Conception et étude de choix d'une station d'épuration des eaux usées du Centre Militaire TIFNIT à Agadir

UNIVERSITE HASSAN II de CASABLANCA
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES MOHAMMEDIA
DEPARTEMENT GENIE DES PROCEDES ET ENVIRONNEMENT
Projet de Fin d’Etudes
Pour l’obtention du Diplôme Master Sciences et Techniques
Spécialité :
Sciences et Gestion de l’Environnement (SGE)
Présenté par :
MOUCHTAK IMANE
Soutenu publiquement le 21 Juin 2018 devant les membres de Jury :
M. O. AZOUAZI
Société WATEC Mohammedia
Encadrant
Pr. A. MADINZI
Faculté des Sciences et Techniques de Mohammedia (FSTM)
Encadrant
Année Universitaire 2017 - 2018
Dédicaces
Que ce travail témoigne de mes respects :
A mes parents :
Grâce à leurs tendres encouragements et leurs grands sacrifices, ils ont pu créer
le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études.
Aucune dédicace ne pourrait exprimer mon respect, ma considération et mes
profonds sentiments envers eux.
Je prie le bon Dieu de les bénir, de veiller sur eux, en espérant qu’ils seront
toujours fiers de moi.
A ma sœur Hidaya et mon frère Yahya :
Pour leur soutien et tous les bons moments qu’on a passé ensemble.
A mon cher ami Zakaria :
Pour son soutien inestimable et son profond attachement qu’il n’a cessé de me porter
tout au long de mon parcours universitaire.
A toute ma promotion :
Ils vont trouver ici le témoignage d’une fidélité et d’une amitié infinie.
A tous mes professeurs du département Génie des Procédés et Environnement :
Leur générosité et leur soutien m’oblige de leurs témoigner mon profond respect
et ma loyale considération.
Remerciements
A l’issue de mon stage, je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribué
de près ou de loin au bon acheminement de cette formation.
Monsieur Mohammed AMINE, Directeur de la société WATEC, pour
l’opportunité de stage et l’expérience enrichissante que j’ai vécue durant ces quatre
mois.
Je tiens à remercier tout particulièrement M. Oqba AZOUAZI, mon superviseur
professionnel, chargé d’affaire du département traitement des eaux usées, pour son
accueil et la confiance qu’il m’a accordée dès mon arrivée. Je suis reconnaissante pour
le temps qu’il m’a consacré tout au long de cette expérience enrichissante en
répandant à toutes mes questions ; sans oublier son encadrement et sa participation au
cheminement de ce rapport.
Mes remerciements vont aussi à tout le personnel de la société WATEC, qui ont
facilité mon travail durant toute la période de stage.
Mes remerciements s’adressent également aux professeurs du département GPE
A Monsieur Abdelaziz MADINZI, professeur à l’FST de Mohammedia et tuteur de
PFE, pour avoir rempli parfaitement ce rôle et pour les orientations précieuses dont il
m’a fait part et qui ont contribué à l’aboutissement de ce travail.
Par la même occasion, mes remerciements à Madame Latifa MOUHIR,
Coordinatrice du MASTER, pour ses efforts, sa patience et son encouragement tout
au long de notre formation,
Mes vifs remerciements vont également aux membres du jury d’avoir accepté
d’examiner ce travail et de l’enrichir par leurs propositions.
Enfin je tiens également à remercier toutes les personnes ayant apporté leurs aides
et collaborations pour la bonne réussite de mon projet de fin d’études.
Résumé
Pour réaliser les opérations d'assainissement, une liste de choix s’établit entre plusieurs filières
de traitement. Ce choix est d’autant plus sensible entre plusieurs types de station d'épuration qui
présentent, chacune, à la fois des avantages et des limites, qu'ils convient d'apprécier en tenant
compte des contraintes environnementales et technicoéconomiques locales.
Ce mémoire se fixe pour objectif l’étude d’une filière de traitement des eaux usées avec une
synthèse comparative entre le procédé à Boues Activées et celui à SBR conçu pour le traitement des
eaux usées au Centre Militaire TIFNIT. Ce projet comporte à la fois l’étude technique et financière
de ces procédés de traitement.
La filière conçue se compose donc de quatre unités : une unité de prétraitement ; une unité de
traitement biologique ; une unité de traitement tertiaire et une unité de traitement des boues. Elle
nous garantit un rendement d’abattement minimum de 98% en MES, et 95% en DCO et DBO5, avec
un cout d’investissement de 3,768 Millions de DHs et une estimation de coût d’exploitation de 5,38
DHs par mètre cube d’eau.
Mots clés : Eaux usées, procédé de traitement, procédé à boues activées, RBS, MES, DCO,
DBO5.
Abstract
To achieve wastewater treatment operations, a list of choices between several
treatment channels is established. This choice is all the more noticeable as each
technique has both advantages and limits, that it is necessary to appreciate taking into
account local environmental and technical-economic constraints.
This memory had for objective the study of a wastewater treatment system with a
comparative synthesis between the Activated Sludge process and the SBR process
designed for the treatment of wastewater at the TIFNIT Military Center. This project
involves both the technical and financial study of these treatment processes.
The conceived sector thus consists of four units: pretreatment unit, biological
treatment unit; tertiary unit; and unit of treatment of muds. She guarantees us a yield on
minimum dejection of 98 % in MES, 95 % in COD and BOD5, with a capital cost of
3,768 Million DHs and an estimation of operating cost of 5,38 DHs per cubic meter of
water.
Keywords: Wastewater, treatment process, activated sludge process, SBR, SM, COD, BOD5.
Liste des abréviations
T°
Temperature
°C
Degré Celsius
DCO :
Demande Chimique en Oxygène.
DBO :
Demande Biochimique en Oxygène.
MES :
Matière En Suspension.
MVS :
Matière Volatil en Suspension.
MMS :
Matière Minéral en Suspension
NTK:
Azote Kjeldahl.
PT:
Phosphore total.
MO:
Matières Organiques.
SO4:
Sulfate.
NO2:
Nitrite.
NO3:
Nitrate.
NH4+:
Ammonium.
STEP :
Station d’Epuration.
BA :
Boues Activées
RBS :
Réacteur séquentiel discontinue.
REUE :
Réutilisation des eaux usées épurées.
ERU :
Eaux résiduaires urbaines.
Qm :
Débit Moyen Horaire.
Qp :
Dépit de pointe.
Qd :
Débit Diurne.
Si :
Siccité
Liste des figures
Figure 1 : Siège WATEC Mohammedia ............................................................................................3
Figure 2 : Organigramme de WATEC ...............................................................................................5
Figure 3: : schéma d’un traitement préliminaire d’une STEP [14]. .................................................18
Figure 4: schéma d’un dégrilleur [13].............................................................................................18
Figure 5 : Schéma synoptique d'un dessableur/dégraisseur .............................................................19
Figure 6: Photo d’un décanteur primaire t [a3] ................................................................................20
Figure 7 : Schéma d'une coupe transversale d'un système classique de lagunage [a5]. ..................22
Figure 8 : Synoptique d'une station d'épuration comportant un lit bactérien ...................................24
Figure 9 : Synoptique d'une station d'épuration comportant un disque biologique .........................25
Figure 10: Schéma de principe du procédé Boues Activée. ............................................................27
Figure 11 : Configuration du réacteur en fonction de la composition de l’effluent.........................27
Figure 12: Schéma de fonctionnement du réacteur biologique séquentiel [31]. ..............................31
Figure 13 : Décanteur secondaire [a4] .............................................................................................32
Figure 14 : Etape d'épaississement des boues par flottation (29) ...................................................35
Figure 15 : Table d’égouttage [19] ..................................................................................................36
Figure 16 : Schéma d’un épaississeur circulaire [30] ......................................................................37
Figure 17 : Schéma bloc de la filière de traitement .........................................................................43
Figure 18 : Schématisation du dégrilleur .........................................................................................54
Figure 19: Schéma bloc de la filière Boues Activées ......................................................................65
Figure 20 : Schéma d’un épaississeur ..............................................................................................88
Figure 21: Schéma du filtre presse (EMO) ......................................................................................92
Figure 22: Schématisation des plateaux et chambres du filtre presse ..............................................97
Figure 23: : Filtre à charbon actif...................................................................................................102
Figure 24 : Diagramme des longueurs d'onde des ondes électromagnétiques ...............................105
Figure 25 : Schéma d’un réacteur piston avec distribution de l’intensité et trajectoires rectilignes
........................................................................................................................................................106
Figure 26 : illustration d'un poste de relevage ...............................................................................109
Figure 27 : Illustration d'un séparateur à graisses horizontale .......................................................110
Figure 28: Illustration d'une cuve de traitement biologique ..........................................................111
Figure 29:Illustration du filtre presse (TORO) ..............................................................................114
Figure 30 : Illustration de la trémie du dosage de la chaux ...........................................................115
Liste des tableaux
Tableau 1 : Projets réalisés par la société WATEC .........................................................................10
Tableau 2 : Avantages et Inconvénient du procédé lagunage ..........................................................23
Tableau 3:Avantages et inconvénients du procédé Lits bactériens..................................................24
Tableau 4 : Avantages et inconvénients du procédé Disque biologique..........................................26
Tableau 5 : Avantages et inconvénients du procédé à Boues Activées ...........................................29
Tableau 6 : Avantages et Inconvénients du procédé SBR ...............................................................31
Tableau 7 : Avantage et inconvénient des techniques de traitement des boues avec les siccités
attendues...........................................................................................................................................38
Tableau 8 : Caractéristiques des eaux usées à traiter .......................................................................42
Tableau 9 : Valeurs du niveau de traitement requis .........................................................................42
Tableau 10 : Valeurs des débits et charges des eaux à traiter ..........................................................48
Tableau 11 : Caractéristiques dimensionnels du poste de relevage .................................................52
Tableau 12 : Valeurs du coefficient de la forme des barres .............................................................57
Tableau 13 : Caractéristique dimensionnelle du dégrilleur .............................................................58
Tableau 14 : Caractéristique dimensionnelle du dessableur – Dégrilleur ........................................63
Tableau 15 : Classement des procédés à Boues Activées ................................................................64
Tableau 16 : Avantages et inconvénients des classe du procédé à Boues Activées. .......................64
Tableau 17: les charges hydrauliques et polluantes d’une ligne du traitement biologique ..............65
Tableau 18 : Critères de biodégradabilité d'un effluent ...................................................................66
Tableau 19 : Charge massique en fonction du rendement de la DBO5 ...........................................67
Tableau 20: valeurs de a' et b' en fonction du type de traitement par Boues Activées ....................70
Tableau 21 : Caractéristiques dimensionnelles d’une ligne de bassin d'aération ............................73
Tableau 22 Caractéristiques dimensionnelles du clarificateur :......................................................77
Tableau 23: valeurs de a’ et b’ en fonction du type de traitement par boues activées .....................78
Tableau 24 : Bilan des boues des deux bassins d’aération ..............................................................81
Tableau 25 : Caractéristiques dimensionnelles du réacteur (SBR) ..................................................86
Tableau 26 : Matrice de priorité des deux variantes de traitement biologique ................................87
Tableau 27 : Caractéristiques dimensionnelles de l’épaississeur statique .......................................91
Tableau 28 : Doses de la chaux utilité dans le filtre presse selon chaque type des boues ...............93
Tableau 29 : Densité des boues en fonction de la siccité .................................................................96
Tableau 30 : Caractéristiques dimensionnelles du filtre presse .......................................................99
Tableau 31 : Les caractéristiques du filtre à sable .........................................................................100
Tableau 32 : Caractéristiques dimensionnels du filtre à sable .......................................................101
Tableau 33 : Les caractéristiques du filtre à charbon actif ............................................................103
Tableau 34 : Caractéristiques dimensionnels du filtre à charbon .................................................104
Tableau 35 : : Les caractéristiques la lampe UV en fonction du débit de l’eau.............................107
Tableau 36 : Caractéristiques dimensionnels du réacteur UV ......................................................107
Tableau 37 : Automatisme et supervision des installations de la STEP ........................................116
Tableau 38 : Bilan du coût d’investissement .................................................................................119
Tableau 39 : Bilan de consommation énergétique .........................................................................121
Tableau 40 : Bilan des coûts de la consommation énergétique .....................................................122
Tableau 41: Bilan des frais de mains d’œuvre et la maintenance ..................................................123
Tableau 42: Bilan global du coût du fonctionnement ....................................................................123
SOMMAIRE
Résumé
Liste des abréviations
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction générale ................................................................................................ 1
Chapitre I : Présentation de l’organisme d’accueil
Introduction ............................................................................................................................ 3
Généralités sur la société ......................................................................................................... 3
Statut .................................................................................................................................. 4
Structure et organisation de WATEC ................................................................................. 5
Département piscine et bien être ................................................................................................................... 5
Département Traitement des eaux de process :............................................................................................. 6
Département pompage et assainissement...................................................................................................... 7
Département épuration des eaux usées ......................................................................................................... 8
Agences WATEC .................................................................................................................... 9
Projets réalisés .................................................................................................................. 10
Objectif du projet de fin d’étude ....................................................................................... 11
Chapitre II : Généralités
Introduction .......................................................................................................................... 13
Généralités sur les eaux usées : ............................................................................................. 13
Définitions .................................................................................................................................................. 13
Définitions des principaux critères de pollution des eaux usées ................................................................. 13
Traitement des eaux usées ................................................................................................. 16
Objectif du traitement des eaux usées ......................................................................................................... 16
Les procédés de traitement des eaux usées ................................................................................................. 17
Conclusion ........................................................................................................................ 39
Chapitre III : Dimensionnement de la station d’épuration des eaux usées
Problématique : .................................................................................................................... 41
Cahier de charge de la station d’épuration à dimensionner .................................................. 42
Caractéristiques des eaux usées à traiter ..................................................................................................... 42
Niveau de traitement requis ........................................................................................................................ 42
Description technique de la filière de traitement ........................................................................................ 43
Calcul des débits et charges polluantes : ........................................................................... 45
Débit moyen horaire ................................................................................................................................... 45
Débit de pointe horaire : ............................................................................................................................. 45
La charge polluante en DBO5 .................................................................................................................... 45
La charge polluante en DCO ...................................................................................................................... 46
La charge polluante en MES ....................................................................................................................... 47
Conclusion .................................................................................................................................................. 48
Poste de relevage ............................................................................................................... 49
Volume de la bâche de relèvement ............................................................................................................. 49
Hauteur Manométrique totale ..................................................................................................................... 49
Puissance de la pompe ................................................................................................................................ 51
Conclusion .................................................................................................................................................. 52
Filière de prétraitement ........................................................................................................ 53
Dégrilleur .................................................................................................................................................... 53
Dessableur – Dégraisseur ........................................................................................................................... 59
Traitement Biologique : .................................................................................................... 64
Variante N°1 : filière de traitement par Boues Activées ............................................................................ 64
Variante N°2 : Filière SBR : Réacteur séquentiel discontinu ..................................................................... 82
Comparaison entre les deux variantes : ...................................................................................................... 87
Filière de Traitement des boues ........................................................................................ 88
L’épaississeur statique ................................................................................................................................ 88
Le filtre presse ............................................................................................................................................ 92
Filière de traitement tertiaire .......................................................................................... 100
Filtre à sable.............................................................................................................................................. 100
Filtre à charbon ......................................................................................................................................... 102
Désinfection par Ultraviolet ..................................................................................................................... 105
Chapitre IV : Etude technico-économique de la STEP
Etude technique .................................................................................................................. 109
Poste de relevage ...................................................................................................................................... 109
Dégrilleur automatique ............................................................................................................................. 110
Dessableur Dégraisseur ............................................................................................................................ 110
Traitement biologique ............................................................................................................................... 111
Station de traitement tertiaire .................................................................................................................... 112
Unité de traitement des boues ................................................................................................................... 114
Electricité et automatisme ................................................................................................... 116
Armoire électrique .................................................................................................................................... 116
Automatisme et supervision ..................................................................................................................... 116
Système de sécurité .................................................................................................................................. 118
Coûts d’investissement .................................................................................................... 119
Coûts de fonctionnement................................................................................................. 121
Consommation énergétique ...................................................................................................................... 121
Mains d’œuvre et maintenance ................................................................................................................. 123
Coûts totaux d’exploitation ....................................................................................................................... 123
Conclusion générale .............................................................................................. 124
Bibliographie .......................................................................................................... 125
Webographie .......................................................................................................... 127
ANNEXES .............................................................................................................. 128
Introduction générale
Par définition, l’épuration est le processus d’élimination des contaminants d’une eau
domestique ou industrielle, que ce contaminant soit organique ou inorganique.
Cette dépollution répond précisément aux deux principaux intérêts à savoir, protéger la santé
humaine et préserver les ressources en eau et le patrimoine naturel du milieu récepteur. Quel que
soit le type des eaux usées. Elles doivent subir un traitement adaptable, avant leur rejet dans le
milieu naturel. Le choix d’un processus de traitement des eaux usées dépend de plusieurs critères.
La Maroc dispose de ressources en eau suffisantes pour satisfaire nos besoins en quantité.
C'est dans la détérioration de leur qualité où réside le risque. Trop polluées, nos réserves d'eau
pourraient ne plus être utilisables pour produire de l'eau potable, sinon à des coûts très élevés, du
fait de la complexité des techniques pour en restaurer la qualité. C'est pourquoi il faut "nettoyer"
les eaux usées pour limiter le plus possible la pollution de nos réserves en eau : rivières, lacs et
nappes souterraines.
Encore faut-il signaler que l’assainissement a pour fonction de protéger la santé humaine et la
qualité de la vie, grâce au traitement des eaux, les cours d’eau et les eaux de baignade sont protégés
contre la présence de virus ou des bactéries qui peuvent propager des maladies, plus que ça il
contribue d’une façon décisive à maintenir la qualité des activités liées à l’eau, dans les rivières et
lieux de baignade, sans oublier le rôle de l’eau dans l’agriculture et l’industrie.
Le présent rapport traite une étude de choix d’un procédé de traitement des eaux usées du
Centre Militaire TIFNIT, à savoir le procédé à Boues Activées et celui à SBR.
Le présent rapport est organisé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre comporte une
présentation de l’organisme d’accueil à savoir la société WATEC. Le deuxième chapitre aborde
des généralités sur les eaux usées, et les différents types de traitement de ces eaux. La procédure
de dimensionnement de la filière de traitement des eaux a fait l’objet du troisième chapitre. Le
dernier chapitre, traite d’une description technique des équipements de la station proposé, ainsi
qu’une étude financière comprenant les coûts d’investissement et d’exploitation de celle-ci.
Rapport PFE
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Chapitre I : Présentation de l’organisme
d’accueil
Rapport PFE
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Introduction
Dans ce premier chapitre nous allons présenter non seulement les principaux événements
l’ayant marqué l’entreprise, mais aussi les divers départements de l’entreprise en abordant les
constituants et les missions de chaque département.
Ce chapitre comprendra aussi les diverses agences desquelles dispose WATEC, ainsi qu’une
vue générale sur l’organigramme de l’entreprise, les moyens humains permanents ainsi qu’un
tableau regroupant l’ensemble des projets réalisés par l’entreprise.
Généralités sur la société
Depuis sa création en 1987, la société WATEC ; Water Technologie s’est spécialisé dans le
traitement général et la technologie de l’eau. On compte actuellement cinq agences implantées
dans les régions d’Agadir, Marrakech, Fès, Casablanca et Mohammedia.
Reconnu pour son expertise, WATEC a toujours su mettre le client au centre de son projet
d’entreprise, avec une volonté infaillible d’apporter plus de services et de solutions techniques à
ses partenaires.
Plus de 100 employés œuvrent pour apporter aux clients particuliers et professionnels, à
l’industrie, à l’hôtellerie et aux collectivités la sécurité, l’hygiène et la santé maximale lors de leurs
contacts quotidiens avec l’eau, et ce, grâce à des technologies innovantes, économiques et
écologiques.
Figure 1 : Siège WATEC Mohammedia
Rapport PFE
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Aujourd’hui, WATEC a élargi son champ de travail en couvrant ainsi plusieurs
domaines à savoir la vente des équipements nécessaires pour la construction de
piscines, la fabrication des saunas en bois et divers types de traitement d’eau sans
oublier la mise en service et l’installation de tout type de pompe.
Le 9 février 2016 fut une date historique pour WATEC, vu que ce jour même SM le
Roi Mohammed 6 a inauguré à Dakhla d’importants projets d’assainissement liquide et
d’alimentation en eau potable d’un coût global de 945 MDH, un projet réalisé par
WATEC par excellence ce qui a engendré l’évolution remarquable de la société au
niveau national.
Statut
Société
: WATEC (Water Technologies)
Directeur Général
: M. Mohamed AMINE
Date de création
: 1987
Capital social
: Société Anonyme
Capital
: 15 000 000 MAD
Activités principales
: Traitement des eaux, Pompage hydraulique,
Stations d’épurations, Piscine et bien-être
Siège Social
: Lot 282 Zone Industriel Sud-Ouest Mohammedia
Effectif total
: 60 à 170 personnes suivant les chantiers
Numéro C.N.S.S
: 12688649
Registre de Commerce de Casablanca
: N° 51549
Numéro d’Identification Fiscale
: 01620592
Rapport PFE
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Structure et organisation de WATEC
La structure de la société se décompose en quatre départements distincts opérant
chacun dans un domaine précis. La figure présente l’organigramme de la société
WATEC.
