FNDAE_40

Document technique

N 40

Affinage du traitement de la pollution particulaire par les procds mcaniques rustiques

J-M. Perret - J-P. Canler

Document technique

N 40


J-M. Perret - J-P. Canler

Partenariat 2012 Domaine : Ecotechnologie et Pollution Action 50 : Performance des systmes dassainissement collectif


Rapport Final

Jean-Marc Perret et Jean-Pierre Canler

Irstea, centre de Lyon - Villeurbanne

Juin 2013

Partenariat 2012 Domaine Ecotechnologies et pollutions

Action 50

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Contexte de programmation et de ralisation

Les matires en suspension contenues dans les eaux traites impactent aussi la qualit des eaux pour les paramtres suivants : DCO, DBO5, azote total et phosphore total. Un moyen de rduire la part de ces paramtres est de pousser le traitement sur la fraction particulaire, et donc d'amliorer et de fiabiliser le niveau de rejet. Cela peut consister mettre en place avant le rejet au milieu rcepteur une tape physique de traitement de type tamisage. Cette technique est beaucoup plus conome en investissement et en exploitation que les clari-floculateurs ou les systmes intensifs de filtration sur sable. Suite une synthse bibliographique, un inventaire des technologies commercialises en France et des sites quips ont t raliss. Des mesures de performances sur sites rels ont t ralises afin de dfinir les contraintes de fonctionnement et dexploitation.

Les auteurs

Jean-Marc Perret Ingnieur traitement des eaux rsiduaires [email protected]

Et

Jean-Pierre Canler Ingnieur de recherche traitement des eaux rsiduaires [email protected] Lyon-Villeurbanne

Les correspondants

Onema : Cline Lacour, Direction de lAction Scientifique et Technique, [email protected]

Irstea : Jean-Pierre Canler, Equipe Traitement des eaux rsiduaires, [email protected]

Droits dusage : Accs libre Couverture gographique : Niveau gographique :

Nationale National

Niveau de lecture : Nature de la ressource :

Professionnels, experts Document final


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Jean-Marc PERRET et Jean-Pierre CANLER

Table des matires

RESUME ................................................................................................................................ 6

Synthse pour laction oprationnelle ............................................................................. 8

Liste des figures ................................................................................................................ 12LISTE DES TABLEAUX ............................................................................................................ 12

I. Traitement tertiaire ......................................................................................................... 13A. Inventaire des principales techniques de traitement tertiaire en fonction des objectifs recherchs ..................................................................................................................... 13

1. Traitements complmentaires de lazote et du phosphore (voire des substances mergentes) ............................................................................................................................... 132. Affinage du traitement sur la pollution particulaire ......................................................... 13

B. Cas des procds physiques daffinage du traitement .............................................. 151. Filtres tamis. ...................................................................................................................... 152. Filtres sable ........................................................................................................................ 153. Filtres membrane .............................................................................................................. 15

C. Autres applications des filtres sur toile envisageables .............................................. 15

II. Tamisage tertiaire : technique de filtration sur toile ....................................................... 17A. Inventaire du parc ...................................................................................................... 17B. Diffrents types de filtres tamis ............................................................................... 19

1. Mdia filtrant ........................................................................................................................ 192. Type de support .................................................................................................................... 20

C. Fonctionnement des filtres tamis ............................................................................ 211. Filtration In/Out ................................................................................................................... 212. Filtration Out/In (procd Mecana) ................................................................................... 22

D. Dimensionnement des tamis et performances escomptes ...................................... 231. Dimensionnement des tamis ................................................................................................ 232. Performances escomptes .................................................................................................... 23

E. Recommandations et exploitation .............................................................................. 241. Recommandations ................................................................................................................ 242. Exploitation ........................................................................................................................... 253. Cots ...................................................................................................................................... 25

F. Synthse des technologies ........................................................................................ 26


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III. Rsultats des mesures sur sites ................................................................................... 28A. Caractristiques des sites retenus ............................................................................. 28

1. Caractristiques des stations dpuration retenues .......................................................... 282. Particularits des sites .......................................................................................................... 293. Applications tertiaires retenues .......................................................................................... 29

B. Caractristiques des quipements du traitement tertiaire .......................................... 291. Dimensionnement ................................................................................................................. 292. Particularits ......................................................................................................................... 32

C. Rsultats des mesures .............................................................................................. 321. Fonctionnement des installations ........................................................................................ 322. Suivis des performances du tamis ....................................................................................... 333. Pointes hydrauliques et flux associs au bilan 24h ............................................................ 354. Pointes de charges particulaires exprimentes par apport de boue. ............................. 375. Synthse des rsultats obtenus. ........................................................................................... 396. Les lavages ............................................................................................................................ 397. Consommation nergtique ................................................................................................. 438. Retours des eaux de lavage .................................................................................................. 439. Contraintes dexploitation ................................................................................................... 45

D. Avantages / inconvnients du procd ...................................................................... 471. Avantages .............................................................................................................................. 472. Inconvnients ........................................................................................................................ 48

E. Conclusion ................................................................................................................. 49

IV. Bibliographie ................................................................................................................ 50

V. Annexes ........................................................................................................................ 51Annexe n1 : Normes de qualit pour la rutilisatio n des eaux traites ......................... 52Annexe n2 : Rfrences des filtres installs sur s tation de traitement des eaux uses, en tertiaire en France ..................................................................................................... 53Annexe n3 : Procd dHydrotech .................. .............................................................. 55Annexe n4 : Procd Mecana ....................... ............................................................... 60Annexe n5 : Fiche du procd NordicWater ......... ........................................................ 64Annexe n6 : Fiche des procds Amiad ............. .......................................................... 67Annexe n7 : Fiche du procd Faivre .............. ............................................................. 71Annexe n8 : Fiche du procd dAxflow ............ ........................................................... 75Annexe n 9 : Fiche du procd Siemens ............ .......................................................... 79


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Rapport final


RESUME

Lobjectif de cette tude tait de raliser un point sur le procd physique de tamisage utilis dans les stations de traitement des eaux uses en traitement tertiaire avant rejet au milieu naturel ou en protection dun traitement UV. Plusieurs technologies de filtres tamis sont dveloppes en France. Elles sont constitues de deux types de filtration bien diffrents. La maille de toile peut varier de 8 26 m et des lavages automatiques assurent le dcolmatage du mdia filtrant tout en maintenant une filtration continue.

Trois sites quips dun traitement tertiaire mcanique de technologie diffrente ont t choisis afin de raliser des mesures de performances et de mieux apprcier les paramtres de fonctionnement et les contraintes dexploitation de ces systmes. Afin dtre le plus exhaustif possible, les trois filtres tamis correspondent un systme immerg out/in et 2 systmes in/out disques en toile et tambours inox.

Les rsultats obtenus montrent que ces systmes quips de mailles de 10m permettent dobtenir en sortie des concentrations en MES infrieures 10-15 mg/l sur des installations assurant un traitement biologique amont pouss. Labattement du phosphore sur ltage est uniquement li celui des MES. Les performances des filtres tamis sont stables lors des pointes hydrauliques mais se dtriorent lors des pointes de particulaires. Le tamisage install en tertiaire ne doit pas tre pris comme une scurit vis vis des pertes de boues du clarificateurs. En effet ils sont dimensionns pour une concentration dentre de 30 35 mg MES/l et un by-pass protge louvrage lors des colmatages dus aux -coups particulaires trop importants.

Les lavages automatiques sont performants et lvolution des dures de lavage journalier est un bon indicateur de ltat du mdia filtrant, de son colmatage profond et donc du besoin dun dcolmatage exceptionnel, manuel ou chimique. La consommation nergtique de ltage reprsente de lordre de 1 3% de celle de la station. Les volumes deau de lavage correspondant aux retours en tte nont pas pu tre mesurs prcisment.

Le suivi du traitement tertiaire nest pas prioritaire pour lexploitant qui prfre passer du temps au niveau du traitement biologique et sur la filire de traitement des boues afin dassurer les performances demandes son installation. Le traitement tertiaire est ainsi majoritairement considr comme une option. Pour son bon fonctionnement, le passage journalier dun oprateur est vraiment ncessaire.

MOTS CLES : traitement tertiaire, tamisage, tamis, filtre disques, filtre tambour


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Refining the treatment of particulate pollution by rustic mechanical processes Final report

Jean-Marc PERRET and Jean-Pierre CANLER

ABSTRACT

The objective of this study was to evaluate the physical screening process used in WWTP tertiary treatment before the WWTP discharges or to protect a UV treatment. Several technologies strainers are developed in France. They consist of two very different types of filtration. The mesh varies from 8 to 26 microns and various washings provide automatic unclogging of the filter medium while maintaining continuous filtration.

Three sites with different mechanical tertiary treatment technology were chosen to achieve performance measures and to better appreciate the operating parameters and the operating constraints. To be as comprehensive as possible, the three studied discs correspond respectively to 1 completely immersed system (out / in) and to 2 systems in / out micro-strainer and steel drums.

The results show that systems with 10m mesh allow output of solids concentrations below 10-15 mg/l for WWTP equipped with a good biological treatment. The reduction of phosphorus is only linked to TSS.

The performance of the filters is stable during the flow peaks but deteriorates during peak of TSS. The screening process used in tertiary treatment should then not be used as a safety against loss of sludge from clarifiers. In fact, these devices are designed for an input concentration of 30 to 35 mg MES/l and a bypass protects the structure from blockages due to important TSS peaks.

