Soutenance mémoire
Généralités sur les eaux usées urbaines
Traitements biologiques
Les traitements biologiques reproduisent, artificiellement ou non, les phénomènes d’autoépuration existant dans la nature. Elle regroupe l’ensemble des processus par lesquels un milieu aquatique parvient à retrouver sa qualité d’origine après une pollution. Son principe est de provoquer une prolifération de micro-organismes aux dépens des matières organiques apportées par l’effluent, en présence ou non d’oxygène [10]. Il s’agit en fait d’un véritable transfert d’une forme non préhensible (matières colloïdales et dissoutes) en un élément manipulable (suspension de micro-organismes). Le résultat de cette dégradation est un accroissement de la masse épuratrice, et le rejet de déchets dans l’eau. Mat. Organique + micro-organisme + O2 + N + P → micro- organisme + CO2 +H2O + résidu soluble non biodégradable
Selon que l’oxydation se produit grâce au gaz oxygène dissous dans l’eau (processus aérobie) ou qu’au contraire le processus se fasse sans oxygène (processus anaérobie), la nature des déchets sera différente: CO2, H2O, NH3 ou NO3 en aérobie, CO2, CH4 et acides gras en anaérobie. Le moteur de décomposition (aérobie ou anaérobie) des substances organiques est constitué par des enzymes catalyseurs organiques sécrétés par les organismes. On distingue les enzymes extracellulaires qui provoquent la destruction des structures moléculaires trop complexes pour pénétrer au sein de la cellule, les enzymes intracellulaires qui assurent l’assimilation et, par conséquent, sont à l’origine des phénomènes vitaux provoquant la prolifération des cellules. Les traitements biologiques sont bien adaptés pour éliminer la pollution carbonée, mais également les pollutions azotées et phosphorées. En traitement biologique on distingue des procédés extensifs et d’autres intensifs [10].
Les procédés biologiques extensifs
Les procédés biologiques extensifs réalisent l’épuration par le sol, où grâce à l’énergie solaire, les matières organiques polluantes (biomasse du milieu « eau») sont dégradées. En pratique, ils se présentent sous trois aspects et peuvent servir de traitements complémentaires des effluents d’une station d’épuration biologique artificielle, afin de parfaire l’élimination de substances indésirables comme l’azote et le phosphore. Ils comprennent l’épandage sur le sol, le bassin de lagunage et la filtration par le sol [12]. Une lagune aérée utilise le même principe que le lagunage simple dans lequel, l’apport d’oxygène est augmenté par la mise en place d’aérateurs mécaniques. Une lagune aérée est assimilée à un vaste bassin aérobie. Il existe deux types de lagunes aérées : Les lagunes aérobies dans laquelle on maintient une concentration en oxygène dissous dans tout le bassin. Les lagunes facultatives dans laquelle l’oxygène n’est maintenu que dans la partie supérieure du bassin. Une zone anaérobie est donc présente au fond du bassin [10]. Ce mode d’épuration permet d’éliminer 80% à 90% de la DBO, 20% à 30% de l’azote et contribue à une réduction très importante des germes. Il a cependant l’inconvénient d’utiliser des surfaces importantes et de ne pas offrir des rendements constants durant l’année [10].
Procédés biologiques intensifs
Les procédés biologiques artificiels comprennent des dispositifs qui permettent de localiser sur des surfaces réduites et d’intensifier les phénomènes de transformation et de destruction des matières organiques, tels qu’ils se produisent en milieu naturel. On utilise trois grands types de procédés : les lits bactériens, un procédé mettant en œuvre le principe des boues activées, et la bio-filtration ou filtration biologique accélérée .
Lits bactériens
Le principe de fonctionnement d’un lit bactérien consiste à faire ruisseler les eaux usées, préalablement décantées sur une masse de matériaux poreux ou caverneux qui sert de support aux micro-organismes (bactéries) épurateurs. Une aération est pratiquée soit par tirage naturel soit par ventilation forcée. Il s’agit d’apporter l’oxygène nécessaire au maintien des bactéries aérobies en bon état de fonctionnement. Les matières polluantes contenues dans l’eau et l’oxygène de l’air diffusent, à contre courant, à travers le film biologique jusqu’aux micro-organismes assimilateurs. Le film biologique comporte des bactéries aérobies à la surface et des bactéries anaérobies près du fond. Les sous-produits et le gaz carbonique produits par l’épuration s’évacuent dans les fluides liquides et gazeux. Le rendement maximum de cette technique est de 80 % d’élimination de la DBO5 [10].
