Eaux Usées (Cours)

ENVIRONNEMENTPartie n1: Traitement des eaux potables et industrielles (6hCours)

GnralitsLe traitement des eaux de consommationQuelques traitements classiques pour les eaux usage industriel

Partie n 2: Eaux rsiduaires (6h Cours)La pollutionLes traitements deaux uses urbainesLes traitements deaux uses industrielles

12 H Cours+ TD : 5 sances (NLS et MHM)+ TP : 5 sances + un partiel oral

CH I. LA POLLUTION

1. Introduction2. Classification3. Consquences4. Principaux critres de qualit

43

CH I. LA POLLUTION

1. IntroductionPourquoi sintresser la pollution Dfinition

2. Classification3. Consquences4. Principaux critres de qualit

La plante bleue

H2O = 72 % superficie97%

75%

Pourquoi traiter?Eau = ressource inpuisable?

Ch I. La pollution Introduction Pourquoi sintresser la pollution

Ch I. La pollution Introduction Objectifs

conomiser l'eauRduire la consommation et limiter les pertes

Recycler

Protger les cosystmes aquatiquesGrer durablement les milieux aquatiques

Diminuer les sources de pollution

Protger de la pollution : assainir

Surveiller ltat de sant des cosystmes aquatiques

Protger les nappes : vers la cration de parcs naturels hydrogologiques ?

Quels moyens daction ?duquer

Faire payer

Objectif: rduire la pollution

LA POLLUTIONCh I. La pollution Introduction Dfinition

Un milieu aquatique est dit pollu lorsque son quilibre a t modifi de faon durable par lapport en quantits trop importantes de substances plus ou moins toxiques.

Ces pollutions peuvent entraner divers types de nuisances : -augmenter la mortalit de certaines espces animales ou vgtales -dtriorer la qualit de leau au point de la rendre impropre certains usages

LA POLLUTIONDfinition:altration du milieu conduisant sa dgradation

Cause:Introduction de substances non assimilables par le milieu

non assimilables = non dgradables biologiquementnon assimilables = en trop forte quantit

Lien:Activit humaine

Ch I. La pollution Introduction Dfinition

CH I. LA POLLUTION

1. Introduction2. Classification

Selon lorigineSelon la nature selon les effets

3. Consquences4. Principaux critres de qualit

CLASSIFICATION DES POLLUANTS

1- Selon l origine ( cf sources de pollution )

2- Selon la nature

Biodgradable ou pas Indication sur le traitement

3- Selon les effetsToxicit seuil ou pas consquences

Caractristiques = f (origine) Indication sur le traitement

Ch I. La pollution Classification


Chronologie des principales sources de pollution des eaux continentales dans les pays industrialiss,

d'aprs C. Lvque, cosystmes aquatiques (Hachette, 1996)

Evolution des types de pollution au cours du temps

Lien avec activits humaines

domestique

industrielle

Prod nergie

agriculture

industrielleorigine


TYPES DE POLLUTION NATURE SOURCES

> Physique

pollution thermique rejets d'eau chaude centrales thermiques

pollution radioactive radio-isotopes installations nuclaires

> Matire organique glucides, lipides, protides effluents domestiques, agricoles, agro-alimentaires

ammoniac, nitrates levages et piscicultures

> Chimique

fertilisants nitrates, phosphates agriculture, lessives

mtaux et mtallodes mercure, cadmium, plomb, aluminium, arsenic... industries, agriculture, pluies acides, combustion

pesticides insecticides, herbicides, fongicides agriculture, industries

organochlors PCB, solvants industries

composes organiques de synthse nombreuses molcules industries

dtersifs agents tensio-actifs effluents domestiques

hydrocarbures ptrole et drivs industrie ptrolire, transports

> M icrobiologique bactries, virus, champignons effluents urbains et d'levage

Principaux types de pollution des eaux continentales, nature de produits polluants et leurs origines,d'aprs C. Lvque, cosystmes aquatiques (Hachette, 1996)..


Lien entre origine et type de pollution: synthse

Origine Type

Domestique Urbainebactriologique, organique

Production dnergie thermique, rejets nuclaires, hydrocarbures

Agricole Intensivenitrates, phosphates, phytosanitaires

Industrie Hydrocarbures, toxiques, acides, organochlors.

Classement selon la natureMES: visibles, faciles sparerMatires dissoutes: invisibles, sparation?Microorganismes vivants: invisibles, sparation?Chaleur: mesurable, limination?Radioactivit: mesurable, limination?

Ch I. La pollution Classification Selon la nature

Sparation physique (procds connus)

MES (Matires En Suspension) sables, sdiments, particules orga

Eau + matires dissoutes, organismes

Transformation de la matire dissoute en matire solide

Eau + organismes

E

t

a

p

e

s

CH I. LA POLLUTION

1. Introduction2. Classification

3. Principaux critres de qualitparamtres globauxcritres physicochimiquesazote et phosphore

4. Consquences

Objectif des critres Critres diffrents pour eau potable et eau use

Critres fonctions de lusage

Critres quantitatifs: dbits et variations de dbitCritres qualitatifs:

physicochimiquesmicrobiologiques

Objectifs: valuation de leffet de la pollutiondtermination des infractions la rglementationchoix du traitement

Ch I. La pollution Critres

LES CRITERES GLOBAUXPourquoi des critres globaux?