Automatic washes are effective and change in the daily washing time is a good indicator of the state of the filter media. It indicates how deeply the filter media is clogged and therefore if an exceptional unclogging - manual or chemical - is required.

The energy consumption of the tertiary treatment represents about 1 to 3% of the total consumption of the station. The washing water volumes which return as inflows of the WWTP could not be measured precisely.

Monitoring of tertiary treatment is not a priority for the operator who prefers spending time at biological treatment and sludge treatment process to ensure the performance required for the installation. Tertiary treatment is mainly considered as an option. For proper operation, the daily passage of an operator is necessary.

KEYS WORDS : tertiary treatment, filter, disc filter, drum filter


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RAPPORT FINAL

JEAN-MARC PERRET ET JEAN-PIERRE CANLER

Synthse pour laction oprationnelle

Lobjectif de cette tude tait de disposer dun retour sur le procd physique de tamisage utilis dans les stations de traitement des eaux uses en traitement tertiaire. Cet affinage du traitement de la pollution particulaire est li un fort objectif de protection du milieu rcepteur vis--vis des MES et/ou du phosphore ou encore la protection dun traitement UV. Parmi les diffrents procds daffinage du traitement existants, seuls les filtres tamis sont considrs comme des procds mcaniques rustiques. Ainsi, nous ne nous sommes pas intresss aux filtres sable ni aux filtres membranes lors de cette tude.

Les filtres tamis sont des filtres dont le mdia filtrant peut tre constitue de diffrents matriaux : toiles plastiques ou mtalliques. De plus, il peut tre fix sur deux types de support comme des disques ou des tambours.

Linventaire des techniques de filtration sur toiles dveloppes en France a galement montr lexistence de deux systmes de filtration opposs :

- leau traiter traverse le mdia filtrant de lintrieur du filtre vers lextrieur. On parle de filtration In/Out. Le filtre est alors partiellement immerg (50 60%). - leau traiter traverse le mdia filtrant dans le sens inverse, cest dire de lextrieur vers lintrieur, on parle alors de filtration Out/In. La toile est alors immerge en continu.

Les principales caractristiques des diffrents procds sont rsumes dans le tableau ci-dessous.

Marques Hydrotech Mecana Nordic Water Faivre Amiad Axflow Siemens

Mdia Polyester Polyamide Polyester Inox Inox Inox Polyester

Support Disque Disque Disque Tambour Tambour Disque Disque

Filtration In/Out Out/In In/Out

Immersion (%) 50-60 100 60 60 - 60 60 Maille* (m) 10 8-12 10 26 10 25 10

Taux dabattement de MES (%)

70-80 80-90 70 nc nc 80 80

Elimination des ufs

dhelminthes oui oui oui non oui non oui

Filtration continue oui oui oui oui non oui oui

Lavage chimique oui/non non oui non oui oui oui

* Mailles les plus fines pour chaque constructeur. nc : non communiqu


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Le fonctionnement des filtres est le mme quils soient disques ou tambour. Ils sont en rotation uniquement lors des cycles de lavage qui sont dclenchs sur mesure de perte de charge. La filtration nest pas interrompue durant ces priodes.

Les filtres tamis sont utiliss en tertiaire pour diffrentes applications : - Protection du milieu rcepteur : rejet en MES < 15 mg/l et / ou rejet en PT < 1.5mg/l - Protection du traitement UV aval (dsinfection des eaux avant rejet)

Diffrentes mailles de filtration sont proposes, mais la maille de 10m est la plus couramment rencontre en traitement tertiaire. Trois sites quips dun traitement tertiaire mcanique dit rustique de technologie diffrente ont t choisis dans cette tude afin de raliser des mesures de performances et de mieux apprcier les paramtres de fonctionnement et les contraintes dexploitation de ces systmes. Afin dtre le plus exhaustif possible, trois tamis diffrents avec filtration continue durant les lavages et correspondants aux procds actuellement installs ont t retenus

Dimensionnement Le dimensionnement des appareils varie selon les constructeurs. Les paramtres cls pris en

compte sont la vitesse de filtration (souvent comprise entre 8 et 13 m/h ou m3/m2.h sur la pointe) et le flux particulaire appliqu (de 220 390 g MES/m2 de toile par heure en prenant comme rfrence une concentration de 30 mg MES/l en entre). Au-del de ce dimensionnement, le filtre ne pourra plus absorber le flux qui sera alors en partie by-pass lamont. Pour exemple, le graphe ci-aprs prsente le dimensionnement des 3 sites tudis.

La diffrence de dimensionnement induit des diffrences au niveau des surfaces de mdias filtrant requises et sexplique par le type de filtration (in/out ou inversement) et la taille de maille installe. Les concentrations dentre prises en compte sont de 30 35 mg MES/l au maximum, cest--dire en sortie dun clarificateur sans gros dysfonctionnement et respectant les niveaux de rejet classiques. Ces systmes sont donc proposs en tertiaire, pour un abattement des MES aprs un traitement biologique au fonctionnement correct. En aucun cas, ces filtres mcaniques sont proposs et mis en place pour faire face un pisode de dysfonctionnement de ltage biologique par pertes de boues. Lors de ces pisodes, un by-pass install lamont des filtres fait office de protection de ltage de traitement tertiaire.

Performances

Les rsultats obtenus montrent que ces systmes quips de mailles de 10m permettent dobtenir en sortie des concentrations en MES infrieures 10-15 mg/l sur des installations assurant un traitement biologique amont pouss. Par contre, ce nest pas le cas pour une maille de filtration de 26m en toile inox lors de problme de dcantation au niveau du clarificateur amont.


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Labattement du phosphore sur ltage tertiaire est bien fonction de labattement en MES. Ainsi, lutilisation de filtres en traitement tertiaire peut permettre de respecter les objectifs de rejet, mme contraignants mais seulement si le traitement physico chimique amont est correctement assur. En effet, nayant que peu deffet sur le P-PO4, il ne peut en aucun cas se substituer une dphosphatation chimique. Les performances des filtres sont stables lors des priodes de pointes hydrauliques. Par contre, elles se dtriorent lors des priodes de pointes particulaires. Ces rsultats sont obtenus avec des vitesses de filtration de 20 60% du dimensionnement, sur des filtres propres (lavage lacide rcent sur un site) et avec un fonctionnement continu des lavages sous pression.

Lavages

Lors de nos suivis, les cycles de lavage se sont drouls sans surprise et conformment au paramtrage automate. Les lavages automatiques sont performants. Les taux de lavages journaliers des filtres (en % du temps) sont bien entendu fonction du flux particulaire appliqu sur ltage plutt que de la vitesse de filtration. Les rsultats obtenus suite au lavage chimique ou manuel illustrent galement limportance de ltat du mdia filtrant vis--vis du colmatage pour obtenir des performances adquates. La dure de lavage et la mise en charge du by-pass amont sont donc largement lies ltat de colmatage des toiles. Lvolution des dures de lavage journalier est un bon indicateur de ltat du mdia filtrant, de son colmatage profond et donc du besoin dun dcolmatage exceptionnel, manuel ou chimique. Ce suivi de lvolution des lavages dans le temps nest pas prvu en supervision. Les temps de fonctionnement des moteurs (rotation des filtres, pompe de lavage) sont bien enregistrs mais aucune aide lexploitation nest associe. Lexploitant na pas de donnes de rfrence pour la gestion de ces lavages manuels ou chimiques. Paralllement, les constructeurs de filtres annoncent une priodicit pour les lavages exceptionnels de lordre de une deux fois par an pour les filtres Mcana et tous les 2 mois pour les Discfilters. Pour tous les sites tudis, un dcolmatage rgulier tous les 2 mois est ncessaire afin de garder une toile en bon tat de filtration et viter des temps de lavage excessifs. On peut noter que la mise en charge du by-pass lamont de ltage tertiaire est troitement lie au fonctionnement continu des lavages automatiques. Si le mdia filtrant est trop colmat, les lavages classiques sont alors insuffisants pour retrouver la perte de charge initiale et le by-pass sera effectif et constant.

Consommation nergtiques

Ltage tertiaire est quip de peu de moteurs qui fonctionnent uniquement en priode de lavage. Les consommations nergtiques obtenues sont faibles et de lordre de 1 3% de la consommation nergtique totale des installations

Retours

Les volumes deau de lavage correspondant aux retours en tte nont pas pu tre mesurs prcisment. Pourtant, le suivi du volume deau de lavage rcupr en fonction du temps de fonctionnement des pompes de lavage peut donner une indication fiable sur le colmatage des filtres mais cette mesure na pas t prvue sur aucun des trois sites de mesure.

Exploitation

Comme tout appareil mcanique, le suivi des filtres demande un minimum dexploitation au niveau des moteurs et des pices en mouvement (graissage, lubrification, tension des chanes,..). Le suivi du traitement tertiaire nest pas prioritaire pour lexploitant. Celui-ci prfre passer du temps au niveau du traitement biologique et sur la filire de traitement des boues afin dassurer les performances demandes son installation. Le traitement tertiaire est ainsi majoritairement considr comme une option. Pour son bon fonctionnement, le passage journalier dun oprateur est pourtant ncessaire.


