METHODE DE CALCUL D’UNE FILIERE DE · PDF filemethode de calcul d’une filiere de traitement ‘’boues activees - tres faible charge - nitrification et denitrification traitement

METHODE DE CALCUL D’UNEFILIERE DE TRAITEMENT

‘’BOUES ACTIVEES - TRES FAIBLE CHARGE -

NITRIFICATION ET DENITRIFICATION

TRAITEMENT DU PHOSPHORE’’

A.G. SADOWSKIResponsable du laboratoire SHU-ENGEES

Mars 2002

Méthode de calcul d'une filière de traitement – A.G.SADOWSKI page

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TABLE DES MATIERES

I. CARACTERISTIQUES DE L'EFFLUENT A TRAITER .....................................................................................5

1.1) GÉNÉRALITÉS. ......................................................................................................................................................51.2) ANALYSES DES PARAMÊTRES DE L'EFFLUENT À TRAITER. .....................................................................................51.3) DÉTERMINATION DES FLUX POLLUANTS. ..............................................................................................................71.4) DÉCOMPOSITION DES ERREURS. ............................................................................................................................81.5) DÉTERMINATION DES VALEURS EXTRÈMES AVEC UNE LOI NORMALE..................................................................101.6) DÉTERMINATION DE LA CAPACITÉ DE L'INSTALLATION.......................................................................................101.7) DÉFINITION DE L'EFFLUENT EN TEMPS SEC. .........................................................................................................12

1.7.1) Definition de la pollution domestique moyenne sur une zone industrielle.................................................121.7.2) Définition de la pollution des matières de vidanges. .................................................................................12Paramètres ...........................................................................................................................................................12Eaux usées ............................................................................................................................................................12Matières de vidange .............................................................................................................................................12DBO5 /N /P ...........................................................................................................................................................12100 / 25 / 5............................................................................................................................................................12100 / 62 / 7.5.........................................................................................................................................................121.7.3) Définition de la pollution des boues de curage..........................................................................................121.7.4) Débit de temps sec exprimé en m3/j : .........................................................................................................131.7.5) Débit de temps sec exprimé en m3 / h.........................................................................................................13

1.8) DÉFINITION DES DEBITS EN TEMPS DE PLUIE. ......................................................................................................141.8.1) Typologie des différents débits de pluie (au réseau unitaire) ....................................................................141.8.2) Charge polluante en période pluvieuse (au réseau unitaire).....................................................................15

1.9) RÉGIME HYDRAULIQUE JOURNALIER...................................................................................................................151.10) RÔLE DES DIFFÉRENTS PARAMÊTRE AINSI DÉFINIS. ...........................................................................................15

2) NIVEAU DE REJET - RENDEMENT A ATTEINDRE .....................................................................................15

2.1) TRADUCTION DE LA DIRECTIVE EUROPEENNE DU 21.05.1991 EN DROIT FRANCAIS ........................................172.1.1) LE 1er ARRETE DU 22.12.1994 ...............................................................................................................182.1.2) LE 2ème ARRÊTE DU 22.12.1994 ............................................................................................................212.1.3) LA CIRCULAIRE n°97-31 du 17 février 1997...........................................................................................22

2.2) CRITERES POUR LE CHOIX D'UNE FILIERE DE TRAITEMENT ..................................................................................232.3) DIAGRAMME DE CALCUL DU DIMENSIONNEMENT ...............................................................................................24

III. DIMENSIONNEMENT DE LA FILIERE EAU ................................................................................................25

3.1) REMARQUES GÉNÉRALES ET HYPOTHÈSES DE DIMENSIONNEMENT....................................................................253.2) RELEVEMENT EN TÊTE DE L'INSTALLATION.........................................................................................................26

3.2.1) Volume de la bâche de relèvement.............................................................................................................263.2.2) Hauteur manométrique totale. ...................................................................................................................27

3.2.2.1 ) Pertes de charge singulières .................................................................................................................................273.2.2.2 ) Pertes de charges linéaires....................................................................................................................................28

3.2.3) Puissance de la pompe. ..............................................................................................................................303.2.3.1) Puissance sur arbre moteur....................................................................................................................................303.2.3.2) Puissance absorbée aux bornes moteur .................................................................................................................31

3.2.4) Intensité électrique absorbée aux bornes du moteur. ................................................................................313.2.5) Notion d'hydraulique de base.....................................................................................................................31

3.2.5.1) les canaux à écoulement libre................................................................................................................................323.2.5.2) Les lames déversantes assimilées à des déversoir frontaux...................................................................................32

3.3) BASSIN TAMPON .................................................................................................................................................333.3.1) Dimensionnement du bassin tampon..........................................................................................................34

3.4) BASSIN D'ORAGE OU BASSIN DE DÉPOLLUTION....................................................................................................353.5) CALCUL DU PRETAITEMENT ................................................................................................................................35

3.5.1) Dégrilleur...................................................................................................................................................353.5.1.1) Estimation des quantités de refus de dégrillage.....................................................................................................37


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3

3.5.2) Dessablage seule........................................................................................................................................373.5.3) Dessablage combiné avec le dégraissage. .............................................................................................38

3.5.3.1) Dimensionnement de l'aéroflot..............................................................................................................................383.5.3.2) Estimation des quantités de sables. .......................................................................................................................393.5.3.2’) Lavage des boues de curage.................................................................................................................................393.5.3.3) Estimation des quantités de graisses. ....................................................................................................................40

3.6) CALCUL DE LA ZONE DE CONTACT ......................................................................................................................403.7) CALCUL DE LA PRODUCTION DE BOUES EN EXCÈS...............................................................................................41

3.7.1) Remarques préliminaires ...........................................................................................................................413.7.2) Production de boues en excès biologiques.................................................................................................41

3.7.2.1. Charge massique de référence à appliquer en fonction du rendement de la DBO5...............................................433.7.2.2. Charge massique de référence à appliquer en fonction de l'âge de boue ...............................................................43

3.7.3) Production de boues physico-chimiques ....................................................................................................453.8) CALCUL DU CLARIFICATEUR SECONDAIRE.....................................................................................................463.9) COMPARAISON ENTRE DIFFERENTES METHODES DE DIMENSIONNEMENT DESCLARIFICATEURS .................................................................................................................................................52

3.9.1) Rappel ........................................................................................................................................................523.9.2) Approche dimensionnelle ...........................................................................................................................53

3.9.2.1 ) La surface de clarification (approche CIRSEE) ...................................................................................................533.9.2.2 ) La surface de clarification (approche CEMAGREF) ...........................................................................................543.9.2.3 ) La surface de clarification (approche ATV A131)...............................................................................................543.9.2.4 ) Application des différentes méthodes sur l’évaluation de la vitesse ascensionnelle ............................................553.9.2.5 ) Volume de clarification (approche CIRSEE) .......................................................................................................573.9.2.6 ) Volume d’épaississement (approche CIRSEE) ....................................................................................................573.9.2.7 ) Volume du clarificateur (approche CEMAGREF) ...............................................................................................583.9.2.8 ) Volume du clarificateur (approche ATV A 131)..................................................................................................59

3.9) DIMENSIONNEMENT DE LA ZONE D'ANOXIE.........................................................................................................593.10) DÉNITRIFICATION SIMULTANÉE (EXOGÈNE + ENDOGÈNE).................................................................................623.11) DIMENSIONNEMENT DU BASSIN D'AÉRATION ....................................................................................................643.12) CALCUL DES BESOINS EN OXYGÈNE ..................................................................................................................65

3.12.1)Capacité d'oxygènation nécessaire en pointe ...........................................................................................663.13) DIMENSIONNEMENT DES AÉRATEURS................................................................................................................66

3.13.1) Coefficient global de transfert (C.G.T) ....................................................................................................663.13.2) Puissance théorique absorbée..................................................................................................................673.13.3) Aération par turbine ou pont brosse. .......................................................................................................683.13.4) Aération par insufflation d'air . ...............................................................................................................69

3.13.4.1) Calcul de débits d'air: ..........................................................................................................................................693.13.4.2) Calcul de la puissance consommée des surpresseurs : ........................................................................................713.13.4.3) Débit de ventilation du local de surpression........................................................................................................71

3.14) BRASSAGE DU BASSIN D'AÉRATION...................................................................................................................723.14.1) Débit de pompage d’un agitateur ............................................................................................................723.14.2) Expression de la vitesse moyenne de circulation .....................................................................................733.14.3) Relation entre la puissance dissipée & la vitesse moyenne de circulation .............................................733.14.4) Relation entre la puissance spécifique, la vitesse et la géométrie du chenal...........................................733.14.5) La vitesse horizontale induit par le mobile d’agitation ...........................................................................733.14.6) Incidence du spiral flow...........................................................................................................................753.14.7) Synthèse sur l’apport du brassage dans les performances d’oxygénation ..............................................753.14.8) Regroupement ou densité des raquettes ...................................................................................................763.14.9) Règles à respecter pour le positionnement des agitateurs (optimiser sa poussée) ..................................763.14.10) Optimisation des conditions hydrodynamiques des réacteurs ...............................................................763.14.11) Puissance de brassage ...........................................................................................................................77

3.15) DIMENSIONNEMENT POMPE D'INJECTION DES SELS MÉTALLIQUES ....................................................................773.15.1) Choix des réactifs.....................................................................................................................................773.15.2) Volume de la cuve de stockage du réactif (cas du clairtan).....................................................................783.15.3) Bilan TAC avec le traitement de l’azote et du phosphore........................................................................79

3.15.3.1) Rappel des unités employées...............................................................................................................................793.15.3.2) Consommation et restitution d’alcalinité.............................................................................................................793.15.3.3) Stabilité du pH dans le réacteur et sur l’eau triaté...............................................................................................803.15.3.4) Bilan TAC entrée / sortie sur une installation ....................................................................................................80

3.16) CALCUL DES DÉBITS DES POMPES DE RECIRCULATION DES BOUES ....................................................................813.17) EVALUATION DES CONCENTRATIONS DE L’EFFLUENT TRAITÉ ...........................................................................83


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4

3.17.1) Evalutation de la concentration de la DBO5 en sortie ............................................................................833.17.2) Evalutation de la concentration des MES en sortie .................................................................................833.17.3) Evalutation de la concentration de la DCO en sortie .............................................................................83

IV. DIMENSIONNEMENT DE LA FILIERE BOUE. ............................................................................................83

4.1) FILIÈRE - EPAISSISSEUR STATIQUE HERSÉ + STOCKEUR ......................................................................................844.1.1) Volume du stockeur des boues épaissies. ...................................................................................................854.1.2) Retour en tête de l'épaississeur ..................................................................................................................85

4.2) FILIÈRE - ÉPAISSISSEMENT DYNAMIQUE + STOCKEUR.........................................................................................864.2.1) Volume du stockeur des boues ...................................................................................................................87

4.3) DÉSHYDRATATION PAR FILTRE BANDE................................................................................................................874.3.1) Retour en tête du filtre bande.....................................................................................................................874.3.2) Aire de stockage boues déshydratées .........................................................................................................88

4.4) CHAULAGE DES BOUES...............................................................................................................................884.4.1) Réaction chimique......................................................................................................................................884.4.2) Siccité immédiate .......................................................................................................................................894.4.3) Siccité après contact de 30'........................................................................................................................894.4.4) Siccité après contact de 24 h......................................................................................................................894.4.5) Exemple de calcul ......................................................................................................................................89

4.4.5.1) Siccité immédiate avec 52 % CaO ........................................................................................................................894.4.5.2) Siccité après 30' de temps de contact ....................................................................................................................904.4.5.3) Siccité après 24 h de temps de contact ..................................................................................................................90

4.5) DÉSHYDRATATION PAR FILTRE PRESSE .........................................................................................................904.5.1) Le filtre presse avec conditionnement minéral...........................................................................................90

4.5.1.1) Pourcentage de réactif à introduire........................................................................................................................914.5.1.2 ) Masse de boues conditionnée ...............................................................................................................................914.5.1.3) Concentration de la boues conditionnées ..............................................................................................................914.5.1.4) Epaisseur de gâteau ...............................................................................................................................................924.5.1.5) Siccité de la boue pressée......................................................................................................................................924.5.1.6) Temps de pressée ..................................................................................................................................................924.5.1.7) Volume du filtre presse .........................................................................................................................................934.5.1.8) Surface du filtre.....................................................................................................................................................934.5.1.9) Volume des boues pressées ...................................................................................................................................934.5.1.10) Volume occupée par la boue pressée dans une benne .........................................................................................93

4.5.2) Le filtre presse avec conditionnement polymère ........................................................................................944.5.1.2) Boue activées très faible charge ............................................................................................................................944.5.2.2) Passage FeCl3 à FeCl S0 4....................................................................................................................................954.5.2.3) Exemple à 15 % FeCl3 pur ou 5,17 % Fe ............................................................................................................95

4.5.3) Le filtre presse à membrane avec conditionnement polymère ...................................................................964.5.4) CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DU CONDITIONNEMENT.........................................................96

4.5.4.1) Debit de la pompe H.P ..........................................................................................................................................964.5.4.2) Chaine de conditionnement...................................................................................................................................974.5.4.3) - Détermination des doses à mettre en oeuvre.......................................................................................................98

Méthode de mesure...............................................................................................................................................98Expression de la résistance spécifique à la filtration :.........................................................................................99Test de filtrabilité sous pression...........................................................................................................................99Détermination du coefficient de compressibilité ................................................................................................101Conditionnement à mettre en oeuvre..................................................................................................................101

MISE EN OEUVRE DU CONDITIONNEMENT.................................................................................................................101CONDITIONNEMENT AUX POLYÉLECTROLYTES.........................................................................................................101

Choix du polymere..............................................................................................................................................102

V. BIBLIOGRAPHIE................................................................................................................................................103


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I. CARACTERISTIQUES DE L'EFFLUENT A TRAITER

1.1) GENERALITES.

L'étude des caractéristiques de l'effluent à traiter nécessite de se pencher sur les points suivants :

- définir une situation actuelle (S.A.).- définir une situation prochaine (S.P.).- définir une situation future (S.F.).- réseau unitaire ou séparatif, comportement et fonctionnement des déversoirs d'orage et des stockages intermédiaires.- populations raccordées en situation actuelle, prochaine et future.- pollution industrielle.- pollution artisanale.- zone artisanale ou industrielle projetée dans le SDAU ou le POS.- matières de vidanges à traiter sur le site.- boues de curage du réseau à traiter sur le site.- graisses extérieures à traiter sur le site.- traitement des eaux pluviales.

1.2) ANALYSES DES PARAMETRES DE L'EFFLUENT A TRAITER.

Les caractéristiques des effluents à traiter doivent être obligatoirementvalidées par des campagnes de mesure 24 h ( en temps sec et temps de pluie).

Les campagnes des mesures effectuées "sur des échantillons prélevés en continu durant 24hde façon que les volumes de prises soient proportionnels aux débits instantanés de l'effluentavec constitution d'un échantillon moyen 24h refrigéré", permet de définir "l'identité" ou la"morphologie"singulière de l'effluent.

Ces campagnes de mesure 24h permettront en outre de vérifier la cohérence des rapports

entre eux : DCODBO5

,MES

DBO5 ,

DBO5NTK

, N - NH4

NTK,

DCOPt

et MVSMES

.


