Les différents procédés d’épuration

Les différents procédés d’épuration

Traitement biologique par boues activées

Introduction

Le procédé boues activées est un procédé de traitement biologique à culture en suspension. Le mélange de l’eau à épurer et des micro-organismes en suspension assurant l’épuration est appelé liqueur mixte. Dans le cas des installation de petite taille, il est constitué d’un décanteur primaire, d’un réacteur biologique dans lequel les eaux usées sont mélangées avec une biomasse aérée et maintenue en suspension. Le substrat contenu dans les eaux usées sert de nourriture pour la multiplication et le développement des micro-organismes contenus dans la biomasse. La biomasse est ensuite séparée par décantation et une partie de cette biomasse est recyclée dans le réacteur. La biomasse excédentaire est extraite du système et constitue les boues secondaires. Les systèmes de boues activées sont le plus souvent conçus pour être exploités en mode continu avec un réacteur biologique, un décanteur secondaire et des équipements de retour des boues du décanteur secondaire vers le réacteur. Ils peuvent aussi être conçus pour être exploités en mode séquentiel. Une période étant réservée à la décantation directement dans le réacteur. Le choix des boues activées n’est pas recommandé pour des applications où les eaux usées sont diluées ou là où des débits importants d’eaux claires parasitent le réacteur, particulièrement dans le cas de systèmes de petite capacité. Il en est de même pour des applications à usage irrégulier comportant des périodes de faibles charges ou d’absences de charges susceptibles d’entraîner une détérioration de la biomasse et un mauvais fonctionnement de la station.

Description générale du procédé boues activées

Le procédé à boue activée (Figure II.1) est constitué d’un réacteur biologique aérobie où les microorganismes flottent librement dans un liquide aéré, sous forme de petits amas appelés BIOFLOCS. Le mélange eau usée-bioflocs est appelé liqueur mixte [7]. Le procédé, inventé à Manchester en 1914, reproduit industriellement l’effet épurateur des rivières. Il est devenu le principal procédé actuel d’épuration des eaux usées biodégradables.

Le principe du procédé consiste donc à provoquer le développement d’un floc bactérien, dans un bassin alimenté en eau usée à traiter (bassin d’activation ou d’aération), en brassant suffisamment la masse pour éviter la décantation des flocs, et en lui fournissant l’oxygène nécessaire à la prolifération des micro-organismes. Il lui faut au moins deux semaines pour atteindre une concentration usuelle de 3 à 4 g/l en matières de suspension volatiles (MSV).
Le processus d’épuration peut être décrit par l’équation suivante:

La biomasse utilisée dans le traitement des eaux usées constitue d’un écosystème très simplifié, ne faisant appel qu’à des micro-organismes, Les populations microbiennes des boues activées sont complexes et ne peuvent se définir qu’au moyen des principaux groupes écologiques: bactéries, champignons, protozoaires et métazoaires. L’essentiel de l’épuration est dû à des bactéries Gram négatives, mobiles, parmi lesquelles nous citerons: Pseudomonas, Aeromonas, Arthrobacter, lavobacter, Achromobacter, Alcaligenes. La microfaune est représentée surtout par des protozoaires, organismes prédateurs de taille comprise entre 20 et 200 µm. On y trouve des flagellés, des rhizopodes et surtout des ciliés. Les métazoaires, de taille supérieure (100 à 150 µm) sont peu représentés ; ce sont surtout des rotifères, parfois des nématodes et des vers cligochètes.

Différents types d’installations à boues activée:

Le bassin d’aération peut être avoir de nombreuses configurations différentes. Les sous- parties qui suivent présentent les types de configurations fréquemment rencontrées.
Bassin à flux piston:
L’effluent à traiter et les boues recirculées sont admis en tête du bassin qui est aménagé de façon à constituer un canal de grande longueur. Les concentrations en substrat et les besoins en oxygène de la liqueur de boues activées varient tout au long de son parcours. De ce fait, la puissance d’aération est normalement dégressive d’amont en aval (figure II.2).
Bassin à mélange intégral:
Le but recherché est d’obtenir un réacteur totalement homogène qui présente en tout point des concentrations identiques en micro-organismes, oxygène dissous et substrat résiduel. L’avantage de ce dispositif est de limiter les surcharges dues aux pointes de pollution journalières par exemple (figure II.3).

Le réacteur biologique séquentiel discontinu (Sequencing batch Reactor SBR):

Est un cas particulier du bassin à mélange intégral. Toutes les étapes, incluant la phase de séparation de la biomasse s’effectuent dans le même bassin. Ce système, bien que peu courant est cité pour infirmation et car il est considéré comme un des meilleurs pour l’élimination des nutriments.
Bassins à boucle fermée:
Cette technique se rapproche de celle du mélange intégral. Cependant, la longueur de la boucle et la disposition ponctuelle des aérateurs conduisent à des variations de la teneur en oxygène dissous tout au long du bassin. L’eau est mise en mouvement par des mobiles d’agitation. La mise en rotation de l’eau dans les chenaux entraîne une augmentation de la capacité d’oxygénation standard, il est possible d’associer plusieurs bassins à boucle en série. Lorsque les aérateurs sont à axe vertical, on appelle souvent le système «carrousel», lorsque les aérateurs sont à axe horizontal, le réacteur est souvent dénommé chenal d’oxydation.