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Frquence Oprations de maintenance

Journalier Vrification visuelle du filtre, du by-pass et de la pression deau de lavage Suivi des temps de lavages la supervision Hebdomadaire Ouverture des capots et vrification visuelle de ltat des toiles

Mensuel Nettoyage du prfiltre de leau de lavage. Ce poste peut atteindre une frquence hebdomadaire en fonction de la pression mesure ou de ltat du filtre lors de son nettoyage. Vrification visuelle des toiles et des buses de lavage : ouverture des capots, lancement manuel dun cycle de lavage et vrification de ltat du mdia filtrant et de luniformit des jets et de leur forme. Evacuation des dpts accumuls dans le bac eau traite par vidange de la cuve ou mise en route de la pompe boues.

Bi mensuel Lavage chimique ou manuel. Nettoyage des buses si ncessaire

En dehors dune maintenance prventive, des nettoyages rguliers des buses de lavage et un dcolmatage chimique ou manuel rgulier du mdia filtrant tous les deux mois sont ncessaires pour garder une toile en bon tat de filtration et viter la mise en charge du by-pass et le fonctionnement continu des lavages. Ces oprations sont lourdes en termes de temps dexploitation passs et bien prendre en compte lors du choix du procd.

En aide lexploitation, des amliorations doivent tre ralises au niveau du suivi du by-pass. Celui-ci doit tre instrument dun capteur de fonctionnement reli la supervision et son temps de fonctionnement repris au niveau des bilans journaliers. De mme pour le suivi de lvolution du % de lavages dans le temps qui est un excellent indicateur de ltat du matriau filtrant.

En conclusion, les procds mcaniques rustiques permettent datteindre de trs bons objectifs en termes dabattement de la pollution particulaire en traitement tertiaire condition toutefois que le traitement biologique soit performant, quune maintenance rgulire et prventive soit effectue et que le systme de by-pass soit instrument pour permettre une meilleure gestion de lensemble du systme.


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LISTE DES FIGURES

Figure 1. Carte des installations recenses en France et Outre-mer. ................................................................................. 18 Figure 2. Fibres tisses ...................................................................................................................................................... 19 Figure 3. Toile plisse (source : Siemens) ........................................................................................................................ 19 Figure 4. Fibres entremles ............................................................................................................................................. 20 Figure 5. Toile mtallique ................................................................................................................................................. 20 Figure 6. Filtre disques ................................................................................................................................................... 20 Figure 7. Filtre tambour ................................................................................................................................................. 21 Figure 8. Filtre disques (source Veolia) ......................................................................................................................... 21 Figure 9. Filtre disque (source Mecana) ......................................................................................................................... 22 Figure 10. Photos des trois Filtres tudis en vue de dessus (sites A, B, C) ..................................................................... 30 Figure 11. Vitesse de filtration en fonction de flux particulaire appliqu (dimensionnement) ......................................... 31 Figure 12. Photos des trois Filtres tudis (sites A, B, C) ................................................................................................. 31 Figures 13 et 14. MES de sortie en fonction de la vitesse de filtration et de flux particulaire appliqu (Mesures 24h) ... 34 Figures 15 et 16. MES de sortie en fonction de la vitesse de filtration et de flux particulaire appliqu (Pointes hydrauliques horaire des 3 sites) ....................................................................................................................................... 36 Figure 17. Evolution des MES entre/sortie de filtre (Mesmtre) durant les pointes de charge particulaire (site B) ....... 37 Figures 18 et 19. MES de sortie en fonction de la vitesse de filtration et de flux particulaire appliqu (Pointes de charges particulaires des 3 sites) .................................................................................................................................................... 38 Figures 20 et 21. MES de sortie en fonction du flux particulaire appliqu (mesures 24h et pointes des 3 sites) .............. 39 Figure 22. Vitesse de filtration en fonction du flux particulaire appliqu (mesures 24h et pointes des 3 sites)................ 39 Figure 23. Taux de lavage en fonction du flux particulaire appliqu (mesures 24h et pointes des 3 sites) ....................... 40 Figure 24. % de lavage horaire en fonction du flux particulaire appliqu (site C) ............................................................ 41 Figure 25. % de lavage en fonction du flux particulaire appliqu (site A) ........................................................................ 41 Figure 26. Evolution de la dure journalire de lavage et du dbit trait sur le site A ...................................................... 42 Figure 27. Evolution de la dure journalire de lavage et du dbit trait (site B) ............................................................. 42 Figure 28. Photos des pompes de lavage des trois filtres tudis (sites A, B, C) .............................................................. 44 Figure 29. Photos des by-pass amont des trois filtres tudis (sites A, B, C) ................................................................... 46

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1. Inventaire des filtres installs suivant les constructeurs .................................................................................. 17 Tableau 2. Inventaire des filtres installs selon les marques ............................................................................................. 17 Tableau 3. Performances annonces suivant les filtres pour une concentration en MES de leffluent traiter de 30 35 mg/l ................................................................................................................................................................................... 23 Tableau 4. Frquence minimale des oprations de maintenance ....................................................................................... 25 Tableau 5. Caractristiques des procds rencontrs ........................................................................................................ 26 Tableau 6. Paramtres de dimensionnement des sites de mesures .................................................................................... 28 Tableau 7. Objectifs de rejet en sortie station ................................................................................................................... 28 Tableau 8. Particularits des sites ..................................................................................................................................... 29 Tableau 9. Application tertiaire retenue ............................................................................................................................ 29 Tableau 10. Caractristiques et dimensionnement des sites .............................................................................................. 30 Tableau 11. Particularits des filtres en place ................................................................................................................... 32 Tableau 12. Taux de charge lors des mesures ................................................................................................................... 32 Tableau 13. IB et Voile de boue ........................................................................................................................................ 33 Tableau 14. Suivis 24h des 2 jours de mesures ................................................................................................................. 34 Tableau 15. Suivis 24h du paramtre phosphore .............................................................................................................. 35 Tableau 16. Pointes hydrauliques ..................................................................................................................................... 36 Tableau 17. Pointes de charges particulaires..................................................................................................................... 37 Tableau 18. Caractristiques des lavages .......................................................................................................................... 40 Tableau 19. Consommation nergtique ........................................................................................................................... 43 Tableau 20. Retours des eaux de lavage ........................................................................................................................... 44 Tableau 21. Oprations de maintenance ........................................................................................................................... 45 Tableau 22. Avantages des procds................................................................................................................................. 47 Tableau 23. Inconvnients des procds ........................................................................................................................... 48


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AFFINAGE DU TRAITEMENT DE LA POLLUTION PARTICULAIRE PAR LES PROCEDES MECANIQUES RUSTIQUES

DOCUMENT DEFINITIF


I. Traitement tertiaire

Le traitement tertiaire est une tape de traitement complmentaire place laval dun premier traitement biologique appel aussi traitement secondaire. Ce dernier tage de traitement peut faire appel des processus physiques (comme la filtration ou la dcantation), chimiques (comme lajout de ractifs) voire biologiques avec lutilisation dune biomasse puratrice. Le choix de ce traitement supplmentaire est fonction des objectifs de traitement recherchs sur linstallation.

A. Inventaire des principales techniques de traitement tertiaire en fonction des objectifs recherchs

1. Traitements complmentaires de lazote et du phosphore (voire des substances mergentes)

Sur une station de traitement des eaux uses, la finition du traitement de lazote ncessite de mettre en place une nouvelle tape de traitement de type biologique. Celle-ci peut faire appel des procds en cultures fixes (biofiltration, MBBR) ou en cultures libres (boues actives).

Dans le cas du traitement du phosphore, les techniques classes affinage du traitement prsentes ci-aprs permettent dabattre le phosphore par un apport de sels mtalliques (FeCl3) qui vont permettre la formation dun prcipit qui pourra tre retenu par dcantation ou filtration. De plus, la rtention de MES (composes en grande partie de bactries) participe aussi llimination du phosphore total puisque cest un des lments constitutifs de la biomasse retenue (MES).

Pour les substances mergentes, les principales filires retenues ce jour au stade R&D sont des techniques doxydation pousses comme lozonation ou des traitements par adsorption sur charbon actif.

2. Affinage du traitement sur la pollution particulaire

Il est li un objectif fort de protection du milieu rcepteur vis vis des MES et/ou du phosphore, lamont dune tape de dsinfection des eaux par UV afin de limiter lencrassement des lampes ou dans le cas dune rutilisation des eaux traites pour laquelle labattement en germes nest pas recherch.

Crneaux dapplication

o Protection du milieu rcepteur - Lorsquune concentration en MES infrieure 15 mg/l est demande en sortie de station et pour

des effluents traiter normalement concentrs.


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- Pour un niveau de rejet en phosphore total infrieur 1,5 mg/l. Labattement des MES est alors ncessaire puisquelles sont responsables dune partie du phosphore particulaire qui contribue au rejet en phosphore total. En effet, les MES sont constitues de 3 4 % de P total (do un rejet en PT de 1 1,2 mg de PT/l pour un rejet en MES de 35 mg/l). Il est noter que le rendement en phosphore et plus particulirement en ortho-phosphates est fonction du ratio Fe/P appliqu, du talon rfractaire en poly-phosphates et du phosphore constitutif des MES.

o Dsinfection des eaux Elle est ncessaire sur les sites dont le rejet est ralis dans un milieu rcepteur connaissant des activits nautiques humaines (zones de baignades, rafting, canyoning), ou daquaculture (piscicultures, conchyliculture).