Eau use = mlange trs complexe

Mlange:MESMatires en solution, organiques ou minrales, Liquides non miscibles


INTERET DES CRITERES GLOBAUX

Information synthtique, donnant accs :limpact sur lenvironnementchoix des mthodes de traitement

Ch I. La pollution Critres Critres globaux

Impact:Matire organique, pdts oxydables

Consommation dO2

Traitement:Matire organique

non biodgradable biodgradableTraitement Traitement

physicochimique biologique


Quantification de :

Dfinition dun quivalent de pollution


Unit de mesure commune tous les constituants de la pollution organique

mg O2 . l-1

Avec prcision de la technique analytique: DCO, DBO5 .

Pour tenir compte de limpact sur la consommation doxygne

Composition dune eau pollue et critres

H2O+

Composs Minrauxdissous

MO

MO biodgradable: DBO: une partie de la MO totale!

MOBiodg*

* *

* : organismes, critres dactivit biologique


MES

MES: dj dfinies, mesures par centrifugation ou filtration

MO: DTO, DCO

La DTO (mg O2/l)Demande Totale en Oxygne.

Dfinition: quantit doxygne consomme par les MO lors de loxydation catalytique en prsence dO2 et 900C.

Dtermination:appareils spcifiques


Remarque: prise en compte de lazote ammoniacal

La DCO (mg O2/l)Demande Chimique en Oxygne.

Dfinition: quantit doxygne ncessaire pour oxyder chimiquement les substances rductrices prsentes dans leau

Principe:simulation des ractions doxydation existant dans le milieu naturel.

Remarque: prise en compte de la matire organique oxydable



Dtermination: Mthode au bichromate de potassium (voir TP)MO + Cr2O72- + H3O+ Cr3+ + CO2 + H20 *

* Raction non quilibre



Dtermination: Mthode au bichromate de potassium (voir TP)

MO + Cr2O72- + H3O+ Cr3+ + CO2 + H20 ** Raction non quilibre

Milieu acide




Oxydation de la matire organique

MO + O2 CO2 + H2O

Rduction du bichromate de K (en milieu acide)

14 H+ + Cr2O72- + 6 e- 2 Cr3+ + 7 H2O

H2O 0,5 O2 + 2 H+ + 2 e-

8 H+ + Cr2O72- 2 Cr3+ + 4 H2O + 1,5 O2

Rappel sur les raction doxydo-rduction:


Dosage:- Bichromate introduit en excs rduit- Cr2O72- : couleur orange Cr 3+: couleur verte- Mesure colorimtrique


- prsence de sulfate dargent = catalyseur- prsence de sulfate de mercure = complexe les chlorures

La DBO5 (mg O2/l)Demande Biochimique en Oxygne.

Dfinition: quantit doxygne consomme dans les conditions de lessai par des organismes arobies au cours de la dgradation de la MO prsente dans lchantillon



Conditions de lessai : incubation durant 5 joursT = 20CObscurit

organismes arobies: (contraire = anarobie)Etres vivants microscopiques

bactries, levures, virusse dveloppant en prsence doxygne



Principe: Reconstitution des phnomnes de dgradation de la MO dans le milieu:

MO + organismes + O2 CO2 +H2O + Biomasse + EnergieN, P, K

MO = substratBiomasse = ensemble des organismes vivants,

se prsentant sous forme de boues



Mise en oeuvre de lanalyse de DBO

DBO DBO DBO

ObscuritT = 20C

Pendant 5 joursMesure de loxygne

t = 0Mesure de loxygne

t = 5 j

Diffrence DBO

Dilution de lchantillon avec de leau pure are


DBO (mg O 2 /l)

DBO totale

DBO5

5 20 30 Temps (jours)

Consommation dO2 en fonction du temps

Oxydation de MO en CO2

Oxydation de lazote organique en nitrate



N organique(eau brute)

NH4+ NO2- NO3-ammonification

Oxydation de lazote organique en nitrate: rappel des mcanismes

Ammoniac nitrites nitrates

nitrification

La DBO5 (mg O2/l)Demande Biochimique en Oxygne.Consommation dO2 en fonction du temps: effluents industriels

DBO (mg O 2 /l)

5 Temps (jours)

Cas 3: DBO5 = DBO totaleCas 2: DBO5

La DBO5 (mg O2/l)Demande Biochimique en Oxygne.Consommation dO2 en fonction du temps: effluents industriels

DBO (mg O 2 /l)

5 Temps (jours)

DBO5 cas 2


DBO total cas 2

6,5

DBO totale au bout de 6,5 jours!!!A 5 jours, on sous-estime la demande en oxygne

La DBO5 remarquesOxydation de certains lments chimiques en prsence de lO2,

sans intervention des organismes

Majoration de la DBO

Libration dO2 par certaines espces vgtales

Prvoir une incubation lobscurit

Prsence de composs organique non biodgradables (dtergents, pesticides)

Non comptabiliss dans la DBO



Introduction de la charge polluante: Dbit traiter x concentration en pollution

- En matire organique, exprime en mgO2/j

- En matire organique biodgradable, exprime en mgO2/jLien avec la DCO:

Lien avec la DBO:

Introduction de lquivalent habitant:Correspond une charge organique biodgradable de 60 gO2/j

Evaluation de la capacit de traitement de la station

Evaluation de la pollution liminer

Exemple:Une pollution quivalente 5000 eq hab, correspond

charge de MO biodeg = 5000 x 60 = 300 000 g/j

Q x DCO

l/j mg/l

Q x DBO

Paramtres physicochimiquesLa temprature: Trejet < 30CLe pH: 5,5 < pHrejet < 8,5La minralisation: C < 1000 mS/cm irrigationLa turbidit (MES): MES dans un rejetmoyen< 35 mg/lLa couleur: ???LO2: pas de normeLe CO2: ???Le potentiel redox: pas de norme