Direction Générale
Département
informatique
Dép. piscine et
bien être
Service
Electrique
Département
commercial
Dép. Traitement
des eaux de
process
Service
Hydraulique
Dép. pompage et
assainissement
Service ventes
Département
financier
Dép. épuration
des eaux usées
Service Après
ventes
Ressources
humaines
Service
comptabilité
Service
Imports
Service
Achats
Figure 2 : Organigramme de WATEC
Département piscine et bien être
Le département piscine et bien-être s’occupe de la réalisation des projets de piscine, sauna, spa,
fontaine et cascade, en vente et ou installation des différents équipements.
Piscines
Les différents accessoires et équipements nécessaires pour la construction des piscines sont
disponibles chez WATEC, en vente et en installation pour les projets clés en main (construction
des gros œuvres et équipements).
▪
Piscine privée et piscine collective ;
▪
Piscine d’hôtels et maisons d’hôtes ;
▪
Piscine couverte chauffée, et Aqua parcs.
Rapport PFE
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Sauna
Les saunas offerts par la société sont généralement importés de Suède de chez le fournisseur
TYLO dont WATEC est le seul et l’exclusif représentant au Maroc, la société fabrique aussi des
saunas en bois sur mesure.
SPA
Les Spas en acrylique sont commercialisés par les Etats unis de chez L.A Spas, avec des
possibilités de constructions selon les désirs de chaque client, tous performants et puissants, les
différents jets de massage d’eau ou d’air offrent des massages variés.
Le département piscine et bien-être, est dirigé par un responsable qui réalise la partie étude
et ingénierie, un chargé d’affaire qui fait le suivi des chantiers et une équipe de techniciens qui
dépend de la taille du chantier.
Département Traitement des eaux de process :
Le département de traitement des eaux est connu comme étant le plus actif de tous les départements
de la société, Les activités multiples du département se présentent comme suit :
Le système de dosage :
Il permet le contrôle et la régulation de l’eau en fonction de l’usage (médical, industriel, agricole,
arrosage…).
Le système d’osmose inverse et potabilisation :
C’est un système purificateur d’eau, qui est capable de produire une eau déminéralisée, légère et
purifiée de haute qualité.
Le système d’adoucissement :
Est disponible en version chronométrique ou volumétrique, il fonctionne par le phénomène
d’échange d’ions qui aboutit à une élimination du calcaire de l’eau.
Système de filtration
Il permet la filtration de l’eau selon trois principes différents : Système de filtration sur sable,
Système de filtration sur cartouche, Système de filtration sur charbon actif.
Rapport PFE
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Le système de stérilisation
Système qui fonctionne par ultra-violet et qui sert à éliminer la masse biologique existante dans
une eau infectée.
Département pompage et assainissement
Parmi les compétences de ce département on trouve la fourniture, l'Installation et la mise en service
de tout type de pompe (Immergée, à axe verticale et horizontale pour eau claire, chargée ou même
corrosive), groupe électrogène, robinetterie pour l’eau potable ou industrielle, réalisation des
réseaux d’eau industrielle en inox de qualité alimentaire et pharmaceutique avec soudure
orbitale…
Station de pompage :
Le département offre des services de Pompage de l’eau dans les nappes phréatiques pour
l’arrosage, l’irrigation, l’adduction d’eau l’usage domestique, surpression, transfert, etc. La station
comporte les éléments suivants :
▪
Pompes immergées multicellulaires pour l’arrosage, l’irrigation, l’adduction d’eau.
▪
Pompe centrifuge multicellulaire verticale
Station de relevage :
Le poste de relèvement a pour but de relever les effluents depuis la cote du filet d’eau d’entrée
jusqu’à la cote + 0.20 m. Au-dessus du niveau filet d’eau d’entrée du bassin d’aération.
Station de traitement de l’eau potable :
Le traitement de l’eau généralement s’effectue suivant les opérations suivantes :
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Pompage de l’eau brute
Stockage
Pré chloration
Coagulation – floculation : qui consiste en une agitation rapide du mélange eau
brute/coagulant.
Décantation
Désinfection : par l’addition d’un oxydant puissant avant la filtration
Pompage haute pression
Filtration de l’eau pré clarifiée sur un filtre à sable qui retient les particules résiduelles en
suspension
Réservoir de stockage eau traitée
Rapport PFE
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Département épuration des eaux usées
Propose une gamme variée de stations d’épuration des effluents d’origine industrielle et
domestique destinés à une réutilisation ultérieure ou à un rejet selon les normes imposées. Les
prestations de cette division vont du remplacement d’équipements existants jusqu’à la définition
d’un nouveau procédé suivant les besoins appropriés en assurant les activités suivantes :
▪
Réhabilitation d’une STEP existante
▪
Conception d’une nouvelle unité de traitement des eaux usées
▪
Remplacement d’équipement
▪
Optimisation de filière existante
▪
Mise en place de filière d’épaississement des boues
▪
Autocontrôle et suivi d’exploitation
▪
Fourniture de produits spécifiques (polymères, coagulants).
Rapport PFE
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Agences WATEC
La Société WATEC dispose de trois autres agences dans les différentes régions afin de couvrir
tous les coins du Maroc.
Siège Casablanca
136, Bd Ibn Tachfine
Téléphone : +212 (0) 5 22.60.26.60 / 62.78.25/ 61.85.57
Fax : +212 (0) 5 22 .61.92.35
Mail : [email protected]
Siège Fès
95, Avenue des F.A.R.
Téléphone : +212 (0) 5 35.94.05.13
Fax : +212 (0) 5 35.94.05.12
Mail : [email protected]
Siège Agadir
80, Bd Jamal Abdennasseur Al Massira
Téléphone : +212 (0) 5 28. 22.66.70
Fax : +212 (0) 5 28. 22.66.78
Mail : [email protected]
Siège Marrakech
22, Avenue Mly Abdellah – Marrakech
Téléphone : +212 (0) 5 24.43.09.53
Fax : +212 (0) 5 24.43.09.53
Mail : [email protected]
Rapport PFE
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Projets réalisés
Voici quelques projets réalisés par les différents départements de la société WATEC
présentés dans le tableau ci-dessous :
Tableau 1 : Projets réalisés par la société WATEC
Clients
Description de marché
Année
CLEMENTINE
Installation d'une unité de traitement d'eau par
osmose inverse (400 m3/j)
2004
Société GESTO PARC
Construction d’un parc aquatique « les tamaris »
2006
CASA AERONAUTIQUE
Fourniture, installation et mise en service d'une
unité d'osmose inverse de 24 m3/jour
2008
JLEC
Installation de deux unités d’osmose inverse de
1680 m3/jour
2009
Société DELMA
HÔTEL SHERATON CASABLANCA Rénovation
et aménagement du Hammam, Jacuzzi et Sauna
2010
COSUMAR
Fourniture de 72 membranes d’osmose inverse
2010
CENTRALE LAITIERE
Réhabilitation de la station d’adoucissement
2012
OCP PHOS BOUCRAA
Station d’épuration par biodisques de la cité
BOUCRAA (90m3/j)
2012
ONEP DAKHLA
Projet d’alimentation en eau potable de la ville de
Dakhla – Station déminéralisation (720m3/j)
2013
AMENDIS
Construction de STEP Oued LAOU (4000 m3/j)
2013
ONEE
Station d’épuration à boues activées de Ifrane
(8900 m3/j)
2014
Commune Rabat
Club Sportif Marina Bouregreg – Piscine Olympic
2017
RIVA
Installation d’une unité d’osmose inverse (35 m3/h)
2017
Rapport PFE
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Objectif du projet de fin d’étude
Ce rapport de stage constitue une étape obligatoire, pour l’obtention du diplôme. Ce stage doit
permettre à l’étudiant d’appliquer dans l’entreprise les connaissances pratiques et théoriques
acquises au cours de la formation universitaire, ainsi de s’immerger dans le milieu de l’entreprise,
en effectuant un vrai travail de lauréat MASTER. Dans ce cadre j’ai effectué un stage du 8 Mars
au 20 juin 2018 au sein de la société WATEC à Mohammedia.
Mon arrivée a coïncidé avec le lancement d’un projet de très grande envergure ; celui du
traitement des rejets des eaux usées du centre d’instruction de la base militaire de Tifnit - Agadir.
Mon projet de fin d’étude a été réalisé au sein du Département Traitement des Eaux Usées de
la société WATEC.
Le projet s’articule, en général, autour de deux axes :
•
Conception et étude d’une station d’épuration des eaux usées urbaines.
•
Mise au point d’un système de calcul de la station.
Les objectifs suivants ont été fixés dès le premier jour de stage :
•
Approfondir mes connaissances sur la dépollution et traitement des eaux usées
urbaines ;
•
Assurer le respect de l’environnement à travers un traitement de ces rejets liquides ;
•
Participer activement à la mise en œuvre de la solution, tout en prenant ma part de
responsabilité.
Rapport PFE
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Chapitre II : Généralités
Rapport PFE
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Introduction
Le rejet direct des eaux usées dans le milieu naturel perturbe l’équilibre aquatique en
transformant le milieu accepteur en égouts. Cette pollution peut aller jusqu'à la disparition de toute
vie. Pour cela, il faut épurer et retirer des eaux usées un maximum de déchets, avant de les rejeter
dans l’environnement, pour que leur incidence sur la qualité de l'eau, en tant que milieu naturel
aquatique, soit la plus faible possible.
L’épuration consiste à éliminer les plus gros débris organiques ou minéraux, retirer les matières
en suspension de densité différente de l’eau tels que les grains de sables et les particules minérales,
et aussi à éliminer les pollutions résiduelles qui pourraient être gênantes en aval (germes pathogènes,
azote, phosphore…etc.) Elle se fait dans des stations d’épuration qui comportent des installations de
traitement des eaux et des dispositifs de traitement des boues produites.
Généralités sur les eaux usées :
Définitions
Les eaux usées, sont des eaux chargées de polluants, solubles ou non, provenant essentiellement
de l’activité humaine, industrielle ou agricole [1], elles doivent être traitées avant d’être réintroduites
vers d’autres sources d’eaux pour ne pas les polluer. Elles sont susceptibles d’engendrer différentes
sortes de pollutions et de nuisance dans le milieu récepteur [2].
Définitions des principaux critères de pollution des eaux usées
Demande Chimique en Oxygène :
La demande chimique en oxygène (DCO) est la mesure de la quantité d’oxygène nécessaire pour
la dégradation chimique de toute la matière organique biodégradable ou non contenue dans les eaux.
La DCO est obtenue à l’aide d’un agent oxydant puissant comme le bichromate de potassium
(K2Cr2O7) à 150°C [3].
La concentration de la DCO est exprimée en mg/L d’oxygène équivalente à la quantité de
bichromates consommées par les matières dissoutes et en suspension lorsqu’on traite un échantillon
d’eau avec cet oxydant dans des conditions définies par la norme [1].
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Le rapport DCO/ DBO des eaux usées urbaines est proche de 2 Le rapport DCO/ DBO des
effluents domestiques est de 1,9 à 2,5. La relation empirique de la matière oxydable en fonction de la
DBO5 et la DCO est donnée par l’équation suivante [4] :
MO = (2 DBO5+DCO) / 3
Demande Biochimique en Oxygène :
Sa détermination consiste à mesurer la quantité totale de l’oxygène consommée par des processus
biochimiques au cours de l’oxydation des matières organiques dans un échantillon. La DBO a été
standardisée en DBO5 (la demande biochimique en oxygène après 5 jours) d’un échantillon qui
correspond à la quantité d’oxygène consommé par les microorganismes aérobies présents dans cet
échantillon pour l’oxydation biochimique des composés organiques et/ou inorganiques [1].
La biodégradabilité
La biodégradabilité traduit l’aptitude d’un effluent à être décomposé ou oxydé par les
microorganismes qui interviennent dans les processus d’épuration biologique des eaux. Elle est
exprimée par un coefficient K, avec K=DCO/DBO5 :
✓ Si K < 1.5, cela signifie que les matières oxydables sont constituées en grande partie de
matières fortement biodégradables.
✓ Si 1.5 < K < 2.5, cela signifie que les matières oxydables sont moyennement
biodégradables.
✓ Si 2.5 < K< 3, les matières oxydables sont peu biodégradables.
✓ Si k > 3, les matières oxydables sont non biodégradables.
Un coefficient K très élevé traduit la présence dans l’eau d’éléments inhibiteurs de la croissance
bactérienne, tels que : les sels métalliques, les détergents, les phénols, les hydrocarbures…etc. La
valeur du coefficient K détermine le choix de la filière de traitement à adopter, si l’effluent est
biodégradable on applique un traitement biologique, sinon on applique un traitement physicochimique [5].
Matières En Suspension :
Les matières en suspension sont exprimées en mg/l. Ce sont les matières non dissoutes contenues
dans l’eau. Elles comportent à la fois des éléments minéraux et organiques. La plus grande partie des
Rapport PFE
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microorganismes pathogènes contenus dans les eaux usées, est associée aux MES [6]. Elles donnent
également à l’eau une apparence trouble et, souvent, un mauvais gout et une mauvaise odeur [7]. La
concentration de la matière en suspension d’une eau usée urbaine ne dépasse guère 200- 300 mg/l.
Les techniques d’analyses font appel à la séparation directe par filtration ou centrifugation. [8]
Les Matières Volatiles en Suspension :
Les matières volatiles en suspension (MVS) représentent la fraction organique de MES. Elles
sont obtenues par calcination de ces MES à 105°C puis à 525°C pendant 2 heures. La différence de
poids entre les MES calcinées à 105°C et celle à 525°C donne la perte au feu et correspond à la teneur
en MVS en (mg/l) d’une eau [8].
Les Matières Minérales :
Elles représentent le résultat d’une évaporation totale de l’eau, c’est-à-dire son extrait sec
constitué à la fois par les matières en suspension et les matières solubles telles que les chlorures, les
phosphates, etc... [8].
L’azote
L’azote présent dans l’eau peut avoir un caractère organique ou minéral. L’azote organique est
principalement constitué par des composés tels que des protéines, des polypeptides, des acides
aminés. Le plus souvent ces produits ne se trouvent qu’à de très faibles concentrations. Quant à l’azote
minéral, il constitue la majeure partie de l’azote total [9]. Les différentes formes de l’azote qui existent
dans les eaux usées sont :
L’azote de Kjeldahl.
L’azote de Kjeldahl comprend l’azote sous les formes organiques et ammoniacales (NH4+), à
l’exclusion des formes nitrites et nitrates. La présence d’azote organique est un signe de pollution des
eaux usées.
NTK (Azote Kjeldahl) = N organique + N ammoniacal (NH4 +)
Rapport PFE
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L’azote ammoniacal
La présence d’ammoniaque en quantités importante est l’indice de contamination par des rejets
d’origine humaine ou industrielle. L’ammoniaque présente une forte toxicité pour tous les organismes
d’eau douce. La proportion de NH3 augmente en fonction croissante du pH et de la température.
NH3 +H2O → NH4OH → NH4 ++ OH- [7]
Les nitrates NO3 –
Les nitrates constituent le stade final de l’oxydation de l’azote. Leur présence associée aux autres
éléments nutritifs stimule le développement de la faune aquatique [10].
Les nitrites NO2–
Les nitrites constituent le stade intermédiaire entre les ions ammonium (NH4+) et les nitrates. Peu
stable en rivière on ne les rencontre que lorsqu’il existe un déséquilibre au niveau de l’oxygénation
de la flore bactérienne [10].
Phosphore Totale :
Le phosphore peut exister dans les eaux en solution ou en suspension, à l’état minéral ou
organique. Les composés phosphorés qui, sans hydrolyse ou minéralisation répondent au test
spectrophotométrique sont considérés comme étant des ortho phosphates. L’hydrolyse en milieu
acide fait apparaître le phosphore hydrolysable et minéralisation, le phosphore organique.
Chaque fraction (phosphore en solution ou en suspension) peut être séparée analytiquement en
ortho phosphates, phosphore hydrolysable et phosphore organique. (Exprimé en mg P/L). [9].
Traitement des eaux usées
Objectif du traitement des eaux usées
L'objectif principal du traitement est de produire des effluents traités à un niveau approprié et
acceptable du point de vue du risque pour la santé humaine et l'environnement. À cet égard, le
traitement des eaux résiduaires le plus approprié est celui qui fournit, avec certitude, des effluents de
qualité chimique et microbiologique exigée pour un certain usage spécifique, à bas prix et des besoins
d’opération et d'entretien minimaux.
Rapport PFE
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Les stations d'épuration des eaux résiduaires, indépendamment du type de traitement, réduisent
la charge organique et les solides en suspension et enlèvent les constituants chimiques des eaux usées
qui peuvent être toxiques aux récoltes ainsi que les constituants biologiques (microbes pathogènes)
qui concernent la santé publique en général. Le processus d’épuration des eaux usées comprend trois
grandes étapes, présentées ci-dessous, le prétraitement, les traitements primaires et secondaires
parfois suivis par un quatrième niveau de traitement, appelé traitement tertiaire [6].
Les procédés de traitement des eaux usées
Les méthodes de traitement des eaux usées sont diverses et peuvent être classées en trois
catégories : les traitements primaires, secondaires et tertiaires. On peut également tenter une
classification physique et biologique qui revient grossièrement à distinguer d’un côté les traitements
primaires et de l’autre les traitements secondaires et tertiaires.
Une station d’épuration se compose de plusieurs étapes de traitement que nous regroupons en trois
catégories :
- Un prétraitement pour l’élimination des objets de taille comprise entre 0,1 et 50 mm
(dégrillage, tamisage), des graisses et du sable,
- Un traitement primaire pour l’élimination des matières en suspension facilement décantables,
- Un traitement secondaire composé d’un réacteur biologique pour l’élimination de la pollution
biodégradable organique (DBO5) ou minérale (NH3, NO3-, P).
Certaines stations sont également équipées d’un traitement tertiaire pour l’élimination des
microorganismes ou du phosphore résiduel.
Donc le processus d’épuration traditionnel des eaux usées s’articule principalement sur une série
de traitements physiques, chimiques et biologiques à la suite desquels, une réduction considérable
des polluants est obtenue, dans ce système d’épuration, le traitement des eaux usées suit les étapes
suivantes :
Les prétraitements :
Le Prétraitement a pour objectif de séparer les matières les plus grossières et les éléments
susceptibles de gêner les étapes ultérieures du traitement. Il comprend le dégrillage pour retenir les
déchets volumineux, le dessablage, pour obtenir une meilleure décantation, le dégraissage et le
déshuilage pour éviter l’encrassement de la station par des corps gras [8].
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Figure 3: : schéma d’un traitement préliminaire d’une STEP [14].
Dégrillage :
Cette opération consiste à faire passer l’effluent entre les barreaux d’une grille, dont on retire
ainsi de l’eau les fragments de dimension supérieure à l’écartement de la grille, le dégrillage permet
de protéger les ouvrages en aval contre l’arrivée de gros objets susceptibles de provoquer des
bouchages dans les différentes unités de l’installation. Il rend également plus efficace les traitements
suivants car ils ne sont pas gênés par ces matières grossières. Le dégrillage est classé en trois
catégories selon l’écartement entre barreaux de grille :
- Le pré –dégrillage, pour un écartement e = 30-100 mm
- Le dégrillage moyen pour un écartement de e =10 à 30 mm
- Le dégrillage fin pour un écartement inférieur à 10 mm [a2].
Figure 4: schéma d’un dégrilleur [13]
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Dessablage :
Le dessablage consiste à retirer de l’effluent les sables et les particules minérales plus ou moins
fines, afin de protéger les conduites et les pompes contre la corrosion et éviter même le colmatage
des canalisations par les dépôts à la cour de traitement, la technique classique du dessableur consiste
à faire circuler l’eau dans une chambre de tranquillisation avec une vitesse d’environ de 0.3m/s qui
permet le dépôt d’une grande partie des sables [15].
Selon le principe de fonctionnement on distingue deux types de bassin de dessablage : Les
dessableurs longitudinaux et les dessableurs circulaires [a1].
Déshuilage et dégraissage :
Le dégraissage vise à éliminer la présence de graisse dans les eaux usées, graisses qui peuvent
gêner l'efficacité des traitements biologiques qui interviennent ensuite. Le dégraissage s'effectue par
flottation. L'injection d'air au fond de l'ouvrage permet la remontée en surface des corps gras. Les
graisses sont raclées à la surface, puis stockées avant d'être éliminées [16].
