Plan - ENGEESengees.unistra.fr/uploads/media/COMPARAISON2008.pdf · Lagunage naturel Lagunage aéré Cultures libres 11m 2/EH ... coût du traitement et de ... Dimensionnement

1

Catherine BOUTIN, Cemagref Lyon, IFORE février 2008

Éléments de comparaison techniques et économiques des filières d’épuration

adaptées aux petites collectivités

• Onze filières

• Contraintes liés au site

Catherine BOUTIN, groupement de Lyon du Cemagref Catherine BOUTIN, groupement de Lyon du Cemagref [email protected]


PlanPlan

� Contexte

� Les 11 filières

� Les 5 grandes familles de contraintes

� Conclusion

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Petites collectivités

� Pollution journalière émise de moins de 120 kg DBO 5 j-1

� En milieu rural, « l’Habitant » se définit comme suit :

21050-6050120g.j -1

PTNKMESDBO5DCOParamètres

Dans ces conditions, 120 kg DBO5 j-1 = 2 400EH

Raisonnement souhaitable en charge


Le décanteur – digesteur

Filière de traitement outraitement primaire avant certaines cultures fixées

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Boues activées

Cultures libres

Cm= 0,1kg DBO5/kgMVS.jCv=0,3kg DBO5/m3.j


Lagunage naturel

Lagunage aéré

Cultures libres

11m2/EH

(Ts=20j) +(Ts=4/5j)

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Disques biologiquesC= 8 g DBO5 m-2j-1

Cultures fixées sur support grossier

Lit bactérienC= 0,7 g DBO5 m-3j-1


Les procédés biologiques aérobies àcultures fixées sur supports fins

5


Filtres plantés de roseaux

Filtres enterrés

Cultures fixées sur support fin : sable

Infiltration-percolation sur sable

1,5m2/EH

3m2/EH

2-2,5m2/EH


Épandage souterrain

Cultures fixées sur support fin : sol en place

Épandage superficielS=f(K)

S=f(K)

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Contraintes

1. la nature des eaux usées à traiter,

2. les contraintes du milieu récepteur,

3. les contraintes naturelles du site,

4. les contraintes économiques et,

5. les contraintes subjectives.


1 Nature des eaux usées à traiter

� Quantitatif : variation de populationtaille : domaine d’application privilégié

� Qualitatif :réseau / stationdomestiques + industries agro-alimentaires.

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Domaine d’application privilégié... 50 100 200 300 400 500 1000 2000 3000 (EH)

DECANTEUR-DIGESTEUR

BOUES ACTIVEES EN AERATION PROLONGEE

LAGUNAGE NATUREL

LAGUNAGE AERE

LIT BACTERIEN

DISQUES BIOLOGIQUES

LITS D'INFILTRATION-PERCOLATION

FILTRES PLANTES DE ROSEAUX

FILTRES ENTERRESDomaine conseillé

EPANDAGE SOUTERRAINDomaine possible

EPANDAGE SUPERFICIEL

DECANTEUR-DIGESTEUR

LAGUNAGE NATUREL

LITS D’INFILTRATION-PERCOLATION

FILTRES PLANTES DE ROSEAUX

BOUES ACTIVEES EN AERATION PROLONGEE

LAGUNAGE AERE

LIT BACTERIEN

DISQUES BIOLOGIQUES


Filtres Plantés de Roseaux

Réseau : Séparatif ou partiellement unitaire

Extrait, Liénard 2004

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Lagunage

Réseau : unitaire, entièrement ou pour partieeaux usées non concentrées, pas d’industries



2 Contraintes du milieu récepteur

Correspondance entre niveaux de qualité et traitement

� Si exutoire de surface

� Si absence d’exutoire de surface

BA en AP,

Inf-perc,

FPR,

FE,

Ép sup, Ep sout

Lagnaturel

DB (8 g DBO5 m-2j-1)

LB(0,7g DBO5 m-3j-1)