Les composs azots

Origine:lment indispensable aux tres vivants, prsent naturellement

dans le milieu

Ses diffrentes formes :Azote organiqueAzote minral (NH3/NH4+, NO2-, NO3-)

Vocabulaire, rappels:Ammoniac = NH3Nitrites = NO2-Nitrates = NO3-


Les composs azots:ConsquencesAmmoniac

demande supplmentaire en O2 ?eutrophisation (production de nitrates)production de drivs toxiques avec chlore

Nitritesasphyxie du nourrisson

Nitrateseutrophisationintoxication du nourrisson aprs transformation en nitritesaccu. dans lgumes (risque de formation de pdts cancrignes)

Azote organiquetransformation en NH4+


Les phosphates

Origine:naturelle (dcomposition de la matire vivante)artificielle (engrais, dtergents, industrie chimique)

Consquences:acclration de leutrophisation

Normes:rejets urbains: 80 % dlimination ou 2mg/lrejets industriels : 10 mg/l Ptotaldistribution: < 5 mg/l P2O5



Normes de rejetparamtres Effluents urbains Effluents industriels

moyenne/24h (mg/l)

minimal (%) moyenne/24h (mg/l)

minimal (%)

MES

DCO

DBO5N global

P total

35

12525

90

75

70 80

10 15

1 2

moyenne/mois (mg/l)

minimal (%) minimal (%)moyenne/mois (mg/l)

70

80

35 100

125 30030 100

30

10

pH

TC

entre 6 et 8,5 < 25

entre 5,5 et 8,5< 30

*

*

* plus svre en zone sensible

CH II. LES TRAITEMENTS

1. Introduction2. Provenance et Traitabilit3. Traitement des effluents urbains4. Traitement des effluents industriels

Traitement de l eau

Traitements des eaux

Ch II. Les traitements Introduction

Notion: distinction du traitement en fonction du but

Etat de lassainissement en France

Deux types de traitement:

Collectif Station dpuration

Individuel Sur place

Ch II. Les traitements Introduction

Assainissement collectif (chiffres 2005)

Taux de collecte en France = 51%80 % en Allemagne, Sude

Rendement dune station classique = 70 %

Taux dlimination global = 35%

Ch II. Les traitements Introduction Etat de lassainissement

Assainissement individuel

11 millions de personnes

Moins de 50 % conforme la rglementation

Ch II. Les traitements Introduction Etat de lassainissement


1. Introduction2. Provenance et Traitabilit

TraitabilitDistinction entre deux types deaux usesPrcisions sur le traitement biologique

3. Traitement des effluents urbains4. Traitement des effluents industriels

Elimination dune partie des substances contenues dans leau, afin de restituer au

milieu un effluent compatible avec sa qualit, pour ne crer aucune nuisance vis vis de la

faune et la flore.

Ch II. Les traitements Provenance et traitabilit

Rle de la stationRappel:

Un milieu aquatique est dit pollu lorsque son quilibre a t modifi de faon durable par lapport en quantits trop importantes de substances plus ou moins toxiques.

* pollution non soluble (MES, graisses)* pollution organique soluble consommatrice dO2* produits toxiques

Ch II. Les traitements Provenance et traitabilit Rle de la station

Substances liminer:

Les paramtres de potabilit

normes de qualit de l'eau potable trs rigoureuses : 63 paramtres diviss en 7 groupes

1. Paramtres organoleptiques(couleur, saveur et transparence de l'eau)

2. Paramtres physico-chimiques (caractristiques naturelles de l'eau : temprature, conductivit, pH...)

3. Paramtres concernant les substances indsirables (teneur matrise en fluor, nitrates...)

4. Paramtres concernant les substances toxiques reconnues(doses infimes en plomb, chrome...)

5. Paramtres microbiologiques(absence de bactries et de virus pathognes)

6. Pesticides et produits apparents(doses infimes)

7. Paramtres concernant les eaux adoucies ou dminralises(teneur minimale en calcium, magnsium, carbonate ou bicarbonate)

Eau potable = produit alimentaire le plus surveill.

RappelCh II. Les traitements Provenance et traitabilit Rle de la station

Les paramtres de potabilit

normes de qualit de l'eau potable trs rigoureuses : 63 paramtres diviss en 7 groupes

1. Paramtres organoleptiques(couleur, saveur et transparence de l'eau)

2. Paramtres physico-chimiques (caractristiques naturelles de l'eau : temprature, conductivit, pH...)

3. Paramtres concernant les substances indsirables (teneur matrise en fluor, nitrates...)

4. Paramtres concernant les substances toxiques reconnues(doses infimes en plomb, chrome...)

5. Paramtres microbiologiques(absence de bactries et de virus pathognes)

6. Pesticides et produits apparents(doses infimes)

7. Paramtres concernant les eaux adoucies ou dminralises(teneur minimale en calcium, magnsium, carbonate ou bicarbonate)

Eau potable = produit alimentaire le plus surveill.