Figure 5 : Schéma synoptique d'un dessableur/dégraisseur
Le traitement primaire :
Il s’agit le plus souvent d’une décantation qui permet d’alléger les traitements biologiques ou
chimiques ultérieurs, en éliminant une partie des solides en suspension. L’efficacité du traitement
dépend du temps de séjour et de la vitesse ascensionnelle (qui s’oppose à la décantation). La
décantation primaire permet d’éliminer, pour une vitesse ascensionnelle de 1,2 m/h, 40 à 60 % de
MES, soit 10 à 30 % des virus, 50 à 90 % des helminthes et moins de 50 % des kystes de protozoaires
[17].
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En utilisant des procédés physiques ou physico-chimiques visant la décantation poussée des
matières en suspension dans l’eau. On distingue :
La décantation physique (naturelle)
Les matières en suspension qui ont souvent une teneur en matière organique importante (de 70 à
90%) et une densité légèrement supérieure à celle de l’eau vont se décanter naturellement dans un
décanteur primaire en 1 à 2 heures. L’eau ainsi clarifiée s’écoulera par débordement et les MES qui
ont décanté au fond du bassin (boues primaires) seront extraites et envoyées vers les ouvrages de
traitement des boues [2].
La décantation physico-chimique
Les performances de la décantation peuvent être ainsi améliorées par l’ajout des produits
chimiques (sulfate d’alumine, chlorure ferrique...) qui neutralisent les particules chargées, en
augmentant ainsi la probabilité de collision entre les particules (coagulation floculation), ainsi que la
formation des flocs par la suite facilement décantables. Cette étape permet d’éliminer 90 % des
matières colloïdales [18].
Figure 6: Photo d’un décanteur primaire t [a3]
Le traitement secondaire (ou traitement biologique) :
L’élimination des matières organiques implique le recours à des traitements biologiques qui font
intervenir des organismes vivants, essentiellement des bactéries [7]. Ces traitements sont basés sur la
Rapport PFE
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capacité des micro- organismes à oxyder la matière minérale (NH3 …) et les matières constitutives
de la DCO et de la DBO d’une part (aérobiose), et à réduire d’autre part les molécules comportant de
l’oxygène : NO3 (anoxie), SO4 et CO2 (anaérobie). Ils vont permettre ainsi d’éliminer la pollution
soluble biodégradable et une partie de MES [2].
Une épuration biologique (boues activées puis bassin de clarification) permet d’éliminer 90 % des
virus, 60 à 90 % des bactéries, mais par contre a peu d’effet sur les kystes de protozoaires et les œufs
d’helminthes [17].
On trouve deux groupes de procédés :
- Les procédés à culture fixée où la biomasse épuratrice est fixée sur des supports. L’eau à
traiter coule au contact de ces supports. Les micro-organismes fixent donc la pollution
organique et la dégradent (biofiltration par exemple).
- Les procédés à culture libre où la biomasse est en suspension dans l’eau à traiter. Les
microorganismes fixent la pollution et se développent sous forme de flocs biologiques que
l’on peut séparer de l’eau traitée par décantation (boues activées par exemple) [1].
Les procédés extensifs
Le lagunage :
Le lagunage est un procédé d'épuration qui consiste à faire circuler des effluents dans une série
de bassins pendant un temps suffisamment long pour réaliser les processus naturels de l'autoépuration.
Il est pratiqué dans les régions très ensoleillées, dans des bassins de faible profondeur. Le principe
général consiste à recréer, dans des bassins, des chaînes alimentaires aquatiques.
Le rayonnement solaire est la source d'énergie qui permet la production de matières vivantes par
les chaînes trophiques. Les substances nutritives sont apportées par l'effluent alors que les végétaux
sont les producteurs du système en matière consommable et en oxygène [20].
Rapport PFE
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Figure 7 : Schéma d'une coupe transversale d'un système classique de lagunage [a5].
o Le lagunage naturel :
D'une profondeur de 1.2 à 1.5 m au maximum et de 0.8 m au minimum (afin d'éviter le
développement de macrophytes), avec un temps de séjour de l'ordre du mois, ces bassins fonctionnent
naturellement grâce à l'énergie solaire. On peut obtenir un rendement d'épuration de 90 %. Ces
procédés sont très sensibles à la température et sont peu applicables aux régions froides.
Leur dimensionnement est généralement basé, pour un climat tempéré, sur une charge journalière
de 50 kg DBO5 ha -1 j -1, soit environ 10 m2 par habitant. La teneur en matière en suspension dans
l'effluent traité reste élevée (de 50 à 150 mg L-1). Aussi la DBO5 en sortie est souvent supérieure à
50 mg L-1 [20].
o Le lagunage aéré :
En fournissant l’oxygène par un moyen mécanique, on réduit les volumes nécessaires et on peut
accroître la profondeur de la lagune. La concentration en bactéries est plus importante qu'en lagunage
naturel. Le temps de séjour est de l'ordre d’une semaine, la profondeur est de 1 à 4 m. Le rendement
peut être de 80 % et il n'y a pas de recyclage de boues. L’homogénéisation doit être satisfaisante pour
éviter les dépôts [20].
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Tableau 2 : Avantages et Inconvénient du procédé lagunage
Avantages
Bon abattement de la pollution bactériologique
Inconvénients
Performances épuratrices faibles.
Très faible consommation énergétique (sauf Réseau séparatif à bannir - risques élevés
lagunage aéré)
d’odeur
Accepte des variations de charge polluantes et Opérations de curage à prévoir tous les 10
hydrauliques.
ans.
Adapté à des effluents peu concentrés
Emprise foncière importante
Exploitation simplifiée du procédé épuratoire
Bonne intégration paysagère
Assurer l'étanchéité des bassins selon la
nature du sol
Pas de maîtrise du processus épuratoire
Les procédés intensifs :
Lit bactérien (culture fixe) :
L’épuration sur lit bactérien est le plus ancien procédé biologique. Des bactéries sont cultivées
sur un substrat neutre, comme de la pierre concassée, de la pouzzolane (sable volcanique), du
mâchefer ou du plastique. On fait passer l’effluent sur le substrat. La difficulté consiste à trouver la
bonne vitesse du flux d’eau, qui ne doit pas être trop rapide (pour permettre la dégradation
bactérienne) ni trop lente (pour une bonne évacuation de MES en excès).
Une épuration sur lit bactérien est plus efficace qu’un traitement à boues activées car elle élimine
non seulement les virus et les bactéries (respectivement 30 à 40 % et 50 à 95 %) mais aussi les œufs
d’helminthes (20 à 90 %) et les kystes de protozoaires (83 à 99 % des kystes d’Entamoeba histolytica)
[17].
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Figure 8 : Synoptique d'une station d'épuration comportant un lit bactérien
▪
Avantages et inconvénients :
Tableau 3:Avantages et inconvénients du procédé Lits bactériens
Avantages
Entretien simple mais régulier
Bonne résistance aux surcharges hydrauliques
organiques passagères.
Consommation énergétique modérée (de
l’ordre de 0,6 kWh/kg de DBO5 éliminée).
Boues bien épaissies par décanteur - digesteur.
Rapport PFE
Inconvénients
Source de développement d’insectes
Risques d’odeurs pouvant provenir du digesteur et
d’un défaut d’aération du lit dans certaines conditions
météorologiques.
Sensibilité au froid et au colmatage,
Abattement limité de l’azote et du phosphore.
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Disque biologique (culture fixe) :
L'eau usée, préalablement décantée, alimente un ouvrage dans lequel des disques fixés sur un axe
horizontal sont mis en rotation à vitesse lente. Sur ces disques biologiques en plastique se développe
alors un film bactérien. Lors de leur émersion, ces bactéries prélèvent l'oxygène nécessaire à leur
respiration et elles absorbent la pollution dissoute dont elles se nourrissent. Dès que le film biologique
dépasse une épaisseur de quelques millimètres, il se détache et est entraîné vers le décanteur final où
il est séparé de l'eau épurée. Les boues ainsi piégées sont renvoyées par pompage périodique vers
l'ouvrage de tête pour y être stockées et digérées [21].
Figure 9 : Synoptique d'une station d'épuration comportant un disque biologique
Rapport PFE
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▪
Avantages et inconvénients :
Tableau 4 : Avantages et inconvénients du procédé Disque biologique
Avantages
Inconvénients
Bonne décantation des boues.
Boues putrescibles
Généralement
adaptés
pour
les
petites Performances généralement plus faibles qu'une
collectivités.
technique par boues activées.
Un dimensionnement plus réaliste doit par
Faible consommation d’énergie.
conséquent permettre d'atteindre des qualités
d'eau traitée satisfaisantes
Fonctionnement
simple
demandant
d'entretien et de contrôle.
peu
Coûts d'investissement importants.
Plus faible sensibilité aux variations de charge Grande sensibilité aux variations de température
que la technique des boues activées.
ce qui créé une obligation de couverture
Procédé à boues activées (BA) :
Toutes les technologies existantes visant l’épuration des eaux usées impliquent une production
indirecte des boues. L’augmentation du nombre de stations d’épuration au niveau des agglomérations
et les nouvelles restrictions environnementales, de plus en plus sévères, provoque ainsi une
augmentation des boues produites.
Due aux exigences environnementales et aux coûts d’investissement qu’il suppose, le traitement
des boues est dans nos jours devenu aussi indispensable et important que le traitement des eaux usées
[22]. Le procédé à boue activée est une technique biologique d'épuration des eaux. Il représente une
alternative efficace et relativement écologique (sans utilisation de produits chimiques) aux techniques
d'épuration les plus couramment utilisées. Il consiste à revaloriser les eaux usées en y introduisant un
concentré de bactéries diverses. On ajoute à ce mélange un brassage mécanique qui permet
Rapport PFE
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l'oxygénation, nécessaire au bon fonctionnement des bactéries et à la dégradation des matières. Ces
dernières « consomment » les substances polluantes et les transforment en boue [a2].
Figure 10: Schéma de principe du procédé Boues Activée.
▪
Le bioréacteur
Le mélange, appelé "liqueur mixte", se compose d'une phase solide (micro-organismes, débris
organiques, matières minérales) et d'une phase liquide contenant les matières dissoutes.
Pour éliminer la matière azotée, le réacteur biologique peut être séparé en deux zones distinctes
aérobie et anoxique (figure 14). Dans la majorité des cas, la zone anoxique est placée en amont de la
zone aérobie, juste à l’entrée de l’effluent dans le réacteur, pour que les bactéries aient suffisamment
de matière organique biodégradable pour effectuer la réaction de dénitrification. Le recyclage de la
liqueur mixte de la zone aérobie vers la zone anoxique permet l’élimination des polluants azotés
oxydés. Pour n’éliminer que la matière organique, seule une zone aérobie est nécessaire (figure 14).
Figure 11 : Configuration du réacteur en fonction de la composition de l’effluent
Rapport PFE
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▪
Le clarificateur
En sortie de réacteur, nous obtenons une liqueur mixte composée de boues floculées et d’eau
épurée prête à être rejetée en milieu naturel. Elles sont séparées au sein du clarificateur qui a une
fonction de séparation de phase et une fonction d’épaississement afin de ramener la boue la plus
concentrée possible dans le réacteur biologique. Du fait de l’absence d’oxygène, le temps de passage
des boues doit être le plus faible possible pour éviter qu’elles ne se trouvent en phase anaérobie. Ceci
aurait pour conséquence l’apparition d’odeurs ainsi qu’une détérioration de la qualité mécanique de
la boue perturbant tant le traitement biologique de l’eau que le traitement ultérieur des boues.
▪
Le recyclage des boues
La croissance de la biomasse au sein du bioréacteur n’est pas suffisante pour compenser la perte
engendrée par le débit de sortie de la liqueur mixte. Pour conserver une concentration en biomasse
constante dans le réacteur, une partie des boues du clarificateur est recyclée vers le réacteur.
Des purges ont également lieu afin d’extraire la quantité de boues en excès dans le procédé. Les
taux de recyclage et de purge permettent également de maîtriser l’âge des boues (θC), temps au bout
duquel la biomasse est entièrement renouvelée. Ce temps caractérise la forme physiologique de la
biomasse dans le réacteur mais aussi la composition de celle-ci. Prenons l’exemple du traitement de
la matière azotée : les bactéries autotrophes responsables de la réaction de nitrification ne seront
présentes que si l’âge des boues est supérieur à 6 jours (pour une liqueur mixte à 20 °C), leur temps
de duplication étant de 4 jours.
Rapport PFE
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▪
Avantages et inconvénients :
Tableau 5 : Avantages et inconvénients du procédé à Boues Activées
Avantages
Inconvénients
Procédé éprouvé permettant d’obtenir les
Exploitation rigoureuse (suivi
performances de traitement les plus élevées.
électromécanique).
Procédé adapté aux charges organiques
importantes.
Procédé adapté au traitement poussé du
phosphore.
Procédé adapté pour les réseaux séparatifs ou
unitaires associés à un bassin d’orage.
Emprise foncière limitée.
Coût d’exploitation élevé en particulier pour
les petites installations, annuellement de 4 à 8
% du coût d’investissement.
Formation du personnel pour l’exploitation.
Production de boues conséquente nécessitant
un traitement adapté suivant la capacité des
ouvrages.
Coût énergétique plus élevé.
Procédé SBR : Réacteur séquentiel discontinu :
Le réacteur discontinu séquentiel (Sequencing Batch Reactor ou SBR) traite le carbone, l’azote,
le phosphore et les matières en suspension (MES), et ce quelle que soit la composition de l’eau
d’entrée, pour d’une part, proposer aux collectivités un système de traitement fiable, évolutif et
modulable et d’autre part, pour valider une approche méthodologique rigoureuse susceptible d’être
appliquée à tout type d’eaux (urbaines et industrielles), voire à d’autres procédés biologiques de
traitement d’eau.
Cette technique d'épuration repose sur la dégradation par voie aérobie de la pollution par mélange
intégral des micro-organismes épurateurs et de l'effluent à traiter. Cette opération est réalisée à
Rapport PFE
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l'intérieur d'un ouvrage unique incluant deux phases : l'une correspondant à l'épuration proprement dite,
la seconde à la décantation et au rejet de l'effluent.
Ce procédé est plus compact que la filière boues activées aération prolongée avec décantation
séparée.
Les cycles comprennent :
▪
Une phase de remplissage avec dénitrification et relargage du phosphore
▪
Une phase d'agitation : dénitrification
▪
Une phase d'aération : oxydation du carbone, nitrification et absorption du phosphore
▪
Une phase de décantation : séparation eau / boues
▪
Une phase de vidange : vidange des eaux traitées et extraction des boues.
Le bassin est équipé d'un système de contrôle du niveau associé à un automate qui orchestre les
différentes séquences.
La construction d'un bassin de pollution est un atout supplémentaire.
L'effluent est admis pendant la phase dite d'aération. Lorsque le niveau haut est atteint,
l'alimentation est arrêtée et une phase de traitement débute. La décantation intervient ensuite (arrêt de
l’agitation et de l’aération).
Après décantation, la phase de vidange des eaux épurées vers le milieu naturel s'effectue jusqu'à
niveau bas, suivie d'une extraction des boues en excès vers un silo de stockage.
Un nouveau cycle est activé avec autorisation d'alimentation.
L'oxygénation des boues est assurée par une soufflante ou un surpresseur qui est aussi susceptible
d'alimenter un "air lift" pour la vidange de l'effluent installé à la place d'une pompe de vidange sur
flotteur.
Les boues excédentaires sont extraites automatiquement du bassin à la fin des périodes de
vidange du surnageant (trois fois par jour) par l'intermédiaire d'une pompe d'extraction.
Rapport PFE
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▪
Avantages et inconvénients :
Tableau 6 : Avantages et Inconvénients du procédé SBR
Avantages
Inconvénients
Gestion plus délicate qu’une filière classique.
Filière Boues activées compactes
Procédé
adapté
aux
différentes
charges
organiques.
Procédé adapté au traitement des eaux industriel
Forte sensibilité aux variation hydrauliques.
Coût d’exploitation et d’investissement élevés.
Bonne intégration passagère si l’ouvrage est Départ des boues assez fréquents (en raison de la
enterré
sensibilité du process).
Figure 12: Schéma de fonctionnement du réacteur biologique séquentiel [31].
Rapport PFE
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La décantation secondaire
La décantation secondaire, également appelée clarification, intervient après un traitement
biologique ou chimique, afin d’éliminer les flocs issus des traitements biologiques ou chimiques. Lors
d’une phase de décantation, la liqueur mixte maintenue en suspension dans le bassin d’aération, passe
dans un bassin de clarification de forme circulaire pour y être clarifiée. Le floc se sépare dans l’eau
interstitielle et se dépose sur le radier de l’ouvrage de clarification, tandis que l’eau clarifiée est
évacuée par surverse dans une rigole périphérique [7].
Figure 13 : Décanteur secondaire [a4]
Le traitement tertiaire
A l’issue des procédés décrits précédemment, les eaux sont normalement rejetées dans le milieu
naturel. Dans le cadre d’une réutilisation des eaux usées épurées (REUE), les eaux usées nécessitent
des traitements supplémentaires, essentiellement pour éliminer les microorganismes qui pourraient
poser des problèmes sanitaires [23]. Les traitements tertiaires les plus courants sont la déphosphatation, l’élimination des matières azotées, la désinfection et la dénitrification [24].
La déphosphatation :
L’élimination du phosphore concerne les traitements de déphosphatation, soit physico- chimique
soit biologique. La déphosphatation biologique, est basée sur la succession de phases anaérobies et
aérobies au cours du traitement biologique mais son rendement est en générale moins bon que celui
Rapport PFE
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de la déphosphatation physico- chimique [1]. La déphosphatation réalisée par précipitation physicochimique en présence de sels minéraux comme le sulfate d’ammonium ou le chlorure ferrique
s’effectue soit simultanément aux réactions biologiques dans le bassin de boues activées, soit en
traitement final [2].
La désinfection
La désinfection vise à réduire la concentration des germes pathogènes dans les effluents avant
rejet dans l’environnement. Contrairement aux normes de désinfection pour la production d’eau
potable qui spécifie l’absence totale de coliformes, les normes de rejets pour les eaux résiduaires
urbaines (ERU) varient suivant la nature du milieu récepteur. Ce traitement est réalisé par des
procédés de désinfection chimique par : [2]
Le chlore :
Le chlore est un oxydant puissant qui réagit à la fois avec des molécules réduites et organiques,
et avec les micro-organismes. Les composés utilisés dans le traitement des eaux usées sont : le chlore
gazeux (Cl2), l’hypochlorite de sodium (NaClO) appelé communément "eau de Javel", l’hypochlorite
de calcium (Ca(ClO)2, le chlore de chaux (CaCl, OCl) et le chlorite de sodium (NaClO2) [7].
L’ozone :
C’est un procédé de désinfection utilisé aux États-Unis, en Afrique du Sud et au Moyen-Orient
essentiellement. Il permet l’élimination des bactéries, des virus et des protozoaires. C’est le seul
procédé vraiment efficace contre les virus [25]. Les tests de toxicité effectués sur des poissons, des
crustacés et des algues n’ont pas permis de mettre en évidence une quelconque toxicité [26].
Le traitement par rayons ultraviolets :
Qui consiste à Utiliser des lampes à mercure disposées parallèlement ou perpendiculairement au
flux d’eau. Leur rayonnement s’attaque directement aux microorganismes. Ce traitement est très
simple à mettre en œuvre, car il n’y a ni stockage, ni manipulation de substances chimiques et les
caractéristiques chimiques de l’effluent ne sont pas modifiées. La durée d’exposition nécessaire est
très courte (20 à 30 s).
Rapport PFE
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La filtration :
La filtration est un procédé physique qui permet de retenir les microorganismes par rétention à
l'aide d'un filtre. Qu'elle soit réalisée sur sable ou sur membrane, cette technique exige une épuration
secondaire préalable garantissant une élimination assez poussée des matières en suspension.
L’élimination des virus, des bactéries et des protozoaires est fonction du milieu poreux, de la vitesse
de percolation, de l’épaisseur du massif filtrant et du niveau d’oxydation de l’eau filtrée [25].
Le traitement des boues
Les principales destinations des boues sont généralement ; la valorisation agricole, l’incinération
ou la mise en décharge. Le choix du mode d’élimination détermine les traitements nécessaires des
boues. Du point de vue législatif, les différentes agences environnementales donnent priorité au
recyclage des déchets et tiennent à la disparition à court terme de sa mise en charge. De façon
générale, les traitements des boues visent principalement :
- Réduire le pouvoir fermentescible par stabilisation afin de limiter la pollution olfactive.
- Diminuer le volume total par déshydratation afin de réduire le coût d’évacuation
Les procédés de traitement de boues qui peuvent exister au sein d’une STEP sont :
- Epaississement (raclé et non raclé).
- Digestion ou stabilisation (aérobie, anaérobie et chimique).
- Déshydratation (filtre à bandes, filtre presse, centrifugeuse, lit de séchage).
- Séchage thermique.
- Incinération [27].
Epaississement des boues
Les boues, avant leur élimination, subissent un traitement adapté à leur nature ainsi qu’à leur
destination, afin d’en réduire le volume, en éliminant l’eau (les boues sont, en effet, extraites liquide
du système de traitement de l’eau). Ceci est réalisé par un procédé d’épaississement qui est une
concentration de la boue par décantation puis par un procédé de déshydratation permettant d’éliminer
une quantité d’eau liée aux MES plus importante, par filtre presse ou centrifugation [1].