La technologie couramment utilise est le traitement des eaux par ultra-violets avant leur rejet au milieu rcepteur. La dsinfection par ultra-violets permet dliminer les virus et les bactries des eaux traites. Pour cela, labattement des MES lamont du traitement UV est ncessaire pour une meilleure efficacit du dispositif. En effet, ce traitement est sensible la turbidit : plus la concentration en MES de leffluent est importante, plus lefficacit de la dsinfection est rduite. Les MES peuvent servir de bouclier aux virus qui ne seront pas liminer par les rayons ultra-violets, de plus elles limitent lefficacit des rayons en encrassant les lampes UV. Avant son rejet au milieu naturel, leffluent trait transite dans un canal (ouvert ou ferm suivant les cas) quip de lampes UV. Les rayons UV atteignent le noyau de la cellule (ils agissent sur lADN, lacide nuclique et les enzymes) et la duplication de lADN est arrte. Les micro-organismes, dont les pathognes, sont dtruits ou inactivs. Cette technique de dsinfection ne forme aucun sous-produit de traitement.

o Rutilisation des eaux uses fonction dune qualit sanitaire plus ou moins pousse La rutilisation des eaux uses peut permettre de mettre disposition une ressource en eau alternative pour lirrigation des cultures agricoles ou pour une activit industrielle. Elle est rglemente par larrt du 2 aot 2010 qui dfinit les normes respecter en termes de qualit et de rutilisation. Selon la qualit des eaux traites obtenues, diffrentes utilisations sont possibles (cf. annexe 1).

Technologies envisageables

Les technologies disponibles sur le march pour laffinage du traitement de la pollution particulaire sont de type physique ou de type physico-chimique.

Traitement physique : technologie de filtration

Il sagit de retirer les particules des eaux traites par filtration. Leffluent traverse un mdia filtrant qui va retenir les particules dont la granulomtrie est suprieure la maille de filtration. Ce mdia filtrant peut tre constitu de diffrents matriaux comme du tissu, du sable ou une toile mtallique. La filtration gnre une eau filtre dbarrasse des particules en suspension appele filtrat. Les particules retenues la surface du mdia filtrant, appeles gteau, sont rcupres par lavage et achemines en tte du traitement biologique.

Traitement physico-chimique : technologie de clari-floculation

Le clari-floculateur en tertiaire est install aprs un traitement secondaire biologique suivie dune clarification. Ce traitement est constitu de trois tapes : une coagulation, une floculation et une dcantation rapide sur un dcanteur lamellaire optimis (utilisation de micro-sable ou dune recirculation interne de flocs bien forms - cf. document technique FNDAE n 35). Ce tr aitement par clari-floculation est plutt rserv des collectivits de tailles importantes car il engendre des cots dexploitation plus levs en raison de lapport continu de ractifs chimiques.


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B. Cas des procds physiques daffinage du traitement

Les procds physiques daffinage du traitement sont appels filtres et il en existe actuellement trois grands types sur le march.

1. Filtres tamis.

Le mdia utilis pour la filtration est une toile. Elle peut tre fixe sur des disques indpendants les uns des autres ou sur un cylindre, appel alors tambour. La totalit de leffluent traiter traverse les mailles de la toile ; les MES sont retenues sur sa surface pour former un gteau de filtration qui va amliorer lefficience de la filtration pendant que leffluent filtr est rejet au milieu naturel. Ces procds mcaniques de filtration sont dit rustiques . Lorsque le filtre commence se colmater, le niveau de leffluent lentre augmente (perte de charge) et un capteur dclenche un cycle de lavage pour nettoyer la toile des MES retenues et les vacuer.

2. Filtres sable

- Filtres lavage discontinu Leffluent est distribu en continu en surface du filtre et traverse une couche de sable qui va retenir les particules. Pour viter son colmatage, un rtro-lavage est dclench sur horloge ou sur perte de charge. La filtration est alors interrompue et de leau filtre est injecte dans le filtre dans le sens oppos la filtration pour vacuer les MES piges au sein du sable. Leau de lavage, charge en MES, est rcupre et vacue hors du filtre.

- Filtres lavage continu Leffluent est distribu uniformment soit au centre du filtre sable par un systme de distribution radiale, soit en fond de filtre quil traverse de bas en haut. Les MES sont retenues au sein du massif de sable et leau filtre est vacue sur la partie suprieure du filtre par une canalisation ddie. Un cne daspiration plac en partie infrieure du filtre aspire le sable vers un airlift qui le conduit un systme de lavage spcifique. Le sable, lav par de leau filtre, est rintroduit dans le filtre. Ce systme permet une filtration en continu.

3. Filtres membrane

La filtration sur membrane (BRM : bio racteur membranes) est appele ultrafiltration et se fait sous pression. La maille est gnralement infrieure 1 m (de 0,07 0,4 m). Les membranes sont assembles en modules soit de type tubulaire (tube constitu de plusieurs fibres) soit de type plans (plaques). Leffluent traverse le module de filtration sous pression. Les particules en suspension plus grosses que la maille du filtre sont retenues. Leau filtre est appele permat. Le flux de MES retenu, appel rtentat, est vacu. Afin de prvenir le colmatage, des rtrolavages sont raliss rgulirement par injection de permat lintrieur des fibres dans le sens contraire de la filtration et un dbit suprieur au dbit de filtration. Des lavages chimiques sont galement raliss en nettoyage prventif ou de rgnration des membranes.

C. Autres applications des filtres sur toile envisageables

Les filtres tamis sont utiliss en traitement tertiaire mais on peut les retrouver galement dans dautres configurations de traitement.


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- Prtraitement des effluents Les filtres tamis installs se retrouvent communment sous lappellation prtraitements compacts (cf. document technique FNDAE n 28). En toile mtalliqu e, les mailles utilises sont comprises entre 600 et 1000 m.

- Traitement primaire Les mailles de filtre les plus frquemment utilises sont de lordre de 20 600 m.

- Traitement secondaire Un filtre tamis peut tre install laval dun MBBR (Moving Bed Biological Reactor), en remplacement dun flottateur ou dun dcanteur secondaire. Cette configuration peut tre utilise pour des MBBR traitant le carbone et lazote avec ou sans traitement primaire. Les mailles utilises sont alors comprises entre 40 et 60 m.

Un filtre tamis peut galement tre install laval dun disque biologique en remplacement du clarificateur secondaire.

- Filtration pour laffinage des micropolluants aprs floculation Afin de retenir les micropolluants, une tape de floculation peut tre mise en place pour la cration de flocs chargs de ces substances polluantes ; ceux-ci tant alors retenus laval par un filtre tamis.


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II. Tamisage tertiaire : technique de filtration sur toile A. Inventaire du parc

En France, les principaux constructeurs de stations de traitement des eaux uses ont tous installs des systmes de tamisage tertiaire (cf. Tableau 1).

Tableau 1. Inventaire des filtres installs suivant les constructeurs

Constructeurs Type de filtre install Marque Nombre dinstallations

Veolia MSE - OTV Discfilter

Rotoclean Tamis

Hydrotech (produit du groupe) Faivre Amiad

4 3 6

Degremont Filtre disque

DynaDisc Tamis SAF et EBS

Mecana NordicWater

Amiad

5 3 1

Vinci Environnement

Ultrascreen Forty-X

Axflow Siemens

3 1

Ternois Rotoclean Faivre 3 Stereau/Saur Rotoclean Tamis SAF et EBS

Faivre Amiad

1 3

Sogea Tamis SAF et EBS Amiad 2 Autres Tamis SAF et EBS Rotoclean

Amiad Faivre

2 4

Ainsi, on peut noter que 7 marques se partagent majoritairement le march des filtres tamis pour le traitement tertiaire en France (cf. Annexe 2).

En juillet 2011, nous avons pu recenser 40 sites quips de filtres tamis en traitement tertiaire et 69 filtres installs (Tableau 2). En effet, il peut y avoir plusieurs appareils installs en parallle sur un mme site.

Tableau 2. Inventaire des filtres installs selon les marques

Filtre Marque Nombre dinstallation Nombre de filtres installs Discfilter Hydrotech 4 5

Disque Mecana 5 8

DynaDisc NordicWater 3 3

Tamis Amiad 14 33

Rotoclean Faivre 11 16

Ultrascreen Axflow 3 3

Forty-X Siemens 1 1

On note que les installations les plus anciennes sont quipes de techniques de filtration sur toile mtallique (Amiad, Faivre), les technologies sur toile synthtique stant dveloppes plus rcemment.


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Guadeloupe 971 Martinique 972 Runion 974 Nouvelle Caldonie 98

Lgende. Ne sont reprsents sur cette carte que les installations pour lesquelles les constructeurs ont donn les rfrences.

Couleur Filtre Fiche de prsentation Vert Discfilter dHydrotech Annexe 3 Bleu Filtre disque de Mecana Annexe 4 Rose DynaDisc de NordicWater Annexe 5

Orange Tamis dAmiad Annexe 6 Rouge Rotoclean de Faivre Annexe 7 Mauve Ultrascreen dAxflow Annexe 8 Marron Forty-X de Siemens Annexe 9

Figure 1. Carte des installations recenses en France et Outre-mer.


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B. Diffrents types de filtres tamis

Les filtres tamis sont des filtres dont la toile (ou mdia filtrant) peut tre constitue de diffrents matriaux. De plus, ce mdia filtrant peut tre fix sur deux types de support comme des disques ou des tambours. Selon le type de filtre, lalimentation en eau est gravitaire ou non.