Rappel

Eaux uses

MESPollution organiqueProduits toxiques

Ch II. Les traitements Provenance et traitabilit Rle de la station


Critres de choix pour le traitement:caractristique de la pollution organique soluble

Substances liminer (rappel):* pollution non soluble (MES, graisses)* pollution organique soluble consommatrice dO2* produits toxiques

Choix du type de traitement

Si pollution organique solubleFavorable au dveloppement des organismes

Epuration biologiqueMoins chre

Moins de maintenance

Ch II. Les traitements Provenance et traitabilit Critres de choix

Traitement biologique:

4 Critres de traitabilit biologique:

1/ 6,5 < pH < 8,52/ DBO5/DCO > 0,33/ Respect de lquilibre nutritionnel:

DBO5/N < 20DBO5/P < 100

4/ Absence de produit toxique

Ch II. Les traitements Provenance et traitabilit Critres de choix

2 types deau, 2 types de traitement

Distinction entre deux types deaux uses:

A partir des critres prcdents et de la provenance

- Eaux uses urbaines- Eaux uses industrielles


2 TraitementsEaux uses urbaines:

Traitement biologique (filire classique)Sauf en zone froide et zone de population variable

Eaux uses industrielles:Constituants minraux (acides, bases, toxiques)

Rarement traitables uniquement par un procd biologiqueTraitement physicochimique

Traitement combin (pas de cas dcole)

Ch II. Les traitements Provenance et traitabilit 2 types deau use

LE TRAITEMENT BIOLOGIQUECh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Procd bio.

Mode classique dlimination de la pollution organique carbone et azoteTraitement reposant sur des condition qui permettent le dveloppement des microorganismes

Pour assurer la dgradation des MO biodgradables

MO biodgradable = aliment (substrat) des microorganismes

Traitement arobie plus frquent que traitement anarobie

Procds culture libre (boues actives, lagunage)masse bactrienne en suspension dans un bassin ar

Procds culture fixe (lits bactriens, biofiltres)biomasse fixe sur ou par un support solide

Traitement arobie mis en uvre dans un racteurqui doit assurer:

La mise en contact des organismes et de la MOLapport doxygne (sous forme dair le plus souvent)

Mise en uvre:

bassin de boues actives + dcanteur

O2

Bassin de boues actives Dcanteur secondaire

Effluent purEffluent riche en biomasse*

Recyclage boues actives**Traitement des boues

Ch II. Les traitements Traitement des effluents urbains Procd bio.

Le procd par boues actives

Principe: intensification des processus dautopuration des cours deau

1/ Dveloppement du floc bactrientransformation de la MO soluble

en matire solide insoluble (boue)

2/ Sparation de la biomasse (boue)et de leau pure


Quest-ce quune boue active ?

Boue active = ensemble de flocsFloc constitu de bactries agglomres

Conditions d'une eau use: bactries sont sous-alimentes scrtion des polymres

Adhsion des bactries les unes aux autres Rtention et adsorbtion des substances nutritives de l'eau use (: la MO)


Composition dune boue active

Bactries raison de 6,6 milliards/mL de boue active. - bacilles Gram : Pseudomonas, Aeromonas, Arthrobacter,

Flavobacter, Achromobater, Alcaligenes.

Protozoaires raison de 50 000/mL de boue active. - zooflagells(Bodo), les holotriches (Litonotus),

les hypotriches (Aspidisca), les pritriches (vorticelles).

bassin de boues actives + dcanteur

O2

Dcanteur secondaire

Effluent pur


Le procd par boues actives

Principe: intensification des processus dautopuration des cours deau

1/ Dveloppement du floc bactrientransformation de la MO soluble

en matire solide insoluble (boue)

2/ Sparation de la biomasse (boue)et de leau pure


La dcantation

Sparation classique: dcantation de flocs

But: obtenir un liquide clarifi

Avant Aprs

LE TRAITEMENT BIOLOGIQUECh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Procd bio.

E

a

u

x

u

s

e

s

SolubleSoluble

.Particulaire

minralisationCO2

croissance de la biomasse

accumulation dematires particulaires

Traitement biologique

Traitementdes boues

MO soluble transforme en:

- CO2- biomasse (flocs bactriens)- composs particulaire (cellulose et assimils)

LE TRAITEMENT BIOLOGIQUEProcessus dpuration arobie = 3 tapes


Remarque: on utilise un mcanisme qui a lieu naturellement dans lenvironnement.Les organismes sont naturellement prsents! On les utilise, on ne les limine pas!

- Adsorption et absorption des Matires organiques solubles et collodales par les cellules

Espces touches: MO biodgradable, pollution azote

- Oxydation biochimique et dgradation enzymatique des matires fixes

(catabolisme + anabolisme)

-Autodestruction de la matire cellulaire

(respiration endogne)

L'anabolisme: ensemble des ractions biochimiques entranant la formation de nouveaux constituants partir d'lments simples provenant de la digestion des aliments.

Le catabolisme : Ensemble des ractions biochimiques amenant la transformation de la matire vivante en dchets.raction de dgradation ayant lieu dans un organisme vivant; dgradation de composs organiques complexes

en molcules plus simples, qui libre de l'nergie.

LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE

Equation globale:MO + organismes + O2 CO2 +H2O + Biomasse + Energie

Rsulte de trois ractions simultanes:1 catalyse enzymatique(catabolisme)2 synthse (anabolisme)3 oxydation de la biomasse (respiration endogne)


nutriments

Mcanismes de dgradation de la MO

BiomasseMatires minrales de dgradation (cellulose)

** *

**

*

MO * organismes

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*

1 2

3

Catalyse enzymatique Synthse

Respiration endogne


** *

**

*

MO * cellules

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*

1 2

3


Respiration endogne

** *

**

*

MO*

* *

**

*

MO * cellules

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

**

23%77%

*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*

Produits finaux:CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*

1 2

3


Respiration endogne

1/ catalyse enzymatique (catabolisme)MO + orga.+ O2 CO2 + H2O + orga. + Energie

2/ synthse (anabolisme)MO + organismes + O2 + Energie

3/ respiration endogneorga + O2 CO2 + H2O + NO3- + boues +Energie

Mcanismes de dgradation de la MOCh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Procd bio.

