énergie et le carbone nécessaire à leur développement. 3.2.2 - Facteurs limitant la dégradation bactérienne : Le processus aux boues activées peut être influencé par plusieurs facteurs. On se doit de créer
des conditions optimales de fonctionnement afin d’obten ir un traitement des eaux usées le plus performant possible. possible. Les paramètres les plus critiques/importants sont:
Débit d’alimentation;
Oxygène;
pH;
Nutriments;
Température;
Composés toxiques.
a) Débits d’alimentation : usées est développée pour être capable de traiter une Chaque station d’épuration des eaux usées certaine quantité de matière organique. Il est primordial de respecter la charge maximale et de ne pas la dépasser. Lorsque cette charge organique nominale est dépassée, on parle de surcharge du système. Une telle situation a un impact très négatif sur le processus de traitement :
Détérioration de la qualité de l’effluent : teneur en O 2 insuffisante pour oxyder/dégrader oxyder/dégrader tous les composés organiques (DBO/DCO);
21
Conditions anaérobies à l’intérieur des boues activées : production microbiologique d’acides gras et de H 2S causant un problème d’odeur.
b) Oxygène :
L’apport d’oxygène est indispensable pour oxyder la matière organique grâce à la biomasse présente. Un manque d’oxygène influence immédiatement l’efficacité d’abattement.Dans un système aux boues activées, deux procédés nécessitent l’apport d’oxygène :
Respiration du substrat : oxydation du substrat ;
Respiration endogène : maintenance cellulaire ;
on peut être causée par : Une déficience en oxygène dans une station d’épurati on
Surcharge organique : charge supérieur à la charge charge maximale définie;
Trop de matières grasses, huiles ou autres surfactants dans le bioréacteur;
Concentration en boue trop importante : impact négatif sur le taux de transfert
d’ oxygène oxygène et augmentation de la respiration endogène;
Amas volumineux de boue : boue filamenteuse filamenteuse ;
Mauvais fonctionnement du système d’aération.
Un manque prolongé d’oxygène peut conduire co nduire à :
Diminution de l’efficacité d’abattement;
Formation d’une biom asse filamenteuse, donc moins bonne décantabilité;
Nuisance olfactive, due à la formation d’acides volatiles et H 2S dans des conditions anaérobies;
4+
Arrêt total des réactions de nitrification (= oxydation de NH -N) et donc plus de
suppression d’azote. Les concentrations en oxygène supérieur supérieur à 5 mg O 2 /L doivent être évitées car on on aura :
Gaspillage d’énergie;
Plus petits flocons (= mauvaise décantabilité /effluent turbide);
Peut être à l’origine de la formation de bactéries filamenteuse. c) PH :
Le pH optimal pour des bactéries aérobies se situe autour de 7, milieu neutre. Le pH de la boue activée doit toujours être entre 6,5 et 8,5.
22
d) Nutriments : Les nutriments sont essentiels pour la croissance bactériologique. Les plus importants sont
l’azote et le phosphore, ils sont aussi appelés macronutriments. Outre N et P, les micro-organismes ont aussi besoin de micronutriments, on parle de Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Cr et Co comme les micronutriments les plus importants. Si les nutriments ne sont pas disponibles
en quantité suffisante dans l’eau usée brute, ils
doivent être ajoutés.
e) Température : Les systèmes des boues activées opèrent normalement sous une température de 5 à 40 °C (température mésophilique). Plus la température est importante, plus les réactions sont rapides :
Dégradation du substrat; Accroissement de la biomasse;
De plus, les boues boues activées se récupèrent récupèrent plus facilement s’ils sont détruits par par un choc toxique lorsque les températures sont plus élevées. Cependant, si cette température atteint un niveau trop élevé (> 35- 40
°C), l’activité
biologique ne supporte plus cette température. Si la température est trop haute pendant un
trop long laps de temps cette perte d’activité peut devenir permanente et même totalement irréversible.
f) Composés toxiques :
La présence de composés toxiques dans l’effluent peut faire diminuer l’efficacité de traitement, ou même l’annuler .
La valeur la plus basse représente le seuil d’inhibition, la valeur la plus haute correspond à l’arrêt immédiat de l’activité biolog ique
23
Compose toxique
Valeur max et min
Cuivre :
0,01 à 20 mg/L (très toxique)
Zinc :
0,3 à 10 mg/L
Cadmium :
0,1 à 20 mg/L
Chrome :
25 mg/L
Nickel :
25 mg/L
Plomb :
900 mg/L
Cobalt :
0,3 à 10 mg/L
Mercure :
0,01 à 20 mg/L
Méthanol :
90 mg/L
Acétone :
75 mg/L
Produits dérivés pétrole :
200 à 500 mg/L (transport O2 bloqué)
Tableau7 : concentration min et max des composés toxiques. 3.3 – Etude Etude théorique du traitement secondaire :
3.3.1 – Mise en œuvre du traitement:
Fig9 : schéma simplifié du traitement biologique.
biologique se fait à l’aide de deux réacteurs biologiques de La mise en œuvre du traitement biologique V=1185 m3 avec chacun :
Zone de contact : permet d’éviter la prolifération des bactéries filamenteuses.
et boue activée ce qui qui élimine bassin d’aération : permet la mise en contact eau usée et la pollution carbonée.
La recirculation permet le retour vers bassin aéré des boues biologiques ce qui maintien des microorganismes dans le bassin. Alors que le clarificateur sépare la biomasse produite (sous forme de flocs) de l'eau épurée. L'étape de clarification repose usuellement sur une décantation par sédimentation. Il est équipé d’un pont racleur qui permet
d'amener les boues
décantées depuis la périphérie de l'ouvrage vers son centre La biomasse récupérée, mélangée aux fractions particulaires minéraux et organique non traitées, va constituer les boues secondaires dont une partie sera recirculées dans la zone de contact afin de maintenir une concentration constante dans le bassin d'aération et l'autre partie sera dirigée du système vers les filières de déshydratation et de traitement des boues.
24
3.3.2 – Dimensionnement Dimensionnement des ouvrages : Les caractéristiques des deux clarificateurs sont données dans le tableau suivant : Forme
cylindro-conique 2 19,50 m
nombre d’ouvrage Diamètre de l’ouvrage
1,5 h 2,90 m 298,65 m² Moyenne
Temps de séjour
Hauteur d’eau droite Surface charge de la boue
Tableau8 : caractéristiques du décanteur secondaire.
Vérification des données du dimensionnement :
1-
Le bassin d’aération :
la concentration des boues dans le bassin d’aération :
Charge massique est donnée par la relation : Cm =
qui doit être comprise entre
0,24 et 0,33 kgDBO5/kgMVS (correspond à la quantité de pollution apportée par rapport à la quantité de biomasse présente dans les bassins). Pour un système de traitement à moyenne charge, on estime que Cm = 0,3kg DBO/kg MVS/j. 3
La concentration des boues dans le bassin (kg/m ) est donnée par :
Où :- Cm : charge massique (0,3 kg DBO/kg MVS/j). 3
-V : volume du bassin (1185 m ). -[MVS] / [MES] : taux de MVS par rapport rapport aux MES des boues égale a 80%. -Q x [DBO5 ] : est la charge en DBO5 entrant dans le bassin (1840,3 kg/j ).
Donc :
.
Donc la concentration des boues dans le bassin d’aération est de 3,23 g/L. Les concentrations en matières en suspension(MES) doivent être adaptées à la charge polluante reçue afin de respecter la charge massique de fonctionnement. La concentration concentration doit systématiquement être maintenue entre 3 et 6 g/l et pour la
concentration optimale des boues dans le bassin elle est de l’ordre de 3,3 g/L pour des effluents urbains.
Le temps de séjours :
Le temps de séjours est le rapport entre le volume du bassin biologique (V) et le débit des
eaux à l’entrée de ce bassin (Q).
25
Généralement, pour un système à moyenne charge le temps de séjours est compris entre4 et 8.