1. Mdia filtrant Le mdia filtrant utilis peut tre une toile en plastique (polyester, polyamide) ou une toile en inox.

o Toiles plastiques Deux types de toiles en plastique existent : en fibres tisses ou en fibres entremles. Les fibres tisses (Figure 2) quipent les appareils de 3 procds : Hydrotech, NordicWater et Siemens.

Figure 2. Fibres tisses

La fibre en plastique est tisse selon une maille choisie bien dfinie. Cest le type de toile la plus rpandue actuellement et elle peut tre utilise sur des supports disques ou sur des tambours.

La toile plisse (Figure 3) est utilise uniquement par la socit Siemens. Elle permet daugmenter la surface filtrante de 40 % par rapport une toile plane mais ncessite plus de buses de lavage.

Figure 3. Toile plisse (source : Siemens)

Les fibres entremles correspondent uniquement la technologie de marque Mecana (Figure 4).

Figure 1 - Toile tisse.


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Figure 4. Fibres entremles

Les fibres en plastique sont entremles de faon alatoire ce qui ne permet pas davoir une maille bien dfinie mais plutt une gamme de mailles comprises entre 8 et 12 microns. Cette toile est appele Poltissus pour la technologie Mecana.

o Toiles mtalliques En inox, elles sont fixes de faon plane sur des disques ou des tambours (Figure 5). Elles sont utilises par les procds Ultrascreen dAxflow, les tamis SAF et EBS dAmiad et le Rotoclean de Faivre.

Figure 5. Toile mtallique

2. Type de support

Il existe deux types de support pour les toiles filtrantes : les disques et les tambours.

- Le filtre disques (Figure 6) est le plus rpandu, en particulier pour les toiles plastiques planes, mais ce support est aussi utilis pour les toiles en fibres entremles.

Figure 6. Filtre disques

La toile est fixe sur des disques ou des segments de disques en plastique (procds de Mecana, NordicWater, Hydrotech et Siemens) ou mtallique (procds dHydrotech et dAxflow). Les segments de disque sont monts pour forms un disque complet. Les diffrents disques sont installs cte cte sur un


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cylindre ou sur un arbre permettant leur rotation au moment du lavage. Ils sont placs dans un tank accueillant leffluent. Les filtres disques permettent de traiter un dbit plus lev que les filtres tambours en raison dune surface de filtration plus importante ramene lencombrement du systme.

- Le filtre tambour a t le premier type de filtre tamis utilis en traitement tertiaire (Figure 7).

Figure 7. Filtre tambour

La toile, en inox pour le procd Faivre, est fixe sur diffrentes plaques indpendantes qui, une fois agences, forment un unique tambour mtallique plac dans un tank accueillant leffluent.

C. Fonctionnement des filtres tamis

Le fonctionnement des filtres est le mme quils soient disques ou tambour. Tous les filtres sont en rotation uniquement lors des cycles de lavage (except les tamis SAF et EBS dAmiad). Par contre, deux types de filtration sont possibles :

- leau traverse le mdia filtrant de lintrieur du filtre vers lextrieur. On parle de filtration In/Out ; - leau traverse le mdia filtrant dans le sens inverse, cest dire de lextrieur vers lintrieur, on parle alors de filtration Out/In.

1. Filtration In/Out Ce type de filtration concerne tous les filtres tamis except celui de la marque Mecana. Le filtre fonctionne immerg 50-60% de sa surface de filtration dans leau filtre (Figure 8).

Figure 8. Filtre disques (source Veolia)


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Leffluent entre dans le tambour ou dans le filtre disques au centre de celui-ci, puis traverse le mdia filtrant qui va retenir les MES de taille suprieures la maille de la toile, sur sa surface interne. Leau filtre se retrouve alors dans le tank lextrieur de la toile, et est vacue par surverse. Laccumulation des MES sur le mdia filtrant forme un gteau de filtration qui va augmenter lefficacit de la filtration jusqu son colmatage. En fonctionnement, le filtre se colmate progressivement. Le niveau de leffluent lintrieur du filtre augmente alors en raison de la perte de charge cre par le colmatage jusqu atteindre un niveau haut. Une sonde de niveau commande alors la rotation du filtre et le lancement dun cycle de lavage. Gnralement, un cycle de lavage est dclench sur une perte de charge comprise entre 20 et 30 cm de hauteur deau. Leau filtre est pompe en sortie douvrage pour alimenter la rampe de lavage quipe de buses et situe au-dessus des disques lextrieur du tambour. Le filtre en rotation, les jets deau sous pression vont dloger les MES piges lintrieur de la toile. Leau sale de lavage est rcupre par une goulotte spcifique situe lintrieur dans la partie haute du tambour et est renvoye en tte de station. Le dbit deau de lavage est compris entre 0,5 et 3 % du dbit filtr journalier. Les cycles de lavage sont normalement courts et frquents, fonction de la vitesse et du flux particulaire appliqus sur le filtre. Pendant le lavage, la filtration continue sauf pour le filtre tamis Amiad.

2. Filtration Out/In (procd Mecana) Contrairement aux autres systmes, le filtre est immerg 100 % dans leffluent traiter ce qui permet lutilisation en continu de toute la surface de toile installe. Leffluent traverse le mdia filtrant de lextrieur vers lintrieur (Figure 9).

Figure 9. Filtre disque (source Mecana)

Les MES sont retenues sur la face externe des disques et leau filtre est rcupre lintrieur de ceux-ci par une canalisation centrale puis vacue hors du filtre vers lexutoire. Le lavage est dclench sur un seuil de perte de charge dfinie par la diffrence de niveau entre leffluent entrant et leau filtre. Lorsque cette perte de charge atteint une valeur proche de 25 cm, un cycle de lavage est dclench. Le filtre se met alors en rotation lente. Les pompes daspiration situes lextrieur des filtres et quipes de tubes daspiration proches de la toile (une pompe pour deux disques) aspirent leau filtre se trouvant lintrieur. Leau circule alors contre-courant travers la toile ce qui permet den dcrocher les MES. Leau de lavage est vacue en tte de station. Les disques sont lavs successivement deux par deux ce qui permet de maintenir la filtration sur les autres disques non encore lavs. Ds quune partie des disques est dcolmate, la filtration est rtablie. Une pompe supplmentaire quipe le systme et vacue les MES qui ont dcant en fond douvrage. Le dbit deau de lavage est compris entre 0,5 et 3 % du dbit filtr journalier. Les cycles de lavage sont courts et frquents.


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D. Dimensionnement des tamis et performances escomptes

1. Dimensionnement des tamis Le dimensionnement des appareils varie selon les constructeurs. Mais les paramtres cls pris en compte sont gnralement les mmes, savoir : - La vitesse de filtration : elle est souvent comprise entre 8 et 13 m/h ou m3/m2.h sur la pointe, en fonction de la concentration en MES applique. - La concentration en MES de leffluent traiter: Elle varie entre 20 et 40 mg MES /l et intervient dans le choix de la maille. - Le flux entrant : chaque toile correspond un flux maximum au-del duquel elle risque de ne plus pouvoir filtrer efficacement. Le filtre ne pourra plus absorber le flux qui sera alors en partie by-pass lamont. Pour le filtre Mecana par exemple, le flux maximum appliqu est annonc 400 g de MES/ m de toile filtrante par heure.

2. Performances escomptes

En traitement tertiaire

Le tamisage tertiaire a pour objectif dliminer les particules en suspension de leau traite et non laffinage bactriologique. Les virus et les bactries dont la taille est infrieure un micron (0,4 m environ) ne sont pas limins car ils sont vingt fois plus petits que la maille la plus fine (8 m).

- Abattement en MES sans traitement physico-chimique

Les performances escomptes sur le particulaire sont fonction de la maille retenue mais aussi de la concentration en MES applique. Pour une concentration en MES de leffluent entrant de 30 35 mg/l, les performances escomptes sont rsumes dans le Tableau 3.

Tableau 3. Performances annonces suivant les filtres pour une concentration en MES de leffluent traiter de 30 35 mg/l

Nom du filtre (constructeur) Type Performances annonces (abattement des MES)

Discfilter (Volia) Disque 70 80 %

Toile (Mecana) Disque 80 90%

DynaDisc (NordicWater) Disque 70 %

Tamis (Amiad) Cylindre non communiqu

Rotoclean (Faivre) Tambour non communiqu

Ultrascreen (Axflow) Disque 80 %

Forty-X (Siemens) Disque 80 %

En tamisage tertiaire, les mailles utilises sont comprises entre 8 et 40 microns. Leffluent entrant a une concentration en MES faible correspondant au niveau de rejet obtenu en sortie dun clarificateur, soit de lordre de 30 35 mg/l au maximum. Aprs traitement sur des filtres mcaniques, il est possible dobtenir une eau de rejet contenant moins de 10 15 mg/l de MES.


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- Abattement du phosphore total

Afin dabattre le phosphore, et plus particulirement les ortho-phosphates, un coagulant est apport avant la filtration. Le rendement obtenu en phosphore est fonction du ratio Fe/P retenu (donc des doses de coagulant apportes), du talon rfractaire en poly-phosphates et du phosphore constitutif des MES. Gnralement, pour une concentration en MES de 10 15 mg/l en entre filtre, le taux dabattement est de 50 70 %. Pour une concentration en MES de 30 35 mg/l en entre filtre, le taux dabattement sur les MES est de lordre de 70 80 %. Les performances sur la rtention du phosphore sont uniquement fonction de labattement des MES en intgrant la part constitutif , de lordre de 3 4 % de phosphore plus la part des ortho-phosphates prcipits par lajout dun sel mtallique. Ainsi, sur ces installations, il est possible dobtenir une eau filtre contenant moins de 0.8 mg PT/l.