Enzymes produitspar les orga.

Nouveaux organismes+ CO2 + H2O

nutriments

nutriments

C5H7NO2organismes:

catalyseurs

MO: CxHyOzNp et p=0 parfois( acide glutamiqueC5H9O4N, Glucose C6H12O6)

Mcanismes de dgradation de la pollution azoteCh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Procd bio.

NH4+(eau brute)

N organique(eau brute)

NH4+ NO2- NO3- NO2- N2ammonification

Assimilation(azote partant dans les boues en excs)

Nitrification(nitrosomonas nitrobacter)

Dnitrification(pseudomonas)

Demande des temps de contact assez long (24 h pour doubler la population bactrienne)Trs sensible la temprature (optimum 30C)


Conso O2

[Biomasse]

[MO]

S ou

Evolution des diffrents paramtres au cours dune dgradation de MO

X = concentration en biomasseS( = x) = concentration en substrat (en MO)XV/X = biomasse vivante/biomasse totale

Dans un batch (chantillon)


Conso O2

[Biomasse]

[MO]

I: phase de latenceAdaptation des organismes au substratTaux de croissance de la biomasse, dX/dt =0

La phase de latence


Conso O2

[Biomasse]

[MO]

II: phase de croissance exponentielleTaux de croissance maximum: dX/dt maxToute la biomasse est vivante

La phase de croissance exponentielle


Conso O2

[Biomasse]

[MO]

III: phase de ralentissementEpuisement du substratDiminution du taux de croissance dX/dt Apparition de cellules mortesModification de laspect de la biomasse

Formation de flocs dcantables =

boue active

Cest la phase intressante pour le traitement

La phase de ralentissement


Conso O2

[Biomasse]

[MO]

IV: phase stationnaireCourteTaux de croissance nul dX/dt =0

La phase stationnaire


Conso O2

[Biomasse]

[MO]

V: phase de dclinEpuisement du substratAugmentation du taux de mortalit dX/dt

Facteurs influenant le rendementTransformation de la MO par les organismes

chargege des boues


Elments de DimensionnementB

a

s

s

i

n

d

e

b

o

u

e

s

a

c

t

i

v

e

s

O2

Dcanteur secondaire

Sparation floc bactrien eau purege des boues

Facteurs influenant le rendement:Charge massique CM

CM( j-1) = Q. DBOentreMVS . V

Q( m3/j) = dbit journalier et V(m3) = volume du bassinDBO(kg/m3) MVS(kg/m3)


Elments de Dimensionnement

CM = Charge polluante biodgradable (kg/j)

Masse de biomasse contenue dans le racteur (kg)

???

MVS = caractristique de la MES organique, et de la partie puratrice des boues (micro organismes)

Facteurs influenant le rendementCharge volumique CV

CV =Charge polluante biodgradable (kg/j)

Volume du racteur (m3)

CV( kg.m-3.j-1) = Q. DBOentre

V

Q( m3/j) = dbit journalier et V(m3) = volume du bassin



Facteurs influenant le rendement

CM conditionne:

le dpurationCM faible lev

la production de boues en excsCM faible peu de boues

les besoins en O2CM faible besoins importants

la dcantabilit des flocs0,22 < CM (j-1) < 0,33



Facteurs influenant le rendementLge des boues A

A (j) = Masse de Biomasse dans le racteur (kg)Masse de boues extraite par jour (kg/j)



A (j) = MVSbassin . V

MVSdecanteur sortie . Q boues sortie

MVS decanteur sortie

MVS bassin

Q boues sortie

Facteurs influenant le rendementA donne une indication sur ltat physiologique de la biomasse:

A petit: phase exponentielle de croissanceA grand: proche de la phase de dclin

A conditionne:la dcantabilit des boues

4 j < Aoptimal < 9 j

Phase de croissanceralentie



Conso O[Biomasse]

[MO]


Elments de DimensionnementCaractrisation de la dcantabilit des boues: en plus de la courbe de Kynch (cours OSF)

Dtermination de lIndice de Mohlman (IM)IM = Volume occup par 1 gramme de boue aprs 30 min de dcantation

1 l

t = 0

1 l

t = 30 min

IM = V (cm3)

P (g)V = vol de boues P = masse sche contenue dans V



Caractrisation de la dcantabilit des boues

Si IM est grand, mauvaise dcantabilit

Bonne dcantabilit: 80 < IM (cm3/g) < 150

IM < 50: aspect granuleux, risque de dpts

IM > 200: gonflement d leau


Elments de DimensionnementPerformances en fonction de la charge massique

Type de charge

Faible(aration prolonge)

Moyenne charge

Forte charge

CM (j-1)

0,07 0,15

0,2 0,5

1,5 2,5

DBO limine%

> 95

environ 90

65 75

DCO limine%

> 90

environ 85

60 70

Tps sjour(h)

12 24

2 4

1

Eaux rsiduaires urbaines

Sv = (kg/j)



** *

**

*

MO * cellules

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*

1 2

3


Respiration endogne

** *

**

*

MO*

* *

**

*

MO * cellules

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

**

23%77%

*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*


*

*

**

*

*

1 2

3


Respiration endogne

Calcul de la biomasse produite

biomasse auto-oxyde(au cours de la ractionde respiration endogne)

biomasse produite par oxydation des MO(au cours de la raction de synthse)