Les besoins en oxygène :
Les besoins en oxygène sont calculés par la relation suivante :
( )
L’élimination de l’azote n’est pas prise en compte, la relation devient :
( )
Avec : * a’ : a’ : quantité d’oxygène nécessaire à l’oxydation de 1 kg de DBO 5 * Le : quantité de DBO 5 éliminé *
b’ : b’ : quantité d’oxygène nécessaire à la respiration endogène de 1 kg de MVS de
boues par jour * Sv : masse de boues dans le bassin en kg de MVS
Sv =
* 4.3 :taux de conversion de l’azot e réduit en azote nitrique * Nn : flux d’azote à nitrifier
* 2,85 : taux de conversion de l’azote nitrique en azote gazeux -
* c’ : c’ : fraction de l’oxygène des NO 3 récupérée par dénitrification, soit entre 60 et 70 % Les valeur s de a’ et b’ sont sont données dans le tableau. Tableau9 : valeurs de a’ et b’ selon Cm
Valeurs de Cm Valeurs de a’
Valeurs de b’ Donc :
<0,1 0,66
0,1 0,65
0,15 0,62 0,075
0,2 0,6
0,3 0,56 0,085
0,4 0,53
>0,5 0,5 0,7 à 1,2
Temps d’aération et vérification du brassage :
Le transfert de l’oxygène de l’air au sein du mélange eau -boue biologique se fait à l’aide de 6 turbines lentes (3 par file) de puissance unitaire de 37kW. En fait fonctionner 2 par file. Donc la puissance absorbé = puissance installé * 0,8 = 37 * 4 * 0,8 = 118,4kW Les besoins horaires en O 2 sont calculés par la formule suivante :
26
Avec ASB : apport spécifique brut représentant la masse d’oxygène introduite pour 1kW d’énergie, il est fournie par le constructeur, en général, en prend une valeur de 1,5kg O2/kW pour des turbines
lentes mesurée à l’eau claire. FCG : facteur
correctif globale, permet d’établir l’efficacité réelle des systèmes d’aération. En
effet, on a une perte d’efficacité en passant de l’eau clair à la boue activée. Il est égal à 0,7.
Le temps d’aération est égale à :
La vérification de la puissance de brassage donne :
Cette puissance de brassage est un peu forte par rapport à la valeur nominale qui est de 40W/m3.
Age des boues boues :
L’âge des boues est le rapport entre la masse des boues dans le bassin d’aération et celle produite.
L’âge des boues est inversement proportionnel à la charge massique, il est particulièrement important car il traduit l’état physiologique des micro -organismes. Il conditionne la présence ou l’absence de germes nitrifiants et le bon bon fonctionnement d’une d’une STEP à boue activée. Selon les normes, l ’âge ’âge
des boues dans le bassin d’aération doit être entre 4 et 10 jours pour les
procédés à boue activée moyenne charge. 2- Le clarificateur :
Photo7 : Le clarificateur de la station de Youssoufia. Youssoufia.
Temps de séjours hydraulique:
Photo8 :Extraction des boues décantée
27
Vitesse ascensionnelle moyenne :
Vitesse ascensionnelle ascensionnelle de pointe :
N.B : - La vitesse ascensionnelle ne doit pas dépasser 0,6m/h mesuré sur le débit de pointe, afin
d’éviter les surcharge hydraulique. - A la sortie du traitement secondaire, pour que l’eau soit utilisée dans le lavage des phosphates ou dans l’irrigation des espaces verts, il faut que
l’eau traitée soit conforme aux normes de rejet au
milieu naturel. Paramètre
DBO5 DCO MES
Concentration maximale
Rendement minimal
Nombre de dépassement autorisé/année
25mg/l 80% 25 125mg/l 75% 25 35mg/l 90% 25 Tableau10 : qualité à la sortie du traitement secondaire .
Concentration en cas de dépassement
50mg/l 50mg/l 250mg/l 85mg/l 85mg/l
28
Partie 4 : Processus du traitement tertiaire Appelé aussi traitement d’épuration avancés , ses procédés visent essentiellement l’élimination des matières en suspension, de la DBO, des organiques réfractaires (DCO et COT), des nutriments (azote et phosphore), des métaux lourds et des sels sels inorganiques. Au niveau de la STEP Youssoufia trois trois filtres sont installés installés :
iltration sur disque : ① F iltration
Fig10 : Principe de filtration mécanique
Photo9 : Filtre à disques STEP Youssoufia
Fonctionnement :
Après le traitement secondaire l’eau alimente un filtre composé de plusieurs disques. C’est la première étape du traitement tertiaire tertiaire elle est appelé filtration sur filtre à disque disque ou filtration mécanique, les substances solides sont retenues en surface des filtres. Lorsque les dépôts solides sur la toile filtrante augmentent, la résistance hydraulique du système (colmatage) augmente en parallèle,
d’où la nécessité du nettoyage du filtre. Quand
le niveau d’eau dans la cuve de filtration atteint atteint le niveau maximum maximum détecté par des des détecteurs de niveau à poire, le nettoyage est déclenché. Les substances solides qui se sont
déposées sont éliminées par l’intermédiaire de dispositifs d’aspiration composées de pompes submersibles permettant permettant chacune le nettoyage de plusieurs plusieurs disques. Le tableau tableau résume les dimensions des filtres à disque.
Dimensionnement :
Nombre d ’ouvrage ’ouvrage capacité Volume Bassin tampon aval du filtre Surface de filtration Vitesse de filtration
1 3 600 m /h 240 m3 60m2 10 m/h
Tableau11 : Dimensions et caractéristiques des filtres à disque.
29
② Charbon actif en grain (CAG) :
Fonctionnement :
En deuxième lieu du traitement tertiaire et après la filtration à disques, pour plus de qualité,
l’eau
pénètre un filtre en charbon actif en grain (CAG). La porosité du charbon lui permet de retenir les composés organiques dissous, mais aussi certains micropolluants
que le filtre à disque n’a pas pu
éliminer. Le colmatage du disque est atteint lorsque la perte de charge maximale prévue lors de la construction est atteinte (baisse du débit filtré), ce qui exige le lavage pour
revenir à l’état initial . Le
mécanisme prédominant d’élimination des micropolluants par le charbon actif est l’adsorption sur des sites actifs, cette adsorption est un phénomène de surface par lequel des molécules se fixent sur la surface du CAG grâce à différentes forces (charges électriques, forces de Van der Waals, etc.). La STEP Youssoufia possède une batterie de 4 filtres à CAG. Le lavage se fait soit manuellement ou automatiquement, il se décl enche enche via l’indication de colmatage qui est fournie par un capteur de type hydrostatique installé à la sortie des eaux filtrées, il est effectué par l’air
et l’eau
(envoi d’air puis air et eau à mi - débit, et finalement rinçage à l’eau ) grâce à 1 + 1 pompes de lavage avec une vitesse de lavage eau qui est de 25 m/h et 1 + 1 surpresseurs surpresseurs de lavage de vitesse lavage air 35 m/h.
Photos10 : Bassin de filtration sur CAG de la STEP
Dimensionnent : Type
Vitesse filtration
Charbon actif en grain à base de houille
5,95 m/h
Hauteur de couche du CAG filtrant
1,0 m
Nombre des filtres
4
Type de filtration
Gravitaire
15,1 m2
Surface unitaire Volume eau de lavage
114 m
3
ableau12 : Caractéristiques et dimensions des filtres à CAG T ableau12
C onsignes onsignes d’exploitation
30
ltre CAG exige le contrôle de la qualité des eaux sales en fin de lavage (eaux L’usage d’un fi ltre claires) ce qui permet de vérifie ainsi l’efficacité du CAG. Lorsque celle-là commence à diminuer, il faut s’organiser afin de prévoir l’ approvisionnement approvisionnement de CAG neuf pour le renouvellement du matériau dans les filtres. Il faut contrôler la perte de charge après lavage (retour à la valeur initiale), les fréquences de lavage (nor malement, malement, pas d’augmentation de fréquence, sauf si si la qualité d e l’eff luent luent se dégrade) et la qualité de l’eau traitée à la remise en service du filtre.
③ Désinfection par le chlore :
Fonctionnement :
Photos11 : Bâche de contact de la STEP
Ce procédé est un moyen efficace qui permet de fournir une eau bactériologiquement propre pouvant être
réutilisé pour l’arrosage des espaces verts ou pour le lavage du phosphate qui est le but de cette station. Le chlore ou l’eau de javel est injecté par des pompes afin d’éliminer la majorité des germes et d es es microorganismes pathogènes, mais cette méthode demeure pas efficace contre les virus et les parasites. Le bassin est
de type rectangulaire et chicané afin d’assurer une bonne circulation de flux dans l’ouvrage. Une fois traitée, cette eau désinfectée est ensuite acheminée vers une station de pompage pour la transmettre vers la laverie.
Caractéristiques et dimensionnement : Filtre de désinfection par chlore
Type Volume du bassin de contact
200 m
3
Temps de contact
33 min (à Q max)
Dose chlore actif
10 g/m
Réactif injecté Evacuation poste de pompage OCP
3
eau de javel Gravitaire
Tableau13 : Dimensions et caractéristiques du bassin de contact.