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6

Relations entre les paramètres de pollution

Ratio Effluent Urbainstrict

Signification

DCODBO5

2,2 – 2,4 indiquera la mixité et la biodégradabilité relative de l'effluent

MESDBO5

0,8 – 1,2 aura une influence sur le % MVS de l'effluent et la production de bouesen excès

DBO5NTK

4 - 5 indiquera la mixité relative de l'effluent et influencera ledimensionnement du réacteur biologique en cas de traitement de l'azote

(nitrification)N - NH4

NTK0,6 – 0,8 indiquera le degré d'ammonification réalisé durant le transfert de

l'effluent dans le réseau ainsi que de la présence potentielle d'unesituation "septique" (notamment lors de la présence de conduite derefoulement)

DCOPt

44 - 50 indiquera la mixité relative de l'effluent , les potentialités et la faisabilitéd'un traitement biologique du phosphore

MVSMES

0,65 – 0,75 indiquera "l'organicité" de l'effluent ainsi que sa mixité relative, et auraune incidence importante sur :

- la production de boues biologiques en excès,- la qualité mécanique des boues activées (définie par son IM

ou IB),- le taux de MVS dans le réacteur biologique,- le dimensionnement du réacteur biologique tant pour le

traitement de la pollution carbonée que pour la nitrificationet la dénitrification simultanée (dans le même bassin),

- le dimensionnement du clarificateur (indirectement parl'influence sur l'IM),

- le dimensionnement de la filière boue (directement parl'influence sur la production de boue et indirectement parl'influence sur l'IM)

DCONTK

8,8 - 12 indiquera la mixité relative de l'effluent et aura une influence sur ladénitrification et sur l'intérêt d'une zone d'anoxie dissociée du bassind'aération

Les MES dect, DBO5ad2h, DCOad2h; les fractions décantables permettent de définir lesperformances des décanteurs primaires et des boues primaires produites.

DBO5 totale = DBO5 particulaire + DBO5 soluble + DBO5 colloïdaleDCO totale = DCO particulaire + DCO soluble + DCO colloïdale

DBO5 ad2h = 60 à 67 % DBO5 tot (pour un effluent domestique)DCO ad2h = 60 à 67 % DCO tot (pour un effluent domestique)


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La T° ; le profil de la température pour définir les cinétiques de nitrifications .

Rappel :

NTK = azote Kjeldahl = Azote organique + Azote ammoniacal = Norg + N-NH4NGL = Azote global = NTK + N-NO2 + N-NO3Pt = phosphore totale = P organique + P minéralPhosphore minéral constitué par les orthophosphates = PO4

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1.3) DETERMINATION DES FLUX POLLUANTS.

La détermination quantitative de la pollution véhiculée par les eaux usées fait appel à la notion deFLUX POLLUANTS.

La masse de polluant transitée pendant un intervalle de temps T (pris souvent égal à 24h) est lerésultat de l'intégration sur cet intervalle du produit de la concentration du paramètre à analyserpar le débit de l'effluent pris en compte :

Φ = c(t).q(t).dt0

24

∫

le flux moyen deviendra 24h 24h moyenne 24hQ x CΦ =

avec 24hQ = débit total sur 24h enregistré.

moyenne 24hC =concentration moyenne des prélèvements proportionnels.

Dans certains cas, il y aurau lieu de procéder à des échantillonnages horaires, pour évaluer lesconcentration horaires en pointe journalière, en moyenne journalière et en nocturne.

La détermination des flux horaires, déduits directement de concentrations horaires et d'une courbehoraire des débits transitant durant 24 h sur l'installation, nous donnera une indication importantepour la détermination des besoins en oxygène en pointe et pour le dimensionnement du volume duréacteur dans le cas du respect sur le niveau en azote.

De plus, les débits et les concentrations subissent des variations importantes dans le temps et quireflètent les rythmes donc des pointes horaires (Cp), des pointes hebdomadaires (Ch) et despointes annuelles (Ca) dès l'activités domestique et industrielles.

Suivant le type de réseau et l'exigence d'un traitement des eaux pluviales, ces mesures devront êtredéfinies tant en période de temps sec qu'en période de temps de pluie, ces dernières devront êtreraccordées à une mesure des précipitations concernées en colonne de hauteur d'eau (pluviomêtre àauget basculant).


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La détermination des flux polluants fait intervenir une suite de démarches nécessitant chacune uneméthode et un matériel particulier :

- mesure de débit......................... détermination de q(t)

- prélèvement des échantillons.......- conservations et transports.......... détermination de c- analyse des échantillons..............

L'échantillonnage et l'analyse introduisent tous deux une erreur, et le plus souvent la première esttrès supérieure à la seconde.

Un plan d'échantillonnage étant toujours un compromis entre l'information recherchée et le coût sefera en fonction de ce que l'on veut chercher à déterminer :

- un état moyen : une charge moyenne hebdomadaire maximale pour dimensionner la filière boue, par exemple.

- un percentile : il requiert d'étudier la distribution des valeurs et non les valeurs elles-mêmes.

- les états extrêmes : correspondant à des percentiles élevés, par exemple mesure des flux 95 % non dépassés de l'effluent pour déterminer les besoins

en oxygène en pointe ou dimensionner les ouvrages sollicités hydrauliquement (clarificateur...).

1.4) DECOMPOSITION DES ERREURS.

La moyenne des mesures effectuées sur un échantillon vaut:

X=x

ni∑

Les indices centraux de dispersion les plus couramment employés sont :

La variance de l'échantillon :

σ2 =−∑ ( )x x

ni

2

L 'écart-type :

σ σ= 2±


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et le coefficient de variation :

CV =x

σ ×100

La première possibilité pour diminuer l'erreur totate est de multiplier le nombre de mesures.Mais l'écart-type σ x de la distribution des moyennes d'échantillons ne diminue qu'avec la racinecarrée du nombre des mesures :

σ x = σn

σ est l'écart-type de la distribution des mesures individuelles.

Donc, pour doubler la précision, il faut quadrupler les mesures.

Décomposition des erreurs, en prodédant à une analyse sur chaque échantillon ;

σ σ σtotale2

échantillon2

analyse2= +

Pour des nombres ne d'échantillons et na d'analyses sur chaque échantillons, nous avons laformule plus générale :

σσ σ

totale2 ech

2

e

anal2

e an n .n= +

Malgré des méthodes analytiques très précises, si l'échantillonnage introduit une erreurimportante, ce qui est souvent le cas, il apparait en règle générale :

- qu'il est plus intéressant de faire une seule analyse sur 3 échantillons, qu'une analyse endouble sur 2 échantillons .

- qu'il est plus intéressant de faire une seule analyse sur 4 échantillons, qu'une analyse endouble sur 3 échantillons.


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1.5) DETERMINATION DES VALEURS EXTREMES AVEC UNE LOI NORMALE.

X X +1,64595% = σ

le coefficient de variation étant :

V =xσ

X X(1+1,645.V)95% =

Pour les autres probabilités avec P= F(up ), voir tableau ci-après :

upP

0,0000 O,50000,2533 0,60000,4289 0,66660,5244 0,70000,6745 0,75000,8416 0,80001,2820 0,90001,6459 0,95001,9600 0,97502,3263 0,99002,5758 0,9900

Pour une probabilité de 90 % nous avons :

X X +1,2820.90% = σ

1.6) DETERMINATION DE LA CAPACITE DE L'INSTALLATION.

Lorsque l'on souhaite indiquer une notion de taille de l'installation dans différents documents(A.P.S ou C.C.T.P...), l'on peut alors ramener lex flux déterminés à une capacité exprimée en"Equivalent-habitant " et non l'inverse, c'est-à-dire définir les flux de l'effluent à traiter par desratios rattachés à l'équivalent -habitant.


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L'ensemble peut être ramené à une pollution relative à un équivalent-habitant (Eq.h.)

La pollution correspondant à 1 Eq.h. est définie dans l'arrêté du 06.11.1996.

Un équivalent-habitant représente journellementParamètres Valeur

Débit 80 à 250 l/j (à boucler avec la consommationAEP avec 20 à 30 % de pertes dans le réseau)

DCO 130 – 145 gDBO5 60 gMOX* 57 gMES 55 – 70 g

55 g en réseau séparatif60 – 70 g en réseau unitaire

NTK 15 gPtot 3 – 4 g

Lipides 15 – 20 gEquitox 0,2 de matières inhibitricesMétox 0,23AOX 0,05 g (composés organohalogénés sur charbon

actif)

* avec MOX = 3

AD2DCO

AD22DBO5 +

Nota : DBO5AD2 ou DBO5AD2h correspond à une DBO5 mesurée après décantation de 2h

1 Eq.h n'est pas véritablement un concept de dimensionnement et necorrespond pas forcément à la pollution générée par un habitant.

Etabli à l’origine par une approche statistique des mesures effectuées, il sera très variablesuivant le tissus urbain considéré et la présence d'une pollution industrielle.

C'est une notion plutôt fiscale ou de communication pour indiquer la taille d’uneinstallation de traitement des eaux usées.

L’arrêté du 6.11.1996 définit la quantité de pollution à prendre en compte pour chaquehabitant.

Caractéristiques moyennes des eaux résiduaires urbaines (ERU) en France

Paramètres Echelle de variation Fraction décantablepH 7,5 – 8,5

Extrait sec 1000 – 3000 mg/l 10 %DCO 400 – 1000 mg/l 30 – 35%DBO5 200 – 400 mg/l 30- 35%MES 200 – 400 mg/l 50 – 67 %


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NTK 40 – 100 mg/l 7 – 10 %N-NH4 30 – 80 mg/l 0%N-NO2 0 mg/l 0%N-NO3 0 mg/l 0%

Ptot 10 – 25 mg/l 5 – 10 %Lipides 40 – 120 mg/l -

Détergents 6 – 13 mg/l -

1.7) DEFINITION DE L'EFFLUENT EN TEMPS SEC.

1.7.1) Definition de la pollution domestique moyenne sur une zone industrielle.

Charge de pollution domestique moyenne sur une zone industrielle polyvalente (hors bienentendu les activités industrielles), exprimée en hectare occupé (ha) ou en emploi.

Débit = 6 m3 / ha/ j ou 100 l /emploi / jDBO5 = 3,1 Kg / ha / j ou 57 g / emploi / jMES = 2,2 Kg / ha / j ou 40 g / emploi / jDCO ad2 = 60 g / emploi / j

1.7.2) Définition de la pollution des matières de vidanges.

Paramètres Concentration en g/lDCO 6 à 30 g/lDBO5 2 à 8 g/lMES 4 à 12 g/lNTK 0,5 à 2,5 g/l

N-NH4 0,4 à 2 g/lPtot 0,1 à 0,5 g/lpH 7,7 à 8,5

Paramètres Eaux usées Matières de vidangeDBO5 /N /P 100 / 25 / 5 100 / 62 / 7.5

1.7.3) Définition de la pollution des boues de curage.

Paramètres Concentration en g/lDCO 5 g/lDBO5 2 g/lMES 6 g/lNTK 0,005 à 0,1 g/l

N-NH4 g/lPtot 0,05 g/lpH 6,8 à 8

Après décantation de 2h nous avons ;


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- 77% d’abattement sur la DCO et DBO = 50% (àvérifier)- 88 % d’abattement sur les MS

La définition du profil hydraulique fait intervenir les grandeurs suivantes :

1.7.4) Débit de temps sec exprimé en m3/j :

- QEU (eaux domestiques)- QEI (eaux industrielles)- QMV (matières de vidange)

- QECP (eaux claires parasites ou de drainage permanent)

Notes :

- Le débit ci-dessus correspond au débit strictement domestique hors eaux claires parasites(ECP) ou de drainage permanent.

- Le pourcentage de MVS dans les MES dépend du rapport MES/DBO5 et de la mixité del'effluent (cf tableau ch. 3.4.2).

- N-NH4 par rapport au NTK varie de 60 à 70% suivant la longueur du réseau et desconditons de tansfert de l'effluent dans le réseau (présence d'H2S ! T° de l’effluent).

- 1 g de MEH (matieres extractibles à l'hexane) = 2,8 g DCO.

1.7.5) Débit de temps sec exprimé en m3 / h

- Qmts (débit moyen horaire de temps sec)- Qpts (débit de pointe horaire de temps sec)- Qnocts (débit horaire nocturne de temps sec)

Des coefficients et des durées

- CpEU (coefficient de pointe de temps sec des eaux usées strictement domestiques).- CpEI ( coefficient de pointe de temps sec des eaux usées de type industrielles).- TEI = Durée moyenne de rejet des eaux industrielles.- Talim = Temps alimentation du réacteur biologique en matière de vidange.

A partir de ces données nous pouvons faire les remarques suivantes :

Qpts = Q24

.Cp eu + QTEI

Cp EI + QECP24

+ QM.VTalim.

EU EI .

CpEu = 1,5 + 2,5Q24

l / s(avec Qeu exprimé en litre / seconde)

EU .


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1.8) DEFINITION DES DEBITS EN TEMPS DE PLUIE.

Ceci concerne les systèmes d'assainissement composés d'un réseau unitaire.

Détermination des pluies à considérer associées aux capacités d'autoépuration de la rivière(déclassement d'une classe en période de pluie ou chute de l'O2 dissous de « y » mg/l).

Détermination d'un nombre de déversement des déversoirs d'orage limité par an.Par ex : 6 à 8 déversement par an pour une pluie de 18 mm he / j

Estimation des flux de pollution supplémentaires apportés lors des évenements pluvieuxconsidérés, y compris lors des petites pluies comprises entre 3 à 5 mm he / j.

Une pluie provoquant un écoulement dans un réseau se situe aux environs de 2 mm he / j.

Nota :Ces valeurs de Qmax devraient être définies suite à une étude sur l'impact des eauxpluviales sur le milieu récepteur.

1.8.1) Typologie des différents débits de pluie (au réseau unitaire)

Qmax / j : débit maximum journalier admis en temps de pluie à la station.Qmax / h : débit maximum horaire admis en temps de pluie à la station.

Qmax prétraitement : débit maxi horaire admis au prétraitement (cas de la présence debassin d'orage avec déversoir d'orage en amont du prétraitement).

Qmax admis au bassin d'orage : débit horaire alimentant le bassin d'orage situé à lastation.

Qvidange du bassin d'orage # débit horaire vidange du bassin d'orage.Qmax biologique : débit horaire maximum admis en temps de pluie sur le réacteur

biologique et sur le clarificateur (hors débit maxi de recirculation).Qmax décanteur primaire : débit horaire maxi en temps de pluie alimentant le

décanteur primaire (cela suppose qu'il y a un by-bass en aval de ce dernier).

Qmax prétraitement >> Qmax biologique si il y a un by-pass en aval du prétaitementou du décanteur primaire.

Qmax biologique # Qmax prétraitement si absence de by-pass en aval du prétraitementou du décanteur primaire.

Qmax / h > 3 QMTS (cette valeur risque d'évoluer avec l'application de la DirectiveEuropéenne du 21.05.1991). De plus cette valeur de Qmax / h devrait être définie suiteà une étude sur l'impact des eaux pluviales sur le milieu récepteur.

Qmax / h > QPTS + Qvidange du bassin d'orage


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15

Le clarificateur sera toujours dimensionné sur le Qmax biologique et non sur leQPTS.

1.8.2) Charge polluante en période pluvieuse (au réseau unitaire)

1.9) REGIME HYDRAULIQUE JOURNALIER.

La répartition dans la journée du débit en périodes (cela en fonction de l'analyse des courbesd'enregistrement des débits) : par défaut, on peut prendre 3 périodes de pointes soit :

Qpts (Qpointe par défaut 3 périodes de 2 h).Qd (Qdiurne par défaut 2 périodes de 5 h).Qn (Qnocturne par défaut 1 période de 8 h).

1.10) ROLE DES DIFFERENTS PARAMETRE AINSI DEFINIS.

