Comparaison entre « lit Bactérienne » et « Boue activée »

Le dessablage et le dégraissage

Principe

Le but du dessablage est d’éliminer les matières anorganiques lourdes, qui se décantent facilement, des eaux usées afin de prévenir des dégâts à l’installation mécanique ou une sédimentation dans les installations en aval. Le flux à travers le séparateur de sable est orienté de manière à faire décanter le sable anorganique lourd et de garder les matières organiques légères en suspension. Dans le cas du dessablage aéré, cet effet est créé par une aération à grosses bulles d’air.
Parfois, le dessablage et le dégraissage sont combinés. Ainsi, la graisse non émulsifiée flottera à la surface.
Le sable est enlevé continuellement à moyen de racleurs et émulseurs à l’air ou bien périodiquement en pelletant le sable manuellement. La graisse est évacuée par un racleur de surface.
Une installation de lavage du sable racle le sable et le dépose dans un conteneur. Le lavage du sable réduit d’éventuelles mauvaises odeurs émises par le matériel organique.
La vitesse d’écoulement qui permet la séparation des matières organiques et la sable est 0.3 m/s. Typiquement le débit d’air nécessaire est de 4.6 a 7.7 l/s par mètre de longueur pour faciliter le dégraissage. La vitesse transversale à la surface de l’eau doit être entre 0.6 et 0.8 m/s. le temps de séjour hydraulique sur le débit de pointe doit être entre 3 à 5 min.

Traitements Primaire

Si les prétraitements visent à l’élimination des matières solides, des sables, et des matières minérales qu’on peut récupérer par surnage, le traitement primaire élimine plus de la moitié des matières en suspension et constitue une pré-épuration non négligeable quoique insuffisante pour garantir la qualité du rejet en milieu naturel. Il fait appel à différents procédés physiques ou chimiques.
Lorsqu’un effluent contient des toxiques, il nedoit pas être introduit dans un traitement biologique car il en détruirait les micro-organismes.
La plupart des effluents rejetés par l’industrie chimique et l’industrie des métaux contiennent des toxiques et font l’objet d’un traitement particulier. Les réactifs utilisés sont adaptés à la nature de chaque substance toxique à neutraliser.
Par l’ajout de réactifs coagulants et de polyélectrolytes, on provoque une action ionique qui favorise la floculation. Les précipités sont recueillis par décantation sous forme de boues.

La neutralisation

De nombreux rejets industriels contiennent des matières alcalines ou acides qui nécessitent une neutralisation avant rejet dans un réseau d’égouts urbain ou dans les cours d’eau ou avant un traitement ultérieur chimique ou biologique.

La neutralisation ou mise au pH

La première opération effectuée au cours d’un traitement physico-chimique est la mise au pH. La neutralisation est importante car :
– un pH < 5,5 stoppe le développement de la microfaune,
– un pH > 8.5 provoque la désagrégation de l’épiderme des organismes vivants,
le pH joue un rôle important dans l’activité bactérienne, sur la dispersion ou la précipitation des colloïdes.
La neutralisation de l’effluent à traiter se fait par utilisation de soude, de chaux, d’acide sulfurique ou d’acide chlorhydrique. Ces produits engendrent un coût en réactif acceptable.

Principe de la neutralisation

La neutralisation d’un effluent consiste à ramener son pH (par acidification ou par alcalinisation) à une valeur fixée en fonction des besoins. En effet, suivant l’utilisation de l’effluent la valeur du pH peut sensiblement varier.
Avant rejet dans le milieu naturel, le pH doit être compris entre 5,5 et 8.
Lors du passage de l’eau dans les canalisations, le pH doit avoir une valeur proche de l’équilibre calco-carbonique pour protéger les matériaux contre la corrosion (CO2) et contre l’entartrage (calcaire).
Lorsque la neutralisation est utilisée en prétraitement, la valeur du pH est variable suivant le traitement postérieur, qui impose le pH :
Pour l’oxydation par NaClO des cyanures libres : pH>12
Pour la précipitation à la chaux des phosphates : 9<pH<12
Pour la précipitation des métaux : 7<pH<10,5
Pour la coagulation-floculation du fer III : pH>5
Pour la réduction du chrome IV en chrome III par le bisulfite de sodium : pH<2,5.
On remarque, à travers tous ces exemples de traitement que le pH varie énormément. En effet, pour favoriser certaines réactions chimiques comme une réaction de précipitation ou de d’oxydoréduction, il est facile d’imposer un pH, où les espèces qui doivent réagir prédominent en solution.