31
Partie 5 : Processus traitement des boues Epaississementt gravitaire des boues : ① Epaississemen
Principe de fonctionnement :
augmenter la concentration des boues par gravité, diminuer le Le but de l’épaississement est d’ augmenter
d’évite r la fermentation volume de boue à gérer par déshydratation , stabiliser la matière organique afin d’éviter et limiter le risque de développement des odeurs. Ce procédé est assuré par un ouvrage cylindro-
conique équipé d’un système de raclage et
agitation lente par herse pour faciliter le d’ agitation
glissement des boues vers la fosse centrale et permettre la remontée de la phase liquide et gazeuse sans entraîner de matière solide. Les boues issues du traitement primaire et secondaire, appelé boue mixte, sont diluées (8 à 15g/l) et contiennent de la matière organique fermentescible , alors que le taux d’eau d’eau da ns ces boues est 95-99%. Cette dernière se présente normalement sous deux formes :
Eau libre : faiblement absorbée, peut être éliminée par déshydratation mécanique.
Eau liée : attachée avec des bactéries ou d’autres particules, peut être éliminée par séchage thermique (T° > 105°C)
Fig11 : principe épaississeur des boues
Dimensionnement de l’épaississeur : :
Diamètre ouvrage
8,50 m
Charge au radier Volume stockage boues Temps de séjour Concentration des boues en sortie
64 kg MS/m .j 3 170 m 2,3 j (boues épaissies) 40 à 50 g/l
2
Tableau14 : Dimensions et caractéristiques de l’épaississeur de la station Youssoufia.
32
②Digestion anaérobie des boues:
Photos12 : digesteur et gazomètre de la STEP Youssoufia
Principe de méthanisation :
En principe la digestion, appelée aussi fermentation ou bioréaction-anaérobie est la transformation
de la matière organique des boues par par action bactérienne en absence d’oxygène. Elle vise la réduction du volume des boues afin de limiter les coûts d'évacuation, et la stabilisation de la boue ; c'est-à-dire la transformer de telle sorte qu'elle devienne très lentement biodégradable. Cette stabilisation doit se traduire concrètement par l'absence de nuisances, entre autres olfactives, mais également par une destruction partielle de germes pathogènes. Les matières organiques digérables sont transformées par réaction biologique en CO2 + CH4. La réaction se fait nécessairement en milieu fermé à une température de 37°C 37°C et elle entraîne la production du biogaz combustible, contenant contenant majoritairement du méthane, à partir de la matière organique organique volatile. Ce gaz est utilisé pour
produire de l’électricité par cogénération par cogénération afin d’assurer une partie des besoins énergétique de la station, elle permet tout de même la production d’une boue de bonne qualité agronomique Le maintien en température est assuré par un échangeur thermique spiralé qui garantit le contact entre
la boue circulée et l’eau chaude issue de la chaudière et par la récupération thermique sur cogénération.
BOUCLE DE REGULATION
C IR C U IT E A U C H A U D E
ECHANGEUR
C IR C U IT B O U E S
Vitesse fixe
T In
T out
M
T In
Vitesse fixe
Fig12 : Echangeur spiralé.
Fig13 : Boucle de régulation eau chaude.
33
Etapes de méthanisation :
Fig14 : schéma de création du méthane
La production du gaz à partir de la matière organique dans le digesteur se fait suite aux réactions suivantes :
Hydrolyse ou Acidogénèse
Acétogénèse
Méthanogénèse
1. Hydrolyse ou Acidogénèse :
C’est la fermentation des particules solides et des macromolécules en en acides gras volatils (AGV tel que les propioniques, butyriques…), en alcools, en d’autre acides organiques, en hydrogène et en gaz carbonique grâce à des bactéries hydrolytiques et fermentatives. 2. Acétogénèse :
C’est une réaction lente responsable de la création de l’acide acétique à partir du gaz carbonique formé en première étape, grâce à des bactéries strictement anaérobies selon la réaction qui suit :
34
La création de cet acide est due
aussi à l’existence des bactéries dites homo -acétogènes et
qui, en plus du CO 2 et de H2, utilisent les acides gras volatils précédemment formé et les transforment en acide acétique. 3. Méthanogénèse : Etape réalisée par des bactéries méthanogènes strictement anaérobies qui font partie du groupe des archaebactéries. Elles sont responsables de la création du méthane selon deux voies de formation possible : o
Voie hydrogénophyle :
Elle représente 30% du flux total de CH 4. Cette voie permet de maintenir la pression partielle -4
en H2 entre 10 et 10
-6
atm. La présence d’une biomasse méthanogénique hydrogénophile
est donc indispensable pour la régulation du métabolisme des acétogènes.
La réduction du CO 2 en CH4 est un système générateur d’énergie dont le fonctionnement est couplé à une synthèse d’ATP selon le schéma réactionnel suivant :
o
Voie acétoclastique :
Responsable de 70% de la formation du méthane. Cette réaction est moins énergétique que
la première et exige l’intervention du monoxyde de carbone oxydase ou CODH qui coupe la liaison C-C
au niveau de l’acide acétique. Le groupement méthyl e
donne le CH4 et le
groupement carboxylique, par oxydation, produit le CO 2.
Les deux électrons sont récupérés par une ferredoxine qui en est un transport. Ils sont
ensuite transférés à d’autres composés pour resynthétiser de l’ATP. Les boues, les graisses récupérées des puits à
boue sont envoyées vers l’ouvrage de
digestion après homogénéisation.
35
Après un certain temps de séjour suffisant pour la production du gaz, les boues digérées sont ensuite envoyées vers un ouvrage de stockage des boues digérées avant déshydratation. C’est une é vacuation gravitaire vers une bâche boues digérées
d’un volume
3
de 216 m . Le stockage des boues est sur 2,8 jours et une agitation agitation permanente de la bâche bâche est indispensable pour homogénéiser leur contenu et et éviter la formation de chapeau. chapeau. Le gaz de digestion qui est d’une pression de 30 mbar au niveau du dôme digesteur, est recueilli en
partie supérieure de l’ouvrage et transmis dans un gazomètre 3
330 m
et d’une a utonomie
de stockage
d’un volume de
de stockage de 8 à 13 heures. Il est ensuite utilisé pour la
production d’électricité et le chauffage pour le maintien en température du digesteur à 37°C. L’existence d’une torchère de capacité 50 à 70 Nm 3/h assure la brûlure de la quantité du gaz supplémentaire après cogénération.
Photo13 : Gazomètre.
Photo14 : Torchère.
Cogénération :
L’utilisation principale du biogaz se réside dans la production d’énergie à l’aide d’un système de cogénération, son principe consiste à produire
de l’énergie mécanique (convertie en
électricité) et de la chaleur chaleur en même temps et dans une même installation installation à partir du méthane, à noter que 1m
3
de méthane équivaut à 9,7kW/h d’électricité :
Les systèmes cogénération utilisent la chaleur produite durant la combustion du gaz pour
chauffer les digesteurs et ceci à l’aide d’une série d’échangeurs portant la chaleur produite de 700°C à 37°C. La cogénération est une forme efficace de conversion d’énergie permettant d’effectuer des économies principales d’énergie d’environ 40 %.
36
Photo15 : Cogénératrice
Photo16 : cogénératrice de la STEP
Consignes d’exploitation
Le respect de ces consignes est impératif
lors de l’intervention dans les zones concernées
pour le bon fonctionnement du procédé de digestion : Vérification régulière du broyeur dilacérateur (nettoyer et éliminer les filasses)
Vérification du fonctionnement de l’agitateur de brassag e digesteur et de la garde hydraulique de l’agitateur (remplissage si nécessaire)
Inversion du sens de rotation agitateur (1 fois par jour) Vérification du fonctionnement des pompes de recirculation des boues Relèvement quotidien des températures des boues
au niveau de l’échangeur
pour
vérifier qu’il n’y a pas de dérive Le maintien de la température des boues à 37°C est réalisé grâce a la cogénération ou bien à la combinaison chaudière-échangeurs de chaleurs fonctionnant au biogaz. Vérification de la charge
volumique d’alimentation du digesteur (1,5 à 3 kgMV/m 3.j)
Vérification de pH des boues digérées et la teneur en NH 4
(risque d’inhibition
digestion). Vérification d e fonctionnement de l’agitateur de la bâche à boue digérée . Injection du sel de fer dans le digesteur est nécessaire pour piéger les phosphates
(FePO4) et éviter des précipitations de métaux dans le digesteur.
③Valorisation du biogaz par désulfurisation Les étapes de production du méthane entraînent entraînent aussi la création de l’hydrogène sulfuré qui pose des problèmes divers car il peut pe ut causer les pluies acides et la corrosion des ouvrages de
37
la STEP.