- les charges maxi horaires (dimensionnement des capacités d'oxygénation)- les charges maxi journalières (dimensionnement des réacteurs suivant le pourcentage

de garantie demandé sur le respect du niveau de rejet)- les charges maxi hebdomadaires (dimensionnement de la filière boue)- la charge moyenne hebdomadaire (consommation de réactifs, évacuation des boues...)

La charge moyenne hebdomadaire sera définie à partir d'un scénario d'une semaine type.Parexemple :

- charge moyenne journalière temps sec (3 jours/sem)- charge correspondante à une grosse pluie (1 jour/sem)- charge correspondante à la vidange du bassin d'orage (1jour/sem)- charge correspondante à une petite pluie inférieure à 5 mm he/j ( 2 jours/sem)

2) NIVEAU DE REJET - RENDEMENT A ATTEINDRE

Dans le "cas général" (en référence avec la nouvelle directive CEE au 21.05.91) les rendements àatteindre associés à un niveau de rejet seront déterminés en fonction de l'objectif de qualité dumilieu récepteur.

- 4 classes de qualité (1A, 1B, 2, 3) définissant des concentrations de référence àrespecter (Conc. ref. de pollution).

- débit de la rivière pris en référence : QE 1/5. Ce débit est le débit d'étiage qui a unepériode de retour de 5 ans.


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En amont du point de rejet de la station projetée, le flux transporté par la rivière doit être égal àQE 1/5 (en m3/j) x Conc ref amont.

En aval du point de rejet de la station projetée, le flux transporté par la rivière doit être égal à (QE1/5 (en m3/j) + Qstation(en m3/j)) x Conc ref aval. Où Qstation est le débit journalier de tempssec.

Le flux maximum admissible rejeté en sortie de station est donc égal au flux en aval de lastation moins le flux en amont de la station.

Le calcul est à réaliser sous l'hypothèse que la classe amont est égale à la classe aval moins un.

Dans le cas contraire, on prendre concentrations issues de campagne de mesure dans le milieurécepteur.

Ce calcul est fait sur les paramètres : DCO, DBO5, NTK, MES, N-NH4 , P.

concentration maxi sortie station = flux maxi admissibleQstation m / j

3 .

Les concentration ainsi obtenues sont les concentrations moyenne sur 24 h.

niveau de rejet concentration maxi sortie station≤

Niveau de rejet minimal exigé : arrêté du 22.12.94 pour les installations supérieures à 120kg/j de BO5 et l’arrêté du 21.06.96 pour les installations comprises entre 12kg et 120 kg/j deDBO5.

Nota :La concentration en NH4 dans les grilles est exprimée en ions ; il y a lieu de tout ramener en [N].C'est à dire, par exemple, NH4 = 18 g donne N-NH4 = 14 g.

On a alors :

1A conc = 0,1 mg/l NH4 soit 0,078 mg/l N-NH4+1B conc = 0,5 mg/l NH4 soit 0,39 mg/l N-NH4 +2 conc = 2 mg/l NH4 soit 1,56 mg/l N-NH4.+3 conc = 8 mg/l NH4 soit 6.2 mg/l N-NH4.+

Le NTK de l’effluent domestique brut sera en grande partie ammonifié dans la station detraitement, hormis la part de N soluble organique non ammonifiable ( de l’ordre de 3 à 5% duNTK entrée) et une fraction de N particulaire (moins de 10% sur un effluent usé domestique)

NTK = azote organique + azote ammoniacal (azote kjedhal)NGL = NTK+ N-N02 + N-N03 (azote global)


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2.1) TRADUCTION DE LA DIRECTIVE EUROPEENNE DU 21.05.1991 EN DROIT FRANCAIS

Les principaux textes de Loi ;

❶ La Loi sur l'eau du 3 janvier 1992,

❷ Le décret du 1er mars 1993, concerne les effluents des Installations Classées soumis àautorisation ainsi que l'obligation de convention de rejet avant raccordement au réseau d'assainissementpublique,

❸ Les 2 arrêtés du 29 mars 1993, concernent les procédures administratives de déclaration etd'autorisation ainsi que la nomenclature des opérations soumises à déclaration ou à autorisation, enfonction des flux généré par l'agglomération et englobe en plus des procédures relatives aux rejets aprèstraitement ; les déversoirs d'orage, les rejets d'eaux pluviales, l'épandage d'eau usées, l'épandage deboues...

❹ Le décret du 3 juin 1994, décrit les orientations de la transcription de la Directive du 21 mai1991, relatif à la collecte et au traitement des eaux usées mentionnées aux articles L. 372-1-1 & L. 372-3 duCode de Communes.

❺ les 2 Arrêtés du 22 décembre 1994 : "Prescriptions techniques relatives aux ouvrages decollecte et de traitement des eaux usées", mentionnés aux articles L.372-1-1 & L.372-3 du Code desCommunes.

❻ Les recommandations du 12 mai 1995 pour l'application des arrêtés du 22 décembre 1994.

❼ L’arrêté du 21 juin 1996 fixant les prescriptions techniques minimales relatives aux ouvrages decollecte et de traitement des eaux usées mentionnées aux articles L.2224-8 etL.2224-10 du code généraldes collectivités territoriales, dispensées d’autorisation au titre du décret n° 93-743 du 29 mars 1993.

❽ Circulaire n°97-31 du 17 février 1997 relative à l’assainissement collectif de communes-ouvrages de capacité inférieure à 120 kg DB05/jour (2000 EH)

Schéma général de la réglementation technique relative aux ouvrages d’assainissement


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OUVRAGES DISPENSES DEDECLARATION

capacité inférieureà 12 kg DBO5/jour *

OUVRAGES SOUMISA DECLARATIONcapacité comprise

entre12 et 120 kgDBO5/jour *

OUVRAGES SOUMISA AUTORISATIONcapacité supérieureà 120 kg DBO5/jour

⇓ ⇓RELEVANT DE

L’ASSAINISSEMENTNON COLLECTIF

RELEVANT DEL’ASSAINISSEMENT

COLLECTIF⇓ ⇓

⇓ ⇓ARRETE DU 6 MAI

1996ARRETE DU 21 JUIN 1996 ARRETES DU 22 DECEMBRE

1994

(*)Sous réserve que ces ouvrages échappent aux seuils d’autorisation ou de déclaration définis par lesautres rubriques de la nomenclature annexée au décret n° 93-743 du 29 mars 1993, notamment la rubrique2.2.0., et sous réserve des dispositions spécifiques mentionnées à l’article 2 du décret n° 93-743 du 29 mars1993 pour certaines zones de protection spéciale.

2.1.1) LE 1er ARRETE DU 22.12.1994

Cet arrêté fixe les prescriptions techniques minimales, relatives aux ouvrages de collecte et detraitement des eaux usées.


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REGLES GENERALES APPLICABLES AUX REJETS EN CONDITIONS NORMALESD’EXPLOITATION POUR DES DEBITS N’EXCEDANT PAS LEUR DEBITS DE REFERENCE

Tableau 1PARAMETRE CONCENTRATION MAXIMALE

DBO5 25 mg/lDCO 125 mg/lMES 35 mg/l *

(*) Pour le lagunage, cette valeur est fixée à 150 mg/l.

Tableau 2PARAMETRE CHARGE BRUTE RECUE RENDEMENT MINIMUM

DBO5 Charge brute** 120 à 600 kg/j 70 %DBO5 Charge brute > 600 kg/j 80 %DCO Toutes tailles 75 %MES Toutes tailles 90%

Tableau 3PARAMETRE CAPACITE DE LA

STATIONCONCENTRATION

MAXIMALEzone sensible NGL* Charge brute** 600 à

6000 kg/j15 mg/l

à l’azote NGL Ch. brute > 6000 kg 10 mg/lzone sensible PT Ch. brute 600 à 6000 kg 2 mg/lau phosphore PT Ch. brute >6000 kg 1 mg/l

(*) Ces exigences se réfèrent à une température de l’eau du réacteur biologique aérobie de la station d’épuration d’au moins 12°C.Cette condition de température peut être remplacée par la fixation de périodes d’exigibilité déterminées en fonction des conditionsclimatiques régionales.

Tableau 4PARAMETRE CAPACITE DE LA

STATIONRENDEMENT

MINIMUMzone sensible azote NGL Charge brute** > 600 70 %

zone sensible phosphore PT Charge brute > 600 80 %(**) Charge brute de pollution organique reçue, en kg/j (exprimée en DBO5).

Les échantillons moyens journaliers doivent respecter :- soit les valeurs fixées en concentration figurant au tableau 1,- soit les valeurs fixées en rendement figurant au tableau 2.

Leur pH doit être compris entre 6 et 8,5, et leur température inférieure à 25°C.Les rejets dans des zones sensibles à l’eutrophisation doivent en outre respecter en moyenne annuelle :

- soit les valeurs fixées en concentration figurant au tableau 3,- soit les valeurs fixées en rendement figurant au tableau 4.


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REGLES DE TOLERANCE PAR RAPPORT AUX PARAMETRES DCO, DBO5 ET MES

Ces paramètres peuvent être jugés conformes si le nombre annuel d’échantillons journaliers, non conformesà la fois aux seuils concernés des tableaux 1 et 2, ne dépasse pas le nombre prescrit au tableau 6. Cesparamètres doivent toutefois respecter le seuil du tableau 5.

Tableau 5

PARAMETRE CONCENTRATION MAXIMALEDBO5 50 mg/lDCO 250 mg/lMES 85 mg/l

Tableau 6

Nombre d’échantillonsprélevés dans l’année

Nombre maximal d’échantillonsnon conformes

4-7 18-16 217-28 329-40 441-53 554-67 668-81 782-95 8

96-110 9111/125 10126-140 11141-155 12156-171 13172-187 14188-203 15204-219 16220-235 17236-251 18252-268 19269-284 20285-300 21301-317 22318-334 23335-350 24351-365 25


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3. REGLES DE TOLERANCE PAR RAPPORT AU PARAMETRE NGL

Le paramètre peut être jugé conforme si la valeur de la concentration de chaque échantillon journalierprélevé ne dépasse pas 20 mg/l.

2.1.2) LE 2ème ARRÊTE DU 22.12.1994

Surveillance des ouvrages de collecte et de traitement des eaux usées

Les dispositifs du présent arrêté sont applicables immédiatement aux nouveaux ouvrages : ils sontapplicables aux anciens ouvrages dans les délais suivants, à compter de sa parution (J.O. du 10/02/95) :

- système d’assainissement recevant une charge brute de pollution organique de : supérieure à 6000 kg/j = délai 2 ans, comprise entre 601 et 6000 kg/j = délai 4 ans, comprise entre 120 et 600 kg/j = délai 5 ans.

1. Mesure de débit :

2. Station pour charge brute > 600 kg : Mesure de débit + enregistrement amont / aval et des préleveursasservis aux débits et conservation au froid (pendant 24h) d’un double de l’échantillon

3. Station pour charge brute entre 120 - 600 kg : Mesure + débit + enregistrement aval et despréleveurs asservis aux débits et conservation au froid (pendant 24h) d’un double de l’échantillon.

ANNEXE 1SURVEILLANCE DES OUVRAGES DE TRAITEMENT

PARAMETRES 120à

600

601à

1 800

1 801à

3 000

3 001à

6 000

6 001à

12 000

12 001à

118 000> 18 000

Cas généralDébit 365 365 365 365 365 365 365MES 12 24 52 104 156 260 365DBO5 4 12 24 52 104 156 365DCO 12 24 52 104 156 260 365NTK / 6 12 24 52 104 208NH4 / 6 12 24 52 104 208NO2 / 6 12 24 52 104 208NO3 / 6 12 24 52 104 208PT / 6 12 24 52 104 208Boues* 4 24 52 104 208 260 365Zones sensibles àl’azoteNTK / 12 24 52 104 208 365NH4 / 12 24 52 104 208 365NO2 / 12 24 52 104 208 365


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NO3 / 12 24 52 104 208 365Zones sensibles auphosphorePT / 12 24 52 104 208 365

(*) Quantité et matières sèches. Sauf cas particulier, les mesures amont des différentes formes de l’azotepeuvent être assimilées à la mesure de NTK.

Tableau 1Fréquence des mesures (nombre de jours par an).

Charge brute de pollution organique reçue par la stationexprimée en kg/jour de DBO5.

(Celles-ci s’appliquent à l’ensemble des entrées et sorties de la station,y compris les ouvrages de dérivation)

2.1.3) LA CIRCULAIRE n°97-31 du 17 février 1997

Circulaire n°97-31 du 17 février 1997 relative à l’assainissement collectif de communes-ouvrages decapacité inférieure à 120 kg DB05/jour (2000 EH)

Références : arrêté du 21 juin 1996 fixant les prescriptions techniques minimales relatives aux ouvrages decollecte et de traitement des eaux usées mentionnées aux articles L.2224-8 etL.2224-10 du code généraldes collectivités territoriales, dispensées d’autorisation au titre du décret n° 93-743 du 29 mars 1993 relatif àla nomenclature des opérations soumises à autorisation ou à déclaration, en application de l’article 10 de laloi n° 92-3 du 3 janvier 1992 sur l’eau (J.O. du 9 août 1996).

Documents abrogés :

Circulaire du ministre de la santé du 10 juin 1976 relative à l’assainissement des agglomérations et à laprotection sanitaire des milieux récepteurs (J.O.21 août 1976) ;

Circulaire interministérielle du 4 novembre 1980 relative aux conditions de détermination de la qualitéminimale d’un rejet d’effluents urbains (J.O. 29 novembre 1980).

Niveaux types de rejet pour les ouvrages soumis à déclaration

De manière schématique, quatre classes de traitement peuvent être distinguées (cf. tableau 2).

Le niveau de traitement D1 correspond aux exigences minimales fixées à l’article 14 de l’arrêté et, d’unpoint de vue technique, à une simple décantation primaire sans ajout de réactifs,

Le niveau D2 permet d’avoir recours à des solutions techniques variées parmi lesquelles les cultures fixées,lits bactériens ou disques biologiques paraissent bien adaptés aux petites collectivités tant au point devue de l’énergie à dépenser pour le traitement que la simplicité d’exploitation, et notamment de gestion desboues.


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Le recours à la technique du lagunage aéré est à prendre en considération, notamment dans le cas où desactivités artisanales sont susceptibles de provoquer des déséquilibres dans la composition des eaux à traiterou des variations de charges importantes.

Le niveau D3 correspond bien aux performances attendues du lagunage naturel tel qu’il a été développéen France. Son adéquation à la protection du milieu tient notamment à ses performances soutenues surl’azote, mieux assurées lorsque trois bassins sont réalisés. L’expression de l’efficacité tient au fait qu’il n’y apas conservation des débits dans de telles installations et que la DCO non filtrée est le paramètre le plusreprésentatif et le moins critiquable pour exprimer l’action du lagunage naturel sur la charge organique.Le niveau 4 coïncide avec le niveau classique de traitement des collectivités dont le systèmed’assainissement est soumis à autorisation. Ces techniques sont bien adaptées à l’élimination du paramètreazote ammoniacal qui est généralement le facteur limitant la qualité du milieu récepteur.

Les procédés choisis pour assurer ces performances devraient donc naturellement être capables de nitrifierau rang desquels on peut mettre en avant :

les boues activées en aération prolongées ; les lots d’infiltration drainés alimenté par bâchées.