- Abattement des ufs dhelminthes

En traitement tertiaire, une maille comprise entre 10 et 18 m permet de retenir les ufs dhelminthes spcifiques des rejets particuliers (effluents dabattoirs, etc). La taille des ufs dhelminthes est comprise entre 20 et 100 m. La dsinfection par UV na aucune action sur les ufs et une barrire physique est ncessaire pour les liminer. Une maille de 10 m permet davoir une eau de rejet contenant moins dun uf dhelminthe par litre. Cinq des sept filtres recenss ont une maille assez fine pour retenir ces organismes.

Autres applications

- Traitement primaire

Les filtres tamis peuvent tre utiliss en traitement primaire sur des petites installations lorsque la compacit est recherche. Selon les concentrations en MES de leffluent entrant, le taux dabattement est variable. Pour un effluent ayant une concentration entre 200 et 300 mg/l de MES et une maille comprise entre 40 et 60 m, les performances annonces en terme de rendement sont les mmes que pour le traitement secondaire.

- Traitement secondaire aprs un MBBR

Dans cette configuration, la concentration de leffluent traiter est comprise entre 100 et 300 mg/l de MES. Lapport de ractifs chimiques (polymre et/ou coagulant) lamont nest pas obligatoire mais elle peut permettre damliorer les performances (80 90 % dabattement) ou daugmenter les vitesses de filtration.

- Traitement secondaire aprs des disques biologiques

E. Recommandations et exploitation

1. Recommandations

Si le filtre tamis est plac en prtraitement ou en traitement Iaire, un dgrillage amont de maille de 5 10 mm est fortement recommand. Pour un filtre install en traitement secondaire ou tertiaire, le dgrillage recommand est fortement dpendant de la filire retenue, par exemple une maille de 3 mm en amont de MBBR. Il est fortement conseill dviter tout pompage pour lalimentation des filtres tamis. Lorsque le filtre est tout de mme aliment par pompe, le choix de celle-ci est important pour ne pas dtruire les flocs forms. Ainsi, les pompes centrifuges faible orifice sont viter.


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2. Exploitation

Comme tout appareil mcanique, le bon fonctionnement des filtres demande un minimum de suivi en exploitation (Tableau 4).

Tableau 4. Frquence minimale des oprations de maintenance

Frquence des oprations Oprations

Toutes les semaines Vrification visuelle du filtre et de la pression deau de lavage au niveau du capteur de pression situ lamont des buses.

Tous les mois Vrification des toiles et des buses de lavage : ouverture des capots, lancement manuel dun cycle de lavage et vrification de luniformit des jets et de leur forme.

Tous les deux mois Lavage chimique ou quivalent (lavage sous pression pour le Discfilter et Siemens).

Lavage chimique

Une fois tous les deux mois environ, un lavage chimique peut tre effectu afin dliminer les dpts minraux et organiques accumuls sur la toile. Lacide chlorhydrique dilu 15 % et/ou leau de javel sont les produits les plus couramment utiliss.

Lalimentation du filtre est stoppe. Selon la configuration de lappareil, le produit est inject dans le filtre mme et un cycle de lavage spcial est lanc, soit les segments de tamis sont dmonts et mis tremper dans la solution chimique. Le temps de contact entre la toile et le produit doit tre compris entre 20 et 30 minutes.

Pour le filtre Mecana, un lavage manuel complet est effectu plusieurs fois par an. Ce dernier consiste dcrocher tous les segments de toile du tambour et, laide dune lance spcifique, nettoyer leau leurs faces sans enlever la toile filtrante des supports. Le nettoyage au jet sous pression est dconseill car il risquerait dendommager le mdia filtrant.

La dure de vie des toiles annonce est variable selon les constructeurs, mais une dure de vie moyenne de 3 ans est gnralement avance. Leur usure prmature est provoque par une pression applique sur la toile trop forte (perte de charge mal cale pour le dclenchement des lavages, suprieure 30 cm, buses de lavages en partie obstrues) et/ou par une frquence des lavages trop leve.

3. Cots

Les cots dinvestissement sont variables dun site un autre en fonction du dimensionnement, des options retenues et des contraintes du site. Par exemple, sur une installation en traitement tertiaire, cet quipement peut reprsenter un peu moins de 5 % du cot total de la file eau.

Les consommations nergtiques sont relativement faibles car elles sont uniquement lies la rotation des disques au moment des lavages et au fonctionnement de la pompe de lavage.


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F. Synthse des technologies

Une synthse des caractristiques des diffrents tamis dvelopps en France est prsente au Tableau 5 ci-dessous. Elle permet une premire comparaison des appareils rencontrs. Les performances sont annonces par les constructeurs pour une concentration en MES de leffluent entrant de 30 35 mg/l.

Tableau 5. Caractristiques des procds rencontrs

Marque Hydrotech Mecana Nordic Water Faivre Amiad Axflow Siemens

Mdia Polyester Polyamide Polyester Inox Inox Inox Polyester

Support Disque Disque Disque Tambour Tambour Disque Disque

Filtration In/Out Out/In In/Out

Immersion (%) 50-60 100 60 60 - 60 60 Maille* (m) 10 8-12 10 26 10 25 10

Taux dabattement de MES (%)

70-80 80-90 70 nc nc 80 80

Elimination des ufs

dhelminthes oui oui oui non oui non oui

Dbit deau de lavage (% du Q

entrant journalier)

0.1 3 0,5 1 nc 0,8 < 1 < 1 0,5 2

Filtration continue oui oui oui oui non oui oui

Lavage chimique oui/non non oui non oui oui oui

Dure de vie 3 ans 5 ans 3-4 ans nc 4 ans nc

* Mailles les plus fines pour chaque constructeur. nc : non communiqu

Ce tableau appelle les principaux commentaires suivants :

- Le mdia filtrant des filtres tamis est constitu soit dune toile plastique (polyester ou polyamide) soit dune toile inox.

- Les supports des toiles sont de 2 types : les disques ou les tambours. Les filtres disques se dveloppent de plus en plus et la toile mtallique cde la place la toile plastique. Les filtres les plus anciens sont les filtres tambour quips dune toile mtallique (Rotoclean de Faivre et les tamis SAF et EBS dAmiad).

- Les mailles utilises en traitement tertiaire sont comprises entre 8 et 26 m. La plus utilise tant celle de 10 m en toile plastique.


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- Deux types de filtration existent, de lintrieur vers lextrieur (In/Out) et de lextrieur vers lintrieur (Out/In). En filtration in/out, les filtres sont majoritairement immergs 50-60 % dans leau filtre et les MES sont retenues lintrieure du disque. La filtration Out/In nest utilise pour linstant que sur les filtres disque Mecana. Les filtres sont totalement immergs dans leffluent traiter, les MES sont retenues sur la face externe des disques. Ce systme permet lutilisation continue de la surface totale de la toile.

- Type de lavage : tous les filtres sont quips dun systme de lavages automatiques, dclenchs sur une perte de charge prdfinie comprise le plus souvent dans la fourchette 20 30 cm de hauteur deau. Les filtres se mettent alors en rotation et un lavage sous pression utilisant de leau filtre permet de dcolmater les toiles. La filtration est ainsi continue mme pendant le lavage (except pour les filtres Amiad).

- Les performances de traitement varient en fonction de la concentration de leffluent traiter et de la maille utilise. Pour des concentrations dentre filtre de lordre de 30 35 mg de MES/l, un taux dabattement moyen de lordre de 70 80 % sur les MES est annonc. De plus, les filtres ayant une maille de 10 m permettent dliminer galement les ufs dhelminthes.

- Lavantage principal des filtres tamis est leur compacit : ils sont peu encombrants au regard de leur surface de filtration leve (50 % plus compact et moins cher quun filtre sable classique) mais en terme de cot dinvestissement, leur utilisation est plus approprie sur des petites et moyennes installations, compar aux filtres sable.


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III. Rsultats des mesures sur sites

Trois sites quips dun traitement tertiaire mcanique dit rustique de technologie diffrente ont t choisis afin de raliser des mesures de performances et de mieux apprcier les paramtres de fonctionnement et les contraintes dexploitation de ces systmes. Afin dtre le plus exhaustif possible, trois tamis diffrents avec filtration continue durant les lavages et correspondants aux procds actuellement installs ont t retenus. De plus, ces sites devaient rpondre certains critres comme une taille reprsentative (> 10 000 EH), une mise en service de plus dun an et des applications du traitement tertiaire diffrentes (protection des UV, rejet en P, rejet en DCO). Le choix des sites a t ralis en accord avec les constructeurs. Ainsi les trois sites de mesure slectionns (sites A, B et C) sont quips en traitement tertiaire de filtres tamis de marque Mecana, Hydrotech et Faivre.

A. Caractristiques des sites retenus

1. Caractristiques des stations dpuration retenues

Les sites dtudes retenus sont des stations de traitement des eaux uses domestiques. Les donnes de dimensionnement de la filire de traitement sont prsentes au Tableau 6.