D’où l’id ée de désulfurisation. Deux méthodes de désulfurisation sont utilisées : La
précipitation au sel de Fer et adsorption par charbon actif. a. Précipitation au sel de fer : Le chlorure ferrique est directement ajouté dans le digesteur, il entraine la précipitation du
soufre dans le substrat avec la formation d’un sulfure de fer non sol uble.
b.
Adsorption de L’hydrogène sulfuré sur le charbon actif :
L’hydrogène sulfuré peut être adsorbé sur du charbon actif, act if, l’adsorption peut être
améliorée
par un ajout d’oxygène pour oxyder le sulfure d’hydrogène, ce qui va rendre les molécules plus grosses et permettre de les bloquer dans les alvéoles. La technique est très efficace, avec des concentrations finales de moins de 1 ppm ppm.. Par ailleurs
le coût d’investissement est
bas mais les coûts de maintenance sont élevés. La combinaison de cette technique avec celle
de sel de Fer peu s’avérer une solution rentable afin d’augmenter la durabilité des filtres et diminuer les frais d’exploitation élevés .
Photo17 : Adsorbeur charbon actif de la STEP
38
④Déshydratation :
Photo18 : Centrifugeuse de la STEP Youssoufia
La dernière étape dans le traitement des boues est la déshydratation. Elle est réalisée suivant deux étapes successives :
Centrifugation :
Fig14 : Centrifugeuse à vis sans fin
La force centrifuge provoque la sédimentation des solides sur les parois du bol. Le convoyeur tourne dans le même sens que que le bol mais à une vitesse plus plus faible entraînant l’ augmentation augmentation de la pression sur la boue dans la partie conique ce qui favorise la siccité des boues. Celle-là peut atteinte un pourcentage final de de 22%.
39
Pour améliorer l’évacuation de l’eau contenue dans la boue par floculation on ajoute un polymère (9 kg/TMS), kg/TMS), la boue ainsi ainsi floculée présente une forte diminution diminution à la résistance résistance spécifique et une augmentation à l'hydrophilie particulaire et du coefficient de compressibilité. Ensuite, les boues déshydratées sont évacuées vers une serre de séchage et le liquide clarifié, ou le centrifugat est évacué de l’autre extrémité.
Serre de séchage :
Photo19 : Vue externe serre de séchage
photo20 : Vue interne serre de séchage 2
La serre de séchage est étalée sur une surface de 1 178 m . Les boues sont réparties sur l’ensemble de la surface de séchage par le sanglier électrique qui fait des mouvements de va et vient pour assurer le retournement des boues. La ventilation importante associée au rayonnement solaire permet d’atteindre les conditions optimales pour un bon séchage des boues. En effet, l a serre de séchage augmente la température à l’intérieur de 20°C et le taux de siccité finale des boues séchées s’élève ainsi à 70%.
Fig16 : schéma simplifié simplifié de la serre à séchage solaire.
L’air vicié des serres de séchage solaire est transféré vers l’unité de désodorisation dédiée au traitement des boues par les ventilateurs d’alimentation de l’unité de biodésodorisation.
40
Partie 6 : Processus Ventilation-Désodorisation
Fig17 : principe de désodorisation
Ces paramètres, combinés avec de fortes concentrations en matière organique, en composés azotés
et phosphorés, vont favoriser le développement des fermentations génératrices d’odeurs.
dans la STEP : Les composés responsables de l’odeur dans
Les composés responsables de l’odeur dans les stations d’épuration proviennent soit des effluents collectés soit des réactions de fermentation qui se produisent lors des différentes étapes de traitement. Ils sont trois types : composés soufrés, soufrés, azotés et oxygénés. Famille
Description
Composé
Formule
Seuil olfactif
Odeur
(mg/m3)
Soufrés
Azotés
Ils se forment à partir des sulfates et des composés soufrés organiques via des bactéries anaérobies. Les composés azotés peuvent avoir plusieurs origines,
l’urine peut être considérée comme la principale source
Hydrogène sulfuré
H2S
0,0001-0,03
Œuf pourri
Ethyl mercaptan
C 2H5SH
0,0005-0,08
Chou, ail
Diméthyl sulfure
(CH3 )2SH
0,0001-0,03
Légumes pourris
Ammoniac
NH3
0,5-37
Irritant, piquant
Méthylamine
CH3NH2
0,021
Poisson pourri
Triméthylamine
(CH3 )3N
0,047-0,16
Poisson pourri
Acéthique
CH3COOH
0,025-6,5
Acre, piquant
Butyrique
C 3H7 COOH
0,0004-3
Beurre rance
Valérique
C 4H9CHO
0,0008-0,01
Sueur
d’azotes. Acide
Vient principalement du traitement des boues. La fermentation conduit à la formation
d’alcools et d’acides gras volatils très malodorants.
Tableau15 : Principaux composés odorants identifiés dans la STEP :
Au niveau de la STEP Youssoufia, on canalise les ouvrages sou rces
d’odeur, comme le
prétraitement et le traitement des boues par ces canalisations vers des procédés de lavage de gaz. Le
réseau d’extraction d’air est réalisé pour l es es sources d’odeurs principales : Poste 41
de relevage, bassin
d’orage , prétraitement, épaississeur des boues, bâches de stockage des
boues, vasques digesteur, bâtiment déshydratation déshydratation des boues, et serre de séchage solaire. Le procédé utilisé dans la STEP de Youssoufia est une désodorisation dédiée aux ouvrages
bassin d’orage et prétraitement par un traitement par adsorption sur média filtrant = mélange de charbon actif imprégné de KOH et charbon actif non dopé. Pour ce qui est de désodorisation dédiée aux ouvrages traitement des boues ,
il s’agit d’un f iltre biologique sur
lit minéral de type pouzzolane (Pouzzolane = support des bactéries), son rôle est de fixer les micro-organismes qui seront responsable de la dégradation des composés de gaz odorant, avec un arrosage régulier avec
de l’eau industrielle qui est la source des nutriments pour les
bactéries et l ’humidité ’humidité. Le maintien
des conditions d’humidité est nécessaire pour assurer le
bon développement des bactéries et une bonne absorption du polluant gazeux.
Caractéristiques Caractéristiques et dimensionnement dimensionnement des ouvrages :
Source d’odeur : :
Poste relevage
Bassin d’orage
Prétraitement
Filtre
Filtre multicouche pouzzolane (20/40 et 7/15) + marbre (5/10)
Débit
4200 m3/h
32000 m3/h
Temps de contact
3 secondes
10 secondes
Vitesse du
Epaississeur des boues Bâches de stockage des boues Vasques digesteur Bâtiment déshydratation des boues. boues.
0,2 m/s
450 m/h
2,70 m
71m
passage du gaz Diamètre/surfac
2
e du filtre Ouvrage de la STEP Youssoufia
Photo20 : Désodorisation CAG
Photo21 : Désodorisation biologique
Tableau16 : caractéristiques et dimensionnement des ouvrages de désodorisation.
42
Résumons :
Fig18 : schéma simplifié du principe de traitement.
Le traitement des eaux usées De l’entrée de la station jusqu’au rejet dans le milieu, les eaux usées peuvent subir différentes étapes de traitement, variables suivant le type de système de traitement retenu :
Prétraitements :
• dégrillage : le dégrillage permet de retirer de l'eau, les déchets insolubles tels que les branches, les plastiques... En effet, ces déchets ne pouvant pas être éliminés par un traitement biologique biologique ou physicochimique, il faut donc les éliminer é liminer mécaniquement.
• dessablage : le dessablage permet, par décantation, de retirer les sables mélangés dans les eaux par ruissellement ou amenés par l'érosion des canalisations. Ces sables, s'ils n'étaient pas enlevés, se déposeraient plus loin, gênant le fonctionnement fonctionnement de la station et provoquant provoquant une usure plus rapide des éléments mécaniques mécaniques comme les pompes.
• dégraissage : C'est généralement le principe de la flottation qui est u tilisé pour l'élimination des huiles. Son principe est basé sur l'injection l'injection de fines bulles d'air dans le le bassin de déshuilage, permettant de faire faire remonter rapidement les graisses en surface. Leur élimination se fait ensuite par raclage de la surface. Leur é limination
est essentielle pour limiter l’encrassement du circuit d’eau de la station, les problèmes de rejets de particules graisseuses, les perturbations du procédé de traitement.
Traitement primaire :
En épuration des eaux usées, le traitement primaire est une simple décantation qui permet de supprimer la majeure partie des matières en suspension.