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Table des matières

Chapitre I : Généralités sur l’épuration biologique
I.1. Introduction
I.2.Objectif de l’épuration biologique
I.3.La biodégradabilité (K)
I.4.Les différents procédés d’épuration
I.4.1- Les lits bactérien
I.4.2- Les disques biologiques
I.4.3- Les boues activées
I.4.4- Le lagunage
a) Le lagunage naturel
b) Le lagunage aérées
I.5.Description des phénomènes biologiques
I.5.1.L’oxydation
I.5.2.Les enzymes
I.6.Description du métabolisme microbienne
I.6.1. Le métabolisme aérobie
I.6.2.Le métabolisme anaérobie
I.7.Elimination de la pollution azotée
I.7.1. L’ammonification
I.7.2. Nitrification
I.7.3. Dénitrification
I.8. La déphosphatation
I.9.Influence des conditions du milieu sur les phénomènes biologique
I.9.1. Effet de la température
I.9.2. Effet du pH
I.9.3. Effet de l’oxygène dissous
I.9.4. Effet de la charge organique
I.9.5. Effet des produis toxiques
I.9.6. Effet de la salinité
Chapitre II: Traitement biologique par boues activées
II.2 Introduction
II.2. Description générale du procédé boues activées
II.3. Différents types d’installations à boues activée
II.3.1. Bassin à flux piston
II.3.2. Bassin à mélange intégral
II.3.3. Le réacteur biologique séquentiel discontinu
II.3.4. Bassins à boucle fermée
II.3.5. Bassin à cascades
II.3.6. Bassin à alimentation étagée
II.4. Ouvrages et équipements du traitement biologique par boues activées
II.4.1. Le clarificateur
II.4.2. Systèmes d’aération des boues
a) Aérateurs mécaniques de surface
b) Systèmes d’injection d’air
II.5. Paramètres de fonctionnement d’un réacteur biologique
II.5.1. Charge massique (Cm)
II.5.2. Charge volumique (Cv)
II.5.3. L’âge des boues(A)
II.5.4. Production journalière de boues (∆MES)
II.6. Problèmes biologiques dans les procédés à boues actives
II.6.1. Le foisonnement
II.6.2. Les mousses biologiques
Chapitre III : Présentation et Description de la STEP de Ain Houtz
III.1. Situation géographique
III.2. Présentation de la STEP
III.2.1. Données de base
III.2.2. Description des installations
III.2.2.1. Déversoir d’orage
III.2.2.2. Dégrilleurs
III.2.2.3. Déssableur-déshuileur
III.2.2.4. Bassin d’aération
III.2.2.5. Décanteurs secondaires
III.2.2.6. Bassin de chloration
III.2.2.7. Le poste de pompage des boues
III.2.2.8. Épaississeur des boues
III.2.2.9. Lits de séchages
Chapitre IV: Diagnostic et Analyse des Défaillances de Fonctionnement de La STEP
IV.1. Introduction
IV.2. Etudes des performances de la station
IV.2.1. Qualité de l’eau épurée en vue d’une réutilisation agricole
IV.2.1.1. Les paramètres physico-chimiques
a) pH de l’eau
b) Demande biologique en oxygène (DBO5)
c) Demande chimique en oxygène (DCO)
d) Matières en suspension (MES)
e) La conductivité électrique CE
f) Azote (N-NO3-)
g) Eléments traces métalliques
IV.2.1.2. Analyse microbiologique des eaux usées épurée
IV.3. Analyses des défaillances au niveau de la STEP
IV.3.1. Remonté des boues dans le clarificateur
IV.3.2. Concentration et l’âge des boues dans les bassins d’aération
a) Concentration
b) Age des boues
IV.4. Principaux problèmes de la STEP de Ain el Houtz liés à la protection et la sécurité du travail
IV.4.1: Mesurage et surveillance
IV.4.2. Conception et équipements
IV.4.3. Protection et la sécurité du travail
IV.5. Conclusion
Chapitre V: Solutions proposées
V.1. Introduction
V.2. Solutions proposées
V.2.1. Dégrilleur mécanique
a)Le dégrilleur proposé
V.2.2. Bacs à sable (séparation eau-sable)
a) Définition
b) Implantation
c) Principe de fonctionnement
d) Dimensionnement
e) Estimation de la quantité de sable au poste de dessablage (déssableur)
V.2.3. Déshydratation mécanique
a) L’estimation de la boue produite
b) Dimensionnement de la centrifugeuse
c) Calcul du volume de l’épaississeur
d) Implantation de l’épaississeur dans la STEP
e) Fonctionnement de la centrifugeuse
V.2.4 Stabilisation et hygiénisation
V.2.4.1 La voie chimique
a) Chaulage
b) La quantité utilisée et le point d’application
V.2.5 L’homogénéisation des bassins d’aération
V.2.6. Autres solutions proposées
V.2.6.1. vanne principale
a) Proposée de l’équipement choisi
V.2.6.2. Lestage et la coagulation
a) Les lestants.
b) Les coagulants
c) Point d’application
V.3. Recommandations
V.4. Conclusion
Conclusion Générale