Tableau 6. Paramtres de dimensionnement des sites de mesures

A B C Date de mise en service 2010 2006 2011 Taille de linstallation 12 400 EH 70 000 EH 27 000 EH Q moyen entre 2740 m

3/j 114 m3/h

12640 m3/j 530 m3/h

4790 m3/j 200 m3/h

Q pointe entre file biologique 300 m

3/h 1470 m3/h

(2 files x 736 m3/h) 260 m3h

Charge en DBO5 traiter par la station dpuration 509 kg/j 4200 kg/j 1615 kg/j

On peut noter que les trois sites diffrent entre eux sur plusieurs points : deux sites sont relativement rcents, leur taille varie de 12 400 27 000 EH, et une installation est quipe de deux files de traitement biologique en parallle.

Tableau 7. Objectifs de rejet en sortie station

en mg/l A B C DBO5 15 / 16* 20 25 DCO 61 / 65* 90 125 MES 35 15 35 NT 15 15 15 PT 0.7 2 4 Niveau en MES annonc par le constructeur du Tamis < 10 15 < 15

* Temps sec / temps de pluie

On observe pour les sites A et B des objectifs de rejet plus ou moins contraignants qui expliquent limplantation dun tamisage tertiaire (Site A : paramtre phosphore et site B : paramtre MES). Son implantation sexplique, pour le site C, par la mise en place dune dsinfection qui a ncessit linstallation


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dun tamis lamont pour protger les lampes. Par contre, les constructeurs de tamis annoncent un niveau de rejet en MES infrieur 10 et 15 mg/l, soit infrieur aux seuils rglementaires pour les sites A et C.

2. Particularits des sites

Tableau 8. Particularits des sites

Paramtres A B C

Ractifs apports Dphosphatation bio +

dphosphatation physico chimique :

FeCl3 sur Q

Dphosphatation physico chimique :

FeCl3 sur cadence/dure

Dphosphatation physico chimique

PAX 18 sur cadence/dure

Point dinjection Bassin daration Bassin daration Recirculation Type de clarificateur amont racl Rimflo Suc, alimentation par pompage Vitesse ascensionnelle retenue sur le clarificateur 0.8 m/h 1.3 m/h 0.6 m/h Traitement UV en sortie de tamis Non Oui Oui Sonde en place sur la partie clarification Mesure de voile de boue /

Mesure de turbidit en sortie

Les trois sites sont quips dun clarificateur de technologie diffrente et dun apport de ractifs chimiques pour la dphosphatation (PAX 18 ou FeCl3). Cet apport en sels mtalliques permet de constituer des prcipits de FePO4 mais aussi de lester les flocs biologiques, ce qui reprsente une scurit au niveau des pertes de boues en sortie clarificateur vers ltage tertiaire. Enfin, deux sites (B et C) sont munis dun traitement UV pour labattement des germes pathognes avant rejet au milieu (avec comme norme de rejet pour le site B : 100 UFC / 100 ml pour Escherichia coli et les Entrocoques).

3. Applications tertiaires retenues

Ainsi, le choix de la mise en place dun traitement tertiaire rpond des objectifs diffrents selon les sites. Tableau 9. Application tertiaire retenue

A B C Protection du milieu rcepteur

uniquement (traitement du Carbone et du Phosphore)

Protection du milieu rcepteur (traitement du Carbone : part MES)

ET protection des UV Protection des UV uniquement

Maille de 8 12 m Maille de 10 m Maille de 26 m

Le choix des mailles en place est bien fonction des objectifs de traitement demands linstallation.

B. Caractristiques des quipements du traitement tertiaire

1. Dimensionnement

Suivant le site, le traitement tertiaire est compos de filtres tamis ou de tambours. De plus, les diffrentes possibilits dimplantation sont reprsentes avec un unique filtre, 2 files de traitement parallles quipes chacune dun appareil et 2 filtres pour un seul clarificateur.


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Les trois sites ont ainsi leurs caractristiques propres qui sont synthtises dans le tableau 10 suivant.

Figure 10. Photos des trois Filtres tudis en vue de dessus (sites A, B, C)

Afin de pouvoir comparer les appareils, les calculs de vitesses et de flux surfaciques appliqus sont raliss en prenant la surface totale du mdia filtrant mme si certains appareils ne sont immergs qu 50-60%. Durant les lavages, la surface totale est utilise pour permettre de filtrer en continu et de rduire la perte de charge. Ainsi, les vitesses et les flux surfaciques sont calculs sur 24 heures quelle que soit la dure des lavages et la technologie retenue.

Tableau 10. Caractristiques et dimensionnement des sites

A B C Type Mecana type SF 6/30 Discfilter HSF 22 Faivre Filtre 20/160

Nombre 1 tamis 2 files biologiques en parallle donc 2 tamis

(non connectable) 2 tambours en parallle

connects

Batterie de 6 disques Composs chacun de 6

segments

Batterie de 18 disques/file composs chacun de 14

segments

Unique Tambour constitu de 20 plaques

dmontables Systme de filtration Out / In In / Out In / Out Maille 8 12 m 10 m 100 m + 26 m (double peau) Matriau de filtration Poltissus Polyester Inox Diamtre 2.1 m 2.2 m 1.6 m Surface de filtration 1 x 30 m2 2 x 100.8 m2 2 x 10.04 m2 Vitesse de filtration retenue en m/h

Q pointe 10 7.3 12.9 Q moyen 3.8 2.6 10

Flux particulaire en g MES/m2.h pour 30 mg MES/l en entre (concentration maximale annonce par le constructeur *)

Sur le Q pointe 300 219 388 Sur le Q moyen 76 79 299

* : valeur orale pour le site C

Pour le site C, labsence de coefficient de pointe sexplique par une alimentation par pompage dbit constant du clarificateur, les variations hydrauliques tant gres par marnage sur les bassins biologiques de la filire amont. Lquipement du tambour par une double peau (100 m lintrieur puis 26 m lextrieur) nest pas standard mais spcifique au site. Il rpond la dtrioration du mdia filtrant par du sable rencontre lors de la mise en route de linstallation. Le systme de filtration, la nature du mdia filtrant, le diamtre des filtres, la maille ainsi que limmersion varient suivant le type dappareil install.


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La vitesse de filtration retenue au dimensionnement correspond la capacit hydraulique maximale du filtre, cest--dire un filtre en lavage continu (voir 90% du temps) sans by-pass amont. On observe que ces vitesses de dimensionnement (en m/h) sont diffrentes et varient de 7.3 13 m3/ m2 de toile par heure en fonction de la taille de maille installe. Il en va de mme pour le flux particulaire appliqu qui schelonne de 220 390 g MES/m2 de toile par heure (en prenant comme concentration maximale de fonctionnement annonce par les constructeurs en entre filtre une valeur de 30 mg MES/l).

Figure 11. Vitesse de filtration en fonction de flux particulaire appliqu (dimensionnement)

On observe une relation inverse nos attentes qui sexplique pour le site C en partie par une maille plus large et pour les sites A et B, par une technologie diffrente (filtre entirement ou partiellement immerg). Les diffrences entre sites peuvent aussi sexpliquer par une scurit de dimensionnement diffrente selon les constructeurs.

Figure 12. Photos des trois Filtres tudis (sites A, B, C)

En traitement tertiaire, les constructeurs dimensionnent leurs appareils pour une concentration dentre de 30 mg MES/l au maximum. Ils sont donc proposs en tertiaire, pour un abattement des MES aprs un traitement biologique au fonctionnement correct. En aucun cas, ces filtres mcaniques sont proposs et mis en place pour faire face un pisode de dysfonctionnement de ltage biologique par pertes de boues. Lors de ces pisodes, un by-pass install lamont des filtres fait office de protection de ltage de traitement tertiaire.


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2. Particularits

Lalimentation de ltage tertiaire laval du clarificateur est gravitaire pour lensemble des trois sites. Par contre certaines particularits sont releves suivant le systme en place.

Tableau 11. Particularits des filtres en place

A B C

Caractristiques du lavage Par aspiration Pression applique : 7.5 bars

Haute pression applique : 11 bars

Prsence dun prfiltre sur le rseau eau de lavage Non concern oui non

Point de retour des eaux de lavage

Pompage directe en tte du BA Via poste toutes eaux Via poste toutes eaux

Prsence de by-pass et information de son alimentation

Au niveau de louvrage, visible, sans information

A lamont, couvert et non visible, sans

information

A lamont, visible Avec alarme visuelle

(gyrophare)

Les trois procds font appel un lavage automatique asservi une mesure de perte de charge amont avec une diffrence au niveau de la pression de lavage entre les 2 systmes in/out et un lavage par aspiration pour le systme out/in. Les mesures de pertes de charge sont classiques avec la mise en place de poires de niveau ou, pour le site C, dune sonde radar protge en fourreau. De mme, les trois systmes sont quips de by-pass en cas de colmatage des toiles. Ce by-pass est videmment visible pour le filtre Mecana en labsence de couverture de louvrage et une information visuelle (gyrophare) est communique pour le site C. Par contre, il est non visible sur le site B. Sur lensemble des sites, lalimentation du by-pass nest pas transfre la supervision. Cette information est absente des bilans journaliers et difficile tracer au niveau des donnes enregistres en supervision.