Traitement secondaire :
Le traitement secondaire se fait le plus couramment par voie biologique. Une voie physico-chimique peut la remplacer ou plus souvent souvent s'y ajouter pour permettre, par exemple, la la fixation des phosphates. Les stations à boues activées utilisent d’une part les microorganismes qui se développent dans des de s bassins alimentés et les eaux usées à traiter et l’oxygène d’autre part. Les bactéries en suspension dans l’eau des bassins sont donc en
contact permanent avec les matières polluantes dont elles se nourrissent, et avec l’oxygène nécessaire à leur assimilation.
43
CHAPITRE 3: Analyse du dysfonctionnement de la STEP Etude de l’état de la station et de ses performances.
Partie 1 : Etude théorique des problèmes Cette partie porte sur certains problèmes qui peuvent exister au n iveau d’une station
d’épuration, ces problèmes peuvent être liés à la qualité des eaux usées
ou à la conception
des installations ainsi que sur les améliorations dans les eaux usées et les équipements techniques qui peuvent être la réponse à ces problèmes. 2.1 – origines des problèmes :
Foisonnement :
Fig19 : bactéries filamenteuses.
Fig20 : principe de fluctuation.
Le foisonnement filamenteux, appelé aussi bulking ou gonflement, est un problème majeur dans les stations d’épuration de type boues activées. Normalement, les micro-organismes filamenteux sont une partie naturelle de la biomasse dans les usines de traitement des eaux usées. Toutefois, la croissance excessive de ces micro-organismes filamenteux peut provoquer le foisonnement dans lequel la boue activée occupe un volume excessif en décantation et ne sédimente pas facilement. Le gonflement est gonflement est caractérisé par un indice de boue supérieur ou égal à 200 mL.g-1. Mais les problèmes de décantation décantation apparaissent apparaissent audelà de 150 mL.g-1. Pour se débarrasser du problème, beaucoup de méthodes de traitement traditionnelles ont été élaboré reposant sur l'ajout des floculants pour augmenter le règlement de la boue ou de la chloration des boues pour tuer les micro-organismes filamenteux. Cependant, le développement excessif filamenteux est souvent causé par la présence d'une source de nourriture facilement accessible comme les acides gras ou des sucres, et par les conditions environnementales comme les changements de température saisonnière. Malheureusement, le problème se reproduit à chaque fois que les conditions favorisent le développement de micro-organismes filamenteux nouveaux.
Boues flottantes :
44
Photos22 : Boues flottantes. Les boues flottantes («pop-ups») sont des particules ou des morceaux de boues flottantes à la surface du clarificateur, c ’est le deuxième phénomène qui
se produit dans les réservoirs
de boues activées. Les boues flottent à la surface en raison de la croissance abondante d'actinomycètes et certains autres organismes filamenteux, qui ont une surface cellulaire hydrophobe. Cette dernière adsorbe l’air et des bulles de gaz provoquant la boue à nager vers le haut. Les bulles de gaz sont formées dans le lit de boues au fond du clarificateur ou sur les parois du décanteur. Le gaz peut être de l'azote (La dénitrification), du gaz de sulfure d'hydrogène (H2S) formé à partir de la décomposition déc omposition biologique des boues ou du CO 2
lorsqu’il y a un manque de dégazage. Les pop-ups causées par de l'azote sont généralement brun clair au brun. Lorsque les popups sont causées par des conditions septiques, une odeur "d'oeufs pourris" classique est perceptible lorsque la boue est brisée, due à la libération du gaz de sulfure d'hydrogène.
Couleur des flottants
Origine
Blanchâtre
Marron clair
Dégraissage insuffisant Boulettes de graisse
Dégazage insuffisant ou dénitrification incomplète
Marron foncé ou Marron foncé noir
Boues fermentées
suite à l’anaérobiose
Tableau17 : couleur des flottants selon l’origine. La boue flottante doit être enlevée rapidement, car elle conduit également à la formation de mousse dans le traitement des boues anaérobies.
45
Moussage :
Les mousses dans le processus de boues activées est un problème opérationnel commun dans de nombreuses usines de Photo23 : Mousse en surface d’un bassin
d’aération.
traitement des eaux usées. La mousse peut se produire dans le réservoir d'aération, clarificateur secondaire, ainsi que dans un
digesteur anaérobie. Les mousses dans la station d'épuration est normalement collantes, visqueuses et de couleur brune. Elles flottent et accumulent au-dessus des réservoirs, et peut occuper jusqu'à une fraction importante importante de volume de réacteur, diminuant ainsi la qualité des effluents et affectant les temps de rétention des boues. Beaucoup de raisons sont associés à la présence des mousses,
comme l’existence des
tensioactifs lentement biodégradables (par exemple les détergents ménagers) présents dans les eaux usées industrielles, l’excès de production de substance polymère extracellulaire par des microorganismes de boues activées dans des conditions de nutriments limitée, la prolifération des bactéries filamenteuses et le gaz fourni dans le réservoir d'aération ou produit dans la zone anoxique des bassins d'aération, des clarificateurs secondaires et des digesteurs anaérobies.
Septicité ou fermentation des eaux usées :
La septicité des eaux usées est un problème p roblème perceptible dans les eaux usées qui ont subi des conditions anaérobies produisant habituellement de l’hydrogène sulfuré. En pratique, la septicité est révélée par des concentrations moyennes journalières voisines de 1mg.L-1 d’H2S ou par un potentiel redox inférieur à 100 mV EHN (ou EHN (ou –100 mV Ag/AgCl). L’hydrogène sulfuré est habituellement accompagné d’acides gras volatils (AGV) et d’azote à l’état réduit (NH4+). La septicité ou fermentation des eaux usées est fréquente sur des réseaux longs à très faible pente (<
1 ‰) à cause de la stagnation de l’eau dans les conduites. En plus de ces problèmes cités au-dessus,
il y en a d’autres qui sont sont liés à l 'émission de
sulfure d'hydrogène toxique à certaines concentrations concentrations dans les conduites et qui peut provoquer la corrosion de béton et les structures métalliques comme les pompes e t les filtres présentes dans les station s d’épuration, les sulfures génèrent aussi le besoin d’une sur-aération à cause des faibles potentiel redox des eaux à traiter, entrainent une
surconsommation d’ énergie. En outre que l’émission des H2S, il se peut que que
se forment des
odeurs graves pour les personnes qui travaillent à ou près de l'usine de traitement des eaux usées.
46
Partie 2 : Analyses Analyses et interprétations des problèmes au niveau de la STEP :
Collecte des eaux :
Le premier problème qui se pose dans la STEP de Youssoufia est lié d’abord à la collecte des eaux. Le circuit dans dans lequel les eaux passent passent de la ville à la STEP ne permet pas de rassembler toutes les eaux disponibles. D’où un manque de la matière traitée. Cette actuelle situation a imposé que certaines installations ne sont pas utilisées.
Traitement des eaux et évolution des paramètres MES, DCO, DBO5 et ratio DCO/DBO :
1. A l’entrée : MES, DCO, DBO5 :
o
370
MES mg/l
350
Moyenne
330
seuil MES
310 290 270 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure21 : suivi de la quantité des MES en Juillet 2015. * Moyenne : 315 mg/l. * Seuil : 350 mg/l. 2400 2200 2000 1800 1600
DCO mg/l
1400
moyenne DCO
1200
Seuil DCO
1000 800 600 1
3
5
7
9
11 13 15 1 7 19 21 23 2 5 27 29 31
Figure22 : suivi de la quantité des DCO en Juillet 2015. * Moyenne : 1793 mg/l. * Seuil : 670 mg/l.
47
700 650 600 550 500
DBO5 mg/l
450
Moyenne DBO5 Seuil DBO5
400 350 300 250 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23 2 5 27
29
31
Figure23 : suivi de la quantité des DBO5 en Juillet 2015. * Moyenne : 572 mg/l. * Seuil : 291 mg/l.
Avant tout traitement, Ce qu’on observe sur les graphiques c’est que les charges entrantes dans la STEP de Youssoufia des eaux brutes sont largement supérieures supérieures aux seuils (670 mg/l pour DCO et 291 mg/l pour DBO5) en matière de la quantité en DCO et DBO5 mais les MES ne dépassent pas le seuil (350 mg/l). o
Ratio DCO/DBO :
Pour qualifier le degré de biodégradabilité des eaux à traiter, traiter, on fait intervenir le ratio DCO/DBO. Ce rapport représente la fraction de la DCO qui est biodégradable dans les effluents. DCO/DBO < 2
: Effluent facilement biodégradable.
2< DCO/DBO < 4 : Effluent moyennement biodégradable. DCO/DBO > 4
: Effluent difficilement biodégradable.