Procédés de neutralisation

Les eaux usées peuvent contenir des acides ou bases puissants qui se dissolvent facilement dans l’eau (HCl, NaOH). Un simple mélange avec des alcalins ou alcalino terreux pour les acides, avec des acides pourles alcalins, suffit pour les neutraliser.
Certaines eaux usées contiennent des acides ou bases forts dont les sels se dissolvent difficilement dans l’eau (H2SO4). Enfin les eaux usées sont constituées également d’acides ou bases faibles (COOH).

Coagulation/Floculation

introduction

La turbidité et la couleur d’une eau sont principalement causées par des particules très petites, dites particules colloïdales. Ces particules, qui peuvent rester en suspension dans l’eau durant de très longues périodes, peuvent même traverser un filtre très fin. Par ailleurs, du fait de leur grande stabilité, elles n’ont pas tendance à s’accrocher les unes aux autres.
Pour éliminer ces particules, on a recours aux procédés de coagulation et de floculation.
La coagulation a pour but principal de déstabiliser les particules en suspension, c’est-àdire de faciliter leur agglomération. En pratique, ce procédé est caractérisé par l’injection et la dispersion de produits chimiques. La floculation a pour but de favoriser, à l’aide d’un mélange lent, les contacts entre les particules déstabilisées. Ces particules s’agglutinent pour former un floc qu’on pourra facilement éliminer par décantation.

Principe de coagulation

Les particules en suspension dans une eau de surface proviennent de l’érosion du sol, de la dissolution de substances minérales et de la décomposition de matière organique. A cet apport naturel, s’ajoutent les eaux d’égouts domestiques, industriels ou agricoles. En général, la turbidité est causée par des particules de matière inorganique, alors que la couleur est imputable aux particules de matière organique et aux hydroxydes de métaux.

Structure des colloïdes

Dans une eau de surface, les colloïdes portent des charges négatives situées à leur surface.
Ces charges négatives attirent les ions positifs en solution dans l’eau. Ceux-ci sont étroitement collés au colloïde et forment la couche liée ou de STERN, qui attire à son tour des anions accompagnés d’une faible quantité des cations : c’est la couche diffuse ou de GOUY.

La décantation

Principe

La décantation consiste à faire traverser un bassin préalablement conditionné avec les réactifs par l’effluent à faible vitesse, de façon à ce que les matières en suspension et les flocs puissent  sédimenter. Le profil du fond de ce bassin permet le rassemblement et la reprise de la suspension obtenue et les boues déposées sont récupérées par raclage permanent et pompage.
Le processus de décantation réside dans l’utilisation des forces de gravité pour séparer une particule de densité supérieure à celle du liquide jusqu’à une surface ou une zone de stockage.
Le décanteur primaire agit aussi comme bassin d’homogénéisation, atténuant les variations de concentration des eaux usées.