C. Rsultats des mesures

1. Fonctionnement des installations

Lors de nos mesures sur ltage tertiaire, les caractristiques de fonctionnement des stations taient les suivantes :

Tableau 12. Taux de charge lors des mesures

A B C Hydraulique temps sec moyen journalier 82% - 110% 43% 82% Hydraulique temps sec pointe horaire 65% - 82% 33% 57% Hydraulique temps pluie pointe horaire 75% / /


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Le taux de charge hydraulique moyen journalier de temps sec des trois sites varie de 40 110%. Pour le site A, en priode de temps de pluie, un crtage vers le bassin dorage en sortie des prtraitements est mis en charge. Le dbit accept au biologique correspond alors au 2/3 du dbit de dimensionnement et permet un taux de charge hydraulique de 100% sur le tertiaire pendant et aprs la priode pluvieuse. Pour le site B, les mesures ont t ralises en priode sche. Pour le site C, les variations importantes de dbit horaire sont stockes sur les racteurs biologiques par marnage. Le dbit accept au clarificateur est rgul par pompage et peut sapprocher du dbit de dimensionnement en priode pluvieuse. Sur ce site, la pointe horaire mesure (57%) est malheureusement trop leve pour pouvoir fonctionner sur un unique tamis.

Tableau 13. IB et Voile de boue

A B C MES Sortie clarificateur (Entre tamis) 4.7 mg/l 4.4 mg/l 21 mg/l Vitesse ascensionnelle moyenne de fonctionnement 0.33 m/h 0.22 m/h 0.37 m/h Vitesse ascensionnelle limite calcule 0.93 m/h

0.52 + 26%** = 0.65 m/h 0.79 m/h

MES BA MVS BA

3.8 / 4.4 g/l 70.5 %

5.2 g/l 64.2 %

2.9 g/l 68.7%

IB ml/g MES 130 / 160 140 / 155 210 Voile de boue -3.75 m / surface -3.5 -3.75 / surface -2.6 -3 m / surface

* Vit asc = 2.56 e(-0.00193Vc) ** Rimflo : gain de 26% sur la vitesse ascensionnelle limite

On observe une faible concentration en MES en entre tamis pour deux sites. Paralllement, les vitesses ascensionnelles moyennes de fonctionnement reprsentent 35 et 47% de la vitesse limite des sites. Le taux de charge du clarificateur explique ainsi ces faibles valeurs en MES rencontres en entre tamis. Les trois sites sont quips dune boue active fonctionnant dans le domaine de laration prolonge. On note une concentration en MES dans les bassins daration anormalement leve compte tenu du taux de charge lexception du site C. Le faible taux de MVS pour le site B peut sexpliquer par un surdosage de ractifs chimiques et par un ge de boue trs important li une filire boue limite. LIB est lev sur le site C, les mesures ayant t ralises aprs une priode de dysfonctionnements biologiques et une chloration des boues de ltage biologique. La hauteur du voile de boue dans les clarificateurs est faible et sexplique par le taux de charge hydraulique faible, les IB correctes et la concentration en MES indiquant le peu de risque de pertes de boues de louvrage.

2. Suivis des performances du tamis

Sur chaque site, deux suivis 24h au minimum ont t raliss successivement avec la mise en place dchantillonneurs automatiques rfrigrs en entre et sortie de filtre. Pour le site C, le second suivi est dcoup en 2 priodes distinctes (alimentation dun filtre sur 4h puis de 2 filtres sur le reste de la journe).


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Tableau 14. Suivis 24h des 2 jours de mesures

A 1er jour - 2me jour

B 1er jour - 2me jour

C 1er jour - 2me jour

MES entre (mg/l) 4.7 - 5.9 4.4 2.9 21 - 15 MES sortie (mg/l) 3.8 - 3.4 2.4 2.4 19 - 13 Rendement (%) (Rendement mini. constructeur %)*

19 - 42 (> 66)

45 17 (> 50)

9.5 13 (>50)

Vitesse moyenne (m/h) (vitesse de dimensionnement en m/h)

4.18 3.14 (3,8)

1.24 1.16 (2,6)

6.9 - 7.8 (10)

Flux appliqu moyen (g MES/m2.h) (flux retenu au dimensionnement)

20 - 18 (76)

5.4 3.4 (79)

144 - 117 (299)

Flux limin (g MES/m2.h) 3.8 7.8 2.48 0.58 14 - 16 % de lavage (moteur tamis) 6.3% - 4% 65% - 29% 47% - 38% * : rendement calcul en prenant 30 mg MES/l en entre et le rejet en MES annonc par le constructeur Le taux de charge hydraulique des installations tant de lordre de 40 110%, les vitesses moyennes calcules sont infrieures celles du dimensionnement; lexception du site A. On note un flux particulaire appliqu variable mais trs faible dans lensemble (de lordre de 25%, 6% et 48% du dimensionnement) qui sexplique par des concentrations en MES en entre filtres trs faibles pour deux sites, indiquant ainsi un excellent fonctionnement du traitement biologique et plus particulirement du clarificateur situ lamont. Pour le site C, les concentrations dentre en moyen 24h sont mesures 15 et 21 mg MES/l, et sont rapprocher dun problme de floculation suite un rcent dysfonctionnement biologique. La diffrence de concentrations calcule entre lentre et la sortie se situe dans une fourchette de 0.5 3 mg MES/l quelle que soit la concentration dentre. Par contre, les rendements obtenus sont videmment fonctions de cette concentration dentre lexception du site C pour lequel ils sont identiques les deux jours. Les rsultats obtenus (abattement et rendement en MES) sont donc en de des donnes annonces par les constructeurs et sont rapprocher des concentrations en entre de filtres trs faibles, except pour le site C qui sexplique en partie par une maille plus leve et par un systme moins performant. Les rsultats obtenus sur ce site montrent quune maille de filtration de 26m en toile inox est insuffisante pour assurer un rejet infrieur 15 mg MES/l lors de problme de dcantation lamont. Le % de lavage journalier varie dun site lautre en fonction des systmes. Pour le site B, la chute du temps de lavage dun jour lautre sexplique par un lavage chimique des toiles entre les deux mesures.

Figures 13 et 14. MES de sortie en fonction de la vitesse de filtration et de flux particulaire appliqu (Mesures 24h)


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Lobservation des rsultats dauto-surveillance des sites en sortie dinstallation montre des concentrations en MES toujours infrieures aux normes de rejet ainsi quau seuil annonc par le constructeur (10 ou 15 mg/l).

Pour le traitement du phosphore, les rsultats obtenus sont rsums dans le tableau 15 suivant.

Tableau 15. Suivis 24h du paramtre phosphore

A B C Entre filtre (mg/l) Pt 0.41 / 1.1 / 0.77 0.65 0.4 / 0.42 P-PO4 0.31 / 0.91 / 0.63 0.17 0.02 /


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Tableau 16. Pointes hydrauliques

A B C Vitesse de pointe de dimensionnement (m/h) 10 7.3 12.9 Flux appliqu de dim. (g/m2.h) 300 219 388 Dure des pointes 24h* / 2h 1 pointe sur 1.5h 2h / 4h Vitesse (m/h) 7.35 / 10 1.5 9.9 / 12.9 MES entre (mg/l) 5.6 / 10 3.9 15 / 19 MES sortie (mg/l) 3.1 / 4 2.2 14 / 16 Rendement (%) 45 / 60 44 7 / 16 Flux appliqu (g/m2.h) 41.2 / 100 5.9 149 / 245 Flux limin (g/m2.h) 18.4 / 60 2.55 10 / 39 % de lavage (% temps) 14% / 100% 36% 65% / 97% * : mesure 24h en priode pluvieuse

Des pointes hydrauliques sont mesures sur le site A et testes sur le site C, avec des vitesses de filtration allant de 7.35 12.9 m/h, soit de lordre de 73 100% du dimensionnement des filtres. Les donnes mto ainsi que la configuration de la station durant la campagne de mesure ralise sur le site B (2 files indpendantes) nont pas permis de pousser hydrauliquement le filtre. Les diffrences de concentrations calcules entre lentre et la sortie se situent dans une fourchette de 1 6 mg MES/l suivant la concentration dentre ; rsultats proches des valeurs obtenues sur les moyens 24h. Les rendements obtenus sont de lordre de 45 60% pour les sites A et B et de 7 16% pour le site C. Paralllement, les frquences de lavages augmentent pour atteindre 100% du temps. Lors de la priode de dbits lgrement suprieurs au nominal, pour les sites A et C avec le fonctionnement sur 1 tambour au lieu de 2, le by-pass de ltage tertiaire est mis en fonctionnement. De plus, durant ces priodes, le lavage automatique des filtres est continu (97 - 100% du temps).

Figures 15 et 16. MES de sortie en fonction de la vitesse de filtration et de flux particulaire appliqu (Pointes hydrauliques horaire des 3 sites)

Bien que les vitesses testes soient infrieures au dimensionnement, les concentrations en MES mesures en sortie (hors by-pass) sont du mme ordre que celles obtenues lors des 24h. Les performances des filtres ne sont pas dtriores lors des priodes de pointes hydrauliques et sont plus lies au flux particulaire appliqu. Les taux de lavages journaliers des filtres (en % du temps) sont bien entendu fonction du flux particulaire appliqu sur ltage plutt que de la vitesse de filtration ; A lexception du site B pour lequel le taux de lavage est bien suprieur celui attendu et sexplique par un colmatage important des toiles.


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4. Pointes de charges particulaires exprimentes par apport de boue.

Afin de tester la rponse des filtres face une faible fuite de boue du clarificateur, des apports contrls de boue au niveau de lheure sont raliss en entre filtre. Pour cela, des boues du bassin daratio

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