Rapport PFE
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Les matières organiques présentes dans les boues leur confèrent un caractère fermentescible qui
se traduit lors de leur stockage par l’émission de nombreuses molécules odorantes (H2S par exemple).
Cette activité biologique indésirable peut être maîtrisée soit en la contrôlant dans un réacteur adéquat
soit en augmentant le pH par une addition de chaux. Deux familles de procédés biologiques peuvent
être utilisées : la digestion anaérobie ou la stabilisation aérobie thermophile [2]. Différents moyens
sont mis en œuvre pour l’épaississement des boues. Ces moyens sont de deux ordres :
- Épaississement par décantation ou épaississement statique.
- Épaississement dynamique : flottation, égouttage, centrifugation [28].
Epaississement par décantation ou épaississement statique :
L’épaississement se fait par décantation en piston des boues. La décantation est aidée par une
herse à mouvement lent qui, en faisant rouler les particules de boues les unes sur les autres, favorise
l’écoulement de l’eau interstitielle et l’évacuation des gaz occlus. Le tassement des boues est donc
ainsi favorisé [28].
Epaississement dynamique
▪
Epaississement par flottation
Le principe consiste à réduire la masse volumique apparente de la phase solide par adsorption
ou absorption de bulles gazeuses pour en provoquer l’entraînement vers la surface avec une vitesse
ascensionnelle qui, en modèle laminaire, sera donnée par la loi de Stokes [28].
Figure 14 : Etape d'épaississement des boues par flottation (29)
Rapport PFE
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▪
Epaississement par égouttage
Différents dispositifs peuvent être utilisés (tambours, poches filtrantes, grilles d’égouttage), mais
la grille d’égouttage est l’appareil qui allie à la fois simplicité d’emploi et fiabilité. Cet appareil à
fonctionnement continu est placé directement au refoulement de la pompe d’alimentation en boues
fraîches. La boue, préalablement floculée au polymère de synthèse, est épandue sur un champ
horizontal de grille fine raclée en permanence par des lames en caoutchouc. La concentration des
boues augmente progressivement en avançant sur le champ de grille, le réglage est optimal lorsque la
boue ne contient plus d’eau libre en fin de parcours. Le débit de la pompe à boue, de l’injection du
polymère ainsi que la vitesse de raclage sont réglables.
Le lavage de la grille est réalisé de façon cyclique au moyen de pulvérisation d’eau sous pression.
L’apport d’agent de floculation s’effectue à travers un mélangeur statique placé en aval de la pompe
à boues. La consommation de polymère est relativement élevée (5 à 8 kg/tonne de MES) mais cette
dépense demeure faible sur de petites stations, dans l’élimination des boues, l’exploitant cherche à
optimiser sa durée de stockage en évacuant régulièrement l’eau surnageant, et augmente ainsi très
fortement les risques de dysfonctionnements biologiques [21].
Figure 15 : Table d’égouttage [19]
▪
Epaississement par centrifugation
L’épaississement par centrifugation présente les inconvénients d’être lourds en investissement et
en coût d’exploitation. Par contre, il a l’avantage de n’occasionner que peu de nuisances olfactives
(car l’appareil est fermé) et d’être très compact. L’épaississement obtenu est plus important que par
flottation. Par ailleurs, sous peine d’avoir des rendements de capture et des débits alimentaires
Rapport PFE
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possibles faibles, l’emploi d’un polymère (1 à 2 kg/t MES) est indispensable. Nous risquons aussi en
cas de fonctionnement sans polymère d’avoir une classification des boues avec départ de fines. La
centrifugation consiste en une décantation accélérée par force centrifuge.
L’épaississeur ne doit pas être utilisé comme un stockeur, si les boues séjournent trop longtemps
(plus de 48 heures), surtout en été, elles fermentent [21].
Figure 16 : Schéma d’un épaississeur circulaire [30]
La stabilisation :
La stabilisation vise la neutralisation des matières organiques susceptible de subir des phénomènes
de fermentation. Quand la composition des boues reste constante au cours du temps, celle-ci sont
alors dites stabilisées. La stabilisation peut être menée par des procès biologiques (aérobie ou
anaérobie, à température ambiante ou thermophile), chimiques (chlorure ferrique, chaux ou polyélectrolytes) ou thermiques [27].
La déshydratation
Après la phase d’épaississement qui a permis d’éliminer 60 à 85% d’eau et la phase de
stabilisation, le traitement des boues est complété par une déshydratation qui a pour but d’éliminer le
maximum de l’eau résiduelle. Deux catégories de procédés sont généralement utilisées : les procédés
mécaniques et les procédés thermiques. Pendant la phase de séchage, les boues présentent un
comportement plastique et collant pour des taux de matière sèche d’environ 50% ce qui implique
certains aménagements des techniques et des matériels. Les buées, très chargées en vapeur d’eau,
comportent une fraction d’incondensables malodorants devant être détruites par combustion (850 °C)
soit directement dans le générateur thermique, soit dans un incinérateur spécifique [2].
Rapport PFE
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Incinération des boues
Le problème des boues se pose en termes d’évacuation ; trois solutions sont possibles :
•
La mise en décharge de boues stabilisées et déshydratées mais n’est plus réalisables.
•
La valorisation agricole par épandage sur des sols agricoles où elles vont jouer un rôle
d’engrais. Elles sont utilisées sous forme liquide, solide ou sous forme de composte, mais toujours
stabilisées
•
L’incinération qui présente un intérêt pour les boues auto combustible, c'est-à-dire fraîches et
déshydratées [2].
Quelle que soit la technique d’incinération, les fumées doivent être traitées avant rejet dans
l’atmosphère. Ce traitement est d’autant plus complexe que la charge en poussière des fumées est
élevée. Réalisé en plusieurs étapes, le traitement des fumées peut nécessiter un pré-cyclonage, un
dépoussiérage électrostatique, un lavage, voir éventuellement une oxydation catalytique [2].
Tableau 7 : Avantage et inconvénient des techniques de traitement des boues avec les siccités attendues
Technique
Épaississeur
(statique)
Avantage
- Simplicité du procédé
- Pas de consommation
énergétique
Filtre à bandes - Faible consommation
énergétique
Inconvénient
- Nuisance olfactive
Siccité
attendue
(%)
2,5 à 5
- Ouvrage de taille importante
- Forte consommation eau
- Siccité moyenne (plus faible
que dans le cas du filtre presse)
15 à 20
- Coût investissement important
Filtre presse
- Siccité élevée des boues
Séchage
thermique
- Très bonne efficacité de
réduction de l'eau (siccité de
l'ordre de 90%)
Rapport PFE
- Forte consommation
énergétique
- Forte consommation
énergétique (plus grande que
celle du centrifugeuse)
25 à 35
60 à 92
- Investissement très important
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Conclusion
Les eaux usées de différentes compositions et de diverses origines constituent un problème pour
la nature lors du rejet sans subir de traitements au préalable. Afin de montrer l’intérêt de leur
épuration, nous avons présenté dans ce chapitre, les différentes méthodes utilisées pour l’épuration
de ces eaux. L’intérêt consiste à trouver la méthode la moins coûteuse et celle qui présente une basse
nuisance auditive et olfactive.
Rapport PFE
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Chapitre III : Dimensionnement de la station
d’épuration des eaux usées.
Rapport PFE
Page | 40
Problématique :
Ce présent chapitre traite du dimensionnement et du choix du procédé de traitement
biologique des eaux usées du centre d’instruction da la base militaire de Tifnit située à
Agadir.
Les eaux usées qui proviennent du centre nécessitent un traitement adéquat avant
qu’elles ne soient rejetées dans le milieu récepteur. Sur la base de l’étude de préfaisabilité
réalisée par les ingénieurs de la société WATEC, deux variantes, à savoir le traitement par
boues activés et celui par SBR, s’avèrent les plus intéressants de point de vue
performance par rapport aux autres procédés. Donc ces deux procédés vont faire l’objet
de notre étude. Cette dernière consiste à justifier le choix du procédé le plus adaptable en
se basant sur un ensemble de critères :
▪
Niveau de traitement ;
▪
Flexibilité à la variation de charge polluante et hydraulique ;
▪
Consommation en oxygène ;
▪
Surface d’implantation.
Rapport PFE
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Cahier de charge de la station d’épuration à dimensionner
Caractéristiques des eaux usées à traiter
Tableau 8 : Caractéristiques des eaux usées à traiter
Paramètres
Entrée
Equivalent Habitant
2700
Débit journalier entrant (m3/jour)
400
DBO5 (mg/L)
370
DCO (mg/L)
730
MES (mg/L)
480
Niveau de traitement requis
Tableau 9 : Valeurs du niveau de traitement requis
Paramètres
Sortie biologique
Sortie tertiaire
DBO5 (mg/L)
<35
<10
DCO (mg/L)
<120
<40
MES (mg/L)
<35
<5
Rapport PFE
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Description technique de la filière de traitement
La station d’épuration de 400 m3/j se compose des équipements suivants :
Figure 17 : Schéma bloc de la filière de traitement
L’effluent à traiter passe en premier temps par un dégrilleur manuel qui permet de
retenir les déchets de grande taille, ces déchets seront éliminés par la suite.
Les eaux usées arrivent à un deuxième bassin dans lequel s’effectuent les deux étapes
suivantes de prétraitement :
- Dessablage : les matières les plus denses se déposent au fond et sont recueillies.
- Déshuilage : les matières flottantes, principalement les huiles, sont éliminées.
Ces deux étapes sont considérées comme indispensables au bon fonctionnement de
l'installation.
Après le prétraitement, les eaux subissent un traitement dans plusieurs files de
traitement biologique.
Rapport PFE
Page | 43
A la sortie du traitement biologique l’eau est acheminée vers une filière de traitement tertiaire qui
fournit un niveau de traitement supérieur à celui apporté par le stade secondaire.
Commençant par un filtre à sable qui est utilisé pour l’élimination des MES et du phosphore, ce
type de filtration tertiaire est particulièrement intéressant pour améliorer tout procédé de désinfection
en aval tel que le rayonnement UV.
Ensuite les eaux sont acheminées vers un filtre à charbon qui a pour but d’éliminer certaines
molécules organiques peu ou pas biodégradables et donc insuffisamment éliminées dans le traitement
biologique.
Et finalement les eaux vont subir une désinfection par ultraviolet (UV) qui est une technologie
écologique, dont l’efficacité contre un grand nombre d’agents pathogènes est reconnue (dont les virus
et les protozoaires).
Rapport PFE
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Calcul des débits et charges polluantes :
Débit moyen horaire
Le débit moyen horaire est donné par la relation :
𝑄𝑚 =
𝑄𝑗 400
=
24
24
𝑸𝒎 = 𝟏𝟔, 𝟔𝟕
𝒎𝟑⁄
𝒉
𝐐𝐦 = 𝟒, 𝟔𝟑 𝐋/𝐬
Débit de pointe horaire :
Par définition le débit de pointe est défini par la relation :
𝑄𝑝 = 𝐶𝑝 × 𝑄𝑚
Avec :
2,5
▪
𝐶𝑝 = 1,5 +
▪
𝐶𝑝 = 3 𝑠𝑖 𝑄𝑚 < 2,8 𝐿/𝑠
√𝑄𝑚
𝑠𝑖 𝑄𝑚 ≥ 2,8 𝐿/𝑠
Dans notre cas 𝐶𝑝 = 1,5 +
2,5
√𝑄𝑚
= 2,66
D’où le calcul du débit de pointe est :
𝑸𝒑 = 𝟐, 𝟔𝟔 × 𝟒, 𝟔𝟑 = 𝟏𝟐, 𝟑𝟏 𝑳/𝒔
𝐐𝐩 = 𝟒𝟒. 𝟓𝟎 𝐦𝟑/𝐡
La charge polluante en DBO5
Soit :
- S(DBO5) e : concentration en DBO5 à l’entrée de la station (mg/L)
- S(DBO5) s : concentration en DBO5 à la sortie de la station (mg/L)
- Qp : débit de pointe journalier (m3/J)
Rapport PFE
Page | 45
- Les charges polluantes en DBO5 à l’entrée du bassin d’aération sont :
𝐶𝑝(𝐷𝐵𝑂5)𝑜 = S(DBO5)e × 𝑄𝑝
=
𝟏𝟒𝟖 𝐤𝐠/𝐣
- Les charges polluantes en DBO5 à la sortie doivent être :
𝐶𝑝(𝐷𝐵𝑂5)𝑠 = S(DBO5)s × 𝑄𝑝
= 𝟏𝟒 𝑲𝒈/𝒋
- Les charges polluantes de DBO5 à éliminer sont :
𝐶𝑝 (𝐷𝐵𝑂5)𝑒 = Cp(DBO5)e − Cp(DBO5)𝑠
= 134 𝐊𝐠/𝐣
- Rendement d’élimination :
𝑅=
𝐶𝑝 (𝐷𝐵𝑂5)𝑒
× 100
𝐶𝑝 (𝐷𝐵𝑂5)𝑜
𝑹 = 𝟗𝟎, 𝟓𝟒 %
La charge polluante en DCO
- S(DCO)o : concentration en DCO à l’entrée de la station (mg/L)
- S(DCO)s : concentration en DCO à la sortie de la station (mg/L)
- Qp : débit de pointe journalier (m3/J)
- Les charges polluantes en DCO à l’entrée sont :
𝐶𝑝 (𝐷𝐶𝑂)𝑒 = 𝑆(𝐷𝐶𝑂)𝑜 × 𝑄𝑝
𝑪𝒑(𝑫𝑪𝑶)𝒐 = 𝟐𝟗𝟐 𝐤𝐠/𝐣
- Les charges polluantes en DCO à la sortie doivent être :
𝐶𝑝(𝐷𝐶𝑂)𝑠 = 𝑆(𝐷𝐶𝑂)𝑠 × 𝑄𝑝
= 𝟒𝟖 𝑲𝒈/𝒋
Rapport PFE
Page | 46
- Les charges polluantes de DCO à éliminer sont :
𝐷𝐶𝑂à é𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟 = 𝐷𝐶𝑂𝑒 − 𝐷𝐶𝑂𝑠
= 𝟐𝟒𝟒 𝐊𝐠/𝐣
- Rendement d’élimination :
𝑅=
𝐶𝑝(𝐷𝐶𝑂)𝑒
× 100
𝐶𝑝(𝐷𝐶𝑂)𝑜
𝑹 = 𝟖𝟑, 𝟓𝟔 %
La charge polluante en MES
- S(MES)o : concentration en MES à l’entrée de la station (mg/L)
- S(MES)s : concentration en MES à la sortie de la station (mg/L)
- Qp : débit de pointe journalier (m3/J)
- Les charges polluantes en MES à l’entrée sont :
𝐶𝑝 (𝑀𝐸𝑆)𝑜 = 𝑆(𝑀𝐸𝑆)𝑜 × 𝑄𝑝
= 𝟏𝟗𝟐 𝐤𝐠/𝐣
- Les charges polluantes en MES à la sortie doivent être :
𝐶𝑝(𝑀𝐸𝑆)𝑠 = 𝑆(𝑀𝐸𝑆)𝑠 × 𝑄𝑝
= 𝟏𝟒 𝑲𝒈/𝒋
- Les charges polluantes de DBO5 à éliminer sont :
𝐶𝑝(𝑀𝐸𝑆)𝑒 = 𝐶𝑝(𝑀𝐸𝑆)𝑜 − 𝐶𝑝(𝑀𝐸𝑆)𝑠
= 𝟏𝟕𝟖 𝐊𝐠/𝐣
- Rendement d’élimination :
𝑅=
𝐶𝑝(𝑀𝐸𝑆)𝑒
× 100
𝐶𝑝(𝑀𝐸𝑆)𝑜
𝑹 = 𝟗𝟐, 𝟕 %
Rapport PFE
Page | 47
Conclusion
Tableau 10 : Valeurs des débits et charges des eaux à traiter
Désignation
Unité
Valeur
Débit moyen horaire
m3
16,67
Débit de pointe horaire
m3
44.50
Charges en DBO5
Kg/j
148
Charges en DCO
Kg/j
292
Charges en MES
Kg/j
192
Rapport PFE
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Poste de relevage
La construction des stations d’épuration d’eaux résiduaires impose souvent la mise en place des
pompes de relevage d’eaux à cause de la différence importante de niveaux.
L’installation la plus simple c’est de placer une ou plusieurs pompes submersibles dans une
bâche.
Volume de la bâche de relèvement
Volume utile de la bâche :
𝑉𝑢 =
𝑄𝑚
4×𝑓×𝑛
= 𝟐, 𝟕𝟖𝟏𝟖 𝒎𝟑
Avec :
- Vu= volume utile de la bâche (volume constitué entre les niveaux bas et hauts
d'enclenchement de la pompe)
- Q = débit maximum à pomper en m³/h
- n= nombre de pompes en fonctionnement simultané (n=1)
- f = nombre de démarrages ou d'enclenchement à l'heure (f=4)
Hauteur Manométrique totale
La Hauteur Manométrique totale (H.M.T.) s’obtient par la formule :
H.M.T = H géo + ∑ 𝑷𝒅𝒄
Avec :
- Hgéo = hauteur géométrique = ΔH = cote d’arrivée – cote moyenne de départ
- ∑ 𝑃𝑑𝑐 = Perte de charges totales.
𝑉²
- ∑ 𝑃𝑑𝑐 = PdcL+∑ Pdcs = PdcL + ∑ 𝐾𝑖 × 2𝑔
PdcL = pertes de charges linéaires (PdcL = J x L avec L longueur de la conduite et J perte de
charge en mm/m ou m/m)
PdcS = pertes de charges singulières (3 coudes, vanne, clapet, entrée et sortie de l’eau)
Rapport PFE
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V = vitesse dans la conduite en m/s
g = constante d’accélération = 9,81 m/s-²
Formule de Colebrook :
J=
𝚫H=
λ
𝐷
λ
𝐷
×
×
𝑉²
2𝑔
𝑉²
2𝑔
(en m/m)
× 𝐿(en m)
Avec :
𝚫H = perte de charge par frottement en m (pour les conduites pleines) ;
D = Diamètre de la canalisation en m ;
V = vitesse du fluide dans la canalisation en m/s ;
g = constante gravitationnelle = 9,81 m/s-2 ;
L = Longueur de conduite en m ;
λ = coefficient de perte de charge.
- λ = coefficient de perte de charge, en fonction du nombre de Reynolds et de la rugosité relative
Ks/D
- 𝐾 = 𝜀 est la rugosité et K/D = K/ 𝜀 est la rugosité relative (On a : K = 0,1 X 10-3 m pour une
conduite en inox).
On calcul : Re nombre de Reynolds
Re = 61068,7
Avec :
- v = viscosité cinématique = 1,31 x 10-6 en m²/s pour l’eau à 10°C ;
- V = vitesse en m/s
- D = diamètre en m
Alors :
Rapport PFE
λ = 0,2416
Page | 50
Pertes de charges singulières
𝑃𝑑𝑐𝑙 = ∑ 𝐾𝑖 ×
𝑉²
2𝑔
𝑃𝑑𝑐𝑙 = 0,5357
Pertes de charges linéaires
PdcL =
λ 𝑉²
×
×𝐿
𝐷 2𝑔
PdcL = 0,1231 m
Hauteur manométrique totale
H.M.T = H géo + ∑ 𝑃𝑑𝑐
H.M.T = 3,65 m
Puissance de la pompe
Puissance sur arbre moteur
La puissance sur arbre moteur est donnée par la formule suivante :
Parbre = 7,869 Kw
Avec :
-
P = puissance absorbée sur arbre moteur en Kw ;
g = constante gravitationnelle = 9,81 m/s-2 ;
HMT = hauteur manométrique totale en m ;
Q = débit véhiculé en m3/s ;
-
= rendement total de la pompe (hydraulique et électrique).
Puissance absorbée aux bornes moteur
La puissance absorbée aux bornes du moteur est donnée par la formule suivante :
Pborne= 9,258 Kw
Rapport PFE
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Avec :
HMT = hauteur manométrique totale en m
g = constante gravitationnelle = 9,81 m/s-2
Q = débit véhiculé en m3/s
Puissance apparente nécessaire
𝑆 = 𝑃𝑏𝑜𝑟𝑛𝑒⁄𝐶𝑜𝑠 𝜑
S = 10,891 Kw
- cos 𝜑= suivant l’installation et la qualité de l’installation électrique (par défaut on peut prendre 0,85)
Conclusion
Tableau 11 : Caractéristiques dimensionnels du poste de relevage
Désignation
Unité
Valeurs
Volume de la bâche de relèvement.
m3
2,7818
Hauteur manométrique totale.
m
3,65
Puissance de la pompe sur arbre moteur.
Kw
7,869
Puissance de la pompe aux bornes moteur.
Kw
9,258
Puissance apparente nécessaire.