Cependant, ce ratio ne renseigne pas sur sa fraction en DCO non ou très difficilement
biodégradable qu’on appelle DCO dure. On parle aussi de DCO D CO réfractaire ou DCO ultime.
48
3,80 3,60 3,40 3,20 3,00
ratio DCO/DBO
2,80
Seuil DCO/DBO
2,60 2,40 2,20 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure24 : Ratio DCO/DBO. Le seuil est fixé à une valeur de 2,3 mg/l. On constate sur le graphique que pendant ce mois de Juillet les valeurs du ratio DCO/DBO à
l’entrée dépassent largement la valeur du seuil. Mais, il n’en demeure pas moins vrai que généralement parlant ces eaux restent moyennement moye nnement biodégradables car font apparaitre des valeurs du ratio DCO/DBO comprises entre 2 et 4. 2.
A la sortie du clarificateur :
30 28 26 MES mg/l 24
Moyenne MES Seuil MES
22 20 18 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure25 : suivi de la quantité des MES en sortie du clarificateur. * Moyenne : 22 mg/l. * Seuil : 30 mg/l.
49
125 120 115 110 105
DCO mg/l
100
Moyenne DCO Seuil DCO
95 90 85 80 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure26 : suivi de la quantité de la DCO en sortie du clarificateur. * Moyenne : 93 mg/l. * Seuil : 120 mg/l.
29 28 27 26 DBO5 mg/l 25
Moyenne DBO5
24
Seuil DBO5
23 22 21 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure27 : suivi de la quantité de la DBO5 en sortie du clarificateur. * Moyenne : 26 mg/l. * Seuil : 25 mg/l.
Les graphiques montrent qu’en sortie du clarificateur, le traitement a pu éliminer u ne grande partie des pollutions pollutions surtout en terme de MES et DCO qui ont marqué marqué une diminution apparente étant donné qu’elles sont très inférieures aux
charges nominales.
dé but jusqu’au clarificateur donne de bons Généralement, le traitement à partir du début résultats.
50
3. A la sortie du filtre mécanique : 13 12 11 10 MES mg/l 9
Moyenne MES = Seuil
8 7 6 0
5
10
15
20
25
30
35
Figure28 : suivi de la quantité quantité de MES en sortie du filtre filtre mécanique. Moyenne MES = Seuil = 10 70
65
60
DCOmg/l MoYenne DCO
55
Seuil DCO
50
45 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure29 : suivi de la quantité de la DCO en sortie du filtre mécanique. * Moyenne : 59 mg/l. * Seuil : 50 mg/l.
51
16 15 14 13
DBO5 mg/l
12
Moyenne DBO5
11
Seuil DBO5
10 9 8 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Figure30 : suivi de la quantité de la DBO5 en sortie du filtre mécanique. * Moyenne : 14 mg/l. * Seuil : 10 mg/l.
On voit sur les graphes que le filtre à disque n’est pas assez performant. Pour son bon fonctionnement, il faut que ça tourne. Mais, actuellement, il est fixe. Récapitulatif des rendements épuratoires Juillet 2015. Entrée de la station
Sortie du clarificateur
Sortie du filtre mécanique
MES
DCO
DBO5
MES
DCO DCO
DBO5
MES
DCO
DBO5 DBO5
Kg/j
Kg/j
Kg/j
Kg/j
Kg/j
Kg/j
Kg/j
Kg/j
Kg/j
15719
89689
28428
1083
4629
1285
493
2936
672
Rendement du clarificateur
Rendement filtre mécanique
MES
DCO
DBO5
MES
DCO
DBO5 DBO5
%
%
%
%
%
%
0,93
0,95
0,95
0,97
0,97
0,93
Tableau18 : Moyennes et rendements épuratoires de Juillet 2015. Il est clair que les résultats de rendements épuratoire s révèlent l’efficacité du traitement des eaux usées dans la STEP.
52
Partie 3 : Solutions et techniques de lutte contre les problèmes du traitement : Cette partie s’intéressera à l’étude de certaines solutions utilisables pour lutter contre les problèmes affrontés lors du traitement ou au moins minimiser leurs effets néfastes sur le rendement en eau épurée, en boue et en gaz.
Collecte des eaux usées :
Lors de la collecte des eaux à traiter, il faut éviter toute discontinuité qui peut perturber la concentration en biomasse dans le réacteur biologique et qui peut gêner le
fonctionnement des bactéries dans les bassins d’aération. Ce problème affecte directement la qualité des boues biologiques et de l’eau épurée.
La chloration :
C’est une solution parmi les plus efficaces qui s’applique lors des traitements dans les stations d’épuration. L’objectif de la chloration est l’élimination ou l’affaiblissement de la population des bactéries filamenteuses qui sont à l’orig ine de phénomène de bulking sans trop altérer les bactéries floculées. floculées . En effet, Le chlore (existant en eau de javel) constitue une substance toxique qui tue les bactéries filamenteuses. Ces dernières présentent une surface de contact importante avec le liquide. Elles sont a priori plus facilement atteintes par l’action oxydante du chlore. Deux paramètres permettent de -1 -1 dimensionner une chloration : le taux de chlore (en g de chlore.kg MVS.j ) et la concentration en chlore au point d’injection (en mg.L -1). Dans l’état actuel des -1 -1 connaissances, un taux initial de 4 g de chlore kg MVS.j -est recommandé. Selon l’intensité du foisonnement, on peut démarrer la chloration à un taux plus faible. En
pratique, les concentrations moyennes en chlore au point d’injection sont de l’ordre de -1 4 à 20 mg Cl2 Cl2..L . La concentration maximale au point d’injection ne doit pas excéder 35 -1 mg.L . Il est impératif de multiplier les p oints d’injection si les doses à injecter ne permettent pas de respecter cette valeur limite.
Le lestage:
Les matières flottantes réduisent souvent le rendement de la station, c’est pourquoi il fallait trouver une solution pour augmenter leur vitesse de décantation. les substances lestantes sont plus souvent minéraux d’une masse volumique élevée p ermettent d’alourdir le floc et facilite nt sa décantation car ce sont des matières hydrophobes qui s’attachent aux boues flottantes et impliquent leur sédimentation. Les principales substances utilisées sont rassemblées dans le tableau suivant :
53
Produit Produit D Commentaires
Doses préconisées Commentaires
Apatite
_
Argile
_
Bauxite
Commentaires
Augmentation de la turbidité de sortie
_
Bentonite 0,7 à 1urber
-1
g 0,7 à 1,2 g.g -S de MVS
0,3 à 1,2 g.g de MES
Gonflement pouvant perturber l’effet lestant Modification du pH. Risque de colmatage sur les diffuseurs fines bulles.
Cendres
_
_
Talc
_
_
l’effet Carbonate de calcium
0,75g.g-1 de MES -1
Chaux
Tableau19 : Quelques produits lestants
Eliminer les sulfures des réseaux :
La concentration en sulfure de l’effluent ne doit pas dépasser 1 à 2 mg/l, elle est aussi percevable en estimant le potentiel redox qui ne doit pas d »passer - 100 mV. L’existence de cette substance favorise la multiplication des bactéries filamenteuses et minimise la qualité des eaux épurée. Deux types de traitement peuvent être envisagés :
Oxydation des sulfures (injection d’air, d’oxygène pur…) Précipitation des sulfures (ajout des sels métalliques : fer…)
Injection d’air compressé
Type et mode d’action Action préventive permet l’augmentation
Injection d’air pur
du redox et le maintien en anaérobie. Actions préventives et curatives qui
Traitement
permettent l’augmentation du redox et le Injection du peroxyde(H2O2) Injection chlorure ferrique
maintien en anaérobiose mais aussi
l’oxydation des sulfures. Action curative permet la précipitation sous forme FeS.
Tableau20 : action du traitement des sulfures dans les réseaux.
54
CHAPITRE 4 : Laverie de Gantour Youssoufia
Partie 1 : processus de fonctionnement : 1.
L’alimentation en eaux :
Photo24 : Puits de la recette souterraine R.9138 Les eaux qui viennent de la STEP, de l’exhaure (des recettes souterraines de la nappe phréatique) constituent des eaux d’appoints ajoutées à celles des deux décanteurs que possèdent la laverie et qui permettent de récupérer une quantité des eaux usées dans le lavage des phosphates après décantation ainsi que les eaux qui parviennent du re cyclage des eaux contenues dans les systèmes d’épandage pr évus évus pour le stockage des boues, déversent
toutes dans les bassins 4000 m 3 et 3000 m 3 qui alimentent à leur tour les circuits de la ligne de lavage et de flottation de l’usine grâce à un ensemble de pompes.
