Optimisation de la dose du polyélectrolyte et du pH

Présentation de l’installation de traitement

Le traitement des effluents de la CBGS s’effectue par une installation (figure 1) qui comprend essentiellement un ouvrage dans lequel sont maintenus des micro-organismes aérobies (qui ont besoin d’oxygène) qui dégradent la matière organique en la transformant en matière minérale. Le traitement se réalise dans un bassin d’aération dans lequel est maintenu en suspension un mélange eaux usées – bactéries aérobies, appelé « boues activées » ou « liqueur mixte ». Les phénomènes mis en jeu sont donc les mêmes que ceux que l’on peut observer dans une rivière ou dans un lac, à la différence que les micro-organismes sont concentrés en très grand nombre dans un espace réduit (le bassin d’activation). L’apport d’oxygène et le brassage du mélange « eaux usées – bactéries » sont assurés par des systèmes mécaniques : pont brosse, turbine ou insufflateur d’air. Les micro-organismes qui dégradent la pollution s’agglomèrent entre eux et forment un floc décantable, qui est ensuite séparé de l’eau dans un clarificateur. La pollution ainsi traitée est transformée en matière plus concentrée et décantable, les boues. Ces boues sont piégées dans les ouvrages au niveau des clarificateurs. Riches en matière organique, les boues doivent être stabilisées, c’est-à-dire transformées, au moins partiellement, en matière minérale. L’ensemble des éléments de cet ouvrage sont contrôlés de manière automatique à l’aide d’un automate (figure 2), c’est-à-dire sans l’intervention d’opérateur. Ce comportement peut être figé, le système fera toujours la même chose, ou bien peut s’adapter aux conditions et aux paramètres instantanés de la station.

Le bassin d’aération

L’aération des eaux résiduaires a lieu dans deux bassins d’une capacité de 400 m3 chacun contenant les boues activées, qui ont une forme appropriée en fonction du système d’aération, du mode d’introduction des eaux et de la boue activée. On appelle ces bassins : bassins d’aération (figure 6), bassins à boues activées ou encore bassins d’oxydation. L’aération peut être assurée en surface par des turbines, ou dans notre cas par le fond par des procédés de rampe de distribution de bulles d’air alimentées par un surpresseur ou par un compresseur d’air. Les rampes de distribution sont complétées par des diffuseurs d’air dites grosses bulles ou fines bulles, suivant l’efficacité recherchée. Le rendement de transfert d’air dans l’eau peut être amélioré par l’augmentation de la hauteur d’eau (uniquement pour les rampes de distribution). Chaque réacteur biologique comporte un oxymètre qui affiche le taux d’oxygène.

Les besoins journaliers en oxygène sont en rapport avec la charge organique journalière et son mode de dégradation, ainsi que la quantité d’azote à nitrifier. Bien que la dégradation de la pollution carbonée s’arrête lors du cycle de Krebs, il faut réoxyder les molécules transporteuses d’hydrogènes de ce cycle via la respiration (cette voie capte son électron en réoxydant ces molécules). Or la respiration nécessite un accepteur d’électrons, soit un substrat respirable oxydé tel que l’oxygène. Finalement, l’oxygène apporté est utilisé dans la voie de la respiration pour produire de l’énergie, voie qui va réalimenter le cycle de Krebs, permettant ainsi une dégradation continue de la MO. Lors de la dénitrification, c’est l’oxygène des nitrates qui est utilisé. Ainsi, les besoins en oxygène sont calculés à partir des besoins des chaînes respiratoires bactériennes et des besoins pour la nitrification. La quantité à apporter en oxygène correspond alors à ces besoins moins l’économie faite lors de la respiration des nitrates. Les besoins en oxygène différent donc de la quantité à apporter.

Floculation : Le principe de floculation utilisé repose sur l’utilisation du polyélectrolyte qui a pour effet une floculation extrêmement marquée par formation de ponts entre particules grâce aux longues chaînes ramifiées ainsi qu’une très forte diminution de la résistance de la boue permettant un drainage plus rapide de l’eau. Ces floculant sont des macromolécules à longue chaîne. Les boues en excès récupérées des bioréacteurs sont dirigées vers un traitement par flottation. Au préalable, ces boues sont floculées dans un bac agité, avant envoi en flottation. La floculation des boues activées est un processus dynamique dépendant de facteurs physiques, chimiques et biologiques. Les flocs de boue résultent d’interactions complexes entre les diverses entités les constituant. L’effluent sortant des réacteurs biologiques est envoyé, à l’aide d’une conduite inoxydable, vers un bassin de floculation muni d’un agitateur. Ce dernier assure le mélange de l’effluant avec le floculant injecté par une pompe doseuse de débit maximal de 65.6 l/h. Les boues sont alors agglomérées dans un floc. Le polymère utilisé pour la floculation des boues activées est le DKFLOC K-436 qui fait partie d’une série de DKFLOK conçu tout spécialement pour répondre aux plus grandes exigences dans le domaine de traitement des eaux résiduaires industrielles. La préparation du polyélectrolyte est confiée à une unité de préparation automatique diluant un polymère en poudre à l’aide de polymères POLYPACK APS-MAX-400.