Kw
10,891
Rapport PFE
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Filière de prétraitement
Dégrilleur
L'opération est plus ou moins efficace, en fonction de l'écartement entre barreaux de grille ; on peut
distinguer (3) :
- Dégrillage moyen, manuel pour écartement ≈ de 50 mm
- Dégrillage fin, automatique pour écartement = 10 mm ;
- L'épaisseur des barreaux sera prise égale à 10 mm
Section verticale de la grille (1) :
La vitesse des eaux usées passant au travers du dégrillage doit être comprise entre 0,3 et 0,6 m/s.
Pour le dimensionnement, on prendra une vitesse de 0,6 m/s pour le débit maximum des eaux
usées provenant d’un réseau séparatif et 1,2 m/s si le réseau reçoit en plus des eaux pluviales (réseau
unitaire).
La vitesse maximale admissible dans le canal d’arrivée en amont immédiat du dégrilleur sera prise
égale à 1,2 m/s.
On utilise la formule suivante pour le dimensionnement du dégrilleur :
-La section verticale de la grille est donc :
𝑆𝑣 =
𝑄𝑝
𝑉. 𝑜. 𝑐
Avec :
-
Qp = Débit de pointe horaire (m3/h)
-
Sv = section verticale de la grille (m²)
-
V = vitesse de passage à travers la grille (m/s)
C = coefficient de colmatage (C = 0,10 - 0,30 - grille manuelle et 0,40 - 0,50 – grille automatique)
(On prendra la grille automatique avec une coefficient de colmatage = 0,30)
O = coefficient de passage libre.
𝑜=
𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑎𝑢𝑥
𝑒
=
𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑎𝑢𝑥 + é𝑝𝑎𝑖𝑠𝑠𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑎𝑢
𝑒+𝑏
Rapport PFE
Page | 53
- Alors :
La grille primaire :
Sv = 3,09 m²
La grille secondaire :
Sv = 5,56 m²
Longueur mouillée de la grille (1) :
Figure 18 : Schématisation du dégrilleur
Lo =
𝑡
sin 𝛼
Avec :
t = tirant d’eau maxi en amont de la grille
α = degré d’inclinaison de la grille
Dans le cas de notre dégrilleur : (laboratoire SHU-ENGEES- Novembre 2006).
Tirant d'eau ≅ t = 0,15 m
α = 29,5° donc sin α = 0,44
Donc : Lo = 0,340 m = 340 mm
La largeur de la grille
𝐿=
𝑆𝑣
𝐿𝑜
La grille primaire :
𝑳 = 𝟗, 𝟎𝟔 𝒎
Rapport PFE
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La grille secondaire :
𝑳 = 𝟏𝟔, 𝟑𝟏 𝒎
Nombre d’espacement(Ne) et nombre de barres (Nb)
Soit
e : espacement entre les barres
b : épaisseur des barres
Ne : nombre d’espacement
Nb : Nombre de barres
L = Ne.e + Nb b (L : largeur du canal)
Nb = Ne + 1
Donc :
L = Ne.e + b.( Ne + 1)
L = Ne (e + b) +b
Ne= (L - b) /e + b
Nb= Ne + 1= (L + e) / b + e
La grille primaire :
𝑵𝒆 ≈ 𝟏𝟗
𝑵𝒃 = 𝟐𝟎
La grille secondaire :
𝑵𝒆 ≈ 𝟏𝟎
𝑵𝒃 = 𝟏𝟏
Rapport PFE
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Hauteur du canal amont de la grille
ℎ=
𝑄𝑝
𝑉×𝐿
Avec :
h= Hauteur minimal du canal en m
Qp= Débit en (m3/s)
V= vitesse du passage à travers le canal en m/s
L= Largeur du canal en m
La grille primaire :
𝒉 = 𝟎, 𝟎𝟗𝟑 𝒎
La grille secondaire
𝒉 = 𝟎, 𝟏𝟔𝟖 𝒎
Les pertes de charges à travers la grille :
- L’équation de Kirchmer :
𝐛 𝟒 𝐕é𝟐
Δh = β x ( )𝟑 (
𝐞
𝟐𝐠
) x Sin α
Avec :
Δh : Pertes de charge (m).
β : Coefficient de forme des barres.
b : Largeur de la barre (mm).
e : Espacement entre les barres (mm).
Vé : Vitesse d’écoulement à travers la grille (m/s).
g : La pesanteur (m/s2).
α : Angle d’inclinaison par rapport à l’horizontale (α=29,5°)
Rapport PFE
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Tableau 12 : Valeurs du coefficient de la forme des barres
Forme des barreaux
ß
Rectangulaires à arrête à angle droit
2,42
Rectangulaires avec face amont circulaire
1,83
Circulaire
1,79
La grille primaire
Δh = 0 m
La grille secondaire
Δh = 0,0018 m
Estimation des quantités de refus de dégrillage.
On peut estimer le refus annuel de dégrillage par équivalent habitant. V est exprimé en litres par
équivalent habitant et par an.
Refus annuel de dégrillage par Eqh :
V (l / Eqh.an) ≅ 8 à 10 l / e (e = écartement en cm)
Espacement de 30 mm : 2 à 2,5 l / Eqh.an
Espacement de 10 mm : 4 à 5 l / Eqh.an
Valeur hors compactage (il y a lieu de diminuer de 35% le volume avec compactage)
Densité : bruts = 0.7, compactés = 0.6 à 0.65
Siccité : bruts = 30 %, compactés = 40 à 50 %
% de matières organiques : 65 à 80 %
Rapport PFE
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Conclusion
Tableau 13 : Caractéristique dimensionnelle du dégrilleur
Désignation
Unité
Section verticale de la grille (Sv).
m²
3,09
5,56
Longueur mouillée de la grille (l)
m
0,340
0,340
La largeur de la grille (L).
m
9,066
16,31
Nombre d’espacement (Ne)
-
19
10
Nombre de barres (Nb).
-
20
11
Hauteur du canal amont de la
grille (h).
m
0,093
0,168
Les pertes de charges à travers la
grille (Δh).
m
0
0,0018
2 à 2,5
4à5
Estimation des quantités de refus
L / Eqh.an
de dégrillage
Rapport PFE
La grille primaire
La grille secondaire
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Dessableur – Dégraisseur
Les critères de dimensionnement sont (2) :
- Le temps de séjour de l’eau (Ts) dans le dessableur est de 1 à 5 minutes,
- La quantité d’air à injecter est estimée de 1 à 1,5 m3 par m3 d’eau usée.
Vitesse de sédimentation
Le principe généralement adopté est le dessableur canal.
Selon la loi de stockes :
𝑉𝑠 =
𝑔(𝜌𝑠 − 𝜌𝑙) × 𝑑²
18µ
Vs : vitesse de sédimentation des particules en m/s
g : accélération du pesanteur = 9,81 m/s²
µ: viscosité dynamique de l’eau : 1.10-3
𝜌𝑙 ∶ Densité du liquide (eau) : 997 Kg/ m3
𝜌𝑠 : densité des sables (1 600 Kg/m3)
d : Diamètre des Sables (0,0002 m)
Donc : 𝑉𝑠 = 0,131 𝑚/𝑠
𝑉𝑠 = 47,323 𝑚/ℎ
Surface horizontale :
𝑆ℎ =
𝑄𝑝
𝑉𝑠
𝑆ℎ = 0,9405 𝑚²
Qp : Débit de pointe horaire en (m3/h)
Vs : Vitesse de sédimentation des particules (m/h) (déjà calculée).
Rapport PFE
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Charge hydraulique :
C’est le rapport du débit reçu sur la surface horizontale du bassin.
𝐶ℎ =
𝑄
𝑆ℎ
𝑪𝒉 = 𝟒𝟕, 𝟑𝟐
Avec :
- Q : débit de pointe horaire en (m3/h)
- Sh : Surface horizontale en m²
Volume du bassin :
V = Qp × Ts
𝐕 = 𝟑, 𝟕𝟎𝟗 𝐦𝟑
Avec :
- Qp : le débit de pointe (m3/h)
- Ts : le temps de séjour dans le bassin (1 à 5 minutes)
Hauteur du bassin :
H=
V
Sh
𝐇 = 𝟑, 𝟗𝟒 𝐦
Avec :
- V : volume du bassin en m3
- Sh : Surface horizontale du bassin en m²
Longueur du bassin
Le cas d’un bassin rectangulaire : On sait que : 𝑆ℎ = 𝑙 × 𝐿
Le rapport :
Largeur
Longueur
= 0.55
𝑳 = 𝟏, 𝟕𝟏 𝒎
Rapport PFE
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Diamètre du bassin :
- Le cas d’un bassin circulaire :
Le diamètre D du bassin est calculé par :
4 × 𝑆ℎ
𝐷=√
𝜋
𝑫 = 𝟏, 𝟏𝟗𝟖 𝒎
Quantité de matières minérales éliminées
Le dessableur élimine 80% de la matière minérale existant dans les eaux usées.
La matière minérale représente 20% de la charge en matière en suspension (MES), les 80% restants,
représentent les matières volatiles en suspension (MVS).
La charge polluante journalières en matière minérale est = 192 (kg/j)
Partant de ces hypothèses, s’ensuit :
Les matières minérales totales
= 0,20 × 192 = 38,4 𝐾𝑔/𝑗
Les matières minérales éliminées par le dessableur
= 0,80 × 38,4 = 30,72 𝐾𝑔/𝑗
Les matières minérales restantes = Les matières minérales totales - Les matières minérales
éliminées par le dessableur.
= 38,4 − 30,72 = 7,68 𝐾𝑔/𝑗
MES sortant du dessableur
= (0,80 × 192) + 7,68 = 161,28 𝐾𝑔/𝑗
Rapport PFE
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Estimation des quantités de sables :
- Ratio :
quantité sable/habitant/an : 2 à 15 l/hab/an
- Densité : 1,7 à 2 (suivant le type de lavage)
Valeurs mesurées :
-
0,7 l/eqh/an mini à 3,8 l/eqh/an maxi et en moyenne = 1,8 l/eqh/an
8litres/1000 m3 mini à 40litres/1000m3 et en moyenne = 20litres/1000m3
Siccité : 25 % mini à 65% maxi et 45 % en moyenne
Densité : 1,4 mini à 2 maxi et 1,7 en moyenne
% de MV : 30% mini à 70% maxi et 50 % en moyenne
Concentration en MES de l’eau sablonneuse en sortie dessableur : 100 g/l avec une densité de
1,062 g/cm3
- Mélange sortie sable + eau : 3 à 5% de sable dans le débit d’eau extrait
Estimation des quantités de graisses.
Calcul théorique :
- Quantité graisse/habitant/an : 1 kg/hab/an exprimée en M.E.H (sortie dégraisseur avec un rendement
maxi de 20 % et une concentration de 50 g/l à 80 g/l de M.E.H) soit un volume annuel de 13 l / Eqh.an
et 0,5 kg/hab/an et 6,5 l/ Eqh.an pour un rendement de 10% du dégraisseur.
-
Concentration des graisses internes : 35 à 80 g MEH/l soit 100 à 225 g DCO/l prendre : 225g
DCO/l
Concentration des graisses externes : 35 à 285 g MEH/l soit 100 à 800 g DCO/l prendre : 500 g
DCO/l
Siccité de 25 mini à 45 maxi soit en moyenne = 35%
Densité = 0,8 à 0,9
% de MV 82% mini et 98% et en moyenne = 80% de MV
Viscosité = 2 x celle de l’eau (v eau = 10-6 m2/s)
Rapport PFE
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Conclusion
Tableau 14 : Caractéristique dimensionnelle du dessableur – Dégrilleur
Désignation
Unité
Vitesse de sédimentation des sables en m/s
m/h
47,323
Surface horizontale (Sh)
m²
0,9405
Charge hydraulique (Ch)
-
47,32
Volume du bassin (V)
m3
3,709
Hauteur du bassin (H)
m
3,94
Longueur du bassin (L)
m
1,71
Diamètre du basin (D) si le bassin est
circulaire.
m
1,198
Quantité de matières minérales éliminées
Kg/j
30,72
L/Eqh/an
1,8
L/ Eqh/an
6,5
Estimation des quantités de sables
Estimation des quantités des graisses
Rapport PFE
Valeurs
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Traitement Biologique :
Variante N°1 : filière de traitement par Boues Activées
Classement des procédés par boues activées :
Critères de choix
Tableau 15 : Classement des procédés à Boues Activées
Avantages et inconvénients de chaque classe :
Tableau 16 : Avantages et inconvénients des classe du procédé à Boues Activées.
Types de charge
-
Aération prolongée
Faible Charge
Moyenne charge
Forte charge
Avantages / Inconvénients
-
Temps de séjour supérieur à 24h
-
Les boues sont minéralisées, et en plus faible quantité
-
Temps de séjour inférieur à 10h
-
Epuration biologique sous forte température (80°C)
-
Boues peu minéralisées
Synoptique de la filière à dimensionner :
L’ouvrage de traitement biologique par Boues Activées est conçu sous forme de deux
bassins d’aération d’une capacité de 200 m3/j pour chacun (les charges polluantes
mesurées seront divisées en moitié pour chaque bassin), les eaux issues de chaque bassin
d’aération seront ensuite acheminées vers deux clarificateurs en parallèle, puis vers le
traitement tertiaire.
Rapport PFE
Page | 64
Figure 19: Schéma bloc de la filière Boues Activées
Alors pour le calcul d’une ligne du traitement biologique, les charges hydrauliques et polluantes
seront comme suite :
Tableau 17: les charges hydrauliques et polluantes d’une ligne du traitement biologique
Désignation
Unité
Débit moyen horaire
m3
16,67
8,33
Débit de pointe horaire
m3
44.50
22,25
Charges en DBO5
Kg/j
148
74
Charges en DCO
Kg/j
292
146
Charges en MES
Kg/j
192
96
Rapport PFE
Valeur Globale
Ligne de traitement
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Bassin d’aération (Décanteur – Digesteur) :
Rapport de biodégradabilité :
Le rapport DCO/DBO5, donne une première estimation de la biodégradabilité de la matière
organique d’un effluent donné.
C’est un indicateur des possibilités d’autoépuration de l’eau. On convient généralement sur des
limites données dans le tableau ci-dessous.
Tableau 18 : Critères de biodégradabilité d'un effluent
Dans notre cas :
- La concentration en DBO5 est égale à : 370 mg/L
- La concentration en DCO est égale à : 730 mg/L
Donc le rapport
730
𝐷𝐶𝑂⁄
𝐷𝐵𝑂5 = 370 = 1,97
Alors l’effluent est facilement biodégradable.
Concentration en MES et MVS dans le bassin
La concentration en MES dans le bassin d’aération est de l’ordre de 3 à 4 g/L selon le Tableau 15. [4]
On calcule le rapport
𝑀𝐸𝑆
403,2
=
≈ 1,09
𝐷𝐵𝑂5
370
Donc le pourcentage des MVS est de 68 % de la concentration en MES :
[MVS] = 3,5 × 68 % = 2,38 g/L
Rapport PFE
Page | 66
La charge massique
- Charge massique de référence à appliquer en fonction du rendement de la DBO5
Tableau 19 : Charge massique en fonction du rendement de la DBO5
Le % d’élimination de la DBO5 souhaitable avec notre traitement est de 95 %
Alors la Charge massique est de :
𝐶𝑚 = 0,3
𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂5
𝐾𝑔𝑀𝑉𝑆. 𝐽
La charge volumique
La charge volumique Cv qui correspond à la quantité journalière de DBO5 (en Kg/j) à
dégrader dans le volume V (m3) de l’ouvrage. La charge volumique s'exprime
usuellement en Kg de DBO5/j.
Relation entre Cv et Cm :
𝐶𝑣 = 𝐶𝑚 × [𝑀𝐸𝑆]
- Q : Débit de pointe journalier m3/j
V : Volume du bassin en m3
- [DBO5] : concentration en DBO5 dans le bassin
- [MES] : concentration en MES dans le bassin
-
𝐶𝑣 = 𝐶𝑚 × [𝑀𝐸𝑆]
𝑪𝒗 = 𝟎. 𝟕𝟏𝟒 𝐊𝐠 𝐝𝐞 𝐃𝐁𝐎𝟓/𝐣
Rapport PFE
Page | 67
Volume du bassin
𝑉=
𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑒𝑛 𝐷𝐵𝑂5 à l′entrée
𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒
𝑽 = 𝟏𝟎𝟑, 𝟔𝟒 𝒎𝟑
Donc on prend :
𝑽 = 𝟏𝟏𝟎 𝒎𝟑
Le temps de séjour dans le bassin
Ts = 𝑉⁄𝑄𝑚
Ts = 110⁄8.33
𝐓𝐬 = 𝟏𝟑 𝒉𝒆𝒖𝒓𝒆𝒔 𝒆𝒕 𝟏𝟐 𝒎𝒊𝒏𝒖𝒕𝒆𝒔
Avec
- V : volume du bassin en m3
- Qm : débit moyen
Surface horizontale
Nous prendrons comme base de calcul une hauteur du bassin d’aération comprise entre 3 et 5 m. (2)
𝑆ℎ =
𝑉
𝐻
- V : volume du bassin déjà calculé
- H : 4m
𝑺𝒉 = 𝟐𝟕, 𝟓 𝒎²
Largeur de bassin (2)
On a la relation suivante L=1,5 x l
𝑆ℎ
𝑙 =√
1,5
𝒍 = 𝟒, 𝟐𝟖 𝒎
Rapport PFE
Page | 68
Longueur de bassin
𝐿 = 1,5 × 𝑙
𝑳 = 𝟔, 𝟒𝟐 𝒎
Quantité de biomasse dans le bassin (MVS)
Qbiomasse = SMVS × V
Qbiomasse = 2380g/m3 × 110 m3
Qbiomasse = 261,8 g = 0,262 Kg
Avec :
- SMVS = concentration des MVS dans le bassin (= 2,38 g/L)
- V = volume du bassin (=110 m3)
Besoin en oxygène :
Besoins pour l’oxydation des matières carbonées :
Soit :
- Le = DBO5 à dégrader (le rendement est négligé) (=67 kg/j)
- a' = quantité oxygène nécessaire pour oxyder 1 kg de DB05(=0,60)
- b' = quantité oxygène nécessaire au métabolisme endogène de 1 kg de matières volatiles en suspension
(M.V.S.) par jour (0,08).
- SV = masse de MVS dans le réacteur biologique (hors zone d'anaérobie) soit bassin d'anoxie + bassin
d'aération + clarificateur (= 0,262 Kg)
𝑄𝑂2/𝑗 = 0,60 × 67 + 0,08 × 0,262
𝑸𝑶𝟐 = 𝟒𝟎, 𝟐𝟐 𝑲𝒈 𝑶𝟐/𝒋
D’où la quantité horaire d’oxygène nécessaire = 1,67 Kg 02/heure
Rapport PFE
Page | 69
Les coefficients a’ (besoin pour la synthèse de la biomasse) et b’ (besoin pour la respiration)
dépendent des caractéristiques de l’effluent et de la charge.
Le tableau ci-dessous donne les valeurs utilisées pour des eaux urbaines à différentes charges de
fonctionnement des boues activées.
Tableau 20: valeurs de a' et b' en fonction du type de traitement par Boues Activées
- Besoins pour la dégradation de la pollution azotée :
Avec :
- C’= taux de conversion de l'azote ammoniacal (N-NH4) en azote nitrique (N-NO3), C’=
4,53 kg O2/kg N-NH4 nitrifié
- C" = taux de conversion de l'azote nitrique en azote gazeux en considérant que la fraction
de l'oxygène récupérée par dénitrification est totale (certains prennent un facteur de sécurité
de l'ordre de 0,7). C'' = 2,86 kgO2/kg N-NO3 dénitrifié
Quantité d'azote à nitrifier : N à Nitrifier
Nous commencerons par estimer la quantité d'azote à nitrifier à l'aide de la relation :
On choisit :
NTKEB = Quantité d’azote apporté par les eaux brutes.
Nass = Quantité d’azote assimilé par les boues activées (Nass peut être pris égal à 5 pourcent de la
DBO5 éliminée. De façon plus précise : Nass = 4.8 %. de la production de boues dans le cas d'un
effluent urbain classique. Ou, exprimé par rapport aux MVS des boues produites : de l'ordre de 7 %.)