Tableau 2 : Niveaux types de performances des systèmes de traitement

D1 D2 D3 D4

DBO.........DCO.........MES.........Nkj...........

rdt ≥ 30%

rdt ≥ 50%

≤ 35 mg/lrdt ≥ 60%

rdt ≥ 60%

≤ 25 mg/l≤ 125 mg/l

Ces divers niveaux, applicables à des moyennes sur 24 heures, sont exprimés soit en rendement [(flux deseaux brutes) - (flux des effluents épurés)]/(flux des eaux brutes), soit en concentrations des polluants dansles effluents épurés dans la mesure où ils font référence à ces procédés qui se jugent difficilement sur lesmêmes critères.

2.2) CRITERES POUR LE CHOIX D'UNE FILIERE DE TRAITEMENT

Liste des critères qui devraient intervenir dans le choix de la filière de traitement (eau et boue)

1 - niveau de traitement requis (rendement, concentration, percentile)2 - capacité de l'installation3 - destination des boues4 - surface au sol disponible5 - variation saisonnière de la charge polluante6 - contraintes environnementales7 - coût d'investissement8 - contrainte d'exploitation9 - coût d'exploitation10 - qualité du terrain (lagune notamment)10 - fiabilité de la filière (sensibilité du milieu et traitement tertiaire spécifique)


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Objectif de qualitéNiveau de rejet

Paramètres inffluent pollution + débit +t°C

Interprétation de lanorme en moyenne-

jour

Dimensionnementprétraitement

Fixe cm - DBO5 à éliminercm<=0.12 (stabilisation boue)

capacité < 50000 eqhab

Introduire pollutiondes retours en têtede la filière boue

Cm - %MVES eff brut = calcul PBdéfinir %MVS dans PB

Clarificateur : IM suivant Cm fixée

Sa suivant SrQmax / Qpts

Vol bio total1) fixant age de boue // niv. NGL1 ou NGL2

2) fixant CVvolume bio = max (âge,cm,cv)

Vérifier vol biocinétique nitrif

cinétique dénitrif dissociation Besoin en O2 enpointe et en jour

cinétique nitrifzone d'anoxie anaoxie+ aér.

Puissance absorbéeConditions de

brassage

Sur volume // traitement Pt

Filière boue sur PBb + PBpc

Evaluation pollution de retour en têteDBO5, MES, NTK

2.3) DIAGRAMME DE CALCUL DU DIMENSIONNEMENT


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III. DIMENSIONNEMENT DE LA FILIERE EAU

Préliminaire :

La note de calcul qui suit concerne exclusivement les effluents usés domestiques ou àdominante domestique. Elle permet de dimensionner les ouvrages et les équipements, maisnon de simuler correctement un état de fonctionnement. En effet, l'approche dimensionnellediffère de l'approche de simulation d'une station de traitement, notamment par la prise encompte d'un certain nombre de sécurité dans l'approche dimensionnelle.

3.1) REMARQUES GENERALES ET HYPOTHESES DE DIMENSIONNEMENT.

En règle générale (sauf avis contaire du C.C.T.P) :

- Le prétraitement, clarificateur et le traitement des boues sont dimensionnés pour la situation future.

- Le réacteur biologique est dimensionné pour la situation prochaine (si l'écart entre la station future et la station actuelle est significatif)

- Le clarificateur sera dimensionné pour le Qmax associé à un indice de Mohlman, et concentration dans le bassin d'aération retenu

- En règle générale, la dénitrification endogène dans le cas d'un effluent urbain standard (par phase d'anoxie sur le bassin d'aération) sera préférée à la dénitrification par zone d'anoxie séparée (sauf niveau de rejet très sévère sur le NGL).

- Le dimensionnement de la filière eau (réacteur biologique associé à son clarificateur) doit tenir compte de la filière boue - en prenant en compte la pollution apportée par les retours en tête de la filière boue (surnageant, filtrat, centrat...).

- L'effluent d'entrée est homogène en concentration ainsi que la variation des flux de pollution qui se fait proportionnellement au débit (ceci pour la période de temps sec) - sauf mesures spécifiques des flux horaires ou coefficient de pointe en concentration.

- Les valeurs de dimensionnement obtenues correspondent à un minimum pour la charge entière considérée (des paramètres particuliers de sécurité peuvent être appliqués en fonction de l'analyse des contraintes du projet).

- Le réacteur biologique est considéré homogène avec diffusion flux et de pollution de façon instantanée dans les ouvrages.

- Les flux en entrée à considérer pour le dimensionnement (cas d'installation existante ou non avec campagne de mesure 24h) sont les maximum non dépassés X % du temps ( la


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directive CEE et le décret parlent de charge moyenne sur la semaine la plus chargée).

3.2) RELEVEMENT EN TETE DE L'INSTALLATION.

A l'arrivée d'une station de traitement des eaux usées, on est contraint d'installer un poste derelèvement, pour assurer un écoulement gravitaire sur l'ensemble des ouvrages, et cela jusqu'aupoint de rejet.

La cote d'arrivée des effluents en aval de la station de relèvement sera déterminée par la prise encompte de l'ensemble des pertes de charges aux travers des ouvrages en partant de la côte des plushautes eaux (P.H.E) du point de rejet.

On appellera "poste de relèvement", lorsque qu'il sagit de faire acheminer l'eau usée uniquementen hauteur sans grande distance entre le lieu de pompage et le lieu de livraison de l'eau (c'est-à-dire que les pertes de charges linéraires sont faibles devant la hauteur géométrique), paropposition au "poste de refoulement" où la distance est souvent grande, donc les pertes decharges linéaires sont prépondérantes dans le calcul de la hauteur manométrique totale (H.M.T).

Paramètres nécessaires pour le dimensionnement du poste de relèvement :

- débit maximum à relever- volume utile de la bâche de relèvement- volume totale de la bâche de relèvement- hauteur manométrique totale (H.M.T)- puissance de la pompe- courbe caractéristique et point de fonctionnement.

3.2.1) Volume de la bâche de relèvement.

Volume utile de la bâche :

4.f.nQVu =

avec :

Vu = volume utile de la bâche (volume constitué entre les niveaux bas et hauts d'enclenchementde la pompe)Q = debit maximum à pomper en m³/hn= nombre de pompes en foncttionnement simultanéf = nombre de démarrages ou d'enclenchement à l'heuref = 4 pour P> 30 kw, f = 6 pour P < 15 Kw, f = 8 pour P < 8 Kw et f = 10 pour P < 4 Kw


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Volume totale de la bâche :

Cote TnCote Fe (fil d'eau de la conduite d'arrivée)Cote d'enclenchement = HenCote de déclenchement = HdecCote de déclenchement = cote radier + 0,40m environCote de d'enclenchement = cote Fe - 0,20 m environ

Volume utile = S x ( Hen - Hdec) avec Hen - Hdec = de l'ordre de 0,80 m à 2,00m

Volume totale = Sx (cote TN - cote radier)

3.2.2) Hauteur manométrique totale.

H.M.T = H Pdcgéo +∑Hgéo = hauteur géométrique = ∆H = cote d'arrivée - cote moyenne de départ

Pdc =∑ Pertes de charge totales

Pdc =∑ Pdc Pdc Pdc k x V2gL S L i

2

+ = +∑ ∑

PdcL= pertes de charges linéaires

PdcL= J x L avec L = longueur de la conduite et J perte de charge en mm/m ou m/m

PdcS= pertes de charges singulières (coudes, vannes, clapet, entrée et sortie de l'eau)V = vitesse dans la conduite en m/sg = constance d'accélération = 9,81 m-2/s

3.2.2.1 ) Pertes de charge singulières

Valeur de Ki

entrée dans la conduite K = 0,5sortie de la conduite K = 1coude à 90° K = 1,5coude à 75° K = 1coude à 45° K = 0,5coude à 22,5° K = 0,17vanne K = 0,5clapet anti retour K = 0,8


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Té de raccordement K = 1,5

3.2.2.2 ) Pertes de charges linéaires

Formule de Colebrook :

J =D

V2g

2λ × en m / m

∆H = λD

x V2g

x L2

en m

∆H = perte de charge par frottement en m (pour des conduites pleines)

D = diamètre de la canalisation en mV = vitesse du fluide dans la canalisation en m/sg = 9,81 m/s-2

L = longueur de la conduite en mλ = coefficient de perte de charge

λ = 0,25

log K3,7.D Re10 0,9( , )+

5 74 2

λ = coefficient de perte de charge suivant le diagramme de Moody, fonction du nombre deReynolds et de la rugosité relative Ks / D

Ks = ε est la rugosité et Ks/D = ε/D est la rugosité relative

Ks = 0,1 x 310− m pour conduite en inox ou polypropylèneKs = 0,15 " m " en acier galvaniséKs = 0,20 " m " en fonte

Nombre de Reynolds ( détermination de λ)

Re = Vx Dυ

υ = viscosité cinématique = 1,31 .10-6 en m²/s pour l'eau à 10°CV = vitesse en m/sD = diamêtre en m


29

29

Diamètre en m Coefficient λ / D pour une rugosité égale à :K = 1 mm K = 2 mm

0,050 0,985 1,300,080 0,512 0,6600,100 0,380 0,4900,125 0,284 0,3600,150 0,223 0,2800,200 0,153 0,1900,250 0,114 0,1410,300 0,090 0,1100,350 0,0735 0,0900,400 0,0625 0,07580,450 0,0538 0,06500,500 0,047 0,05660,600 0,0371 0,04770,700 0,0307 0,03680,800 0,0260 0,0310

Autres formules :

En régime turbulent - cas où :Re > 4000 - Formule de Nikuradse ;1 1 74 2

2λ ε= +, log D

formule en logathime décimal

en logarhime népérien ou naturel la formule s'écrit :

1 0 75440 8476

2λ

πε

= , ln .,

x D

1 34 0 85

2λ

πε

= x Dx

ln .,

Q HL

g D D2 2 5 2332 0 85

= ( ) ln .,

π πε

En régime laminaire - cas où : 2000< Re - Formule de Poiseuille :


30

30

1 464

64λ π ν

λ= =.. . .

QD

ouRe

Q HL

g D= ( . )πν128

4

En régime intermédiaire - cas où : 2000< Re > 4000 - Formule de Blasius :

10 3164

4 10 3164

14

14

λ π ν= =

R QD

xe,

(. .

),

Q HL

x x D74

194

14

40 63= ,

ν

La perte de charge est indépendante de la rugosité en écoulement laminaire et intermédiaire (detransition)

Formule de LECHAPT & CALMON (eau & assainissement).

Formule générale sous la forme :

J = L.QD

M

N

Q en m³/sD en mJ en mm/mpour K = 2 mm ⇒ L = 1,863, M = 2 , N = 5,33pour K = 1 mm ⇒ L = 1,801, M = 1,975 , N = 5,25

3.2.3) Puissance de la pompe.

3.2.3.1) Puissance sur arbre moteur


31

31

Parbre = HMT . 9,81 .Q m / s3

pompeη

P = puissance absorbée sur arbre moteur en KwHMT = hauteur manométrique totale en mQ = débit véhiculé en m³/sηpompe = rendement totale de la pompe (hydraulique et électrique)

3.2.3.2) Puissance absorbée aux bornes moteur

Pborne = HMT . 9,81 . Q m / s3

pompeη ηx moteur

P = puissance absorbée aux bornes moteur en KwHMT = hauteur manométrique totale en mQ = débit véhiculé en m³/s

ηpompe = rendement hydraulique de la pompe ( de l’ordre de 0,6)

ηmoteur = rendement moteur ( de l’ordre de 0,85)ηélectro- pompe = rendement total du groupe électro-pompe ( de l’ordre de 0,6 x 0,85 = 0,5 à 0,55)

Nota : Pabs aux bornes = Pabs à l’arbre / ηmoteur

ηmoteur = rendement du moteur ou du surpresseur

3.2.4) Intensité électrique absorbée aux bornes du moteur.

I =P .1000

U. 3 Cosabs

. ϕ

Pabs = P absorbée aux bornes

Puissance apparente nécessaire (S )

S ( Kva) = Pabs / Cos phi

P = puissance absorbée aux bornes en KwU = tension en voltCosϕ = suivant l'installation la qualité de l'installation électrique (par défaut prendre 0,85)

3.2.5) Notion d'hydraulique de base.


32

32

3.2.5.1) les canaux à écoulement libre

L' ecoulement est dit libre si, à sa partie supérieure, le fluide est soumis à la pressionatmosphérique.

Formule de Manning-Strickler :

Q = K . Rh2 3/ . I1 2/ . S

Q = débit écoulé en m³/sK = coefficient de Manning Strickler ( K ≅ 70 à 80 pour le béton rugueux & K ≅ 90 pour le bétonavec enduit)

Rh = rayon hydraulique = SP

avec S = surface mouillée et P = périmètre mouillé en m

I = pente du canal en m / mS = surface mouillée en m²

Cas d'un canal rectangulaire de largeur = l et de hauteur d'eau = h

S = l x hP = l + 2h

Cette formule permet de vérifier par itération l'adéquation : tirant d'eau, vitesse et débit appropriéen fonction de la géométrie du canal proposé, notamment en amont du dégrilleur.

3.2.5.2) Les lames déversantes assimilées à des déversoir frontaux.

Formule générale :

Q =23

. Ce . 2.g . B .V

ghh

2

2+

23

Q = débit en m³/sCe = coefficient de débit dépendant du rapport h / p

Ce = 0,602 + 0,083.hp

p = hauteur de la lame déversanteh = charge sur la lame déversante ou hauteur de pelleB = largeur du canal assimilée à la largeur de la lame déversante ou longueur dedéversement suivant les cas étudiés, en m .Vh = vitesse d'approche au niveau de la lame déversante (Vh est négligée si la zone à l'amont de la lame est tranquilisée)


33

33

Domaine d'utilisation :

- hp

≤ 1,0

- 0,03 ≤ h ≤ 0,75 m- B ou Ldev≥ 0,30 m- p ≥ 0,10 m

1) Cette formule permet d'approcher une mesure de débit sur un canal de sortie équipé d'undéversoir à paroi mince (épaisseur de la lame de 1 à 2 mm), sans contraction latérale ( NF -X10 - 311 - sept 1983).

2) Cas des lames déversantes situées en aval du dégraisseur- dessableur, en sortie des bassinsd'aération et sur les clarificateurs (lame à paroi mince mais aussi à paroi épaisse, le degré deprécision nous suffit pour utiliser cette formule sous la forme simplifiée) .

hp

est négligeable car p est très grand devant h, donc Ce = 0,6

La formule générale devient ;

Ldev = 0,564 . Q

h3/2

Ldev = longeur du déversoir ou lame déversante en mQ = débit arrivant sur le déversoir en m³/sh = hauteur de charge sur la lame déversante ou pelle en m

Nota : pour les bassins d'aération équipés de turbines ou de brosses, la valeur de h maxi (pour les débits maxi eaux usées et recirculation) ne devrait pas dépasser 6 à 10 cm. Il en estde même sur le déversoir situé en aval du dégraisseur-dessableur.

3.3) BASSIN TAMPON

Par définition, nous parlerons de bassin tampon, par opposition au bassin d'orage ou de"dépollution", lorsque la fonction du bassin et de "lisser" les débits arrivant en permanence entemps sec, et/ou "lisser" les concentrations de l'effluent et cela en fonction des contraintesimposées par les caractéristiques des ouvrages situés en aval du bassin tampon ; bassins d'aérationassocié aux capacité des équipements d'aération, ou clarificateurs secondaires associés auxcapacités des pompes de recirculation des boues.


34

34

C'est donc un ouvrage qui sera en permanence alimenté, fonctionnant à niveau variable enfonction du débit des pompes de vidange, du volume utile de l'ouvrage et des variationhydrauliques en amont. Donc en toute logique, il devra être aéré et brassé.