1 biomasse produite = Sv (kg/j)


biomasse produite par oxydation des MO = a.Le

a = coef. global dutilisation du substratLe (kg/j) = masse de MO limine/j = Qe.(DBOentre bassin DBOsortie bassin)

Qe

On nglige le recyclage

Qs = QeDBOe DBOs

Proportionnalit entre production de biomasse et MO limine:

Calcul de la biomasse produite Sv

2

b (j-1) = cste de dcs (taux de respiration endogne)Sv (kg) = masse de biomasse prsente dans le bassin ([MVS]b.V)


Qe

On nglige le recyclage

Qs = QeDBOe DBOs

biomasse auto-oxyde = b.Sv

Proportionnalit entre biomasse auto oxyde et biomasse prsente:


3


Sv = (kg/j)

biomasse auto-oxyde(au cours de la ractionde respiration endogne)

biomasse produite par oxydation des MO(au cours de la raction de synthse)


biomasse produite par oxydation des MO = a.Le

biomasse auto-oxyde = b.Sv

Rcapitulatif (vous lavez dj crit tout cela)

1

2

3

Sv = a. Le b. Sv

Dfinition de a, b, Le et Sv indispensables lutilisation de la formule !!!

Consommation doxygne (sans limination de N)



** *

**

*

MO * cellules

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*

1 2

3


Respiration endogne

** *

**

*

MO*

* *

**

*

MO * cellules

*23%

77%*

*

*

*

***

**

*

*

**

23%77%

*

*

*

*

***

**

*

*

*Produits finaux:

CO2, H2O, Energie

*

*

**

*

*


*

*

**

*

*

1 2

3


Respiration endogne

Oxygne consomm par les 3 ractions

Consommation doxygne


Distinction entre oxygne consomm par - la dgradation des MO (synthse, catalyse) (1+2)- la dgradation des micro organismes (respiration endogne) (3)

Consommation due la dgradation de la MO proportionnelle la MO dgrade:

a0 = cste caractristique de la conso dO2 due la synthse et la catalyse

Le (kg/j) = masse de MO limine/j

O2 conso (1+2) (kg/j) = a0. Le

O2 conso (kg/j) = O2 conso (1+2) + O2 conso (3)



Consommation due la dgradation des orga proportionnelle biomasse prsente:

O2 conso (3) (kg/j) = b. Sv

b (j-1) = cste caractristique de la conso dO2 pour lauto-oxydation*Sv (kg) = masse de biomasse prsente dans le bassin

* b = b o b = cste de dcs


O2conso = a0.Le + b.Sv

O2 conso (kg/j) = O2 conso (1+2) + O2 conso (3)


Dfinition de a0, b, Le et Sv indispensables lutilisation de la formule !!!

O2 conso (1+2) (kg/j) = a0. Le

O2 conso (3) (kg/j) = b. Sv

Rcapitulatif (vous lavez dj crit tout cela)


Rappel et complment sur les grandeurs caractristiques:

Matires en suspension (mg/l)MEST, matires en suspension totales: totalit des particules solides constitue de

MESD: mat en suspension dcantables en 2 h (particules denses)MESND: mat en suspension non dcantables (collodes)

Et encoreMEST contient:

MM: mat minralesMVS: matires volatiles solides (MO) caractristiques de la biomasse

distinction par calcination 550C.

Demande chimique en Oxygne (mg O2/l)Consommation doxygne lors dune raction doxydation au bichromate de potassiumAttention, prise en compte des espces rductrices minrales prsentes dans leau

Demande biochimique en Oxygne (mg O2/l)Quantit doxygne consomme par la MO biodgradable.

MO + O2 CO2 + H2O

DCO > ou = DBO


1. Introduction2. Provenance et Traitabilit3. Traitement des effluents urbains

Caractristiques (pas trait cette anne)Finalit du traitement (rappel)La filire

4. Traitement des effluents industriels



CaractristiquesFinalit du traitement (rappel)La filire


Finalit du Traitement (rappel):Protection du milieu

Substances liminer:* MES solides (envasement)* MES collodales (transparence diminue)* liquides non solubles dans leau (transport O2

diminu, adsorption) -graisses, hydrocarbures, tensioactifs-* MO soluble (consommation dO2)* N et P (eutrophisation)* produits toxiques (mortalit)

Ch II. Les traitements Traitement des effluents urbains



Caractristiques (pas vu en cours)Finalit du traitement (rappel)La filire


LA FILIERE DE TRAITEMENTPrtraitements Traitement primaire

Traitement des bouesTraitements secondaires

Ch II. Les traitements Traitement des effluents urbains

Prtraitements

Ch II. Les traitements Traitement des effluents urbains Filire

Dgrillage Dessablage Dshuilage

Grosses particules Sables, graviers Huiles, hydrocarbures

Relvement

Prtraitements

Le relvement

Vis sans finvhiculer le mlange liquide/gros dbris solides


PrtraitementsLe dgrillage

But: Elimine les grosses particules sparables, qui pourraient endommager les quipements suivants


Vise les particules dont la dgradation Par voie chimique ou biochimique est impossible

Prtraitements

Le dgrillage

ManuelAutomatique

Dgrillage grossier:1cm < cartement < 10cm

Dgrillage fin:1mm < cartement < 15mm


PrtraitementsLe dgrillage

Grille droite Grille courbe


Prtraitements

Le dessablage

But: Eliminer sables et gravier par gravitParticules de forte densit

Dessableur rigoleOu

Dessableurs circulaires


Prtraitements

Le dgraisseur

But: Eliminer les corps gras (huiles, graisses, hydrocarbures)Produits insolubles de faible densit