Disques biologiques
C’est une technique faisant appel aux cultures fixées est constitué par les disques biologiques tournants où se développent les micro-organismes et forment un film biologique épurateur à la surface des disques. Les disques étant semi immergés, leur rotation permet l’oxygénation de la biomasse fixée [10]. Il convient, sur ce type d’installation, de s’assurer : De la fiabilité mécanique de l’armature (entraînement à démarrage progressif, bonne fixation du support sur l’axe), Du dimensionnement de la surface des disques (celui-ci doit être réalisé avec des marges de sécurité importantes).
Boues activées
Le procédé à boues activées a été découvert en 1914 à Manchester. Ce procédé consiste à mélanger et à agiter des eaux usées brutes avec des boues activées. Ce traitement a pour but d’éliminer les matières organiques biodégradables (solides, colloïdales ou dissoutes) contenues dans une eau usée par l’action de micro-organismes, essentiellement des bactéries, en présence d’oxygène dissous. De plus il peut transformer l’azote ammoniacal et organique en nitrates (nitrification) [15]. En pratique, le procédé consiste à alimenter un bassin brassé et aéré (bassin d’aération) avec l’eau à épurer (effluent préalablement prétraité voir décanté). Au sein d’un courant continu d’eau usée, les bactéries aérobies sont soumises à l’action prolongée d’une forte oxygénation obtenue par introduction d’air régulièrement répartie dans l’effluent; ces bactéries absorbent la matière organique et forment de gros flocs (bio floc) qui décantent, lesquels à leur tour, constituent des boues ou des masses floculeuses dites « boues activées ». Le mélange eau usée + bio floc forme une liqueur mixte. Après un temps de contact suffisant, permettant la fixation et l’assimilation des matières organiques. Cette liqueur mixte est renvoyée dans un clarificateur ou décanteur secondaire où s’effectuera la séparation de l’eau épurée des boues. Les boues décantées sont réintroduites en partie dans le bassin d’aération (recirculation de boues) pour maintenir un équilibre constant entre la quantité pollution à traiter et la masse de bactéries épuratrices. Les boues sont évacuées du système vers le traitement des boues (extraction des boues en excès). Une installation de type boues activées comprend les étapes suivantes: Les prétraitements et, éventuellement, primaires; Le bassin d’activation (ou bassin d’aération); Le décanteur secondaire avec reprise d’une partie des boues; L’évacuation des eaux traitées; Les digesteurs des boues en excès provenant des décanteurs.
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Table des matières
Remerciement
Dédicaces
Résumé
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des abréviations
Introduction
Chapitre I : Généralités sur les eaux usées urbaines
I.1. Introduction
I.2. Définition des eaux usées
I.3. Origine et Composition des eaux usées
I.3.1. Origine des eaux usées
I.3.1.1. Les rejets domestiques
I.3.1.2 Les rejets industriels
I.3.1.3. Les Eaux de ruissellement
I.3.2. Compositions des eaux usées
I.3.2.1. Les micro-organismes
I.3.2.1.1. les bactéries
I.3.2.1.2. les virus
I.3.2.1.3. les protozoaires
I.3.2.1.4. les helminthes
I.3.2.2. Composition physicochimique des eaux usées
I.3.2.2.1. les M.E.S
I.3.2.2.2. Les micropolluants organiques et non organiques: une pollution multiple et complexe
I.2.2.3. les éléments de traces
I.3.2.2.3.1. les métaux lourds
I.3.2.2.3.2. les micropolluants organique
I.3.2.2.4. les substances nutritives
I.3.2.2.5. Salinité
I.4.Conclusion
Chapitre II : Différents procédés de l’épuration des eaux usées
II.1.Introduction
II.2.Epuration des eaux résiduaires
II.2.1.définition de l’épuration
II.2.2.Rôle d’une station d’épuration
II.2.1.Prétraitements
II.2.1.1.Le dégrillage
II.2.1.2.Le dessablage
II.2.1.3.Déshuilage dégraissage
II.2.2.Les traitements physiques et chimiques
II.2.2.1.Procédés de décantation physique
II.2.2.1.1.La décantation
II.2.2.2.Procédés de décantation chimique
II.2.2.3.L’élimination de la pollution carbonée
II.2.3. Traitements biologiques