Lag aéré

DDFilières

correspondantes

Carbone et nitrificationCarbonePrimaireType de

traitement

« D4 »« D3 »« D2 »« D1 »Niveaux qualité

Si zones sensibles : azote global (BA, Ep , lag nat) phosphore (lagunage ou BA + physico-chimieobjectif sanitaire (lagunage ou Inf-percolation)

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Variation saisonnière en NH4+… …

… et de la MO à cause des algues

Performances


Qualité du rejet :niveau « D4 »DBO5 25 mg.L-1, DCO125 mg.L-1

Nitrification complète, non étanchéification du 2éme étage envisageable si

absence d’exutoire de surface

Filtres Plantés de Roseaux


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Lagunage

Qualité du rejet : niveau « D3 »rendement 60% en flux en DCO

60% en flux en N Kjeldhalélimination de 60% PT si curage plus fréquent objectifs sanitaires possibles.


3 Contraintes naturelles du site

�étude préalable (pédologique, géologique et hydrogéologique):perméabilité du sol (lagunage), rejet dans le sous sol (filtres)

�pente naturelle : dénivelé d’au moins 3-4 m (siphons et ressuyage des filtres)

�climat : certaines filières sont sensibles aux très faibles températures

�emprise au sol : pour 400 EH intensifs ~ 200 m2 ;extensifs ~ 7 000 m2

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4 Contraintes économiques Tarif 2000

Coûts d’investissement des 11 filières

520

240187,5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

100EH 400EH 1000EH

Taille des collectivités

Eur

os p

ar E

H

Extrait FNDAE 22, données actualisées en € 2000


L'estimation des coûts

� Définition de prestations d’exploitation standard (2 gammes: 400 hab, 1000 hab)

Exploitation

� Estimation des dépenses énergétiques

� Estimation d’un coût d’exploitation pour 2 capacité s

BADBLB1000 hab

3X/s

400 hab

FPR

IP1000 hab

2X

/s

Epan sup

Epan sout

FE

400 hab

Lagaéré

Lag nat

DD

1000 hab

1X

/s

12


Coûts d’exploitation

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0en

€ 2

000

par

hab

400 Habitants 7,6 8,0 8,9 13,2 14,7 16,5 20,2 21,9 26,3 26,7 30,1

1000 Habitants 3,19 6,16 8,24 11,8 11,5 12 13,1 18,7

Esup

DD ES LN LA FEFPR

IP DB LB BA


Comparaisonexploitation annuelle / investissement

0,23

0,21 0,20

0,17

0,16

0,13

0,11

0,10

0,07

0,06

0,04

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

BA LB DB IP FPR FE LA LN ET ES DD

100EH

400EH

1000EH

187,5240520

1000EH400EH100EHBase pour investmédiane en €/EH

13


4,3 4,9 4,9 5,9 6,47,9

8,8 9,9

14,717,0

27,3

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

BA LB DB IP FPR FE LA LN ET ES DD

ans

100EH

400EH

1000EH

Comparaisoninvestissement / exploitation annuelle

187,5240520

1000EH400EH100EHBase pour investmédiane en €/EH

4-5 années d’exploitation=

investissement


Contraintes économiques

Rajouter

� frais financiers d’investissement,

� frais de renouvellement,

� éventuels frais de déplacement,

� acquisition éventuelle des réactifs nécessaires

� coût du traitement et de l’élimination des boues.

Tarif 2000

Coûts d’exploitation

Si personnel communal ou sans formation spécifique en électromécanique→→→→ techniques pouvant fonctionner sans énergie

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

Esu

p

DD

ES LN LA FE

FP

R IP DB LB BA

en €

200

0 pa

r ha

b

400 Habitants

1000 Habitants

Extrait FNDAE 22, données actualisées en € 2000

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Contraintes économiques

Qualité et quantité de boues extraites

10 ans

2 X par an

2 X par an

2 X par an

3 ans

1 X par an

1 X par an

10 à 13 ans

Fréquence extraction

Les boues extraites

LB, DB

Inf-perc

F.Ent, E.Sout

aéré

naturel

Filières

Agricole120 L/hab.≈ 5%

Agricole et adap plan

d’épandage

100 à 200 L/hab.