Injection dair comprim

Flottation des huiles et vacuation par raclage


Prtraitements

Canal dacheminement dgraisseur/dcanteur primaire


Traitements primaires


Traitement des boues primaires:paississement

Dcanteur primaire

La plupart du temps sans agent floculant

Traitements primaires

Le dcanteur

(dcanteur statique)dcanteur circulairedcanteur longitudinal rectangulaire

But: Elimine les MES dcantables ( 60%)Elimine environ 40% de la DBO


Traitements primairesLe dcanteur circulaire

racleur


Traitements primairesLe dcanteur lamellaire, principe

Zone de mlange

Accumulation boues


Traitements secondaires


Traitement des boues secondaires:stabilisation

paississement

Dcanteur secondaireBassin daration

Dans deux, ou un seul ouvrage(s):1/ transformation de la MO dissoute en Moxyde en suspension

2/ sparation du liquide et du solide

Rejet dans le milieu,Traitements complmentaires(dnitrification, dphosphatation)


Double mission du procd:mise en contact entre leffluent et le milieu biologique

(apport doxygne ncessaire)sparation de leffluent trait et de la biomasse forme


Traitements par boues actives


Laration

Les fonctions, rappel:

Introduction de lOxygne ncessaire loxydation de la MOBrassage de la suspension de boues actives: homognisation, limitation des dpots

(Vmin eau de 0,15 0,2 m/s)

Les dispositifs:

Arateurs de surface: turbines

Systmes dinjection dair surpress en profondeur(bulles de 2mm 6 mm de diamtre)

Traitements par boues activesCh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Filire

Traitements des bouesCh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Filire

Traitement des boues

boues


Laration: transfert doxygne

Apport spcifique nominal en kg dO2 (ou coefficient daration spcifique)masse dO2 introduite en dpensant une nergie de 1kW.h(1kW.h = 1kW. 3600s soit 3600 kJ) Ex: une bonne turbine donne 1,5 5 kgO2/(kWh)

Rendement doxygnation (cas dune insufflation dair)permet de dterminer la masse dO2 transfre partir de celle fournie

dans le cas complexe dun bassin de boues active = masse dO2 dissous/masse dO2 fournie

[O2]i

[O2]s < [O2]i[O2] = 0


Le bassin de boues actives


Traitements secondairesCh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Filire

Dcanteur secondaire ou clarificateur.

Caractris par une grande efficacit: rendement de lordre de 99%

Ordre de grandeur de la concentration de la solution entrante:Ordre de grandeur de la concentration en eau clarifie:

Traitement des boues secondaires:stabilisation

paississement

Dcanteur secondaire3000 mg/l de MES 30 mg/l de MES

recyclageC max = 1,2 . 10

3

IM


Le dcanteur secondaire, ou clarificateur


Le reste na pas t trait en cours cette anne.

Il est conseill de le lire.


Les procds biomasse fixe

lits bactrienslits granulairesdisques biologiques



Biomasse fixe

BiofiltresSystmes lits granulaires (charbon, argiles)

Ralise la fois la raction de dgradation de la MO par la biomasse fixe et la clarification par filtration

Traitements tertiaires

Traitement complmentaire: vise amliorer la qualit de leau


- liminer plus de MES, DBO, DCOMicrotamisageFiltration sur sableBiofiltration ou lagunageAdsorption sur charbon actif

- Elimination de lazote et du phosphoreProcds biologique (nitrification-dnitrification)Physico-chimique (prcipitation du phosphore)


Lagunage: variante du traitement par boues actives


Lagunes naturelles

Anarobies partiellement sinon arobies, recevant des effluents bruts ou prtraits

Oxygne fourni par lactivit photosynthtique des algues vertes

Ncessite un fort ensoleillement et de faibles profondeurs deau (0,8 1 m)

Epuration dans un bassin naturel, sans recirculation des boues


Le lagunage ar

Variante du traitement par boues actives


Lagunes ares

arobies, on apporte de loxygne par un moyen mcanique (turbines)Oxygne fourni par des arateurs de surface



CaractristiquesFinalit du traitement (rappel)La filire


Ch II. Les traitements Traitement des effluents industriels

Grande diversit des rejets industriels

Investigation propre chaque type dindustrie

Procds spcifiques

Ncessit davoir une parfaite connaissance:-Des procds de fabrication

- de lorganisation des circuits


- rejets occasionnels

Origine des effluents

- effluents gnraux de fabrication- transport hydraulique de certains produits, - lavage et limination dimpurets apportes par les matires premires, - limination de la matire premire ou de fabrication,- matire premire

- effluents de services gnrauxeaux vannes, eaux de purge de chaufferie

fuites accidentelles


Caractristiques gnrales des effluents

- Dtermination

- des fabrications types, des matires premires consommes

- des possibilits de sparation des rejets et/ou de recyclage

- des volumes journaliers deffluents

- des dbits horaires moyens et maximum (frquence et dure)

- du flux de pollution moyen et max par catgorie de rejets

-lments insolubles sparables physiquement avec ou sans floculationmatires flottantes (graisses, hydrocarbures, huiles ...)matires en suspension (sables, soufre collodal, fibres, adjuvants de filtration ...)

