Généralités sur les eaux usées filtration sur sable et sur charbon actif

Filtration sur sable et sur charbon actif

PROCEDES D’EPURATION DES EAUX USEES

Introduction :

Une personne consomme en moyenne 150 à 200 litres d’eau potable par jour. Une fois utilisée, il est nécessaire d’évacuer cette eau dans de bonnes conditions afin de protéger notre environnement. De nombreuses substances sont déversées dans les eaux utilisées qui deviennent des eaux usées. Leur pollution est produite par des matières minérales et organiques, indésirables ou toxiques qui sont en suspension, en solution ou en émulsion.
Le rejet direct des eaux usées domestiques dans le milieu naturel perturbe l’équilibre aquatique en transformant les rivières en égouts à ciel ouvert. Les déséquilibres qui s’y produisent ont non seulement des effets immédiats sur les utilisations de l’eau, mais aussi des effets à long terme, parfois irréversibles dans le domaine de la vie humaine. Il faut 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.

Les stations d’épuration (STEP) :

Elles constituent une autre voie d’élimination des eaux usées dans la mesure où celles-ci y subissent toute une batterie de traitements avant leur déversement dans le milieu naturel. Une STEP, généralement placée à l’extrémité aval d’un réseau est conçue pour épurer les eaux usées et limiter l’apport en excès de matière organique et dans certains cas, de substances minérales telles les nitrates et les phosphates dans les milieux récepteurs [9]. Une station d’épuration se compose de plusieurs étapes de traitement que nous regroupons en trois catégories :  la chaîne de traitement de l’eau : elle regroupe la chaîne des procédés qui dépolluent l’eau usée,  la chaîne de traitement des boues : elle conditionne les boues en vue de leur élimination et de leur valorisation éventuelle,  les procédés annexes : ce sont les procédés qui ne traitent ni l’eau, ni les boues mais qui ajoutent une qualité de service à l’usine d’épuration.

Objectif de l’épuration :

L’objet du traitement étant de ramener les teneurs de corps indésirables en dessous des valeurs fixées par les normes de qualité choisies, le traitement ne portera pas sur l’eau elle-même mais sur les corps qui s’y trouvent en suspension vraie ou colloïdale et en solution. Il s’agira de procéder à une élimination totale ou partielle. Il faudra, par conséquent, utiliser séparément ou conjointement des méthodes assurant:  l’extraction : un transfert de masse solide-liquide, liquide-liquide ou gaz-liquide, c’est-à-dire: le dégrillage; le tamisage; la sédimentation; la filtration; la flottation; l’adsorption;  la modification d’état ou de structure : précipitation des colloïdes; transformation des ions en sels solides ou en gaz; destruction des micro-organismes.  la combinaison de la modification d’état ou de structure et de l’extraction.

Paramètres essentiels pour le choix d’une technologie de traitement des eaux Usées :

Les paramètres essentiels qui doivent être pris en compte pour le choix d’une technologie de traitement doivent tenir compte :  Des exigences du milieu récepteur.  Des caractéristiques des eaux usées, (DBO, DCO, MES)  Des conditions climatiques (température, évaporation, vent)  De la disponibilité du site.  Des conditions économiques (coût de réalisation et d’exploitation).  Des facilités d’exploitations, de gestion et d’entretien.

Traitement des eaux usées :

Prétraitement :

Le prétraitement a pour objectif de séparer les matières les plus grossières et les éléments susceptibles de gêner les étapes ultérieures du traitement.

Dégrillage :

Le dégrillage, premier poste de traitement, consiste à retenir les gros déchets solides au moyen de grilles à barreaux verticaux dont l’écartement varie entre 3 et 100 mm en fonction de l’efficacité voulue. Sont ainsi éliminés les bois, plastiques, papiers, bouteilles, qui sont susceptibles de provoquer des dégâts aux conduites et machines des différentes unités de l’installation. Ces éléments sont ensuite éliminés avec les ordures ménagères. La qualité de l’opération peut être définie de la façon suivante :  Pré dégrillage : pour grille à barreaux espacés de 30 à 100 mm.  Dégrillage moyen : pour grille à barreaux espacés de 10 à 25 mm.  Dégrillage fin : pour grille à barreaux espacés de 3 à 10 mm [24]. Pour le dimensionnement hydraulique, on se base sur la vitesse de passage à travers la grille, qui doit être suffisante pour obtenir l’application des matières sur la grille, ne pas entraîner un colmatage en profondeur des barreaux ou un départ des matières avec l’effluent. Généralement les vitesses moyennes de passage admises sont de l’ordre de 0,6 m/s à 1,40 m/s au débit de pointe.

Dilacération :

A pour but de déchiqueter ou de désintégrer les matières solides décanbles fines qui peuvent continuer à suivre le circuit de l’eau vers les stades de traitement ultérieurs. En revanche, il y a un risque de bouchage des pompes et des tuyauteries dû à l’agglomération en masses de fibres végétales ou textiles broyées associées à des graisses . Enfin, on peut voir l’apparition d’un chapeau de boue d’épaisseur excessive  dans les digesteurs anaérobies, et la teneur en résidus solides peut augmenter dans les stations d’épuration.