3.3.1) Dimensionnement du bassin tampon

- Besoin en capacité d’aération et de brassage :

Dispositif de type moyennes bulles par Vibrair

Q / Nm3/m2/h :environ 8Nm3/m2/h à 2 m CEenviron 6Nm3/m2/h à 3 m CEenviron 5Nm3/m2/h à 4 m CEenviron 4Nm3/m2/h à plus de 5m CENota : m2 est la surface du radier

Puissance spécifique en w/m3 de bassin:environ 36 w/m3 à 2 m CEenviron 27 w/m3 à 3 m CEenviron 23 w/m3 à plus de 4m CE

Débit unitaire par Vibrair GM : 3 à 8 Nm3/hrendement d’oxygénation = 2,5 à 3,5 % par m CE (fonction de la densité)perte de charge de 10 à 30 mbarsécartement : 0,3 à 0,8 m∅ nourrice : 50 à 100 mm environ

Exemple : Bassin de 100 m2 et hl = 4 m soit 400 m3

Débit d’air = 500 Nm3/h avec 5 Nm 3/m2/hPuissance théorique nécessaire = 9,2 kwpression en aval du surpresseur = hl + 0,5 = 4,5 mpuissance théorique par la formule suivante :

P =3,89 Q log

PP

Rn.a

R

A

× ×

avec Pa = 10,33 et Pr = Pa + 4,5 = 14,83 mQ en m3/mn et R environ 0,72

P = 7 kwCapacité d’oxygénation équivalente = 10 kg O2/h en boues et 15 kgO2 en

standart ( dans l’eau)

Un hydro-éjecteur a un ASB de l’ordre de 1 kgO2/kw (en standart) et 0,6 kgO2/kw dans les boues


35

35

Pour fournir 15 kgO2/h dans l’eau il faut une puissance de 15 kw pour l’hydro-éjecteur

3.4) BASSIN D'ORAGE OU BASSIN DE DEPOLLUTION

C'est un ouvrage qui doit être en permanence vide, alimenté uniquement durant les évènementspluvieux, évènements qui sont censés modifier de façon significative les régimes hydrauliquescaractérisant le temps sec.

3.5) CALCUL DU PRETAITEMENT

3.5.1) Dégrilleur

La vitesse au travers du dégrillage doit être comprise entre 0,3 et 0,6 m/s. Pour ledimensionnement on prendra une vitesse de 0,6 m/s pour le Qpts sur une réseau séparatif et 1,2m/ssur Qmaxi pluie pour un réseau unitaire.

La vitesse maximale admissible dans le canal d'arrivée en amont immédiat du dégrilleur sera priseégale à 1,2 m / s et ceci pour le Qmaxi pluie. Ce maximum est fixé par rapport aux conditionshydrauliques d'arrivée de l'effluent sur la grille.

On effectue alors le calcul suivant :

S Qp(m / s)V.O.C

(ou Qmax / h quand il existe)3

=

avec :

S = surface mini de la grille en m²V = vitesse de l'influent dans le caniveaut = tirant d'eau maxi en amont de la grilleC = coefficient de colmatageC = 0,10 - 0,30 - grille manuelle

0,40 - 0,50 - grille automatique

l = largeur mini de la grille

etO = espace libre entre barreaux

espace libre + épaisseur barreaux

L'espacement libre entre les bareaux est compris entre 10 à 15 mm. On prendra 15 mm.

L'épaisseur des barreaux sera prise égale à 10 mm.

Avec ces valeurs conseillées, on obtiendra :

O = 1510 + 15

= 0,60 (nb sans unité)


36

36

et

S = Qp (m s0,6 m / s . 0,6 . 0,5

= Qp (m s en m3 3/ ) / )

,0 180

Nota : le coefficient de colmatage a été pris à 0,5.

Pour compléter le dimensionnement du dégrillage, nous utiliserons la figure ci-dessous :

t = tirant d'eau amont

longueur mouillée = = Lotsin α

Dans le cas du dégrilleur courbe :

α α = 26,5 donc sin = 0,44°

On obtient alors :

Lo = t0,44

On prendra pour une grille droite : α = 60° - 80°

A défaut de calcul hydraulique précis, prendre comme valeur indicative les valeurs de t suivantes :

t = 0,10 ≤1000 eq.habt = 0,15 ≤ 5000 eq.habt = 0,20 ≤ 20 000 eq.habt = 0,30 ≤ 50 000 eq.habt = 0,40 ≤ 100 000 eq.hab

Nota : un calcul hydraulique plus précis devra nous permettre de vérifier la cohérence duchoix du tirant d'eau maxi, avec le débit maxi, la largeur du canal d'approche et la vitessepris dans notre calcul. Une vérification sera nécessaire en calculant les différentes vitessesobtenues avec les différents régimes hydrauliques journaliers, pour d'une part éviter dedéposer du sable pour les petits débits et arriver sur le dégrilleur trop vite pour les débitmaxi.

La largeur l de la grille sera alors estimée par la relation :


37

37

l = SLo

= Qp(m / s)0,180.t

.0,44= Qp(m / s).2,5t

en m3 3

longueur adoptée : largeur commerciale l = SLo

>

3.5.1.1) Estimation des quantités de refus de dégrillage.

On peut estimer le refus annuel de dégrillage par équivalent habitant. V est exprimé en litres paréquivalent habitant et par an.

refus annuel de dégrillage par Eqh: V(l / Eqh.an)≅ 8 à 10 l / e (e = écartement en cm)espacement de 40 mm : 2 à 2,5 l / Eqh.anespacement de 20 mm : 4 à 5 l / Eqh.anespacement inf à 6 mm : 13 à 17 l / Eqh.an

valeur hors compactage ( il y a lieu de diminuer de 35% le volume avec compactage)densité : bruts = 0.7 , compactés = 0.6 à 0.65siccité : bruts = 30 % , compactés = 40 à 50 %

% de matières organiques : 65 à 80 %

3.5.2) Dessablage seule

La charge superficielle ou charge hydraulique (en m3/h.m2) est à calculer pour le débit de pointeet pour le débit maximum.Pour le débit de pointe on prend une charge maximale de l’ordre de 50 m/h (soit 50 m3/m².h).Avec cette charge, les particules de diamètre supérieur à 200 µm sont retenues à 90 %.On obtient alors la surface :

surface = Qpts m / h50 m / h

3

Valeurs plus précies: - Qmoyen temps sec : Ch = 25 m/h avec Ts = 6 mn

- Q pointe temps sec : Ch = 38 m/h avec Ts = 4 mn- Qmax temps de pluie : Ch = 75 m/h avec Ts = 2 mn

il y a lieu ensuite d’harmoniser le dimensionnement en fonction des rapport : Qmax/Qpts & Qpts/ Qmts

Diamètres de particules intéressées ;- graviers : dia = 3mm- sable de 0,05 à 3 mm- limon de 0,01 à 0,05 mm- argiles : inf à 0,01 mm

L’ouvrage de dessablage ne captera que les graviers et le sable


38

38

Avec les vitesses citées ci-dessus, l’on peut atteindre les taux de captures suivants (sables retenus);

- sur Qmts : 80% des particules supérieures à 150 microns- sur Qmaxi : 80 % des particules supérieures à 250 microns

3.5.3) Dessablage combiné avec le dégraissage.

Le calcul du dégraissage est effectué pour les trois débits suivants :- le débit moyen de temps sec (Qmts),- le débit de pointe (QPTS),- le débit maximum (Qmax).

Pour chacun de ces débits, on estime les valeurs indicatives suivantes :

ch = charge appliquée en m3/m2/h ou m/HTs = temps de séjour dans l'ouvrage en h-1

pour Qmts prendre Ch < 6 m/h à 10 m/h avec Ts = 15 à 20'pour QPTS prendre Ch' < 10 m/h à 15 m/h avec Ts =10 à 15'pour Qmax prendre Ch'' < 15 m/h à 30 m/h avec Ts = 5 à 10'

sables retenus : Q mts 80% granulométrie supérieure à 150 microns Qmaxi 80% granulométrie supétieure à 250 microns

On peut ensuite calculer la surface du dégraisseur :

m²en m/h15

/hm QPTS =r dégraisseudu surface3

Le volume du dégraisseur sera pris égal à :

V = QPTS (m3/h) x 10 (mn) / 60 (ce volume est hors cône de stockage des sables).

Valeur à respecter : 1,25 m≤ VS

≤ 2,5 m environ

3.5.3.1) Dimensionnement de l'aéroflot.

- puissance Kw abs de l'aéroflot à installer : 15 à 30 w / m3 d'ouvrage utile ou65 à 80 w / m2 d'ouvrage utiledébit d’air correspond : 1,5 à 2 Nm3/h par

Kw absorbé soit 0,15 Nm3/h d’air par m2

- débit d'air en fines/moyennes bulles à introduire ≅ 1 à 2 Nm3 d'air / h . m2 d'ouvrageintéressé.

- diamêtre du cliffort pour insufflation = 0,3 à 0,4 S ouvrage


39

39

3.5.3.2) Estimation des quantités de sables.

Ratio : quantité sable/habitant/an : 2 à 15 l/hab/an densité : 1,7 à 2 (suivant le type de lavage)

volume de sable en litre / 1000 m3

Pluviométrie 0 mm 1 à 10 mm 10 à 50 mmforte densite de population 4 à 25 10 à 45 15 à 60faible densité de population 5 à 20 10 à 60 20 à 90faible densité de populationet bassin à fort ravinement

5 à 20 10 à 60 30 à 140

Valeurs mesurées : 0,7 l/eqh/an mini à 3,8 l/eqh/an maxi et en moyenne = 1,8 l/eqh/an8litres/1000 m3 mini à 40litres/1000m3 et en moyenne = 20litres/1000m3

siccité : 25 % mini à 65% maxi et 45 % en moyennedensité : 1,4 mini à 2 maxi et 1,7 en moyenne% de MV : 30% mini à 70% maxi et 50 % en moyenne

Concentration en MES de l’eau sablonneuse en sortie dessableur : 100 g/l avec une densité de1,062 g/cm3Mélange sortie sable + eau : 3 à 5% de sable dans le débit d’eau extrait⇒ sable brut

siccité = 50 % +/- 10 % avec % MV inférieur à 50 % (suivant lavage)

⇒ lavage par classificateur (à vérifer)

siccité = 70 % +/- 10 % avec 25 % MV+/- 10%

⇒ lavage par hydrocyclone (st Aubin les Elbeuf)

siccité = 70 % +/- 10 % avec 15 % MV+/- 6 %

3.5.3.2’) Lavage des boues de curage

Caractérisation du produit brut

- Dépoter sur aire ou lits de séchagesiccité = 70 % +/- 10 % avec 12 % MV +/- 3 % (Dijon)

- Dépoter en fossesiccité = 60 % +/- 15 % avec % MV +/- 3 % (Vernon)

Caractérisation du produit après lavage

lavage : hydrocyclone + classificateur (Vernon)


40

40

siccité = 80 % +/- 10 % avec 10 % MV +/- 3 %

lavage : 2 hydrocyclones + classificateur (Dijon)

siccité = 80 % +/- 10 % avec 5 % MV +/- 3 %

3.5.3.3) Estimation des quantités de graisses.

Calcul théorique :- Quantité graisse/habitant/an : 1 kg/hab/an exprimée en M.E.H (sortie dégraisseur avec

un rendement maxi de 20 % et une concentration de 50 g/l à 80 g/l de M.E.H) soit un volumeannuel de 13 l / Eqh.an et 0,5 kg/hab/an et 6,5 l/ Eqh.an pour un rendement de 10% dudégraisseur

Valeurs mesurées sur site :- 0,6 à 2,2 l/hab/an soit 1,3 l / hab/an en moyenne- 6 à 24 l /1000m3 d’eau brute soit 14 l /1000 m3 d’eau brute en moyenne

Concentration des graisses internes : 35 à 80 g MEH/l soit 100 à 225 g DCO/lprendre ⇒ 225g DCO/lConcentration des graisses externes : 35 à 285 g MEH/l soit 100 à 800 g DCO/lprendre ⇒ 500 g DCO/l

siccité de 25 mini à 45 maxi soit en moyenne = 35%densité = 0,8 à 0,9% de MV 82% mini et 98% et en moyenne = 80% de MVviscosité = 2 x celle de l’eau (v eau = 10-6 m2/s)

3.6) CALCUL DE LA ZONE DE CONTACT

Le rôle de cette cuve de petit volume est d'anticiper sur les risques de dégradation de la qualité dela boue activée définie par son IM (cf. annexe) provenant notamment d'un déséquilibrenutritionnel dans le bassin d'aération (notamment en cas de présence d'effluent agroalimentaire),favorisant ainsi le développement de bactéries filamenteuses, avec comme conséquence"fâcheuse" une mauvaise décantabilité de la boue dans le clarificateur. Dans cette zone, on met encontact une fraction des boues activées issues du clarificateur avec du substrat carboné (carbonefacilement assimilable issu de l'inffluent).

Les critères de dimensionnement de la zone de contact sont Qrzc et Tc.

Qrzc : débit spécifique de recirculation vers la zone de contact.Tc : temps de contact (de l'ordre de10 à15mn sur Qpts à 20 à 25mm minimum sur Qmts ).

Qrzc = DCO assimilable (mg / l) .Qpts en m / hCharge DCO mg / g boue. sr (g / l)

en m / h3

3


41

41

Charge DCO en mg par g de boue recirculée de l'ordre de 80 à 130 (fonction de lacharge massique)sr = concentration des boues recirculées en g / lDCO assimilable = 25 à 50 % de la DCO brute de l'influent (cela est fonction du typed'effluent et drevait être confirmé par des analyses).

Le volume de la zone de contact (Volzc) est alors obtenu par :

Vol Qrzc +QPTS60

x Tczc =

Nota : Dans le cas de la présence d'une décantation primaire en amont du réacteurbiologique, il y a lieu d'alimenter la zone de contact - située en aval de la décantationprimaire - en effluent brut et non en effluent décanté, en by-passant en amont de ladécantation primaire une fraction de l'effluent brut (de l'ordre de 25 à 30 % du total). Ledimensionnement des besoins en recirculation spécifique et du volume de la zone se fera surla fraction by-passée.

3.7) CALCUL DE LA PRODUCTION DE BOUES EN EXCES

3.7.1) Remarques préliminaires

Contrairement aux anciennes méthodes de calcul, le volume du réacteur biologique (volumeaération + volume anoxie si cette dernière est retenue) sera défini par rapport à la notion d'âge deboue d'une part et de la concentration en M.E.S. à maintenir dans le réacteur d'autre part.

Cette concentration en MES du bassin biologique sera choisie en fonction de la filière eau retenueet des équipements d'aération et/ou de brassage retenus et permettra le dimensionnement duclarificateur associé à un indice de Mohlman et au régime hydraulique le plus contraignant.

La concentration en boue active (Sa égale à la concentration en MES fois le taux de MV desMES) associée à un volume du réacteur biologique (bassin d'aération + bassin d'anoxie si cettedernière est retenue) nous donne une masse de boue active (en négligeant la masse de bouestockée dans le clarificateur). Cette masse de boue active associée à des cinétiques de dégradationde la pollution carbonée, de nitrification, dénitrification nous permet de définir les volumes descuves fonction du flux de l'inffluent et des concentrations de sortie.