On prend Nass = DBO5 éliminée x 0,05 = 67 × 0,05 = 3,35 mg/L
NTKrejet = 7 - 8 mg/l en moyenne (système biologiquement stabilisé)
Rapport PFE
Page | 70
Azote nitrifié = Qjr × NTK à nitrifier
Azote nitrifié = Qjr × (NTKEB - Nass – NTKrejet)
Azote nitrifié = 200 × (0 – 3.65 – 7)
= - 2130 g/j = - 2,13 kg/j
Quantité d'azote à dénitrifier
Une fois estimée la quantité d'azote à nitrifier, nous pouvons estimer la quantité d'azote à dénitrifier
à l'aide de la relation suivante :
Azote à dénitrifier = Qjr × (NTK à nitrifier - N-NO3)
Azote à dénitrifier = 200× ( -2,13 – 5)
Azote à dénitrifier = - 1426 g/j = -1,426 kg/j
N-NO3 : quantité d'azote nitrique rejeté avec l'eau traitée (mg/l)
N-NO3 = 5 mg/l en moyenne
Donc :
QO2N = QO2Nit + QO2Déni
QO2N = C’* Azote nitrifié - C’’ * Azote à dénitrifier
= 4,53 * (-2,13) - 2,86 * (-1,426)
= -5,57 kgO2/j
- Besoins totaux :
QO2T = QO2C + QO2N
𝑄𝑂2 = 40,22 − 5,57
𝑄𝑂2 = 34,65 𝐾𝑔 𝑂2/𝑗
QO2C : Besoins pour l’oxydation des matières carbonées
QO2N : Besoins pour la dégradation de la pollution azotée
Le système d’aération fonctionnera 14 h par jour donc :
𝑸𝑶𝟐𝑻 = 𝟐, 𝟒𝟕𝟓 𝑲𝒈 𝑶𝟐/𝒉
Rapport PFE
Page | 71
Débit d’air à insuffler
Le débit d'air sec exprimé en Nm3/h (normaux m3 d'air en référence aux conditions normales ; à 273
°K ou 0°C, Pn = 1 atm = 10332 mm CE = 1,01325 bars = 1013,25 mbars = 101,325 KPa = 760 mm
Hg).
-
1 bar = 100 KPa
-
QO2 / h = besoin en oxygène totale en pointe horaire
-
CGT = coefficient global de transfert, CGT = 0,55 (insufflation de fines bulles)
-
He = hauteur de liquide au-dessus des diffuseurs (=3,5m)
-
Rdt : rendement en eau claire en fine bulle 6,8 % par mètre d'eau (suivant type d'équipement)
-
O2 g/ m3 : quantité O2 par m3 dans les conditions normales, soit : 270 gO2 par m3 d'air
𝑄𝑎𝑖𝑟 =
2,475 × 103
0,068 × 0,55 × 270 × 3,5
𝑄𝑎𝑖𝑟 = 70,02 𝑁𝑚3/ℎ
On a :
𝑄𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒𝑢𝑟 = 7 𝑚3/ℎ
Alors :
𝑁𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒𝑢𝑟 = 11 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒𝑢𝑟𝑠
Rapport PFE
Page | 72
Conclusion
Tableau 21 : Caractéristiques dimensionnelles d’une ligne de bassin d'aération
Désignation
Unité
Valeurs
Rapport de biodégradabilité
-
1,97
Concentration en MES dans le bassin
g/L
3à4
Concentration en MVS dans le bassin
g/L
2,38
KgDBO5
KgMVS. J
0,3
Charge volumique
Kg de DBO5/j
0,714
Volume du bassin
m3
110
Surface horizontale
m²
27,5
Longueur du bassin
m
6,42
Largeur du bassin
m
4,28
Ts dans le bassin
Heures
13,2
Kg
0,262
Kg O2/heure
1,73
Nm3/h
70,02
Charge massique (en fonction du rendement de la DBO5)
Quantité de biomasse dans le bassin
Besoins totaux en oxygène
Débit d’air à insuffler
Rapport PFE
Page | 73
Bassin de clarification :
Il existe deux formes possibles pour le clarificateur, circulaire ou rectangulaire. Les rectangulaires
présentent l’avantage d’une implantation au sol plus compacte mais possèdent un coût de
fonctionnement plus élevé que dans le cas des clarificateurs circulaires. Ces derniers peuvent être
cylindrique ou cylindro-conique c'est-à-dire avec une pente de fond, appelée radier, plus ou moins
importante (10 à 15 % minimum).
Indice de Boues (Mohlman) :
Il mesure la décantabilité de la boue.
IB, qui correspond au volume occupé par 1 g de boue après décantation de 30 min dans une éprouvette
d’un litre.
𝐼𝑀 =
𝑉𝐷30
𝑀𝐸𝑆
Avec :
VD30 : cette valeur exprime le volume de boue activée décantée pendant 30 min
sous l'unique effet de la gravité.
MES : Matière en suspension du bassin.
Si Im ∼ 80 ; la décantation est très bonne mais les boues sont difficilement pompables
Si Im ∼ 150 : la décantation est très lente
Si on suppose que les boues se décantent bien, l’indice de Mohlman se situe entre 80 et 150.
On prend alors :
IM=115 ml/g
Vitesse ascensionnelle
𝑉𝑎 =
500
𝐶𝑏𝑎 × 𝐼𝑀
Avec :
- Cba (en g · L–1) : concentration en MES alimentant le clarificateur (=3,5g/L)
- IM (mL · g–1) : indice de boue (=115)
𝑽𝒂 = 𝟏, 𝟐𝟒
Rapport PFE
Page | 74
Surface du bassin (approche CIRSEE) :
𝑆=
𝑄
𝑉𝑎
𝑺 = 𝟏𝟕, 𝟗𝟒 𝒎
Avec : Q : débit de pointe horaire (m3/h)
Va : Vitesse ascensionnelle (m/h)
Volume du bassin (approche CIRSEE)
Il correspond à un temps de séjour minimum dans la zone de clarification. Ce temps de séjour, de
l'ordre de 1h30 à 2h sur la base du régime hydraulique de pointe
𝑉𝑡𝑜𝑡 = 𝑄𝑝 × 𝑇𝑟
𝑉𝑡𝑜𝑡 = 22,25 × 1,5
𝑉𝑡𝑜𝑡 = 𝟑𝟑, 𝟑𝟕 𝒎𝟑
- Le temps de rétention (Tr) égale à 1,5h.
Volume du bassin corrigé par rapport à l’indice de boues
𝑉𝑐 = 𝐼𝐵 × 𝐶𝑏
𝑽𝒄 = 𝟐𝟓𝟕, 𝟔 𝒎𝑳/𝑳
Avec :
Vc : volume corrigé en mL/L
IB (mL/g) indice de boue, défini ci-avant,
Cb (g/L) concentration des boues, défini dans le bilan des boues (=2,24 g/L)
Diamètre du bassin
𝐷=√
4×𝑆
𝜋
𝑫 = 𝟒, 𝟕𝟕 𝐦
Rapport PFE
Page | 75
Hauteur du clarificateur (méthode type ATV 131 / CEMAGREF) :
Soit :
-
S = surface du clarificateur
V = Volume total du réacteur biologique
IM = indice de Mohlman
Sa = concentration des MES dans le bassin.
- ∆Sa = 0,5 à 1g/L (variation de concentration dans le bassin par temps de pluie), on prend
une moyenne de 0,75 g/L
HT = H1 + H2 + H3 + H4
H1 = zone d'eau clarifiée ≥ 0,5 m
H2 = zone de sédimentation = 1 m (réseau séparatif)
H3 = zone d’épaississement =
𝑆𝑎×𝐼𝑀
1000
=
3,5×115
1000
= 0,40 𝑚
H4 = zone de stockage (réseau unitaire uniquement ou réseau séparatif "fuyant")
𝐻4 =
𝐻4 =
∆𝑆𝑎 × 𝑉 × 𝐼𝑀
1000 × 𝑆
0,75 × 33,37 × 115
= 0,16 𝑚
1000 × 17,94
HT = 0,5 + 1 + 0,4 + 0,16
HT= 2,06 m
Rapport PFE
Page | 76
Conclusion :
Tableau 22 Caractéristiques dimensionnelles du clarificateur :
Désignation
Unité
Valeurs
Indice de Boues
ml/g
115
Vitesse ascensionnelle
m/h
1,24
Surface du bassin
m
17,94
Volume du bassin
m3
33,37
Diamètre du bassin
m
4,77
Hauteur du bassin
m
2,06
Bilan des boues des deux bassins d’aération :
Masse des boues :
La masse totale des boues dans le bassin est déduite de la charge massique :
𝑪𝒎 =
𝐾𝑔
𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑒𝑛 𝐷𝐵𝑂5 à 𝑙 ′ 𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒 𝑑𝑢 𝑏𝑎𝑠𝑠𝑖𝑛 ( 𝑗 )
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑒 𝑏𝑎𝑠𝑠𝑖𝑛 (𝑀𝑉𝑆)(𝐾𝑔)
On a :
Charge en DBO5 à l’entrée du bassin d’aération (Kg/j) = 148
Charge massique = 0,3 KgDBO5/KgMVS.J
𝒎=
𝐾𝑔
𝐶ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑒𝑛 𝐷𝐵𝑂5 à 𝑙 ′ 𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒 𝑑𝑢 𝑏𝑎𝑠𝑠𝑖𝑛 d’aération ( 𝑗 )
𝐶𝑚
𝒎 = 𝟒𝟗𝟑, 𝟑𝟑 𝑲𝒈
Rapport PFE
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La concentration des boues :
[𝑋𝑎] =
𝑚
𝑉
[𝑿𝒂] = 𝟐, 𝟐𝟒 𝐊𝐠/𝐦𝟑
Avec :
V : volume des deux bassins d’aération (=220 m3)
m : Masse des boues dans les bassins (=493,33 Kg)
Quantité des boues produites en excès :
Avec :
-
ΔS (kg/j) : boues en excès,
am : augmentation de la biomasse par élimination de la DBO5,
b :diminution de la biomasse par respiration endogène,
Se (kg/j) : DBO5 éliminée,
- X (kg) : masse des boues organiques dans le bassin (MVS),
- Smin (kg/j) : matières minérales en suspension apportées par l’effluent,
- Sdur (kg/j) : matières organiques en suspension difficilement biodégradables apportées
par l’effluent : 25 % des MVS.
Les coefficients am et b sont dépendants des caractéristiques de l’effluent et de la charge. Le tableau
ci-dessous donne les valeurs utilisées pour des eaux usées urbaines à différentes charges de
fonctionnement des boues activées.
Tableau 23: valeurs de a’ et b’ en fonction du type de traitement par boues activées
Rapport PFE
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-
am=0,60
b=0,07
Se = 134 Kg/j
X = 493,33 Kg
Smin = 161,28 Kg/j
Sdur = 2,38 g/L x 400 m3/j = 952 Kg/j × 0,25 = 238 Kg/j
∆𝑆 = (0,60 × 134) − (0,07 × 493,33) + (161,28 + 238)
∆𝑺 = 𝟒𝟎𝟓, 𝟏𝟕 𝑲𝒈/𝒋
Taux de recyclage des boues :
Dans le but de maintenir une concentration moyenne constante de boues dans le bassin, le
recyclage est effectué à partie du clarificateur ou décanteur secondaire.
Le taux de recyclage peut varier de 15 à 100% de débit de l’effluent produit. Il est donné
par l’expression suivante :
𝑅=
100 × [𝑋𝑎]
1200
[𝑋𝑎]
𝐼𝑀 −
- R : taux de recyclage (%)
- [Xa] : concentration des boues dans le bassin (=2,24 g/L)
𝑹 = 𝟐𝟕, 𝟑𝟑 %
Débit des boues recyclées :
Le débit des boues recyclées dans le bassin est donné par la relation :
Qr = (R x Qj) / 100
- R : taux de recyclage (=27,33 %)
- Qj : débit journalier = 400 m3/j
Qr =109,32 m3/j
Rapport PFE
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L’âge des boues :
𝐴=
𝑚
∆𝑆
S = 405,17kg /j
- m = 493,33 kg
𝐴 = 1,20 jour
𝑨 = 𝟐𝟒 𝐡𝐞𝐮𝐫𝐞𝐬 𝟏𝟐 𝐦𝐢𝐧𝐮𝐭𝐞𝐬
✓ Un âge des boues élevé témoigne d’une boue bien développée, ce qui est favorable à une bonne
élimination de la pollution.
Temps de séjour des boues
Les temps de séjour des boues dans le clarificateur sont définis en fonction de la charge massique :
•
50 minutes pour Cm ≥ 0,3
•
80 minutes pour Cm= 0,1
•
120 minutes pour Cm ≤ 0,09
Dans notre cas Cm= 0,3 (Moyenne charge)
Alors : Ts doit être 50 minutes = 0,84 heures
Rapport PFE
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Conclusion
Tableau 24 : Bilan des boues des deux bassins d’aération
Désignation
Unité
Valeurs
Masse des boues dans le bassin
Kg/j
493,33
Concentration des boues dans le bassin
Kg/m3
2,24
Quantité des boues produites
Kg
405,17
Taux de recirculation des boues
%
27,33
Débit des boues recyclées
m3/j
109,32
L’âge des boues
Heures
24,2
Temps de séjour des boues
Minutes
50
Rapport PFE
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Variante N°2 : Filière SBR : Réacteur séquentiel discontinu
Le bassin SBR se dimensionne de manière similaire au bassin d’aération classique. La
différence vient de sa fonction puisqu’il assure le traitement biologique des eaux mais
également la décantation.
Bassin d’homogénéisation :
Le bassin tampon permet, pour la suite du traitement :
-
D'obtenir un effluent parfaitement homogénéisé,
constantes.
-
De régulariser le débit à une valeur constante et indépendante des écoulements de
l’établissement.
c'est
à dire ayant
des
qualités
Afin d'obtenir un mélange homogène, et d'éviter les dépôts de matières sédimentables, il
est prévu d'assurer un vigoureux brassage de la masse liquide. L’effluent n’étant pas
dégraissé à ce stade, nous avons choisi un agitateur, permettant de recirculer très
efficacement les graisses et flottants surnageant sur le dessus de la masse liquide. Enfin,
une légère aération permettra d’éviter la formation des odeurs.
Le transfert de l’effluent vers la suite du traitement se fera au moyen des pompes, ce qui
garantit un débit constant sur le flottateur. En effet une alimentation gravitaire a
l’inconvénient d’alimenter le flottateur à débit variable proportionnel à la hauteur du
liquide dans le bassin tampon.
Le volume d’un tel bassin d’homogénéisation est calculé sur la base d’un temps de
séjour :
𝑉 = 𝑄𝑗𝑟 × 1 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑠 × 1,2
𝑉 = 400 × 1 × 1,2
𝑉 = 480 𝑚3
Qjr : Débit journalier entrant (m3/jour)
Rapport PFE
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Bassin d’aération- clarification
Choix du cycle [4] :
Le réacteur SBR est un ouvrage utilisé de manière séquentielle (en général trois cycles
de huit heures par jour), avec une phase d'alimentation de l'ordre de quatre heures et une
phase de finition du traitement incluant la décantation, la vidange de l'eau traitée et
l'extraction des boues en excès pour une durée totale elle aussi de quatre heures.
La vidange ne doit pas excéder une heure. Le débit de la pompe de vidange ou du
système spécifique est en corrélation étroite avec le volume à évacuer pour respecter cette
condition.
Volume nécessaire
Le dimensionnement du volume du réacteur se réalise à partir de la charge massique qui
dépend du rendement du réacteur souhaité et de la concentration en solide présent dans le
réacteur.
Avec :
-
V nécessaire : Volume en m3 ;
DBO5 : Charge en DBO5 entrante (= 148 kgDBO5/j).
Q : Débit journalier (=400m3/j) ;
Cm : Charge massique (= 0,3 kgDBO5/kgMVS.j)
MVS : Concentration en biomasse dans le réacteur en (=2,38 g/L).
Donc :
Vnécessaire =
148 × 400
× 10−3
0,3 × 2,38
V ≈ 83 m3
Rayon du bassin
On fixe une hauteur de bassin raisonnable pour trouver le rayon du bassin selon la formule :
= 2,96 𝑚 ≈ 3 𝑚
Rapport PFE
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Avec :
V choisi: Volume en m3
- H bassin : Hauteur du réacteur en m (on choisit 3 m)
-
Besoin en Oxygène :
Le besoin en oxygène se calcule comme la quantité d’oxygène à fournir pour éliminer la pollution
carbonée considérant que dans le cas présent, la quantité d’oxygène à fournir pour éliminer la
pollution azotée est négligeable.
Besoins pour l’oxydation des matières carbonées :
O2Nécessaire = 0,6 × 148 + 0,08 × 0,262
O2Nécessaire = 88,82 Kg O2 / j
Avec :
-
O2 Nécessaire : quantité d’Oxygène à fournir en kg O2/j
DBO5 : kgDBO5/j
MVS : masse en biomasse dans le réacteur en kg (= 0,262 Kg)
a’ : traduit la demande en oxygène pour éliminer 1 Kg de DBO5 en ( 0,60 kg O2/kg DBO5)*
b’ : traduit le besoin en oxygène de la biomasse pour survivre ( = 0,08 kg O2/kg MVS.j)*
*(Voir tableau des valeurs de a' et b' en fonction du type de traitement par boues activées).
Besoins pour l’oxydation des matières azotée : (déjà calculé)
QO2N= - 10,70 kgO2/j
- Besoins totaux :
QO2T = QO2C + QO2N
QO2T = 88,82 - 10,70
QO2T = 78,12 KgO2/j
Le système d’aération fonctionnera 14 h par jour donc :
QO2T = 5,58 KgO2/h
Rapport PFE
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Débit d’air à insuffler
-
QO2 / h = besoin en oxygène totale en pointe horaire
-
CGT = coefficient global de transfert, CGT = 0,55 (insufflation de fines bulles)
-
He = hauteur de liquide au-dessus des diffuseurs (=3,5m).
-
Rdt : rendement en eau claire en fine bulle 6,8 % par mètre d'eau (suivant type
d'équipement)
-
O2 / m3 : quantité O2 par m3 dans les conditions normales, soit : 270 gO2/m3 d'air
𝑄𝑎𝑖𝑟 =
5,58 × 103
0,068 × 0,55 × 270 × 3,5
𝑄𝑎𝑖𝑟 = 157,88 𝑁𝑚3/ℎ
On a :
𝑄𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒𝑢𝑟 = 7 𝑚3/ℎ
Alors :
𝑁𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒𝑢𝑟 = 23 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑒𝑢𝑟𝑠
Rapport PFE
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Conclusion
Tableau 25 : Caractéristiques dimensionnelles du réacteur (SBR)
Désignation
Volume du bassin d’homogénéisation
Unité
m3
Valeurs
480
Nombre de cycle du réacteur
Cycles/j
3 cycles de 8 heures
Volume nécessaire du réacteur
m3
82,913
Hauteur du réacteur
m
3
Rayon du réacteur
m
3
Hauteur eau claire
m
Hauteur boues
m
Besoin en Oxygène
Kg O2/j
78,12
Débit d’air à insuffler
Nm3/h
157,88
Rapport PFE
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Comparaison entre les deux variantes :
Pour le choix du procédé à mettre en œuvre, on se sert d’un outil d’aide à la décision
qui est la matrice de priorité, en se basant sur les critères suivants :
➢ Niveau de traitement ;
➢ Flexibilité à la variation de charge polluante et hydraulique ;
➢ Consommation en oxygène ;
➢ Surface d’implantation.
Ces critères sont mentionnés dans une matrice afin de choisir le système adéquat.
On pose :
Résultat = (Niveau de traitement) ×(Flexibilité)× (Consommation en O2) ×(surface)
On a utilisé une échelle de 1 à 5 pour évaluer les divers critères des deux procédés.
Avec : 1 : Préoccupant ; 2 : Médiocre ; 3 : Moyen ; 4 : Bon ; 5 : Excellent ;
Le procédé qui présente le total le plus élevé sera retenu.
Tableau 26 : Matrice de priorité des deux variantes de traitement biologique
Critères
Niveau de
traitement
Flexibilité
Consommation
en O2
Surface
Résultat
Boues Activées
4
4
4
3
192
SBR
4
3
3
4
144
Techniques
La comparaison montre clairement que le procédé à boues activés présente un niveau de
satisfaction plus élevé à la séquence des critères fixés que celui à SBR, de ce point de vue
nous le choisissons comme solution pour l’épuration des eaux usées du centre
Rapport PFE
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Filière de Traitement des boues
Pratiquement dans la totalité des projets, la gestion des solides des rejets, est
absolument nécessaire pour éviter la création d’un milieu favorisant la croissance des
bactéries et pour réduire le volume des boues. C’est pour cela les boues produites seront
acheminées vers une unité de traitement des boues.
Il existe plusieurs types de traitement des boues, dans notre nous avons choisi un
épaississeur suivit par un filtre presse.
L’épaississeur statique
Elle consiste à augmenter la concentration des boues liquides de trois à dix fois selon
le procédé employé. Les boues liquides deviennent donc plus épaisses en augmentant la
teneur en matière sèche des boues par décantation et par récupération du surnageant. Un
ouvrage statique est le plus souvent employé pour les boues, ce dispositif étant relatif à
l'emploi d'une cuve cylindro-conique.
Figure 20 : Schéma d’un épaississeur
Le fonctionnement d'un épaississeur est caractérisé par sa charge surfacique ch.
Ch est la quantité de matières sèches reçues par m2 / jour. Elle peut varier de 25 à
35 kg MS/m2/J.