Traitements Secondaire

Le traitement secondaire est essentiellement une oxydation biologique des matières dissoutes. Les agents de cette oxydation sont des microorganismes, en particulier des bactéries aérobies, susceptibles de se nourrir des matières organiques présentes dans les eaux usées. Les installations de traitement secondaires se présentent donc comme des bassins de culture où l’on met en contact une population bactérienne et l’effluent à traiter en présence d’oxygène.
Deux familles de procédés sont utilisés pour ce type de traitement : l’une dite lit bactérienne et l’autre Boue activée.
Dans le procédé des lits bactériens, l’effluent s’écoule sur un empilement de matériaux en grains ou en fragments sur lesquels se développent les colonies microbiennes, en présence d’un contre-courant d’air (ces dispositifs présentent quelques analogies, au moins physiques, avec les sols qui possèdent un important pouvoir épurateur).
Dans le procédé des boues activées les colonies microbiennes se développent au sein même du liquide à épurer, qui doit être constamment agité et surtout abondamment aéré (ce dispositif présente quant à lui des analogies avec l’auto-épuration se déroulant dans les rivières).
Quel que soit le procédé utilisé, lits bactériens ou boues activées les bactéries cassent les molécules organiques complexes en molécules plus simples, en métabolisent une partie et en adsorbent une autre sur leur surface. Ces amas de bactéries et de molécules adsorbées constituent les boues qui se déposeront dans le décanteur secondaire et seront éventuellement recyclées au niveau du décanteur primaire.

Comparaison entre « lit Bactérienne » et « Boue activée »

LES BOUES ACTIVÉES

Ces bassins appelés aussi bassins d’oxydation mettent en œuvre une biomasse bactérienne libre associée en flocs. Ces flocons de boues comprennent des microorganismes hétérotrophes et autotrophes nitrifiants lorsque le temps de séjour de la boue est suffisant pour que leur multiplication produise une biomasse active dans le traitement.
Cette reproduction des microorganismes intervient en conditions favorables, lorsque leur croissance est importante est que les bactéries se mettent à se diviser. Les exopolymères qu’elles sécrètent leur permet de s’agglomérer en flocs décantables. Les conditions d’opération choisies sont celles quifavorisent la décantabilité de ces flocs.
Dans ce cas, la biomasse peut être séparée par une seconde décantation où la boue extraite est recirculée vers le bassin de traitement aérobie.

Conclusion

Le procédé à boues activées est actuellement le procédé le plus valable d’épuration biologique des eaux résiduaires. Ses grands avantages sont :
 sécurité en ce qui concerne le degré d’épuration des eaux traitées, du fait que les facteurs d’influence les plus importants, par exemple apport d’eau résiduaire, et de masse bactérienne (boue activée), sont contrôlables.
 une plus grande efficacité qu’avec les lits bactériens, du fait que ce procédé est beaucoup moins dépendant de la température.
 une phase de démarrage plus courte (moins de deux semaines) par rapport aux lits bactériens (4 à 6 semaines).
 absence totale d’odeurs et de mouches.
Ce procédé permet de traiter les eaux résiduaires de 100 000 à 200 000 équivalents habitant, et il fait tout de même appel à certaines notions importantes pour l’exploitation…

Dénitrification

La dénitrification vise à supprimer les composés de l’azote, qui, comme les phosphates, stimulent la croissance de la flore aquatique. Parmi les divers procédés possibles, on préfère habituellement, pour des raisons d’économie, la dénitrification biologique.
Le procédé de dénitrification biologique est une extension du procédé aux boues activées.
Il exige au préalable un traitement secondaire aux boues activées comportant une durée de séjour de la biomasse suffisamment prolongée,assurant la nitrification de l’azote, par la suite, le liquide mixte est soumis a un régime respiratoire anaérobie.
Dans cette condition, un certain nombre d’espèces de bactéries utilisent le nitrate comme source d’oxygène en libérant l’azote à l’état d’élément; le liquide mixte est ensuite ré-aéré avant la décantation. Certaines variantes de ce procédé sont possibles.