Le clarificateur quant à lui est une cuve de séparation de phase (liquide-solide) dépendant d'autresparamètres ; les débits, masse de boue transférée, l'aptitude de la boue à décanter,à épaissir, tempsde séjour maxi des boues dans l'ouvrage, de sa géométrie qui altère le moins la qualité de l'eauinterstitielle (celle obtenue en aval du réacteur biologique) avec le souci d'évacuer une eau en avalde cette cuve la moins chargée en MES (les MES en sortie renfermant une fraction de DBO5, deNTK et de Ptot que l'on ne pourra pas négliger dans les traitements poussés - fraction diteparticulaire).

3.7.2) Production de boues en excès biologiques


42

42

Les paramètre influençant la production de boues sont les suivants :

Le rapport MES/DBO5, la charge massique et le rapport MVS/MES dans l'inffluent (effluentbrut).

La production de boue peut être approchée par la formule suivante :

S = Smin + Sdur + (0,83 + 0,2 x log Cm)DBO5 + K'Nnitrifié −fuite Mes

Dans cette relation le logarithme utilisé est décimal.

La signification des variables utilisées est la suivante :

Sdur = partie non biodégradable des matières volatiles en suspension (MVS).Smin = partie minérale des MES.Cm = charge massique, exprimée en KgDBO5/KgMVS.j.DBO5 = quantité de DBO5 éliminée assimilée à la DBO5 entrante dans le réacteur

dans le cas d'un dimensionnement.K' = 0,17 kg de nitrifiantes / kg de N nitrifiéFuite Mes = négligeable sauf dans le cas d'une simulation.

Ces grandeurs sont calculées sur effluent arrivant sur le réacteur biologique plus les retours en têtepour la DBO5 et les MES.

∆S est la production de boue biologique en excès dans le réacteur à extraire par jour (horsproduction des boues primaires issues de la décantation primaire et sans tenir compte des"fuites"biologiques correspondant au MES sortie du clarificateur).

Nota : Pour les stations de petites tailles et, ce jusqu'à environ 50 000 Eq.h, voire au-delà, dans lebut d'envisager une filière de traitement de boues simples - sans stabilisation séparée avant ladéshydratation - on s'imposera une charge massique < 0,12 kg DBO5 / kg MVS.j. Cette valeur serautilisée en première aproximation pour le calcul de ∆S. La valeur finale des boues en excèsprendra en compte la Cm définitive.

Il est bien entendu que la notion de stabilisation dans le cas d'une boue à une charge massiqueinférieure à 0,12 est toute relative. La boue n'est pas stabilisée mais elle évolue moins vite queboue provenant d'une charge massique plus élevée.

Hormis une stabilisation anaérobie ou aérobie thermophile, on ne peut pas véritablement parler deboue "stabilisée" dans le réacteur, même à des très faibles charges massiques (inf à 0,1 KgDBO5/Kg MVS.J).

Les grandeurs Sdur et Smin sont évaluées comme suit :

Sdur = 0,15 à 0,3 [MVS] effluent brut

Smin = MES x ( 100 - pourcentage de MV des MES) / 100

Le pourcentage de MV dans les MES de l'effluent brut devant être obligatoirement mesuré.


43

43

A défaut (ce qui est fâcheux), le pourcentage de MV dans les MES en entrée peut être évalué enfonction du rapport MES/DBO5.

Valeur de référence :

MES / DBO5 1.5 1.17 1 0.83 0.67% MVS 60 65 68 70 75

Le pourcentage de MV dans les boues produites est donné par la relation :

pourcentage MV dans boues produites = (1- Sminproduction de boues

)

Cette valeur en MVS sera utilisée dans la suite du calcul du volume du traitementbiologique.

3.7.2.1. Charge massique de référence à appliquer en fonction du rendement de la DBO5

Préliminaire :

Pour les stations de petite taille, pour une filière de traitement de boues simple, sansstabilisation préalable, on s'imposera un charge massique < 0.12 kg DBO5/ kg MVS.j .

% élim DBO5 99 98 97 95 92 90 85 80Cm (KgDBO5/kgMVS.j) 0.035 0.09 0.2 0.3 0.5 0.65 0.96 1.3

Cm = DBO5Masse de boue active

= DBO5

Sa . %MVS .V en kgDBO / kgMVS. j5

Cm - ≤ 99 515

, %rdt

La signification des variables utilisées ci-dessus est la suivante :

DBO5 : Quantité de DBO5 à traiter par jour.Sa : Concentration en MES dans le réacteur.% MVS = Pourcentage de matières volatiles dans les matières en suspension.V = Volume du réacteur biologique (hors zone d'anaérobie) = VAER + VANOX.

VAER = Volume de la zone aéré.VANOX = volume de la zone anoxique.

rdt% = Rendement obtenu sur la DBO5 soluble.

3.7.2.2. Charge massique de référence à appliquer en fonction de l'âge de boue


44

44

Dans ce paragraphe nous allons voir comment estimer la charge massique de référence à appliqueren fonction de l'âge de boue.

Soit A l'âge de boue de référence ( valeurs indicatives), c’est à dire l'âge de boues à maintenir dansla station pour assurer le traitement.

Concentration de 30 mg/l en DBO5 sortie ⇒ A = 2jConcentration de 15 mg/l en DBO5 sortie ⇒ A' = 4jNGL = 15 mg/l en sortie ⇒ A ≥ 13 j à 12°C *NGL = 10 mg/l en sortie⇒ A' ≥ 18 j à 12°C *

* fonction de la cinétique de nitrification , valeurs qui tiennent compte de la masse de bouesprésentes dans la clarificateur et représentant en équilibre une masse correspondant à 2 j d'âge deboue environ et fonction de la concentration de en NTK sur l'effluent brut.

Cm = DBO5Sa . % MVSba. .VBiol

A = Sa . VBiolPB

(âge moyen des boues maintenues dans le réacteur )

La signification des variables utilisées dans ces relations est la suivante :

Sa = concentration MES dans le réacteur (g/l).%MVSba = Pourcentage de matières volatiles dans les matières en suspension dutraitement biologique.

VBiol = Volume réacteur biologique (aération + anoxie à l'exclusion du bassin anaérobioseet en négligeant en 1ère approximation la masse de boue dans le clarificateur)PB = Boues biologiques produites en excès (kg MS)

A titre d'information

La production de boues biologiques en fonction de l'âge de boue et du rapport MES/DBO5 valeurexprimée en kgMS/kgDB05 (suivant les prescriptions de l'ATV 131 en usage en Allemagne).

Age en jours

MES/DBO5 4 6 8 10 15 250,4 0,74 0,70 0,67 0,64 0,59 0,520,6 0,86 0,82 0,79 0,76 0,71 0,640,8 0,98 0,94 0,91 0,88 0,83 0,761,0 1,10 1,06 1,03 1,00 0,95 0,881,2 1,22 1,18 1,15 1,12 1,07 1,00


45

45

PRODUCTION DE BOUES BIOLOGIQUES

CM kg DBO/kg MV

kg M

S/kg

DB

O

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.600.

020.

040.

060.

08 0.1

0.12

0.14

0.16

0.18 0.

20.

220.

240.

260.

28 0.3

0.32

0.34

0.36

0.38 0.

40.

420.

440.

460.

48 0.5

MES/DBO = 0.4

MES/DBO = 0.6

MES/DBO = 0.8

MES/DBO = 1

MES/DBO = 1.2

MES/DBO = 1.4

MES/DBO = 1.6

3.7.3) Production de boues physico-chimiques

Nous nous plaçons dans le cas d'un traitement du phosphore, par précipitation simultanée ou entertiaire couplée ou pas à une déphosphatation biologique (une déphosphatation biologique seulene permet pas de garantir la norme à la sortie, elle devra être couplée systématiquement à untraitement physico-chimique en simultanée ou en tertiaire).

La production de boues physico-chimiques (PBpc) peut être estimée en première approximationpar les relations :

PBpc = (Pentrée - Pass - Prejet) x 7 en précipitation simultanée (Pt1)

PBpc = (Pentrée - Pass - Prejet) x 8 en traitement tertiaire (PT2)Pentrée = P soluble de l'effluent brutPass = phosphore assimilé dans les boues soit 1,5 à 2,5% des matières volatiles des bouesproduites.Prejet = phosphore rejeté exprimé en soluble (fonction du niveau de rejet).


46

46

La production de boues totale est égale à la production de boues biologiques plus laproduction de boues physico-chimiques.

3.8) CALCUL DU CLARIFICATEUR SECONDAIRE

Le clarificateur devrait se dimensionner avant le réacteur biologique, car c'est lui qui impose "saloi" dans la distribution de la masse de boue présente dans le réacteur ( à volume constant duréacteur , la masse sera définie par une concentration en MES à ne pas pas dépasser et cela enfonction de la qualité mécanique de la boue, définie par son IM)

En fonction de charge massique (Cm) initiale on définit un indice de Mohlman.

Indice de Mohlman = volume occupé par un gramme de boue (ml/g) , sans dilution.

ESTIMATION DE L'INDICE DE MOHLMAN

C M (kg DBO/kg MV)

I M (ml/g)

100

120

140

160

180

200

220

240

260

0.05 0.1 0.15 0.2

IM mini

IM courant

IM fort

Ce graphe donne une tendance de l’évolution de IM de référence en fonction de la chargemassique.

Cm Besoin besoin IM % MVS SakgDB05/kgMVS métabolisme respiration de réference dans le en g/l

(a') endogène (b') ml/g reacteur(KgO2) (KgO2)

0,035 0,7 0,055 150 60 5 ou 3.5 *0,65 0,7 0,06 150 63 5 ou 3.5 *0,09 0,7 0,07 150 65 5 ou 3.5 *0,15 0,68 0,075 170 70 3.50,30 0,65 0,085 200 75 30,6 0,6 0,1 250 78 2.50,9 0,5 0,14 300 82 2


47

47

Tableau des variables (a', b', IM, %MVS en fonction de CM)dans le tableau les valeurs des IM et % MVS sont données à titre indicatif

* 5 g/l si dissociation aération - brassage & 3.5 g/l si turbine ou brosse seule.

En fonction de l'IM, on déduit une vitesse ascensionnelle maximale à appliquer sur le Qmaxidéfini dans les paramètres de l'effluent.

Valeurs des vitesses correspondantes pour une concentration en MES de 30 mg/l maxi, sur lerégime hydraulique horaire, sur l’effluent traité.

IM en ml/g 75 100 125 150 175 200 250 300 400 500Va en m/h 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,85 0,8 0,7 0,6

Pour obtenir une concentration maxi de 20 mg/l en MES sur le régime horaire, uncoefficient de O.66 sera appliqué sur les vitesses du tableau ci-dessus.

La surface utile (hors clifford et pivot central - surface dite au miroir) est égale au rapportQmaxi/Vmaxi.

La concentration en recirculation dépendra de IM, du temps de séjour des boues dans le lit deboues du clarificateur et du taux de recirculation.

Si l'on admet les définitions ci-dessous :

Sr = concentration boues recirculées en MES (g/l)Sa = concentration MES boue bassin d'aération (g/l)R = taux de recirculation en %

Nous pouvons écrire :

R = Sa .100/ (Sr- Sa)

A titre indicatif, nous donnons quelques valeurs de la concentration dans le réacteur biologique :

cas de dissociation aération-brassage et/ou déphosphatation simultanée

1,5 g/l < sa ≤ 5 g/l

cas turbine ou brosse seule

1,5 g/l ≤ sa ≤ 3.5 g/l

La figure ci-dessous donne le temps de séjour maximum des boues dans le lit de boues duclarificateur (exprimé en mn).


48

48

TEMPS DE SEJOUR MAXIMUM DES BOUES DANS LECLARIFICATEUR

CM (kg DBO5 /kg MVS)

Tem

ps d

e sé

jour

en

mn

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

A titre indicatif les temps à adopter sont les suivants :

1) traitement nitrification-dénitrification60 mn pour Cm ≤ 0.3:80 mn pour Cm = 0,1120 mn pour Cm ≤ 0,09

2) traitement nitrification seule25 mn pour Cm ≤ 0,340 mn pour Cm ≤ 0,150 mn pour Cm ≤ 0,09

La concentration des boues dans la recirculation (Sr) qui est évaluée par la formule approchéesuivante correspond sensiblement à un temps de séjour des boues dans le clarificateur de90 mn ( à ne pas confondre avec le temps de séjour hydraulique de l'eau clarifiée) :

Sr X ≤ 1000 1 3IM

.

Nota : le facteur 1,3 tient compte de l'épaississement des boues dans le clarificateurpour un temps de séjour moyen des boues de 90 mn.

Nota 1 : A titre d'information, l'ATV 131 utilise la formule ; Sr = K x 1000ISV

x(tsh )13

ISV = assimilé à IMtsh = temps de séjour exprimé en heure


49

49

K = facteur dépendant du système de reprise (variant de 0,5 à 0,7)la formule ATV sous-estime la valeur de Sr ; de plus, sa plage de validite correspondpour des ISV situés entre 70 et 180 ml/g, les taux de recirculation de l'ATV serontdonc plus forts ( en évitant de dépasser 150 % de Qmaxi), ou inversement il y auralieu d'appliquer un concentration plus faible en MES dans le réacteur.

Valeurs indicatives des relations IM, Sr, Sa :

IM = 250 ml/g -> Sr = 5 g/l, Sa = 2,5 g/l avec R = 100 %IM = 200 ml/g -> Sr = 6 g/l , sa = 3 g/l avec R = 100 %IM = 150 ml/g -> Sr = 8 g/l , sa = 4 g/l avec R = 100 %IM = 125 ml/g -> Sr = 10 g/l , sa = 5 g/l avec R = 100 %

nota 2: R = 100 x Sa / (Sr - Sa) avec R = taux de recirculation

Le clarificateur doit être dimensionné avec les mêmes hypothèses que nous prendrons plus loinpour le dimensionnement des pompes de recirculation. Ces hypothèses dépendront, d'une part, desconditions d'exploitation, et d'autre part, des caractéristiques de la filière eau et boue ainsi que deséquipements choisis.

1) Equipement dissociation aération-brassage et grille d'égouttage + filtre à bandes oustockage :

IM = IM référence + 30 ml/g ou Sa = 5g/l +1 g/l

2) Equipement sans dissociation et épaississeur + filtre à bandes ou stockage

IM = IM référence + 100 ml/g et Sa = 3.5 + 0.5 g/l

Profondeur du clarificateur (méthode type ATV 131 / CEMAGREF)

ht = h1 + h2 + h3 + h4 (hauteur périphérique)h1 = zone d'eau clarifiée ≥ 0,5 mh2 = zone de sédimentation = 1 m (réseau séparatif)

0,8 m (réseau unitaire)

h3 = zone d' épaississement = sa . IM1000

h4 = zone de stockage (réseau unitaire uniquement ou réseau séparatif "fuyant")

h4 = sa' .V . IM1000 Su

(les Allemands prennent 500).

avec :

Su = surface utile du clarificateurV = Volume total du réacteur biologiqueIM = indice de Mohlman


50

50

sa' = 0,5 à 1g/l (variation de concentration dans le bassin d'aération par temps depluie)

Le calcul des sections du clifford et du dégazage sont effectuées de façon à ce que la vitessemaximale soit inférieure à 2,5 cm/s (soit 90 m/h). Cette vitesse doit être calculée en prenant encompte le débit traversier maximum plus le débit de recirculation maximum.