Rapport PFE
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La valeur de l'indice de Mohlman permet de définir une concentration repère en
sortie d'épaississeur ainsi qu'une charge surfacique optimale. [5]
-
IM = 100 ml/g
IM = 150 ml/g
IM = 200 ml/g
IM = 250 ml/g
Conc = 30 g/l
Conc = 27 g/l
Conc = 25 g/l
Conc = 20 g/l
ch = 30 kg MS/m2/j
ch = 27 kg MS/m2/j
ch = 25 kg MS/m2/j
ch = 20 kg MS/m2/j
Surface épaississeur
En considérant que la production de 7 jours est extraite en 5 jours :
PB : production des boues (=405,71 Kg/j)
Ch : charge surfacique (= 30 kg MS/m2/j)
𝑆 = 𝑃𝐵 ×
7 1
×
5 𝐶ℎ
𝑺 = 𝟏𝟖, 𝟗𝟑 𝐦²
Les autres paramètres habituels utilisés pour le dimensionnement de l'épaississeur sont les suivants :
(5)
- Hauteur = 3,5 m (hors cône)
- Hauteur boue = 1,5 m
- Hauteur d'eau claire = 2 m
Diamètre de l’épaississeur :
Nous rappelons que :
𝒅𝒊𝒂𝒎è𝒕𝒓𝒆 = 𝟒, 𝟗𝟎 𝒎
Hauteur du cône
La hauteur du cône de l'épaississeur sera définie par :
Hauteur du cône = diamètre x 0,15 = 0,73 m
Rapport PFE
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Volume du cône
V = surface x hauteur du cône x 1/3= 4,6m3
Hauteur de l'épaississeur
La hauteur totale de l'épaississeur sera alors calculée suivant la relation :
H = Hauteur hors cône + Hauteur cône
H = 4,23 m
Volume des boues à extraire
Le débit d'extraction des boues est approximativement égal au débit d'alimentation de
l'épaississeur. On obtient alors la relation :
𝑉𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 =
𝑃𝐵
𝑀𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑉𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 =
405,71
30
𝐕𝐛𝐨𝐮𝐞𝐬 = 𝟏𝟑, 𝟓𝟐 𝐦𝟑
Masse des boues à extraire
𝑚𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 = 𝐶𝑜𝑛𝑐 × 𝑉𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠
𝒎𝒃𝒐𝒖𝒆𝒔 = 𝟑𝟎 × 𝟏𝟑, 𝟓𝟐 = 𝟒𝟎𝟓, 𝟔 𝑲𝒈
Débit volumique des boues à extraire
Soit encore, en considérant que :
- la production de 7 jours est extraite en 5 jours [5]
- Le temps de séjour doit être limité à 24 heures (risque de fermentation au-delà) [6].
𝑄𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 = 𝑉𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 ×
7
1
×
5 𝑇𝑠 (ℎ/𝑗)
7 1
𝑄𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 = 13,52 × ×
5 24
𝑸𝒃𝒐𝒖𝒆𝒔 = 𝟎, 𝟕𝟗 𝒎𝟑/𝒋
Rapport PFE
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Débit massique des boues à extraire
𝑄𝑚𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 = 𝑄𝑣𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 × 𝑑
𝑄𝑚𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 = 0.79 × 1100
𝑸𝒎𝒃𝒐𝒖𝒆𝒔 = 𝟖𝟔𝟗 𝑲𝒈/𝒋
Conclusion
Tableau 27 : Caractéristiques dimensionnelles de l’épaississeur statique
Désignation
Unité
Valeurs
Surface épaississeur
m²
18,93
Diamètre de l’épaississeur
m
4,90
Hauteur du cône
m
0,73
Volume du cône
m3
4,6
Hauteur hors cône
m
3,5
Hauteur épaississeur
m
4,23
Concentration des boues à extraire
g/L
30
Volume des boues à extraire
m3
13,52
Masse des boues à extraire
Kg
405,6
Débit volumique des boues à extraire
m3/j
0,79
Débit massique des boues à extraire
Kg/j
869
Rapport PFE
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Le filtre presse
Le filtre-presse est un appareil servant à filtrer sous pression les liquides chargés de particules solides
en suspension.
La conception des filtres presses à deux longerons latéraux, permet de retirer facilement les plateaux
par le dessus de l’appareil et pour cela le distingue des filtres dont les plateaux suspendus sous une
poutre centrale rendent leur manutention longue et pénible.
Figure 21: Schéma du filtre presse (EMO)
La filtration sur filtre-presse se fait suivant un cycle discontinu :
La fermeture : se fait par le vérin hydraulique qui permet d’assurer l’étanchéité de l’appareil et de
compenser la pression de filtration.
La filtration : les boues sont amenées sous pression par une pompe (centrifuge ou à membrane par
exemple) et se répartissent dans les chambres ; les boues peuvent être « conditionnées » de plusieurs
façons notamment par adjonction de chaux (par mélange dans un réacteur). Les toiles qui couvrent
les plateaux sont traversées par le « filtrat » et arrêtent les particules solides pour former les gâteaux.
Le filtrat est évacué du plateau par conduits ou goulottes.
Le paquet des plateaux se trouve entre les longerons du châssis. Une extrémité est appuyée au plateau
fixe d’alimentation et l’autre au plateau mobile.
Rapport PFE
Page | 92
Le plateau mobile, poussé par le vérin, serre le paquet des plateaux, à la pression nécessaire, pour en
assurer l’étanchéité des liquides pendant la filtration.
Le gâteau est évacué sous le filtre presse. La pression d’utilisation en final peut aller de 2 à 50 bars.
L’ouverture : A la fin de la filtration le filtre-presse s’ouvre pour permettre la chute du gâteau. Un
détecteur permet de contrôler la fin de la filtration et donne l’ordre au vérin de reculer la tête mobile
et donc de dégager le premier gâteau.
Le débâtissage : L’opération de débâtissage libère les gâteaux formés entre les plateaux. La fin de
recul de la tête mobile commande le démarrage du système de débâtissage qui libère successivement
les gâteaux de leurs chambres.
La technologie des filtres presses à membranes améliore considérablement la productivité des filtres
presses de 20 à 50% et augmente la siccité des gâteaux.
Une introduction de chaux consécutive, est toujours d’un grand intérêt pour améliorer la filtrabilité :
▪
Diminution du taux d’eau liée (obtention d’un gâteau plus sec et plus consistant) ;
▪
Précipitation d’un certain nombre de sels de calcium (organiques et minéraux) favorables à la
filtration ;
▪
Apport d’une charge minérale dense (augmentation de la perméabilité du gâteau).
La dose de la chaux dépend bien sûr de la nature des boues à filtrer. En première approche, avant
filtre-presse, on peut les estimer comme suit : [6]
Tableau 28 : Doses de la chaux utilité dans le filtre presse selon chaque type des boues
Type de boue
Chaux (%)*
ERU primaire
10 - 12
ERU mixte
18 - 25
ERU biologiques aération pro
25 - 30
ERU/ERI (physico)
10 - 15
* : Pourcentage exprimé par rapport au Ms de la boue à déshydrater
Rapport PFE
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Pour dimensionner le filtre presse, on doit déterminer : dimension du plateau, nombre des plateaux,
et nombre du cycle. Alors pour déterminer ces paramètres, on doit suivre le calcul qui sera détaillé
dans cette partie.
Masse de boues en matière sèche
La quantité des boues produites en matière sèche est calculé par la relation suivante :
𝑀𝑠 =
𝑄𝑚 𝑏𝑜𝑢𝑒𝑠 × 𝑆𝑖
100
Avec :
- Ms : Matière sèche des boues (kg/jr)
- Qm.boues : Débit massique des boues (kg/jour)
- Si : la siccité de la boues (5%)
𝑀𝑠 =
869 × 5
100
𝑴𝒔 = 𝟒𝟑, 𝟕𝟓 𝒌𝒈/𝒋
Détermination de la dose de la chaux
Dans notre cas, on a boues produites par un traitement biologique, alors on utilisera une dose de 30%
de la chaux par rapport à la matière sèche de la boue à déshydrater.
𝑄𝑐ℎ = 𝐷𝑐ℎ × 𝑀𝑠
𝑸𝒄𝒉 = 𝟏𝟑, 𝟏𝟐 𝑲𝒈/𝒋
Avec :
- Qch : Débit de la chaux journalière (kg/j)
- Dch : Dose de la chaux par rapport Ms (30 %)
- Ms : Débit de la matière sèche journalière
Production des boues déshydratées
Apres l’ajout de la chaux, la quantité en matière augmente :
𝑀𝑠𝑇 = 𝑄𝑐ℎ + 𝑀𝑠
𝑴𝒔𝑻 = 𝟓𝟔, 𝟖𝟕 𝑲𝒈/𝒋
Rapport PFE
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Avec :
- MsT : Débit de la matière sèche journalière total (kg/jr)
- Qch : Débit de la chaux journalière (kg/jr)
- Ms : Débit de la matière sèche journalière (kg/jr)
Ainsi, qu’on a comme objectif de produire les boues déshydratées avec une siccité de 30%. Alors le
calcul de la quantité des boues déshydraté sera comme suivant :
𝑄𝑏,𝑑é𝑠 =
𝑀𝑠𝑇
× 100
𝑆𝑖
Avec :
Qb,dés : débit massique des boues (kg/jr)
MsT : Matière sèche des boues (kg/jr)
Si : la siccité (=30%)
𝑄𝑏,𝑑é𝑠 =
56,87
× 100
30
𝑸𝒃,𝒅é𝒔 = 𝟏𝟖𝟗, 𝟓𝟔 𝑲𝒈/𝒋
Volume du filtre presse
Pour déterminer le volume du filtre presse qui est égale au volume du gâteau par presse, on doit
déterminer en premier temps le de cycle de pressé.
Le temps d’une presse doit contenir : bâtissage, remplissage, filtration, et débâtissage.
Le temps d’une presse est : [7]
𝑡𝑝 = 150 𝑚𝑖𝑛
Alors le calcul du nombre du cycle sera comme suivant :
𝑁𝑐 =
𝑡𝑓
𝑡𝑝
𝑵𝒄 = 𝟑
Rapport PFE
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Avec :
- tf : Temps de fonctionnement du filtre presse (8 h)
- tp : Temps d’une pesse (h)
Puis on calcul quantité boues déshydraté presse :
𝑀𝑏,𝑑é𝑠 =
𝑄𝑏,𝑑é𝑠
𝑁𝑐
Avec :
- Nc : Nombre de cycle de presse (-)
- Qb,dés : débit massique des boues (kg/jr)
𝑀𝑏,𝑑é𝑠 =
189,56
3
𝑴𝒃,𝒅é𝒔 = 𝟔𝟑, 𝟏𝟖 𝑲𝒈/𝒑𝒓𝒆𝒔𝒔𝒆
Puis on détermine le volume du filtre presse. Pour déterminer ce paramètre, on doit déterminer la
densité des boues.
Tableau 29 : Densité des boues en fonction de la siccité
Siccité (%)
30
35
40
db (kg/l)
1,15
1,17
1,21
Alors, on peut calculer le volume du filtre presse par la relation suivante :
𝑉𝐹𝑃 =
𝑀𝑏,𝑑é𝑠
𝑑𝑏 ∗ 1000
𝑽𝑭𝑷 = 0,06 m3
Avec :
- VFP : Volume du filtre presse (m3)
- Mb,dés : Masse des boues déshydraté par presse (kg/presse)
- db : Densité des boues (kg/l)
Rapport PFE
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Surface filtrante du filtre presse
La surface filtrante est un paramètre clé pour caractériser un filtre presse, pour calculer ce paramètre
on utilise la relation suivante :
𝑉𝐹𝑃
∗2
𝑒𝑔
𝑆𝐹 =
Avec :
- SF : Surface filtrante (m2)
- VFP : Volume du filtre presse (m3)
- eg : Epaisseur du gâteau (m)
Pour les épaisseurs existantes du gâteau, il y a : 28 ; 30 ; 32 mm. [7]
On choisit une épaisseur de 30 mm = 0,03 m
𝑆𝐹 =
0,06
×2
0,03
𝑆𝐹 = 4,33 𝑚²
Nombre de plateaux du filtre presse
Le filtre presse va retenir les boues déshydratées à l’intérieur des plateaux, dans une chambre, comme
il est illustré dans la figure 25.
Figure 22: Schématisation des plateaux et chambres du filtre presse
Rapport PFE
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D’après la figure 25, le nombre des plateaux est en fonction du nombre de chambre du gâteau par la
relation suivante :
𝑁𝑝 = 𝑁𝑐ℎ + 1
Avec :
- Np : Nombre des plateaux du filtre presse
- Nch : Nombre des chambres du filtre presse
Alors, pour déterminer le nombre des plateaux on doit en premier temps déterminer le nombre des
chambres du filtre presse, ce dernier paramètre sera calculé par la relation suivante :
𝑁𝑐ℎ =
𝑆𝐹
𝑆𝑃
Avec :
- SF : Surface filtrante (m2)
- SP : Surface d’un plateau (m2)
La surface du plateau dépend de la dimension du plateau (Largeur ; Hauteur), le choix de ce paramètre
doit respecter les dimensions normalisés (500 ; 600 ; 800 ; 1000 ; 1200 mm). [7]
Le calcul de la surface du plateau est calculé par la relation suivante : [8]
𝑆𝑃 = 𝐿 ∗ 𝐻 ∗ 2 ∗ 𝑘
Avec :
- L : Largueur du plateau (=0,5m)
- H : Hauteur du plateau (=0,5m)
- k : Facteur de la surface utile ; il est égale à 0,8.
𝑺𝑷 = 𝟎, 𝟒𝟎 𝒎𝟐
Alors :
𝑁𝑐ℎ =
Donc :
4,33
= 11
0,4
𝑁𝑝 = 12 à 13 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢𝑥
Pour vérifier le dimensionnement du filtre presse on doit vérifier la condition suivante :
𝑁𝑝 ≤ 30
Rapport PFE
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Conclusion :
Tableau 30 : Caractéristiques dimensionnelles du filtre presse
Désignation
Unité
Masse de boues en matière sèche
Kg
43,75
Dose de la chaux
Kg/jr
13,12
Production des boues déshydratées
Kg/jr
189,56
Volume du filtre presse
m3
0,06
Surface filtrante du filtre presse
m²
4,33
Nombre de plateaux du filtre presse
-
12 à 13
Rapport PFE
Valeurs
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Filière de traitement tertiaire
Filtre à sable
Principe de fonctionnement
Un filtre à sable est utilisé pour l’élimination des MES et du phosphore, ce type de filtration
tertiaire est particulièrement intéressant pour améliorer tout procédé de désinfection en aval tel que le
rayonnement UV.
Dimensionnement du filtre à sable
Les filtres à sables sont dimensionnés différemment suivant le type d'eau à traiter, la
concentration des solides en suspension, des huiles et graisses, des pesticides, ainsi que la DCO et la
DBO.
Mais le principe de base pour clarifier tous les types d'eau est le suivant :
Tableau 31 : Les caractéristiques du filtre à sable
Vitesse de filtration
7 m/h
Hauteur du lit
0.8 à 1.2 m
Diamètre du filtre
50 cm à 3 m
Calcul de la surface du filtre :
On commence par calculer la surface filtrante, dans notre cas, nous avons donc pris
une vitesse de filtration minimum qui est de l’ordre de V= 7 m/h pour s’assurer de
l’efficacité du procédé.
𝑄 =𝑉×𝑆
Donc la surface est :
𝑆=
Rapport PFE
𝑄
𝑉
Page | 100
Donc la surface du filtre à sable est :
𝑺 = 𝟐, 𝟑𝟖 𝒎²
Détermination du diamètre du filtre
Nous allons en déduire le diamètre du filtre exprimé ainsi :
4×𝑆
𝐷𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑒 = √
𝜋
𝑫𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒆 = 𝟏, 𝟕𝟒 𝒎
Donc le diamètre du filtre à sable est :
𝑫𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒆 = 𝟏𝟖𝟎𝟎 𝒎𝒎
Conclusion
Le dimensionnement du filtre à sable a donné les résultats suivants :
Tableau 32 : Caractéristiques dimensionnels du filtre à sable
Désignation
Unité
Vitesse de filtration
m/h
7
Surface du filtre
m²
2,38
Diamètre du filtre
mm
1800
Hauteur du lit
m
1
Rapport PFE
Valeurs
Page | 101
Filtre à charbon
Principe de fonctionnement
Le charbon est une substance qui depuis longtemps est utilisé pour adsorbés les
impuretés. Une cartouche de charbon actif peut adsorber des milliers de différents
produits chimiques.
Le charbon actif est un carbone qui a une légère charge électrique positive le
rendant attirant aux produits chimiques et aux impuretés. Pendant que l'eau traverse le
charbon actif, les ions négatifs des contaminants sont attirés sur la surface des granules de
carbone.
Figure 23: : Filtre à charbon actif
Les filtres à charbon actif utilisés pour la filtration des eaux usées contiennent
typiquement l'un ou l'autre charbon actif : granulaire ou charbon en bloc. Bien que tous
les deux soient efficaces, les filtres de charbon en bloc ont généralement un rapport plus
élevé de suppression des contaminants.
Les deux facteurs les plus importants affectant l'efficacité de la filtration de
charbon actif sont la quantité de charbon dans la cartouche et le nombre d'heures que le
contaminant est en contact avec elle. De même, plus le débit de l'eau est faible, plus les
contaminants seront en contact avec le carbone plus longtemps, et plus aura lieu le
phénomène
d'adsorption.
La
quantité
de
particulaire
affecte
également
le
taux
de
déplacement (particules à être aspirées par le charbon actif).
Rapport PFE
Page | 102
Dimensionnement du filtre à charbon actif
Les filtres à charbon actif sont dimensionnés différemment suivant le type d'eau à traiter, la
concentration des solides en suspension, des huiles et graisses, des pesticides, ainsi que la DCO et la
DBO.
Mais le principe de base pour clarifier tous les types d'eau est le suivant :
Tableau 33 : Les caractéristiques du filtre à charbon actif
Vitesse de filtration
7 m/h
Temps de contact
10 à 30 minutes
Diamètre du filtre
50 cm à 3 m
La surface du filtre
On va choisir une vitesse de 7 m/s.
On sait que le débit de filtration est :
𝑄 =𝑉×𝑆
𝑆=
𝑄
𝑉
𝑺 = 𝟐, 𝟑𝟖 𝒎²
Le diamètre du filtre
Puisque le filtre à charbon actif est cylindrique donc la surface du filtre est :
𝑆 = 𝜋 × 𝑟2
Nous allons en déduire le diamètre du filtre exprimé ainsi :
4×𝑆
𝐷𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑒 = √
𝜋
Rapport PFE
Page | 103
Donc le diamètre du filtre à charbon actif est :
𝐃𝐟𝐢𝐥𝐭𝐫𝐞 = 𝟏𝟕𝟒𝟎 𝐦𝐦
𝐃𝐟𝐢𝐥𝐭𝐫𝐞 = 𝟏, 𝟖 𝐦
On prend
Le volume du filtre
Le temps de contact du filtre à charbon actif est généralement compris entre 10 et 30 min,
nous allons donc choisir un temps de 10 min.
𝑉𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑒 = 𝑄 × 𝑡𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡
𝐕𝐟𝐢𝐥𝐭𝐫𝐞 = 𝟐, 𝟖𝟒 𝐦𝟑
La hauteur du filtre
Donc la hauteur du filtre est :
𝐻=
4 × 𝑉𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑒
𝜋 × 𝐷2
𝐇 = 𝟏, 𝟏𝟏𝟔 𝒎
Conclusion
Tableau 34 : Caractéristiques dimensionnels du filtre à charbon
Désignation
Unité
Valeurs
Surface du filtre
m²
2,38
Diamètre du filtre
m
1,74
Volume du filtre
m²
2,84
Hauteur du filtre
m
1,116
Rapport PFE
Page | 104
Désinfection par Ultraviolet
Principe de fonctionnement
Le traitement des eaux épurées par UV permet :
•
De protéger l’environnement à l’aval
du rejet des
stations
d’épuration,
notamment lorsqu’il y a présence de zones de
•
Baignade, d’activités d’eaux vives, de pêche et d’aquaculture,
•
De réutiliser l’eau usée épurée pour l’irrigation agricole, l’arrosage des
espaces verts et des golfs, ou pour du process industriel (eaux de lavage, …).
A 254 nanomètres, la longueur d’ondes optimale pour éradiquer les microorganismes (virus, bactéries, algues, levures, moisissures...), les UV-C pénètrent au cœur
de l’ADN et perturbent le métabolisme des cellules jusqu’à leur destruction totale. Tous
les germes sont ainsi inactivés (y compris Legionella et Cryptosporidium) et ne peuvent
se reproduire.
Figure 24 : Diagramme des longueurs d'onde des ondes électromagnétiques
Les avantages de la lampe UV :
•
Traitement continu
et
efficacité immédiate
de
la désinfection
:
l’abattement
bactériologique est réalisé dans le réacteur. Il n’y a donc pas besoin de prévoir des
temps de contact après le poste de désinfection ;
•
Pas de création
de
sous-produits
de
désinfection
qui
peuvent
polluer
l’environnement ou limiter la réutilisation de l’eau (cas du chlore ou de l’ozone) ;
• Aucun risque de sous dosages ou overdoses.