Photo25 : Les eaux provenues de l’ exhaure exhaure 3
vers le bassin principal (4000 m ).
Photo22 : Le circuit alimentant l’usine à pa rtir du bassin principal.
2. Débourbage :
A ces eaux, on rajoute du solide et on met l’ensemble dans un débourbeur placé
en tête du
55
circuit de lavage-classification. Il s’agit d’ un tambour sous forme de tube cylindrique (virole) avec deux ouvertures circulaires sous forme conique pour l'alimentation et la sortie des produits (eau+ phosphate). La virole est équipée de 14 railles permettant le malaxage et 14 palettes permettant l'avancement du produit dans le tambour. Après le malaxage grâce au débourbeur on prépare le mélange phosphaté au criblage.
Photo23 : Débourbeur usine Laverie Youssoufia. 3. Criblage : C’est un traitement physique qui permet la séparation granulométrique du mélange provenant du débourbeur au moyen d’un crible à coupure de 3,15 mm ; la tranche tr anche supérieure
pauvre en BPL BPL est envoyée envoyée au stock stérile. Les Les particules solides solides de dimensions inférieures à la maille passent à travers la grille constituant le passant, tandis que les grosses particules restent au-dessus de la grille constituant le refus du crible. Le crible est installé de manière inclinée pour favoriser l’écoulement du produit.
Le criblage est assuré par deux mouvements : Vertical : de bas en haut pour favoriser le criblage.
Horizontal : Le mouvement du va et vient provoque l’évacuation du produit pour
faire
face au problème de colmatage.
4. Hydro-classification :
La classification granulométrique par voie humide du minerai de phosphate nécessite nécessite des systèmes de classifications pour éliminer les stériles et les boues qui sont pauvre en BPL. Pour ce faire, on utilise un hydro-cyclone, c’est un appareil servant à séparer les particules solides d’une pulpe dans une phase liquide selon leurs l eurs vitesses de sédimentation, la séparation dans un hydro-cyclone résulte de la force centrifuge générée dans le cyclone, et dans ce cas, l'accélération gravitationnelle sera remplacée par l'accélération centrifuge. Les particules dont la vitesse de chute est élevée élevé e sont entraînées vers les parois du cyclone sous l'effet de la force centrifuge et cette force est plus importante importante pour les particules de masse plus importante (c'est-à- dire de taille ou de densité plus importante) d’où les particules solides les plus grosses et plus lourdes se rassemblent le long de la paroi intérieure du cyclone, et sortent en bas d e l’hydro-cyclone «souverse» tandis que les particules solides, plus petites et plus légères dont la vitesse de chute est faible, sont entraînées vers le centre du cyclone et sont repoussées vers le haut «surverse» par soupression générée par l’hydro cyclone ce qui permet d’éliminer les éléments de taille inférieure à 40 µm. 5. Les convoyeurs séparateurs : Après sortie des hydro-cyclones le produit obtenu est constitué des concentrés de lavage.
56
Les éléments de diamètre compris entre 3,15mm et 160µm constituent la tranche qui possède naturellement les teneurs les plus élevées en BPL du spectre granulométrique, elle sera donc épaissie, puis égoutté sur convoyeurs séparateurs . C’est pourquoi, ils sont envoyés directement vers les convoyeurs séparateurs. Maintenant, on cherche à faire une séparation solide liquide. La séparation se fait successivement en quatre zones comme suivant :
Zone d’alimentation : L’alimentation des convoyeurs en pulpe se fait grâce à
des
goulottes de réception. Zone de décantation : l’angle d’a uge est relativement grand et la sédimentation se fait au fond des convoyeurs. Zone de séparation : c’est la zone la plus importante, l’angle d’auge diminue permettant le débordement de l’eau chargée de fines dans les gouttières installées de part et d’aut re des convoyeurs.
Zone d’égouttage : l’égouttage se fait grâce à l’inclinaison des convoyeurs (pente12°), le produit lavé sera déversé dans les convoyeurs de reprise, puis il sera stocké pour égouttage.
Photo24 : Convoyeur- Séparateur de la Laverie. Le phosphate collecté après traitement est envoyé vers le stock. 6. Flottation :
L’unité industrielle de flottation à la laverie de Youssoufia est implantée pour débarrasser le phosphore des impuretés souvent les carbonates et des silicates, elle s’int éresse particulièrement aux tranches fines de phosphates (de 40 µm à 160µm). Le processus de
traitement consiste d’abord à déprimer le phosphate et le séparer des autres éléments par l’ajout de l’acide phosphorique et après on met de l’ester et l’amine qui rendent les carbonates et les silicates hydrophobes et augmentent leur affinité à l’air et donc on se débarrasse d’eux facilement. Ce procédé de flottation est réalisé selon trois phases : Préparation de la pulpe Conditionnement de la pulpe Flottation inverse
Préparation de la pulpe :
La pulpe constituée de la tranche [40 ; 160/180 µm] issue de lavage subit une préparation
57
selon trois étapes : Premier deschlammage : cette première opération assure l’élimination des schlamms inférieures à 40 µm. La surverse est acheminée vers le décanteur et la souverse subit après une attrition qui permet la libération des exo-gangues silicatés et carbonatés par friction en pulpe épaisse. Cette opération consiste à libérer les grains phosphatés des silicates et carbonates par friction. Elle se réalise dans deux machines d’attrition AT1 et AT2 qui
sont alimentées continument par la souverse des hydro-cyclones ayant une concentration en solides de 60 à 68% en poids.
D euxi ux i ème de deschlam schlamma magge : Élimination par hydro-cyclonage hydro-cyclonage qui assure une coupure à 40µm de la gangue libérée lors des cellules d’attrition.
Conditionnement Conditionnement :
Le conditionneur est un appareil conçu pour conditionner la pulpe de phosphate, dont la concentration en solide ne doit pas dépasser 20 % du poids du mélange. Chaque chaîne de flottation comprend trois conditionneurs repérés CO1, CO2 et CO3. La pulpe déschlam mée est d’abord diluée pour régler le taux de solide à 20%. A ce niveau se fait l'injection de l'acide l 'acide phosphorique à 10%. La pulpe est stockée ava nt d’être refoulée vers le conditionneur CO2 où se fait l’ajout de l’ester. La pulpe passe par gr avité avité vers le CO3 où se fait l’ajout de l’amine.
Le conditionnement de la pulpe, ainsi préparée consiste à : •
•
•
Déprimer l’apatite par l’ajout d’acide phosphoriqu e H3PO4 Collecter les carbonates par l’ajout d e l’ester Collecter les silicates par l’ajout de l’amine Flottation inverse :
La pulpe ainsi conditionnée tombe par gravité dans les cellules de flottation montées en série. Les produits flottés de neuves cellules constituent les schlamms qui sont le rejet de flottation. Ces produits sont collectés dans un couloir collecteur où se fait l'abattage l 'abattage des mousses. En ce qui concerne le produit non flotté, il to t o mbe par gravité dans un bac d’où il est soutiré à l'aide d’une pompe pour être épaissi dans les hydro-cyclones. La sous verse épaissie rejoint le le circuit de séparation solide liquide (convoyeurs séparateurs) pour égouttage. Le concentré de flottation peut être soit mélangé au concentré de lavage soit être égoutté et stocké séparément. La sur-verse des hydro-cyclones rejoint le circuit d'évacuation des boues vers le décanteur.
Photo25 : stock de phosphate après enrichissement
58
7. Décantation : Les éléments fins de diamètre inférieur à 40 µm et les rejets re jets de flottation sont envoyés aux décanteurs D1 et D2 qui permettent par sédimentation d’entrainer les particules solides vers le fond et les diriger p par ar des racleurs vers la po inte centrale inférieure de l’appareil, et de récupérer une partie des eaux clarifiées qui sont remontées vers la surface pour les transmettre au bassin principal qui alimente en eau à son tour tout le circuit de production. 3 Le bassin 4000 m est maintenu à un niveau de 75% de son taux de remplissage afin de
satisfaire les besoins industriels de l’installation. Quant aux boues, elles sont collectées collec tées et transmis à l’aide d’un système de pompage vers les bassins de stockage. A ce niveau, ils sont installés de s cheminées permettant l’évacuation et la récupération d’eau claire de manière gravitaire jusqu’un bassin de stockage de l’eau claire. Malgré cette forme d’exploitation, le rendement de ces bassins reste insuffisant, une démarche d’amélioration est nécessa ire pour obtenir une meilleur performance du système de recyclage des eaux claires. En effet, pour un bon fonctionnement en processus lavage et flottation le niveau de l’eau dans le bassin principal doit être maintenu à un niveau de 75% de son taux de remp lissage afin de satisfaire les besoins industriels de l’installation. La source d’exhaure permet actuellement de combler le manque en eau dans ce bassin en assurant le complément nécessaire.