Les sections des divers éléments du clarificateur peuvent être estimées en se basant sur les vitessessuivantes :

V1 conduite d'arrivée : 0,3 < V < 1 m/sV2 fût central : 0,75 > V > 0,3 m/sV3 passage dans les lumières : V < 0,3 m/sV4 sortie boues recirculées : 0,6 < V < 1 m/s

La relation qui definit la hauteur du clarificateur en fonction de son diamètre est lasuivante :

hauteur minimale en périphérie = 1,8 + 0,03 diamètre

avec comme valeur de hauteur minimum en périphérie de l'ouvrage de clarification :

h mini = 2 m en réseau séparatifh' min = 2,5 m en réseau unitaire

Le débit maximum de recirculation est de 40 m3/h/m de pont sucé.

Si le débit maximum de recirculation est supérieur à cette valeur; il est nécessaire de passer à deuxclarificateurs de section totale équivalente.

La vitesse de rotation du pont est prise approximativement égale à 5 cm/s.

Le temps nécessaire pour que le pont fasse un tour du clarificateur doit être inférieur au temps deséjour maxi des boues permis dans le clarificateur. Si ceci est impossible, il est nécessaire depasser à un pont raclé ou sucé de type diamètral.

Le Volume du clarificateur est égal à la section intérieure que multiplie la hauteur moyenne.

La pente à adopter pour le radier est définie comme suit :

pont raclé : pente du radier superieure ou égale à 10 %pont sucé :pente du radier superieure ou égale à 1 %

nota 1 :

Il est conseillé de passer d'un pont raclé à un pont sucé lorsque le diamètre du clarificateur estsupérieur à 20 m. Ceci devient obligatoire pour des diamètres supérieurs à 24 m.

Dans le cas d'un pont sucé, au-delà de 45 m il y a lieu de passer à deux clarificateurs, de sectiontotale équivalente.


51

51

nota 2 :

Les volumes obtenus par les abaques suivantes sont diffèrents du calcul précédent (typeATV/CEMAGREF) car elles sont obtenues par des calculs en boucle sur micro-ordinateur suivantd'autres critères (méthode CIRSEE). Alors que fait-on ?

Les courbes ci-après donnent un ratio de m3 de clarificateur par m3/h de débit maxi arrivant sur leclarificateur (débit maxi correspondant aux valeurs évaluées sur l'inffluent hors débit derecirculation), avec les paramètres suivants :

- Le ratio du débit traversier maximum sur le débit de recirculation (Qmax / Qr) àprendre égal à un pour le dimensionnement.

- concentration Sa prise dans le réacteur biologique (lire MS # MES en g/l)- IM retenu dans les hypothèses de dimensionnement

Nous rappelons qu'il est nécessaire de se situer toujours en-deçà de la courbe limite "temps deséjour maxi des boues" dans le lit de boues du clarificateur.

VOLUME DE CLARIFICATEUR (m3 / (m3/h dedébit max)) Qr= 1.5 x Qmax

V (m

3/(m

3/h)

)

11.5

22.5

33.5

44.5

5

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

Limite pourtemps de séjour

max.

MS = 2 g/l

MS = 3 g/l

MS = 4 g/lMS = 5 g/lMS = 6 g/l

IM


52

52

VOLUME DE CLARIFICATEUR (m3 / (m3/h dedébit max)) Qr=0.5 x Qmax

V (m

3/(m

3/h)

)

11.5

22.5

33.5

44.5

5

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250


max.

MS = 2 g/l

MS = 3 g/lMS = 4 g/l

IM

VOLUME DE CLARIFICATEUR (m3 / (m3/h dedébit max)) Qr=Qmax

V (m

3/(m

3/h)

)

11.5

22.5

33.5

44.5

5

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250


max.

MS = 2 g/l

MS = 3 g/l

MS = 4 g/lMS = 5 g/lMS = 6 g/l

IM

3.9) COMPARAISON ENTRE DIFFERENTES METHODES DEDIMENSIONNEMENT DES CLARIFICATEURS

Nous allons comparer succintement 3 méthodes de dimensionnement des clarificateurssecondaires : CIRSEE, ATV131et CEMAGREF

3.9.1) Rappel

Le clarificateur secondaire dans un procédé à boues activées doit assurer en permanence 2 fonctions :

1) Fonction de clarification ( retenir le maximum de particules en suspension) et respecterune concentration en MES maximale sur l’effluent traité,


53

53

2) Fonction d’épaississement des boues afin de recirculer des boues plus concentrées

que celles se trouvant dans le réacteur biologique,

Dans le cas du traitement d’événements pluvieux, une troisième fonction doit être assurée :3) Stocker provisoirement une quantité de boue lors de surcharges hydrauliques

temporaires et prévisibles et cela pendant un temps de séjour des boues maîtrisé.

3.9.2) Approche dimensionnelle

Le clarificateur secondaire est dimensionnée suivant 3 grands principes :

• la surface de clarification• le volume de clarification• le volume d'épaississement des boues en recirculation

3.9.2.1 ) La surface de clarification (approche CIRSEE)

La surface de clarification est déterminée par :

Scf = Qefmax / Vaou : Qefmax = débit maximum de l'effluent (m3/h) Va = vitesse maximum de clarification (m/h)

Classiquement, cette vitesse maximum est définie en fonction de la charge massique appliquée entraitement biologique, ou d’un volume corrigé de boue ou d’une charge volumique de boue. Or, il noussemble que cette vitesse est avant tout dépendante :

• de la qualité mécanique des boues (soit IM, soit IB des boues),

• de la fuite, tolérée, en MES dans l'effluent traité sur un échantillon moyen 24h,

sur une base de 30 mg / l de MES dans l'effluent nous avons :

IM en ml/g 75 100 125 150 175 200 250 300 400 500Va en m/h 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,85 0,8 0,7 0,6

avec :IM : Indice de MohlmanIB : Indice de boueVa : charge hydraulique ( m3/m2.h) ou vitesse ascensionnelle ou vitesse de Hazen.

Nota : cette vitesse est indépendante de la profondeur de l’ouvrage de séparation et est égale au rapport du débit traversier sur la surface horizontal de l’ouvrage.


54

54

3.9.2.2 ) La surface de clarification (approche CEMAGREF)

Le CEMAGREF a établi une courbe pour déterminer la charge hydraulique en fonction du volume corrigé,cette courbe a été obtenue sur des clarificateurs à flux verticaux (l’entrée du flux provenant du réacteurbiologique se fait dans le lit de boue ) et dans ce cas de figure la vitesse de chute des particules ou vitessede Hazen (ou charge hydraulique) est effectivement dépendante de la concentration locale en particules(théorie de Kynch).

Hors dans les clarificateurs à flux horizontaux les plus courants, cette courbe est très conservatrice carl’arrivée du flux provenant du réacteur biologique se fait dans l’eau clarifiée bien au-dessus du lit de bouedonc nous sommes en régime de dilution ( la décantation est libre - ce qui caractérise l’Indice de Boue paropposition à l’Indice de Mohlman) et par conséquent la vitesse de chutes des particules ou chargehydraulique est indépendante de la concentration locale donc indépendant de la concentration en boue dansle réacteur.

Cela signifie que la valeur de la vitesse ascensionnelle prise en considération par la méthode CEMAGREF,prévue pour les clarificateur verticaux et très conservatrice pour les clarificateurs horizontaux.Pour définir la vitesse (ou charge hydraulique superficielle en m3/m2/h) à appliquer sur le clarificateur lacourbe du CEMAGREF (méthode inspirée d’une méthode allemande introduite dans l’ATV A131) indique lecharge hydraulique à appliquer en fonction du volume corrigé exprimé en ml/l (le volume corrigé correspondau produit de la concentration en boue en g/l de MES dans la réacteur par l’indice de boue en ml/g).

Cette courbe peut être modélisée sous la forme ; Ch = f( IB, Caer) soit ;

Ch en m3/m2/h = 2,56 x e( - 0,00193 x IB x Caer)

où ;

Ch = charge hydraulique ou vitesse ascensionnelle en m3/m2.h ou m/h

IB = indice de boue en ml/g

Caer = concentration dans le réacteur biologique en g/l

Vc = IB x Caer en ml/l

3.9.2.3 ) La surface de clarification (approche ATV A131)

L’approche de l’ATV A131 est basée sur la notion de charge volumique de boue : qsv

qsv = Ch x IB x Caer en l / (m2.h)

où ;

Ch = charge hydraulique ou vitesse ascensionnelle en m3/m2/h ou m/h

IB = indice de boue en ml/g (ISV)


55

55

Caer = concentration dans le réacteur biologique en g/l

avec ;

Ch en m3/m2.h = 450 / IBxCaer pour le clarificateur horizontaux

Ch en m3/m2.h = 600 / IBxCaer pour le clarificateur verticaux

Dans l’approche de l’ATV A 131, il est considéré que l’on peut appliquer une vitesse supérieure dans le casd’un clarificateur vertical par rapport au clarificateur horizontal.

Le nouvelle version en projet de l’ATV A 131 qui date d’avril 1999 propose des nouvelles valeurs de qsvpour respecter une valeur en concentration en MES sur l’effluent de sortie de 20mg/l ;

- Pour un clarificateur horizontal ⇒ qsv = 500 l / (m2.h)

- Pour un clarificateur vertical ⇒ qsv = 650 l / (m2.h)

Clarificateur à flux horizontal

Ancienne définition : rapport diamètre (ou longueur) / profondeur supérieur à 6, l’arrivée de la boue issuedu réacteur biologique se fait dans la partie eau clarifiée . La jupe clifford est faiblement immergée, au niveaudu tiers supérieur de la profondeur.

Clarificateur à flux vertical

Définition de l’ATV A 131 : La profondeur d’immersion de la jupe clifford est supérieure à la moitié ducheminement de l’eau clarifiée (soit H im supérieure au rayon / 2 dans le cas d’un clarificateur circulaire).

L’arrivée de la boue issue du réacteur biologique se fait donc dans lit de boue ( jupe clifford immergée, dela moitié au tiers inférieur de la profondeur, au milieu de la zone de stockage dite zone 3 ), le lit de boue« aurait un rôle de filtration » ce qui permet d’obtenir « un gain de l’ordre de 30%» sur la charge hydrauliquesuperficielle, pour une même valeur de la concentration en MES de l’effluent traité ( ce qui est formalisé parle rapport 600/450 dans l’ancienne approche ATV A131 et 650/500 dans la nouvelle approche ATV datéed’avril 1999).3.9.2.4 ) Application des différentes méthodes sur l’évaluation de la vitesse ascensionnelle

Vitesses ascensionnelles obtenues par la courbe de CEMAGREF en fonction de différentes valeurs d’indiceet de concentration en boue dans le réacteur biologique;

Indice de boue ou de Mohlman 4g/l 4,5 g/l 5g/l

Vitesse pour IB = 100 ml/g 1,18 m/h 1,07 m/h 0,98 m/h




56

56

Vitesse obtenu selon l’approche ATV A131 pour un clarificateur horizontal, avec Ch m3/m2/h = 450 / IBxCaer:





Vitesse obtenu selon l’approche ATV A131 pour un clarificateur horizontal, avec Ch m3/m2/h = 500 / IBxCaer :



Vitesse pour IB = 135 ml/g 0,93 m/h 0,82m/h 0,74 m/h


Vitesse obtenu selon l’approche ATV131 pour un clarificateur verticaux, avec Ch m3/m2/h = 600 / IBxCaer :





Vitesse obtenu selon l’approche ATV131 pour un clarificateur verticaux, avec Ch m3/m2/h = 650 / IBxCaer :



57

57




En période de pluie, nous assistons à une déconcentration en MES dans le réacteur pendant quelquesheures en raison du déplacement d’une partie des boues dans le clarificateur : la concentration en MESdans le réacteur biologique peut chuter de l’ordre de 0,3 à 1 g/l (suivant les débits traversiers durant lesévénements pluvieux) et le volume corrigé baissera d’autant. Ce qui permet d’appliquer des vitesseshydrauliques sur le clarificateur durant les événements pluvieux supérieures aux vitesses appliquées durantles période de temps sec, et cela pour un même Indice de boue.Par contre il y aura lieu de prévoir un volume supplémentaire dans le clarificateur pour le stockagemomentané de ce volume de boue.

3.9.2.5 ) Volume de clarification (approche CIRSEE)

Il correspond à un temps de séjour minimum dans la zone de clarification. Ce temps de séjour, de l'ordre de1h30 à 2h sur la base du régime hydraulique de pointe, doit permettre d'atteindre un taux optimumd'abattement des particules décantables (en référence à l' AD2h , décantation après 2 h).

- Le volume de clarification est donc :

Vcl ≥ Qmaxi x 1,5

avec Qmaxi = débit horaire maximum traversier (pointe de temps sec ou maxi horaire en période de pluie)

Nota : Dans l’approche CEMAGREF, inspirée par l’approche allemande, le volume du clarificateur est lasomme de 4 hauteurs correspondant chacune à une fonction spécifique (eau claire, séparation,épaississement, stockage) et régit par des équations particulières.

3.9.2.6 ) Volume d’épaississement (approche CIRSEE)

Il correspond au volume occupé par les boues activées pendant la phase d'épaississement :

Volume d’épaississement = Masse de boue clarif / Concentration du lit de bouesMasse de boue clarif = débit de recirculation x Sr x temps d’épaississement

soit :

VBcf= Mbcf / ConcLB

avec: MBcf= Qr * Cr * Ts

Cr = Cba * ( 1 + Qmaxi / Qr )


58

58

où :

VBcf = volume de boue dans le clarificateur (M3)MBcf = masse de boue dans le clarificateur (Kg )Cba = concentration en boues activées dans l'aération (Kg / M3 ou g /l )Cr = concentration de recirculation (Kg/M3 ou g/l )Qr = débit de recirculation (M3 / h)Ts = temps d'épaississement des boues activées pour atteindre Cr (mn)ConcLB = concentration des boues dans le lit de boues

Il est évident que Ts ne peut pas prendre n'importe quelle valeur et est dépendant du temps de passage enanaérobiose des boues activées, donc fonction :

• des formes oxydantes existantes dans l'eau interstitielle ( O2, NO3,...)• des besoins en O2 endogène des boues, donc l'état d'oxydation de la matrice organique• de la température

pour 20°C:Cm inf à 0,065 0,065 0,09 0,15 0,4 0,7

Ts en mn 140 120 100 80 50 30

3.9.2.7 ) Volume du clarificateur (approche CEMAGREF)

Dans l’approche CEMAGREF, inspirée par l’approche allemande, le volume du clarificateur est la somme de4 hauteurs correspondant chacune à une fonction spécifique (eau claire, séparation, épaississement,stockage) et régit par des équations particulières.

Ht = H1 + H2 + H3 + H4

avec Ht = hauteur totale au 2 / 3 de la distance à partir de l’axe de l’ouvrage

H1 = zone d'eau clarifiée ≥ 0,5 m

H2 = zone de sédimentation = 1 m (réseau séparatif)0,8 m (réseau unitaire)

H3 = zone d'épaississement = sa . IM1000

H4 = sa' .V . IM1000 Su

(le coefficient dans l'ATV131 est de 500)∆

.