Rapport PFE
Page | 105
Dimensionnement du réacteur UV
La mesure de la dose UV dans un réacteur est la mesure du produit de deux
variables indépendantes, l’intensité du rayonnement et le temps d’exposition.
Dans le cas d’un écoulement piston, le produit des deux variables peut être direct.
Le mouvement des particules suit des trajectoires rectilignes (Lri) et la distribution de
l’intensité est correctement décrite par la loi de Beer-Lambert.
Figure 25 : Schéma d’un réacteur piston avec distribution de l’intensité et trajectoires rectilignes
La distribution de la dose, Dri, sera la distribution des différentes intégrales de l’intensité dans
le temps sur les différentes trajectoires Lri.
𝐷𝑟𝑖 = ∫ 𝐼(𝑟). 𝑑𝑡
𝑑𝑙
Avec : 𝑑𝑡 = 𝑉
𝑟𝑖
Où dl = distance parcourue et Vri = la vitesse de l’écoulement à une distance r de la gaine.
Pour un réacteur cylindrique Vri est constante pour chaque rayon et sur toute la longueur du cylindre
ainsi que I (r), d’où :
𝐷𝑜𝑠𝑒 = 𝐼 ×
𝐿
𝑉
Avec : L : la longueur du cylindre
A partir de là, un dimensionnement correct du stérilisateur exige une connaissance
de la transparence de l'eau à traiter aux rayons UVc. Souvent, cette grandeur est connue
avec une précision suffisante sans procéder à une analyse pour chaque cas. Pour les
grandes installations, Il est nécessaire de procéder à la mesure de la pénétration des UVc
sur une lame de 1 cm d'eau.
Rapport PFE
Page | 106
Choix du réacteur UV
Le tableau ci-dessous présente le model du réacteur UV convenable au du débit traité :
Tableau 35 : : Les caractéristiques la lampe UV en fonction du débit de l’eau
Selon le tableau ci-dessus, nous constatons la possibilité du choix de la lampe UV de 4×300 W, parce
que son débit maximum à traiter est 44 m3/h, avec une dose de 40 mJ/cm2. Ainsi que la longueur du
réacteur est de l’ordre de : Lréacteur = 1570 mm. Et son diamètre est égale à : Dréacteur = 219 mm.
Conclusion
Tableau 36 : Caractéristiques dimensionnels du réacteur UV
Désignation
Unité
Nombre de consommation électrique
Watt
4 × 300
Dose
mJ/cm²
40
Longueur du réacteur
m
1,57
Diamètre du réacteur
m
0,219
Rapport PFE
Valeurs
Page | 107
Chapitre IV : Etude technico-économique de
la STEP
Rapport PFE
Page | 108
Etude technique
Dans cette partie on va définir les équipements nécessaires pour la conception de la station
Poste de relevage
Fourniture, transport et pose d’un poste de relevage en préfabriquée PRFV
Figure 26 : illustration d'un poste de relevage
Cuve
-
Type
: monobloc
-
Quantité
: 01
-
Matériaux
: PRFV
-
Disposition
: Verticale
-
Volume
: 2,781 m3
-
Accessoires
: raccords d’entrée et de sortie
Pompe
-
Quantité
: 02
Type
: Submersible
Débit
: 43 m3/h
HMT
: 3,65 m
Puissance
: 10,89 Kw
Alimentation : 380 V / 50 Hz
Accessoires : Système de mesure du niveau d’eau par régulateur de niveau ou ultrasons
Rapport PFE
Page | 109
Dégrilleur automatique
Un système de dégrillage installé dans un canal en génie civil ; les eaux arrivent depuis le poste de
relevage dans le canal, les solides sont retenus par une grille et convoyer vers l’évacuation.
Dégrilleur 1
Dégrilleur 2
Quantité
: 01
Quantité
: 01
Matériaux
: INOX 304
Matériaux
: INOX 304
Lumière
: 50 mm
Lumière
: entre 3 et 10 mm
Débit
: 42 m3/s
Débit
: 42 m3/s
Largueur
: 9,06 m
Largueur
: 16,31 m
Nettoyage
: Manuel
Nettoyage
: Autonettoyant
Dessableur Dégraisseur
Fourniture, transport et pose d’un séparateur a graisses, horizontale en PRFV.
Séparation par différence de densité des huiles et graisses d’origine organique (animale et
végétale) de l’eau. Inadéquat pour traiter des huiles émulsionnées.
Figure 27 : Illustration d'un séparateur à graisses horizontale
Rapport PFE
Page | 110
Séparateur à graisse
-
Quantité : 01
Type
: Séparateur horizontale
-
Matériaux
: PRFV
-
Volume : 3,709 m3
-
Diamètre
: 1,198 m
-
Longueur
: 1,171 m
-
Accessoires
: Un regard avec couvercle pour l’extraction des huiles et graisses ;
sonde détection graisses, sonde détection sable.
Traitement biologique
Fourniture, transport et pose d’une station d’épuration
✓ Procédé utilisé :
traitement biologique dans lequel la biomasse se fixe et augmente
adhérée à des supports mobiles, dans des conditions d’agitation et d’oxygénation
optimales.
✓ Rendement d’élimination des matières organiques (DBO5) ≥ 90 - 95%
✓ Différentes dispositions et configurations des chambres et supports, en fonction des
rendements exigés, de la charge polluante d’entrée et du débit de traitement.
Figure 28: Illustration d'une cuve de traitement biologique
Rapport PFE
Page | 111
Cuve
-
Type
: monobloc
Quantité : 01/ligne
Matériaux
: PRFV
Disposition
: Horizontale
Volume Total : 110 m3
Diamètre
: 3,5 m
Longueur
: 12 m
Accessoires
: paroi de séparation entre compartiments, raccords (entrée, sortie et
communications), regards (trous d’homme), anneaux de hissage, prises d’entrée d’air
(compresseur) et ventilation.
Station de traitement tertiaire
Filière de traitement tertiaire comprenant :
-
Élimination matière en suspension par filtre à sable.
-
Traitements par charbon actif
-
Stérilisation des eaux usées par UV.
Pompe
-
Quantité
Type
Débit
HMT
Puissance
Alimentation
Accessoires
Rapport PFE
: 01/ligne
: Submersible
: 40 m3/h
: 25 m
: 7 kw
: 380 V – 50 Hz
: Système de mesure du niveau d’eau par régulateur de niveau
Page | 112
Filtre à sable
-
Quantité
: 01
-
Type
: Fermé
-
Matériaux
: PRFV
-
Disposition
: Verticale
-
Surface de filtration : 2,38 m2
-
Diamètre
:1,8 m
-
Hauteur
:1m
-
Connexion
:110 mm
-
Type lavage
: Automatique
Filtre à charbon actif
-
Quantité : 01
Type
Matériaux
Disposition
-
Surface de filtration : 2,38 m2
Diamètre
:1,8 m
Hauteur : 1,194 m
Connexion
: 110 mm
Type lavage
: Automatique
: Fermé
: PRFV
: Verticale
Stérilisateur à UV
-
Quantité
: 01
Type
: fermé
Puissance
: 1600 w
Nombre de lampes : 4
Alimentation : 380 V – 50 Hz
Type nettoyage : Automatique
Rapport PFE
Page | 113
Unité de traitement des boues
L’unité de traitement des boues compris un filtre presse et une trémie de dosage de la chaux.
Le filtre presse est dimensionné pour traiter un débit journalier d'environ 24 tonnes/jour. La
production de boues 30 % de siccité sera d'environ 700 l (1 cycle de filtration).
Figure 29:Illustration du filtre presse (TORO)
Filtre presse :
-
Nombre
Type
Nombre plateau
Largueur
Hauteur
Matériel
Volume par presse
Epaisseur
Puissance
Couverture pour tamis
Système de nettoyage automatique
Ouverture des plateaux
Rapport PFE
:1
: Filtre Presse
: 13 plateaux
: 500 mm
: 500 mm
: Polypropylène
: 0,06 m3
: 30 mm
: 4 kW (400 V 3ph 50 Hz)
: Inclus
: Inclus
: automatique
Page | 114
Trémie doseuse de chaux
-
Nombre
Type
Capacité
Matériel
Puissance
:1
: Trémie
: 1200 l
: Acier inox
: 0,75 kW (400 V 3ph 50 Hz)
Figure 30 : Illustration de la trémie du dosage de la chaux
Rapport PFE
Page | 115
Electricité et automatisme
Armoire électrique
Le local abritera l’armoire électrique avec les dispositifs de commande des divers organes assurant le
traitement. Le montage de cette armoire murale sera bien entendu conforme à la législation en vigueur
(protections électriques,). De plus, on placera sur la façade de l’armoire :
•
Les boutons de commande des différents équipements (facilement identifiables) ;
•
Des voyants de mise en défaut avec rappel à l’extérieur du local pour les postes principaux
(en particulier sur les petites stations). La vérification du bon état de ces voyants pourra être
réalisée à tout moment à l’aide d’un bouton test-lampe ;
•
Un compteur horaire par dispositif ;
•
Un ampèremètre général ainsi qu’un ampèremètre par aérateur et sur les pompes. Il sera mis
à la disposition de l’exploitant un testeur de fusible ;
Automatisme et supervision
Il y aura un système de supervision, car il facilite la surveillance et l’exploitation de la station.
Pour cela on va installer différents types d’installations, et c’est ce qui est indiquer dans le tableau
suivant :
Tableau 37 : Automatisme et supervision des installations de la STEP
Equipements
Fonctionnement
Information à afficher
Accessoires et
instrumentations
Ligne eau
Poste de relevage
Pompe (40m3/h à 10 m)
Dégrilleur automatique
Rapport PFE
En fonction de niveau
(4 niveau)
Niveau d’eau
4 flotteurs
Etat pompe
Etat de dégrilleur
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Décanteur primaire
Pompe (10 m3/h à 10m)
En fonction de temps
Etat pompe
En fonction temps
Temps de fonctionnement
En fonction de temps
Etat pompe + temps de
fonctionnement
Bassin d'aération
Aérateur
Clarificateur
Pompe
Station de pompage
Pompe
4 flotteurs
En fonction de niveau
( 4 niveau )
Etat pompe
En fonction de la
pompe
Etat du réacteur
Pressostat
Désinfection d'eau
Réacteur UV
Ligne boues
Pompe d'alimentation de
Niveau dans le taf
mélangeurs
Niveau + état agitateur
Pompe d'alimentation de
filtre presse
Niveau dans le taf
Filtres presse
Niveau dans le taf
Dosage chaux
Niveau dans le taf
Information filtre presse
Mélangeur
Rapport PFE
Page | 117
Moteur trémie
Pompe doseuse
Séparateur à graisse
Sonde détectrice de sable
Sonde
graisse
détectrice
Niveau de sable
Sonde détectrice
de sable
Niveau de graisse
Sonde détectrice
de graisse
de
Filtre à charbon actif
Capteur de pression
Pression max
Système de sécurité
Toute intervention sur l’équipement implique préalablement sa mise hors tension.
L’installation d’un bouton d’arrêt d’urgence (type coup de poing) à l’amont de la grille,
s’avère indispensable. Il serait particulièrement utile que chaque bouton d’arrêt d’urgence
puisse disposer d’un double dispositif de réarmement : réarmement à l’aide d’une clé pour
éviter tout démarrage inopiné pendant l’intervention sur le dégrilleur, et réarmement
manuel après arrêt simple ne présentant pas de risque pour le personnel. De plus, après un
appui sur l’arrêt d’urgence, il y a obligation de réarmement à partir de l’armoire
électrique.
Rapport PFE
Page | 118
Coûts d’investissement
L’estimation du coût d’investissement pour la station d’épuration du centre de Tifnit est présentée dans le tableau ci-dessous :
Tableau 38 : Bilan du coût d’investissement
N°
du
prix
Désignations des prestations
Unité de
mesure ou
de compte
Quantité
Prix unitaire
(hors TVA)
Prix Total en chiffres
Ligne de traitement 400 m3/jr
1
Local technique pour gestion centralisée de la
station
M²
100,00
3.000,00
300.000,00 MAD
2
Poste de relevage préfabriqué
U
1,00
85.000,00
85.000,00 MAD
Prétraitement
3
Dégrilleur automatique
U
1,00
110.000,00
110.000,00 MAD
4
Dessableur Dégraisseur
U
1,00
70.000,00
70.000,00 MAD
5
Traitement biologique pour élimination des
matières organiques par technologie de culture libre
avec décantation secondaire compacte
U
2,00
650.000,00
1.300.000,00 MAD
6
Poste de relevage préfabriqué de vidange
U
1,00
75.000,00
75.000,00 MAD
Traitement biologique/secondaire
Rapport PFE
Page | 119
Traitement tertiaire
7
Station de traitement tertiaire
U
1,00
140.000,00
140.000,00 MAD
Traitement des boues
8
Epaississeur de boues par gravite ouvert
U
1,00
90.000,00
90.000,00 MAD
9
Filtre a presse
U
1,00
500.000,00
900.000,00 MAD
10
Cuve de stockage
U
1,00
70.000,00
70.000,00 MAD
TOTAL GENERAL HT
3.140.000,00 MAD
TVA 20%
628.800,00 MAD
TOTAL GENERAL TTC
3.768.000,00 MAD
Rapport PFE
Page | 120
Coûts de fonctionnement
Consommation énergétique
Le bilan de la consommation énergétique de la station est illustré dans le tableau ci-dessous :
Tableau 39 : Bilan de consommation énergétique
Equipement
Qtt
Puissance/unitaire
(kw)
Puissance
total
Durée de
fonctionnement
Energie kj
(h/j)
Ligne eau
Poste de relevage
Pompe (40m3/h à
10 m)
1
4
4
12
48
Dégrilleur
automatique
1
1,1
1,1
16
17,6
12
43,2
16
360
12
43,2
16
64
Décanteur
primaire
Pompe (10 m3/h à
10m)
-
3
1,2
Bassin d'aération
Aérateur
3
7,5
Clarificateur
Pompe
Désinfection d'eau
22,5
-
3
1,2
Station de
pompage
Pompe
3,6
3,6
-
1
4
4
Réacteur UV
1
2,4
2,4
Ligne boues
16
38,4
-
Pompe
d'alimentation de
filtre presse
1
2
2
14
28
Filtres presse
1
4
4
14
56
Dosage de polymère
1
Mélangeur
1
0,75
0,75
14
10,5
Moteur térmie
1
0,18
0,18
14
2,52
Pompe doseuse
1
0,07
0,07
14
0,98
-
Consommation énergétique (Kwh/j)
712,40
Consommation énergétique total (Kwh / an)
260.026,00
Tableau 40 : Bilan des coûts de la consommation énergétique
Consommation énergétique (Kwh/j)
712,40
Consommation énergétique total (Kwh / an)
260.026,00
Consommation énergétique unitaire (Kwh/m3)
1,78
Coûts énergétique unitaire (MAD/m3)
2,67
Coûts énergétique annuelle (MAD/an)
390.039,00
Rapport PFE
Page | 122
Mains d’œuvre et maintenance
Le bilan des frais de mains d’œuvre et la maintenance de la station est illustré dans le tableau cidessous :
Tableau 41: Bilan des frais de mains d’œuvre et la maintenance
Désignation
Prix Unitaire
Coût annuel (DH/ans)
Main d’œuvre :
1 chef d’exploitation
350/j
1 technicien
200/j
2 mains d’œuvres
100/j
Analyse d'eau
3000/mois
36.000,00
Maintenance
2% coût d’investissement
75.360,00
273.750,00
Coût total (DH /an)
385.110,00
Coûts totaux d’exploitation
Le bilan global du cout du fonctionnement de la station est dans le tableau ci-dessous :
Tableau 42: Bilan global du coût du fonctionnement
Coût mains d’œuvre et maintenance (Dhs/an)
385.110,00
Coûts énergétique (Dhs/an)
390.039,00
Coût total d'exploitation annuelle (Dhs/an)
775.149,00
Coût total d'exploitation mensuelle (Dhs/mois)
64.595,75
Coût total d'exploitation unitaire (Dhs/m3)
5,38
Alors l’estimation du coût de traitement de 1m3 des rejets est approximativement égale 5,38 MAD
Rapport PFE
Page | 123
Conclusion générale
Compte tenu de la diversité des solutions possibles pour l’épuration des eaux usées, une mise
en place d’une comparaison objective des procédés qui permettent de respecter les contraintes
réglementaires et d’assurer avec fiabilité et coût raisonnable l’épuration des effluents est
indispensable aux organismes financiers pour aboutir à un choix d’investissement.
Cependant pour être capable de prendre la décision de choix du procédé le plus approprié, il
faut conduire des études approfondies permettant de mettre en valeur l’incidence de l’ensemble des
critères de choix sur lesquels on se base.
A cet égard, mon projet de stage de fin d’étude au sein de la société WATEC, a permis
l’exploitation des connaissances scientifiques et techniques acquise pendant tout le cursus
universitaire pour la réalisation d’un travail de conception et justification de choix d’un procédé
entre deux variantes proposées afin de traiter les eaux usées du centre d’instruction de la base
militaire de Tifnit située à Agadir. A travers cette expérience, on a pu trouver des solutions à un
problème environnemental réel, ce qui nous a permis de développer notre esprit critique de de
devenir de plus en plus autonome.
Afin d’accomplir un travail rigoureux et complet, on a établi un planning où on a présenté les
différentes parties à traités, à traiter :
En Premier lieu, une étude bibliographique est importante afin d’encadrer notre projet et la
problématique posée.
La deuxième étape a été menée pour caractériser notre zone d’étude. Ceci nous a permis, de bien
encadrer la problématique, les caractéristiques de l’effluents, ainsi que le cahier de charge qu’on
doit respecter.
Dans la troisième étape, on a effectué un dimensionnement des différents ouvrages de la station
proposée.
La réalisation d’une étude technico-économique de la station conçue, a fait l’objet de la dernière
étape de ce travail. A l’issue de cette partie, on a pu justifier le choix de la filière Boues Activée
comme solution convenable pour traiter les eaux usées du centre.
Rapport PFE
Page | 124
Bibliographie
Chapitre II :
[1] REJSEK, (2002), analyse des eaux, aspect réglementaire et techniques, édition scrérén CPDP A
quitaine, Bordeaux.
[2] GROSCLAUDE, (1999), L’eau : usage et polluant, Tome ӀӀ .4éme Edition. INRA, Paris.
[3] Metiche M, (2004), « Environnement : phénomènes de pollution et techniques de protection »,
centre universitaire de Bechar.
[4] SUSCHKA J, FERREIRA E, (1986), Activated sludge respirometric measurements, Water
research, pp.137-144.
[5] METAHRI Mohammed Saïd, (2012), Elimination simultanée de la pollution azotée et
phosphatée des eaux usées traitées par des procèdes mixtes. Cas de la STEP Est de la ville de TiziOuzou, obtention de diplôme de master.
[6] F.A.O, (2003), L’irrigation avec les eaux usées traitées : Manuel d’utilisation.
[7] Baumont S, Camard J P, Lefranc A, Franconi A, (2004), Réutilisation des eaux usées.
[8] Régis Bourrier, Marc Satin, Béchir Selmi, (2010), « Guide technique de l’assainissement »
(collecte-épuration-conception-exploitation),4éme édition.
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Chapitre III :
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[2] Dr. R. SALGHI. Dimensionnement d'une station d’épuration par boues activées. Ecole Nationale
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[3] - Bureau de recherches géologiques et minières. Logiciel de dimensionnement et d'estimation
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[4] Direction nationale de l’eau potable et de l’assainissement. Procédés de traitement des eaux
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[5] A.G. SADOWSKI, Responsable du laboratoire SHU-ENGEES. - méthode de calcul d’une filière
de traitement ‘’boues activées - très faible charge - nitrification et dénitrification - traitement du
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[6] Memento Degrémont de SUEZ. Traitement des boues liquides. 2015.
[7] Documents techniques interne du TORO EQUIPEMENTS. 2017.
[8] Méthode de calcul d’une filière de traitement. ENGEES. 2002.
[9] AMORCE. Boues de Station d’Epuration : Techniques de traitement, Valorisation et
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Webographie
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[a2] www.cum.fr/station/mouvtaf.html
[a3] http://www.lyc-thiers.ac-aix-marseille.fr/webphp/tipe/dieumegard/page_26.html.
[a4] http://ecoledeleau.eau-artois-picardie.fr/spip.php?rubrique65
[a5] http://chemindeleau.com/Lagunage-systeme-d-epuration-de-l.html#8/47.951/5.746
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ANNEXES
Feuille de calcul Excel des données :
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Feuille de calcul Excel du poste de relevage :
Feuille de calcul Excel de la filière prétraitement :
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Feuille de calcul Excel de la filière traitement biologique :
Rapport PFE
Page | 131
Feuille de calcul Excel : Bilan des boues :
Rapport PFE
Page | 132
Feuille de calcul Excel de la filière traitement des boues :
Rapport PFE
Page | 133
Feuille de calcul Excel de la filière traitement tertiaire :
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