> 20 %aérobieFPR

Agricole80 L/hab.≈ 2,5% (épais.

statique)

aérobie + anaérobie

dans le siloBA

Agricole90 L/hab.≈ 5%anaérobieDig

Mat.vidange

400 L/hab.≈ 1%anaérobieFSTE

Agricole≈≈≈≈ 1 m3/hab.<< 1%anaérobie

?10 m3≈ 1%médiocre

Agricole1,2 à 3 m3/hab.<< 1%anaérobie

Lag

Destination à privilégier

Volume extraitSiccité

% de MSNature de la stabilisation


Accumulation de boues en FPR et évacuation

20 à 25 cm de boues à 25% MS et particulièrement bien minéralisées

Évacuation facile avec du matériel courant

Curage

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Curage de lagunage

Après vidange du surnageant les boues sont dirigées vers un point de pompage. …

et des tonnes à lisier…

… pour épandageagricole

Une telle pratique explique que

1- teneur moyenne en MS = 8.5%

2- volume de boues =110L/e.h./an

donc MS = 12kg/e.h./an

MS lagunage kg/e.h./an ≈ 2 X MS FPR kg/e.h./an

⇒ Moindre MINERALISATION

Curage


Conclusion / Coûts

En petites collectivités, l’exploitation (coût et moyens disponibles) a un poids très important.

Conduire le raisonnement de choix en coûts globaux (investissement + exploitation).

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5 Contraintes subjectives

� impacts olfactifs , auditifs visuels

� effet de « mode »


Comparaison Lagunage naturel / FPRv

minimum 4 m1 mDifférence de hauteur pour alim gravitaire

relativement complexe

relativement simple

Conception/construction

séparatif ou partiellement unitaire

unitaire ou très partiellement

séparatifRéseau

2 600 m²6 000 m²Emprise totale 400 hab

(1,2-1,5) + (0,8-1,0) m²/hab

(6-7) + 2,5 + 2,5 m²/hab

Dimensionnement usuel

Cultures fixéesCultures libresType de traitement

FPRvLagunage naturel

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Comparaison Lagunage naturel / FPRv

approx 20Lenviron 6kg MS

approx 110Lenviron 12kg MS

Boues en hab -1.an-1

après 13/14 ans de fonctionnement

nonpossible niveau

baignadeGT contamination

fécale

20% par assimilation bactérienne

(apatite dans FPRh)

60% si curage tous les 5 ans

Pt

N-Nk<10mg. L -1

N-NO3- >>>>en début

d’alimentation

NGL=N-NK= faible en été= 25 mg.L -1en hiver

N

stable dans le tempsvariable selon les

saisonsQualité du rejet

25 mg.L -1DBO5125 mg.L -1DCO

en flux :60% DCO,60% NK

Objectifs

FPRvLagunage naturel


Conclusion1. ne pas privilégier une ou plusieurs filières à priori

2. à l’inverse, aucune n’est à proscrire avant analyseIl existe une multitude de situations particulières,

chaque analyse est spécifique. Impossibilitéd’établir une logique unique et généralisable au niveau national.

Avec une bonne connaissance de la situation et des techniques disponibles, envisager des filières mixtes et organiser leur agencement en fonction des contraintes du site.

La comparaison nécessaire conduit à définir non pas la meilleure solution mais le meilleur compromis.

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Toute filière, aussi simple soit elle, doit faire l’objet d’une exploitation et d’un entretien réguliers sans quoi, les objectifs qui ont guidé son choix et son implantation, ne pourront être atteints.

Merci pour votre attention!!!Merci pour votre attention!!!

Documents

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