Photo26 : Décanteur de la laverie.
59
Résumons :
Fig31 : Schéma de principe de l’unité de lavage flottation
60
Partie 2 : P roblèmes usine de laverie roblèmes posés dans l’ usine
Photo27 : Mousses Mousses dans dans le couloir collecteur des Photo28 : fuite dans la conduite de produits flottés lors lors de la flottation.
l’exhaure à la
laverie.
En plus des problèmes liés à l’existence des mousses dans les décanteurs et les couloirs collecteurs dans l’unité de flottation, ainsi que les fuites au niveau des conduites, l ’usine connait des pertes importantes en eaux : a) Par évaporation :
Ce facteur est lié directement aux conditions climatiques. Un taux d’ensole illement, une faible humidité et des vents forts augmentent la quantité des eaux perdues par évaporation. Les pertes sont aussi d’autant plus élevées élevé es que les superficies des bassins sont grandes. Le
dimensionnement dimensionnement des bassins actuellement exploités se caractérisent par une très grande superficie, cette grande surface favorise le d éclanchement intensif de l’évaporation.
Fig32 : Facteurs influençant les pertes en eaux par évaporation. Pour minimiser ces pertes, il est conseillé de construire des bassins de taille petite. b) Par infiltration :
61
Ce sont les fuites dû aux abso rptions verticales du fond de l’étang
(le bassin) ou horizontales à travers les berges (les côtés). Le taux d’infiltration est plus élevé dans les bassins qui sont récemment construits.
Infiltrations verticales. Fig33 : infiltrations verticales à travers le fond du bassin. Le taux de perte par infiltration est lié à la nature du sol. Ce tableau donne quelques chiffres selon les types des sols:
Type de sol Taux de perte par infiltration infiltration (mm/jour) Sable 25 à 250 Limon sableux 13 à 76 Limon 8 à 20 Limon argileux 2,5 à 15 Argile limoneuse 0,25 5 Argile 1,25 à 10 Tableau21 : Taux de perte par infiltration des différents types de sols
Quant au taux d’infiltration T i, il est en m3/jour, il est influencé essentiellement par la lithographie du sol et il est donné par la relation relation suivante : Le taux d’infiltration est calculé par la relation suivante :
T i = superficie du bassin (m2 ) * taux de perte perte par infiltration infiltration (m /j)
62
Conclusion générale :
Le travail élaboré dans ce rapport met l’accent sur le traitement des eaux usées dans la station d’épuration et leur réexploitation dans le Gantour (Youssoufia).
lavage
du
phosphate
à
la
laverie
L’objectif de ce rapport était de faire une description détaillée du fonctionnement de la station d’épuration des eaux u sées qui se situe à Gantour Youssoufia et
une étude critique de
l’ensemble des anomalies présentes et affrontées lors du traitement ainsi que de présenter un aperçu sur le
d’usage de ces
eaux traitées quand elles arrivent
processus
dans la
laverie de Gantour Youssoufia. Le système de décantation des boues, le recyclage des eaux au niveau de la laverie ainsi que
l’exploitation des eaux traitées à la STEP sont considérés comme
une solution adoptée pour sauvegarder les eaux de la
nappe phréatique qui se trouve dans la région.
Du coup, les cinq processus principaux effectués à l’usine Laverie, à savoir : lavage, flottation, décantation, stockage des boues et séparation solide/liquide ont permis non seulement
d’enrichir les phosphates mais aussi de le économisant une grande quantité d’eaux annuellement.
faire
en
Finissons par dire que ces travaux effectués dans la STEP ou
dans la laverie préservent l’image de marque que donne l’OCP dans le cadre du recyclage des eaux usées et de la protection
de l’environnement.
63
Glossaires et abréviations :
Acid A cide es gra gr as volat latils (AG (A G V ) : acides organiques saturés à chaîne courte, produits lors de la fermentation anaérobie (principalement
Act A ctino inom mycèt cètes sont un groupe d'eubactéries (bactéries vraies). La plupart d'entre elles se trouvent dans le sol, et elles comprennent quelques-uns des principaux acteurs de la vie du sol, y jouant un rôle important dans la décomposition des matières organiques, comme la cellulose. C'est le regroupement des bactéries sous bactéries sous forme d'« arbre » qui utilise ses cystes (fruits), afin de résister à un milieu nutritif défavorable.
Aé A érobie robie – Aérobiose Aérobiose : désigne une situation dans laquelle l’oxygène est présent à l’état dissous.
Ano A noxi xie e dans le domaine biologique, est une diminution de la quantité de dioxygène disponible pour les tissus d’un organisme.
Bassin d’épandage : les bassins d’épandage, reçoivent les concentrés de boues soutirés depuis les décanteurs D1 et D2. Après sédimentation, l’eau clarifiée est recyclée vers le bassin de récupération (bassin 4000), appuyant ainsi la consommation de l’eau au sein de
B H : batterie d’hydro-cyclones. d’hydro-cyclones.
B i omasse asse : masse totale de la matière vivante.
B oue activée activée
: amas biologique (floc) formé, au cours du traitement d’une eau
résiduaire, par la croissance de bactéri es es et d’autres micro-organismes en
présence d’oxygène d’oxygène dissous et par les diverses diverses MES (végétaux, sables,…). sables,…). B P L : Bone Phosphate of Lime (phosphate de surface).
B y-pas y-passs : canalisation permettant de court-circuiter court- circuiter la station d’épuration ou une partie de la station.
DBO5 (demande biochimique en oxygène) : est une unité de mesure de la quantité d'oxygène nécessaire aux micro-organismes pour décomposer les matières organiques (biodégradables) présentes dans l'eau. La DBO5 s'exprime en mg O2/l. Elle permet d'évaluer la fraction biodégradable de la charge polluante carbonée des eaux usées. Elle est en général calculée au bout de 5 jours à 20 °C et dans le noir. On parle alors de DBO5.
dioxygène par les DCO (La demande chimique en oxygène) est la consommation en dioxygène par oxydants chimiques forts pour oxyder les substances organiques et minérales de l'eau. Elle permet d'évaluer la charge polluante des eaux usées.
64
E H : Unité de mesure permettant d'évaluer la capacité d'une d' une station d'épuration. Cette unité de mesure se base sur la quantité de pollution émise par personne et par jour, 1 EH = 60 g de de DB05/jour.
E H N : électrode à hydrogène normale. Un potentiel d’oxydod’oxydo -réduction s’entend par référence à l’électrode à hydrogène normal (EHN). Les potentiels, mesurés par rapport à une électrode de référence quelconque sont donc ramenés au potentiel de l’électrode à hydrogène normale.
I ndice ndice de boue boue : mesure empirique du volume occupé, par 1 g de boue activée après sédimentation dans des conditions spécifiées pour un temps défi ni de 30 minutes. Il s’exprime en mL.g -1.
ME M E S Ma M en susp suspension nsion ): désigne l'ensemble des matières solides insolubles ( atière en visibles à l'œil nu présentes dans un liquide. Plus une eau en contient, plus elle est dite turbide. Elle inclut toutes les formes de minéraux, de sable, de boue, d'argile, de roche sous forme de débris (dont anthropiques), de particule de matières organiques ou autres.
MV M V S : Matière Volatile Sèche, fraction organique d’un mélange (en mg.L-1) mg.L -1) (volatilisable à 550 °C). Elles constituent une fraction des matières en suspension.
OCP : Office chérifien de phosphate STE ST E P : Une appellation usuelle pour STation d'EPuration des eaux usées. Tensioactif ou A gent nt de sur sur fac face ou Surfa Sur fact cta ant est un composé qui modifie la tension ou Age superficielle
entre
molécules amphiphiles,
deux
surfaces.
c'est-à-dire
Les
composés
qu'elles
tensioactifs
présentent
deux
sont
des
parties
de polarité différente, l'une lipophile (qui retient les matières grasses) et apolaire, l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) et polaire. Ils permettent ainsi de solubiliser deux phases non miscibles, en interagissant avec l'une apolaire (c'est-à-dire lipophile donc hydrophobe), par sa partie hydrophobe ; tandis qu'avec l'autre phase qui est polaire, il interagira par sa partie hydrophile. hydrophile.
Turbide – turb tur bi di té : réduction de la transparence d’un liquide due à la présence de matières non dissoutes (MES)
65