-lments organiques sparables par adsorptioncolorants, dtergents, composs macromolculaires divers, composs phnols, drivs nitrs, drivs chlors

-lments sparables par prcipitationmtaux toxiques ou non (Fe, Cu, Zn, ...) prcipitables dans une certaine zone de pH,

PO42-, SO42-, SO32-,F-

-lments sparables par strippage ou dgazageH2S, NH3, SO2, phnols, hydrocarbures lgers ou aromatiques, drivs chlors

-lments pouvant ncessiter une raction doxydorductionCN-,S2-, Cl2,NO2-

-acides minraux et bases

- lments concentrables par change dions ou osmose inversesels dacide et de bases forts, composs organiques ioniss (change dions) ou non

- lments biodgradablessucres, protines, phnols


Paramtres spcifiques Classs en fonction du type de traitement possible


Les Filires

Traitementsprliminaires

TraitementsPhysico-chimiques

Traitementsbiologiques

Traitementstertiaires

conditions de prtraitement des effluents dusine trs varies

- dgrillagesouhaitable dans la plupart des industriesindispensable en industrie agro-alimentaire et en papterie

- dessablageseulement dans certaines industries (laminoires, fonderies, sablires)

- dgraissagefrquent sur les effluent dindustrie agro-alimentaires et de laminage froid

- dshuilagesouvent ncessaire

- neutralisationpeut tre indispensable avant puration biologique

- refroidissement


Les traitements prliminaires

Filires


Les traitements physico-chimiques

Filires

Suivant le cas, stade intermdiaire ou un stade final du traitement

-dgazage/stripping

-dcantation ou flottation avec ou sans floculation

- filtration directe ou prcde dune dcantation ou dune flottation afin dliminer les MES et les mulsions

-neutralisation (H+, OH-), oxydo-rduction (CrVI, CN-), prcipitation (CrIII, F, PO43+)

- oxydation, adsorption pour les molcules organiques moyennement solubles


Les traitements biologiques

Filires

Rappel des critres:

- absence ou limination partielle des toxiques,- quilibre nutritionnel,- biodgradabilit de leffluent.

les diffrents procds biologiques existant :

- boues actives,- cultures fixes (filtres, biodisques),- traitements anarobies.


Les traitements tertiaires

Filires

Diffrents objectifs :- rduction des MES,- limination de composs spcifiques (phnols )

Mise en uvre :

- dcanteurs,- flottateurs,- filtres granulaires ou non

Aprs puration biologique

- limination de la DCO non biodgradable- limination de la couleur

- adsorption sur charbon actif ou sur un autre adsorbant,- ultrafiltration,- oxydations diverses (oxygne haute temprature et pression, chlore, ozone)

CH I. LA POLLUTION

1. Introduction2. Classification3. Principaux critres de qualit

4. Consquences (pas trait en cours)sanitairescologiquesconomiquesex: eutrophisation

Consquences

Sanitairessant publique Prioritaires

Ecologiques (dgradation du milieu)subjectif (paramtres de comparaison)

rduction des potentialits dexploitation

Economiquesutilisation industrielle, agricole, tourisme

Ch I. La pollution Consquences

LEutrophisationCh I. La pollution Consquences Un exemple

Un problme environnemental dactualit!

Plage dans les Ctes dArmor Tonnage dalgues ramasses par anSur les ctes bretonnes

LEutrophisationDfinition:pollution nutritionnelle = fertilisation excessive des eaux de

un apport massif de composs azots et phosphors

Mcanismes: prolifration dalgues forte consommation dO2

augmentation de la matire organiqueasphyxie du milieu composs toxiques destruction dhabitat

Milieux touchs:

Mer (mare verte) Etangs)

+ + rivires

Ch I. La pollution Consquences Un exemple

?

LEutrophisation: espces en causeFORMES VEGETALES ASPECT PHOTO

Phytoplancton

(algues microscopiques en suspension)

Eau colore,

rduction de la transparence

Diatomes fixes

(algues microscopiques) Dpts sur le fond des cours d'eau

Algues filamenteuses fixes

Grandes algues envahissant parfois

toute la masse d'eau

Vgtaux suprieurs Allure de vgtaux terrestres


LEutrophisation: conditions de dveloppement

Risques deutrophisation faible fort

Echauffement de leau modr levVitesse du courant lev faibleEclairement modr levHabitat diversifi homogne

Apport en N, P, nutriments +:


Ch I. La pollution Consquences

Consquences de la pollution en fonction des milieux touchs

Cours deauPollution principalement due aux Matires Organiques

Perte de potabilit, diminution des ressources biologiques,

dgradation de laspect, impossibilit de baignade, perte de lusage agricole et industriel

LacsEutrophisation

Problme daspectNcessit de traitements pour la consommationApparition de gouts et dodeurs en distribution

Eaux souterrainesNitrates, pesticides, toxiques

Milieux marinsEutrophisation, hydrocarbures, pollution bactrienne

Ch II: les traitements

Introduction pas traite en cours

Caractristiques des effluents urbainsOrigine:

eaux rsiduairesEaux mnagres (graisses, produits dentretien,

MES)Eaux vannes/WC (substances minrales, MO,

bactries, virus)eaux pluviales (MES, hydrocarbures)eaux de provenance industrielle

Mise en place dun rseau sparatif

Ch II. Les traitements Traitement des effluents urbains Caractristiques

2/ Volume/habitant/jour = f( taille agglomration)

Ch II. Les traitements Traitement des effluents urbains CaractristiquesAspects quantitatifs:

1/ Consommation mnagre dans le monde

Aspects quantitatifs: Rpartition des utilisations mnagresCh II. Les traitements Traitement des effluents urbains Caractristiques

N et P excdentaires dans les eaux domestiques1/3 pollution organique limin par dcantation

Matire OrganiqueMatire Organique solideAzotePhosphoreOrganismes pathognesAutre

Type de pollution engendre

Documents

Eaux Usées (Cours)