Le polyélectrolyte

Un polyélectrolyte est un polymère ionique comportant un grand nombre de sites ioniques et ayant une continuité des régions d’interactions ioniques. Une fois dissous dans un solvant polaire comme l’eau, le polymère se dissocie, et apparaissent des charges sur son squelette et des contre-ions en solution. La charge est dépendante des groupements chimiques présents et parfois du pH de la solution. Parmi les différents polyélectrolytes qui sont à disposition, il faudra choisir le polymère le plus économique, assurant un floc bien différencié, résistant mécaniquement. C’est un composé synthétique qui joue le rôle de coagulant en neutralisant les charges négatives des colloïdes et des matières en suspension, pour faciliter leur agglomération et aussi il à le rôle du floculant qui assemble les petites flocs dispersées en flocs assez grandes et facilement séparables de la phase liquide (eau épurée). La préparation de dissolutions de polyélectrolyte et son postérieur dosage impliquent de traiter avec des produits à haute viscosité. L’emploi de doseurs à basse et très basse fréquence, à haute capacité d’aspiration, équipés de valves adéquates permettent un traitement volumétrique de ces fluides dans un important rang de débits. Le polymère utilisé pour la floculation des boues activées est le DKFLOC K-436 qui fait partie d’une série de DKFLOK conçu tout spécialement pour répondre aux plus grandes exigences dans le domaine de traitement des eaux résiduaires industrielles.

Méthodologie des plans d’expérience

Les plans d’expériences permettent d’organiser au mieux les essais qui accompagnent une recherche scientifique ou des études industrielles. Ils sont applicables à de nombreuses disciplines et à toutes les industries à partir du moment où l’on recherche le lien qui existe entre une grandeur d’intérêt, y, et des variables, xi. Avec les plans d’expériences on obtient le maximum de renseignements avec le minimum d’expériences. Pour cela, il faut suivre des règles mathématiques et adopter une démarche rigoureuse. Objectifs L’essentiel de la méthodologie de la recherche expérimentale consiste à maîtriser, décrire, prévoir ou expliquer le phénomène étudié, c’est-à-dire trouver les relations existantes entre les facteurs et les réponses. Ceci est souvent obtenu en modélisant le phénomène (par exemple un modèle mathématique). Ces modèles mathématiques peuvent être infiniment variés et dépendent du phénomène étudié : modèle linaire ou non, équation différentielle, etc. L’expérimentation a donc pour objet de déterminer la forme de ces relations et les valeurs des coefficients du modèle choisi. La démarche est donc la suivante :

Méthode de surface de réponse Les premiers plans d’expériences diffusés dans la littérature ont été destinés à l’estimation des effets des facteurs. Cependant, du point de vue industriel, tous les problèmes rencontrés ne consistent pas uniquement à estimer puis à comparer les effets des facteurs. De nombreuses études consistent à trouver, s’il existe, un optimum dans un domaine d’étude appelé domaine expérimental. Pour ce faire, on utilise la méthodologie des plans d’expériences pour surfaces de réponse, traitée dans ce chapitre. Si l’étude de criblage permet, à travers l’obtention d’un modèle additif, d’identifier les éléments ayant une influence significative sur une réponse parmi une liste de facteurs. Une étude de surface de réponse quant à elle permet, à travers un modèle polynomiale le plus souvent, de traduire les variations d’une réponse dans un domaine expérimental. Les étapes à suivre dans le cas d’une étude de surface de réponse sont les mêmes que celles réalisées lors d’une étude de criblage. Cependant, leur contenu est différent. En effet, le modèle à établir lors d’une étude de surface de réponse n’a pas la même forme que celui recherché dans une étude de criblage. Or, le contenu des étapes à suivre lorsqu’on mène une étude par plan d’expériences est étroitement lié à la forme du modèle recherché.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport gratuit propose le téléchargement des modèles gratuits de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

LISTE DES ABRÉVIATIONS
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1.La pollution des eaux usées
1.1. Introduction
1.2. Les principaux polluants des eaux
1.3. Normes marocaines pour les rejets indirects
2.Les principaux types de traitement des eaux usées
2.1. Épuration par cultures libre
2.2. Épuration par filtres à sable
2.3. Épuration par lagunages
3.Biodégradabilité des rejets
CHAPITRE 2 : PARTIE EXPÉRIMENTALE
1.Présentation de l’installation de traitement
1.1. Les éléments de l’ouvrage
1.2. Origines des l’effluents à traiter au sein de la CBGS Échantillonnage
Analyse des échantillons
3.1. Les mesures des paramètres physico-chimiques de la STEP
3.2. Le polyélectrolyte
4.Méthodologie des plans d’expérience
4.1. Stratégie dans le choix des méthodes d’expérimentation
4.2. Méthode de surface de réponse
4.3. Les types de matrices de surface de réponses
4.4. Plans composites centrés
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSION
1.Diagnostique de la STEP
2.Suivi des paramètres et calcul du rendement
3.Optimisation de la dose du polyélectrolyte et du pH
3.1. Analyse des résultats et les effets des facteurs sur l’abattement de la DCO
3.2. Analyse des résultats et les effets des facteurs sur l’abattement de la MES
3.3. Conclusion :
Ajustement du ratio C/N/P
Augmentation du taux de recirculation
Ajustement : ratio C/N/P et taux de recirculation
Taux d’abattement des différents paramètres
CONCLUSION GENERALE