Traitements des boues

Les boues de stations d’épuration sont des résidus de l’assainissement des eaux usées d’origine industrielle ou domestique.
Lorsque leur recyclage s’avère impossible en agriculture, les boues constituent un déchet humide difficile à brûler et à valoriser par voie thermique. La valorisation énergétique regroupe différentes technologies permettant de convertir la fraction organique des boues en énergie. La valorisation énergétique peut être une voie d’élimination complémentaire ou alternative à la valorisation matière en agriculture.
Les technologies de valorisation énergétique des boues de station d’épuration permettent de tirer profit de la nécessité d’éliminer et de détruire les boues. La valorisation des boues, sur le site de la station d’épuration, permet d’améliorer le bilan environnemental en diminuant le transport des boues et en produisant une énergie (chaleur, électricité) directement consommée sur la station.
Ces technologies sont pour certaines relativement nouvelles et ne bénéficient encore que de retour d’expérience ponctuel. Il s’agit cependant d’alternatives sérieuses à l’incinération classique présentée bien souvent comme la seule voie thermique possible

Caractéristiques des boues de stations d’épuration

Les boues urbaines sont produites à plusieurs stades du processus de traitement des eaux usées. Selon les étapes au cours desquelles elles sont recueillies, on distingue:
 Les boues primaires dites « fraîches », qui sont obtenues au niveau du décanteur primaire, après séparation physique des matières en suspension par décantation,
 Les boues physico-chimiques, qui sont les agrégats formés après des traitements physico-chimiques.
 Les boues biologiques, qui proviennent des traitements biologiques des eaux usées dont le principe est de faire dégrader les substances organiques présentes dans l’eau par les microorganismes qu’elles contiennent et que l’on cultive à cet effet. A la différence des deux types de boues précédentes, qui sont des matières brutes décantées, les boues biologiques résultent de la transformation des matières organiques contenues dans les eaux usées.
Ces boues sont caractérisées par un certain nombre de critères définissant leur composition physique et chimique :
 Leur siccité, c’est-à-dire leur taux de matière sèche. La concentration en matières sèches est exprimée en grammes de matière par litre de boues (ou en pourcentage pour la siccité)

Table des matières
1. Introduction
1.1. Cadre D’étude
1.2. Objectif et démarche d’étude
1.3. Cahier de charge
1.3.1. Conception général
2. Sources et caractéristiques des eaux usées
2.1. Sources d’eau usées
2.2. Caractéristiques des eaux usées
2.2.1. Constituants physiques
2.2.2. Constituants chimiques
2.2.3. Constituants biologiques
2.3. Normes et standards
3. Chaine d’épuration
3.1. Traitements Préliminaires
3.1.1. Dégrillage, Pompage et Tamisage
3.1.2. Poste de relevage
3.1.3. Tamisage
3.1.4. Le dessablage et le dégraissage
3.2. Traitements Primaire
3.2.1. La neutralisation
3.2.2. Coagulation/Floculation
1) Sélection
3.2.1. La décantation
3.3. Traitements Secondaire
3.3.1. Comparaison entre « lit Bactérienne » et « Boue activée »
3.3.2. Dénitrification
3.3.3. Dé phosphatation
3.3.4. Unités a boues activées
3.3.4.1. bassin d’aération
3.3.4.2. Le Clarificateur
3.4. Traitements Tertiaire
3.4.1. Les principaux moyens de désinfection reconnus
Conception de station d’épuration
3.5. Traitements des boues
3.5.1. Caractéristiques des boues de stations d’épuration
3.5.2. Comparaison des méthodes
3.5.3. Méthanisation
3.5.3.1. Processus de méthanisation et caractérisation des boues
3.5.3.2. Valorisation énergétique
3.5.3.3. Production de chaleur
3.5.3.4. Production d’électricité et cogénération
3.5.3.5. Dimensionnement de l’installation
3.5.4. Devenir des boues digérées
3.6. Traitements de l’air
4. Evaluation des impacts Environnementaux
5. Etude Economique
6. Conclusion 
7. Bibliographie
Annexe I
Annexe II
Annexe III
Annexe IV
Annexe V
Annexe VI
Annexe VII
Annexe VIII

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