II.2.3.1.Les procédés biologiques extensifs
II.2.3.2. Procédés biologiques intensifs
II.2.3.2.1.Lits bactériens
II.2.3.2.2. Disques biologiques
II.2.3.2.3. Boues activées
II.2.3.2.3.1.Principe
II.2.3.2.3.2.Paramètres de fonctionnement
II.2.3.2.3.2.1.Charge massique (Cm) ou facteur de charge
II.2.3.2.3.2.2.Charge volumique (CV)
II.2.3.2.3.2.3.Age des boues
II.2.3.2.3.2.4.Indice de MOLHMAN
II.2.4.Avantages et inconvénients des différentes filières intensives
II.2.5.Les Traitements Complémentaires
II.2.5.1.Elimination de l’azote et du phosphore
II.2.5.2.La désinfection
II.3. Conclusion
Chapitre III : Réutilisation des eaux usées épurées
III.1.Introduction
III.2.Historique
III.3.Utilisation dans le monde
III.4.Utilisation en Méditerranée
III.5.La réutilisation des eaux usées épurées (REUE)
III.5.1.usage industriel
III.5.2.usage domestique et municipal
III.5.3.usage agricole
III. 6.Avantages de la réutilisation des eaux usées traitées
III. 7.Inconvénients de la réutilisation des eaux usées traitées
III.8.les risques de la réutilisation des eaux usées épurées
III.8.1.les risques sanitaires
III.8.2.les risque pour le sol et les cultures
III.9.Les références réglementations dans le monde
III.9.1.Bilan mondial
III.9.2.Les nouvelles recommandations de l’OMS
III.9.3. Situation actuelle de la R E U E et perspectives pour l’irrigation en Algérie
III.10. Conclusion
Chapitre IV : Présentation de la STEP de Chlef
IV.1. Introduction
IV.2.Localisation du site de la station d’épuration
IV.3.Principe de fonctionnement
IV.4. Description des ouvrages de traitement (Filière Eaux)
IV.4.1.Dégrilleur et local des pompes de relevage
IV.4.1.1.Dégrilleur
IV.4.1.2.Local des pompes de relevage
IV.4.2.Déssableur – Déshuileur
IV.4.3.Bassins d’aération
IV.4.4.Décanteur secondaire
IV.5. Description des ouvrages de traitement (filière boues)
IV.5.1.Épaississeurs
IV.5.2.Lits de séchage
IV.6.Conclusion
Chapitre V: Matériel et méthodes
V.1. Introduction
V.2. Matériel et Méthodes d’analyses
V.2.1. Température
V.2.2. pH
V.2.3. Conductivité
V.2.4. Total des solides dissous (TDS)
V.2.5. Matières en suspension (MES)
V.2.6. Demande biochimique en oxygène (DBO5)
V.2.7. Demande chimique en oxygène (DCO)
V.2.8. Nitrates (N-NO3)
V.2.9. Azote Ammoniacal (N-NH3)
V.2.10. Azote total
V.2.11. Analyses bactériologiques
Chapitre VI: Résultats et Interprétations
VI.1. Introduction
VI.2. Les paramètres physico-chimiques
VI.2.1. La température
VI.2.2. Le pH
VI.2.3. Conductivité électrique
VI.2.4. Total des sels dissous (TDS)
VI.2.5. Matières en suspension (MES)
VI.2.6. Demande biologique en oxygène (DBO5)
VI.2.7. Demande chimique en oxygène (DCO)
VI.2.8. Azote total (N-T)
VI.2.9. Azote ammoniacal (N-NH3)
VI.2.10. Nitrates (N-NO3)
VI.3. Analyses microbiologique
VI.4.Conclusion
Chapitre
VII: Proposition et calcul du réseau d’irrigation VII.1. Introduction
VII.2. Périmètre d’irrigation proposé
VII.2.1. Région d’étude
VII.3.Caractéristiques du milieu naturel
VII.3.1. Hydrographie et hydrologie
VII.3.2. Climatologie
VII.3.2.1. Température de l’air
VII.3.2.2. Pluviométrie
VII.3.2.3. Humidité relative
VII.3.2.4. Le vent
VII.3.2.5. L’évaporation
VII.3.2.6. L’évapotranspiration potentielle (ETP)
VII.3.2.6.1. Méthode de calcul de l’ETP
VII.3.2.6.1.1. Méthodes directes (méthode des bacs)
VII.3.2.6.1.2. Méthode indirectes (formules empiriques)
VII.3.3. Géologie
VII.3.4. Hydrogéologie
VII.3.5. Ressources en eau
VII.3.5.1. Les ressources superficielles
VII.3.5.2. Ressources en eau souterraine
VII.3.5.3. Qualité des eaux des barrages
VII.3.5.3.1. La salinité
VII.4. Choix des cultures à pratique
VII.4.1. Calcul des besoins en eau
VII.4.1.1. Evapotranspiration potentielle
VII.4.1.2. Ruissellement
VII.4.1.3. Infiltration
VII.4.1.4. Besoins théoriques
VII.4.1.5. Détermination des volumes d’eau mensuels
VII.4.1.6. Doses et fréquence des arrosages
VII.4.1.7 Fréquence des arrosages
VII.4.1.8 Signalisation des équipements du réseau d’irrigation dans le cadre de l’utilisation des eaux usées épurées
Conclusion générale
Bibliographie Les annexes
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