Tamisage :

Cette technique de filtration sur toile, tôle perforée ou sur treillis métallique est peu utilisée dans les traitements classiques en eau urbaine. Cependant les configurations nouvelles de type décantation physico-chimique, bio filtre peuvent justifier son emploi, pour éviter le colmatage trop rapide de l’étage de bio filtration, Il existe un macro-tamisage (mailles > 0.3mm) et un tamisage (mailles < 100μm).

Le dessablage :

Le dessableur est un ouvrage dans lequel les particules denses, dont la vitesse est inférieure à 0,3 m/s, vont pouvoir se déposer. Il s’agit principalement des sables et les particules minérales de granulométrie supérieure à 100 µm [16] [18]. Photo II.1 : Dessableur rectangulaire.

Degraissge-déshuilage :

Les operations de dégraissage et de déshuilage consistent en une séparation des huiles et graisses, produits de densité légèrement inférieure à l’eau, de l’effluent brut. Les graises et les huiles sont issues non seulement des habitations, mais aussi des restaurants, des garages, des chaussées, des usines, des abattoirs, etc [16]. Le déshuilage est une opération de séparation liquide-liquide, alors que le dégraissage est une opération de séparation solide-liquide (à la condition que la température de l’eau soit suffisamment basse, pour permettre le figeage des graisses). 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.

Traitement primaire :

Les procédés de traitement primaire sont physiques, comme la décantation plus ou moins poussée, éventuellement physico-chimiques. Les déchets ainsi recueillis constituent ce qu’on appelle les boues primaires. Ces procédés permettent d’éliminer, d’une part, 50 à 60 % des matières en suspension décantables dans l’eau et, d’autre part, de réduire les caractéristiques dimensionnelles aval d’élimination de la pollution carbonée.

Décantation :

La base de ces procédés de séparation solide-liquide est la pesanteur. L’élimination des matières en suspension se fait en maintenant l’eau en repos ou en la faisant s’écouler lentement à travers un bassin. Du fait de la lenteur de l’écoulement, la turbulence sera nulle ou négligeable, et les particules ayant une densité (poids spécifique) plus élevée que celle de l’eau pourront décanter. Ces particules se déposeront sur le fond du bassin où elles formeront une couche de boues. A la sortie du bassin l’eau sera claire [28]. Divers types de matières décantables sont à distinguer :  les particules grenues décantent indépendamment les unes des autres avec chacune une vitesse de chute constante,  les particules plus ou moins floculées ont des tailles et des vitesses de décantation variables. Lorsque la concentration est faible, la vitesse de chute augmente au fur et à mesure que les dimensions du floc s’accroissent par suite de rencontres avec d’autres particules, c’est la décantation diffuse.
Pour des concentrations plus élevées, l’abondance des flocs crée une décantation
d’ensemble freinée, le plus souvent caractérisée par une interface nettement marquée entre la masse boueuse et le liquide surnageant: c’est la décantation en piston. Dans certaines conditions, le traitement primaire simple est insuffisant. L’amélioration du rendement d’épuration de la décantation se fait alors par ajout de réactifs de coagulation floculation (sulfate d’alumine, chlorure ferrique, sulfate ferreux). Pour certains effluents industriels, la flottation peut être utilisée.

Table des matières

Introduction générale 
CHAPITRE I : Généralités sur les eaux usées
I.1. Introduction  
I.2. Origine des eaux usées
I.3.Pollution des eaux
I.4.Composition des eaux usées
I.5. Caractéristiques des eaux usées
I.6.Normes de rejets
I.7.Conclusion
CHAPITRE II : Procédés d’épuration des eaux usées
II.1.Introduction
II.2.Les stations d’épuration (STEP)
II.3.Objectif de l’épuration
II.4.Paramètres essentiels pour le choix d’une technologie de traitement des eaux Usée
II.5.Traitement des eaux usées
II.6.Traitement des boues
II.7. Possibilités de réutilisation des eaux usées traitées
II.8.Risques lies à la réutilisation des eaux usées épurées
II.9.Conclusion
CHAPITRE III : Filtration sur sable et sur charbon actif
III.1.Introduction
III.2.Caractéristiques des matériaux filtrants
III.3.Théorie de la filtration
III.3.1.Masse poreuse
III.3.2.Support
III.4.Pertes de charge dans un filtre
III.5.Différents types de filtres
III.6.Conclusion
CHAPITRE IV : Matériel et méthodes
IV.1. Objectif de l’étude
IV.2.Description et fonctionnement du pilote TE 400
V.3.3.Résultats des analyses microbiologiques
V.4.Etude de la filtration sur charbon actif appliquée sur les eaux usées épurées de la STEP de Ain El Houtz
V.4.1.Résultats des analyses physico-chimiques
V.4.2. Résultats des analyses microbiologiques
V.5.Comparaison entre filtration sur sable et filtration sur charbon actif
V.6. Conclusion 
Conclusion générale 
Références bibliographiques
Annexes
Liste des tableaux
Tableau I

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