H4 = zone de stockage (réseau unitaire uniquement ou réseau séparatif "fuyant")


59

59

avec :

Su = surface utile du clarificateur (entre voile)V = Volume total du réacteur biologiqueIM = indice de Mohlman ou Indice de boue∆sa' = 0,5 à 1g/l (variation de concentration dans le bassin d'aération par temps de pluie où onassiste à une déconcentration momentanée)

3.9.2.8 ) Volume du clarificateur (approche ATV A 131)

Ht = H1 + H2 + H3 + H4

avec Ht = hauteur totale au 2 / 3 de la distance à partir de l’axe de l’ouvrage

H1 = zone d'eau clarifiéeH1 ≥ 0,5 m

H2 = zone de séparation, de sédimentation et de retour hydrauliqueH2 = 0,5 x Va x ( 1+ %R) / ( 1- Vc/1000 )

H3 = zone de concentration et de stockage

H3 = 1,5 x 0,3 x qsv x (1 + %R)

500

H4 = zone d’épaississement et de raclage

H4 = Caer x Va x (1 + %R) x Te

Clb

avec :

Vc = volume corrigé = IB x Caer en ml/l ou l/m3

Va = vitesse ascensionnelleIB = Indice de boue%R = pourcentage de recirculationTe = temps d’épaississement des boues dans le clarificateurClb = concentration du lit de boue =( 1000* Te^1/3) /IBqsv = charge volumique de boue

3.9) DIMENSIONNEMENT DE LA ZONE D'ANOXIE

Préliminaire :

On ménagera toujours dans la conception de la zone d'anoxie la possibilité de by-passer cetouvrage (cas des stations sous-chargées).Pour déterminer la quantité de N-NO3 à dénitrifier en zone d’anoxie, il y a lieu de prioriser ladénitrification dans le bassin d’aération et d’en déduire la quantité de N-NO3 dénitrifié dans la


60

60

zone aérée pendant les phases de non aération, déduction faite du temps de consommation del’oxygène dissous.

Nous commencerons par estimer la quantité d'azote à nitrifier à l'aide de la relation :

Azote à nitrifier = NTKEB - Nass - NTKrejet

NTKEB = Quantité de NTK dans les eaux brutes.Nass = azote assimilé par les boues activées

en 1ère approximation Nass peut être pris égal à 5 pourcent de la DBO5 éliminée.de façon plus précise : Nass = 4.8 % . de la production de boues dans le cas d'un effluenturbain classique. Ou, exprimé par rapport aux MVS des boues produites : de l'ordre de 7%. Il ya lieu de l'exprimer plutôt vis à vis des MVS surtout dans le cas de la présence deboues physico-chimiques.

N rejet :7-8 mg/l en moyenne si sortie NGL = 15 mg/l3-4 mg/l en moyenne si sortie NGL = 10 mg/l

Nota :

Dans le cas où il est demandé de respecter une norme NGL=20mg/l, c'est à dire NTK + NNO3inférieur à 20 mg/l, on admet que l'eau traitée comportera 10 mg/l NTK et 10 mg N.NO3.

Si l'on doit respecter une norme NGL=10mg/l (soit 10 mg/l de NTK + NNO3), on admet que larépartition se fera avec 5 mg/l NTK et 5 mg/l N.NO3.

Un pourcentage de N est non biodégradable -"Ndur"- de l'ordre de 3 à 5 % du NTK des eauxbrutes (cet ordre de grandeur est fonction de l'âge de boue).

Une fraction de N est rattachée aux MES des eaux traitées : 4,8 pourcent des matièresen suspension des eaux traitées. Le N particulaire mesuré globalement en sortie maisn'est pas pris en compte dans la cinétique.

Une fois estimée la quantité d'azote à nitrifier, nous pouvons estimer la quantité d'azoteà dénitrifier à l'aide de la relation suivante :

Azote à dénitrifier = NTKà nitrifier - N-NO3 ET

Soit encore :

N-NO3 à dénitrifier = NTKEB - Nass - NTKrejet - N-NO3rejet

Toutefois le processus de dénitrification nécessite une source de carbone assimilable. On définidonc, en fonction du carbone assimilable disponible, la quantité d'azote potentiellementdénitrifiable :

Quantité N potentiellement dénitrifiable = Carbone assimilable2,7


61

61

Cette valeur doit être supérieure à "N à dénitrifier" ; dans le cas contraire, le restant devra êtredénitrifié dans la zone d'anoxie.

La quantité de nitrates potentiellement dénitrifiable est dépendante du carbone facilementassimilable et disponible en amont . Ce carbone assimilable est associé aux MES des eaux brutesen entrée et à la DB05 des eaux brutes. On peut estimer que le carbone facilement assimilableconstitue 45 pourcent de cette DBO5.

Le volume nécessaire de la zone anoxie peut être défini par la relation :

Vanox = Masse de MVS nécessaire en zone d' anoxieconcentration MVS du réacteur biologique

Avec en outre :

Masse de MVS. en zone anoxie = N à dénitrifierCinétique de dénitrification x 24

1000(1)

h .

Ces deux relations nous permettent d'écrire :

Volume anoxie = N dénitrifiable x 1000Cinétique de dénitrification . concentration en boues . %MVS . 24

Dans les relations ci-dessus, les cinétiques de dénitrification sont exprimées en : mg N-NO3 / gMVS / h

(1)Nota :

1) Si le N à dénitrifier est très inférieur au N dénitrifiable

Vanox = N à dénitrifieru

2) Si le N à dénitrifier est très supérieur au N dénitrifiable

Vanox = N à dénitrifier+ N - NO restant3u

N-NO3 restant devra être dénitrifié en zone aérée.

avec :

u = Cinétique dénitrification * sa * % MVS * 24 /1000.

La cinétique dépend du ratio NTK/DBO5.

Dans la zone d'anoxie, nous pouvons estimer cette cinétique de dénitrification comme suit :


62

62

NTKDB0

> 0,5 k = 1,7 mg N - N0 / gMVS.h

< 0,5 k = 2,1 mg N - N0 / gMVS.h < 0, 4 k = 2, 4 mg N - N0 / gMVS.h < 0,3 k = 2,7 mg N - N0 / gMVS.h < 0,2 k = 3 mg N - N0 / gMVS.h

53

3

3

3

3

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

L' abattement de la DB05 en zone d'anoxie est négligé dans le dimensionnement du bassind'aération et des équipements.

Recirculation de liqueur (ou circulation interne) vers la zone d'anoxie (Rl)

Ce débit de recirculation est fixé de façon à satisfaire les contraintes suivantes :

Rb + Rl N - N03 à dénitrifier

N - N03 ET =

NTKEB - Nass - NTKET - NN03ET

N - N03ET≥

Rl NTK - Nass - NTKN - NO

- (1 +RB) 0,8NTK - NTKN - NO

- 1 + RBEB ET

ET

EB ET

ET3 3

≥ ≅

Limiter Rl à 400 % (le restant sera dénitrifié dans la zone aérée par arrêt des aérateurs)

nota:

Rl limité à 400 % sur le QmtsRb taux de recirculation des boues issues du clarificateur

3.10) DENITRIFICATION SIMULTANEE (EXOGENE + ENDOGENE)

La cinétique de dénitrification est à appliquer sur le temps d'anoxie stricte. Ce temps d'anoxiestricte est égal au 24h de la journée moins temps d'aération, moins temps de consommation O2dissous.

La valeur de cette cinétique est approximée comme suit :

k1 = 1,6 mg N-NO3/gMVS.h avec dissociation aération / brassage

k2 = 1 mg N-NO3/gMVS.h sans dissociation aération / brassage

- Cas sans zone d'anoxie : on doit avoir dans ce cas un temps d'aération maximum de 12 h. - On a de plus pour chaque cycle d'aération :

Un temps de consommation de l'oxygène dissous de 15 à 20 mnUn cycle de consommation de l'oxygène lié aux nitrates (NO3) de 1h30 à 2h

- Cas avec zone d'anoxie : où il faut dénitrifier le résiduel N-NO3 (s' il reste un résiduel non dénitrifiable en anoxie).


63

63

Graphique associant la nitrification en fonction de Cm et du rapport DBO5 / NTK(valeurs considérées sur l'inffluent)

ABBATTEMENT EN NGL à 12°C EN FONCTION DE LA CHARGE MASSIQUE

CM (kg DBO/kg MV)

% A

bbat

tem

ent

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15

DBO/NTK = 4.5

DBO/NTK = 3

DBO/NTK = 6


64

64

CINETIQUE DE NITRIFICATION EN FONCTION DE L'AGE DE BOUE

Température en °C

mg

N-N

O3/

gMV/

h

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

25 j 20 j

15 j10 j

5 j

3.11) DIMENSIONNEMENT DU BASSIN D'AERATION

Cas de dénitrification avec zone anoxie :

Le volume du bassin d'aération est pris égal au volume total de bassin nécessaire diminué duvolume de la zone anoxie.


65

65

Cas d'une dénitrification simultanée dite endogène :

Le volume du bassin d'aération est pris égal au volume total de bassin nécessaire

L'estimation du volume du bassin d'aération se ramène donc au calcul du volume total de bassinnécessaire. Ce volume est fixé de façon à satisfaire trois contraintes : l'une portant sur la chargemassique, l'autre sur la charge volumique et la dernière sur l'âge des boues.

Contrainte sur la charge volumique Cv :

une norme NGL = 15 mg/l impose Cv = 0,3 kg DB05/m3une norme NGL = 10 mg/l impose Cv = 0,23 kg DB05/m3

Cinétique de nitrification de référence à utiliser pour la vérification (cf tableau en annexe):

K ≥ 1,2 mg N/gMVS.h à 12° A = 13 jK'≥ 3,0 mg N/gMVS.h à 16° A = 13 jtemps de nitrification est toujours < temps d'aération.

3.12) CALCUL DES BESOINS EN OXYGENE

Préliminaire :

Dans ce qui suit nous utilisrons les notations suivantes :

Le = DBO5 à dégrader (le rendement est négligé).a' = quantité oxygène nécessaire pour oxyder 1 kg de DB05.b' = quantité oxygène nécessaire au métabolisme endogène de 1 kg de matières

volatiles en suspension (M.V.S.) par jour.SV = masse de MVS dans le réacteur biologique (hors zone d'anaérobie) soit bassin

d'anoxie + bassin d'aération + clarificateur.C' = taux de conversion de l'azote ammoniacal (N-NH4) en azote nitrique (N-NO3)

C' = 4,53 kg O2/kg N-NH4 nitrifiéC" = taux de conversion de l'azote nitrique en azote gazeux en considérant que la

fraction de l'oxygène récupérée par dénitrification est totale (certains prennent un facteurde sécurité de l'ordre de 0,7).

C'' = 2,86 kgO2/kg N-NO3 dénitrifié

Le besoin en oxygène se compose de la quantité d'oxygène à fournir pour éliminer la pollutioncarbonée plus quantité d'oxygène à fournir pour éliminer la pollution azotée.

Besoin pour la dégradation de la pollution carbonée :

QO2/j = a' Le + b' SV

Besoin pour la dégradation de la pollution azotée :


66

66

QO2/j = C' N à nitrifier - C" N' à dénitrifier

Nota :

Ce que nous venons de dire n'est valable que dans le cas où l'on désire réaliser unenitrification-dénitrification. Si l'on se place dans des conditions où la nitrification n'a paslieu, la quantité d'oxygène à fournir est égale à celle nécessaire à éliminer la pollutioncarbonée.

Soit, besoins journaliers totaux :

QO2/j = a'Le + b.SV + C'N nitrification - C''N'dénitrification

En utilisant les valeurs préconisées ci dessus, nous obtenons la relation :

Q02/j = a'Le + b'SV + 4,53 Nnitrif - 2,86 Ndénitrif

a' et b' sont fonctions de Cm (cf tableau).si Cm augmente, a' baisse et b' augmente (cf tableau).

3.12.1)Capacité d'oxygènation nécessaire en pointe

Ce calcul prend en compte une concentration homogène sur 24 h appliquée au débit de pointe.

.QpTSQjTS

4.53.NTK + 24SVb' + QpTS .

QjTSLe. a' = QO2pointe

)horaire(

3.13) DIMENSIONNEMENT DES AERATEURS

3.13.1) Coefficient global de transfert (C.G.T)

Les performances des aérateurs s'expriment en terme d'apport spécifique brut en eau claire (ASB)en kgO2/kwh absorbé dans des conditions dites standard (eau claire, concentration nulle en O2, T= 10°C, pression atmosphérique = 1,013 bars ou 10,33 mCe).

En boues activées les performances sont différentes.

Le facteur correctif à appliquer est appelé Tp ou α: coefficient de transfert eau claire-bouesfonction du type d'équipement

D'autres facteurs correctifs doivent être appliqués liés à la température, à la pression, à la viscositéet surtout au fait que la fourniture d'oxygène n'est pas réalisée à concentration nulle en oxygène.

Tt ou γ = 1,024T -10 C° °

Td ou β


67

67

Rapport entre les valeurs des concentrations de saturation en oxygène en eau usées et en eauclaire.

Td = CS - CCS10

CS10 = 11,29 mg/l valeur de saturation en 02 à 10°C(norme AFNOR NF EN 25814)C = concentration à maintenir en O2 dissous dans les boues.Cs = concentration à saturation en O2 dissous à la température des boues.

Coefficient global de transfert :

C.G.T = Tp x Tt x Td

3.13.2) Puissance théorique absorbée

On obtient alors l'équation :

Puissance théorique absorbée = QO2 en pointeA.S.B C.G.T×

Dans laquelle :

QO2 en pointe correspond au paramètre précédement calculé.

CGT = coefficient global de transfert. Prend en compte l'ensemble des coefficients

A.S.B = apport spécifique brut mesuré dans les conditions standards en KgO2/Kw.abs

Pabs = Puissance absorbée aux bornesLes valeurs de l'ABS et du CGT sont données dans le tableau ci-dessous :


68

68

Système d 'aéra tion Hauteur d 'eau ASB CGT Brassage Rendement maxi kgO2/ kw W/ m3 eau c la ire sur

absorbé 4 mmoyen

ag ita teur de surfac eturb ines lentes 2 - 3,5 m 1,8 0,7 45turb ines rap ides 1 - 2,5 m 1,25 0,7brosse avec déflec teur: d iam 700 - 850 mm 1 - 2 m 1,6 0,7 35d iam 950 - 1050 mm 1,5 - 3 m 1,8 0,7Insuffla tion d 'a irg rosses bulles 2 - 3,5 m 0,6 - 1,0 25-40 W/ m3 5-7 %

5,5 - 9m3/ m²moyennes bulles 2 - 8 m 0,8 - 1,5 0,7 20-30 W/ m3 6-12 %

4,5-8 m3/ m2fines bulles 3 - 8 m 2 - 3,4 0,55 15-25 W/ m3 15-25 %

3,5-5,5 m3/ m2Système à base de pompeEjec teur a tmosphérique 2 - 3 m 0,5 - 0,65Ejec teur a ir surp ressé 3 - 8 m 0,8 - 1,6Aéra teur méc anique immergés 2 - 3 m 0,5 - 0,7Dissoc ia tionAéra tion/ b rassage 4-10 m 1,3 (MB) Chena l : 14 (MB)

3,2 (FB) 0,6 - 0,7 3w/ m3bassin ou bassin : 25 (FB)

chena l 10w/ m3

MB = Moyenne bulleFB = Fine bulle

3.13.3) Aération par turbine ou pont brosse.

Pour assurer un brassage correct, la hauteur d'eau de référence dans les bassins munis de turbines(Kw abs) sont les suivantes :

5 kw h = 1.8 m10 kw h = 2,3 m18 kw " 2,6 m25 kw " 2,8 m35 kw " 3,0 m45 kw " 3,4 m55 kw " 3,8 m65 kw " 4,2 m


69

69

Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, les puissances spécifiques de brassage, calculées sur lespuissances absorbées, sont les suivantes :

Puissance spécifique des turbines 45 w/m3Puissance spécifique des brosses 35 w/m3

Aération en dissociation aération-brassage.

Puissance spécifique des agitateurs

Agitateur lent diam > 2 m : 3 - 4 w/m3 dans un chenal

6 - 8 w/m3 dans un bassin rectangulaire

Agitateur rapide diam < 1 m : 10 - 20 w/m3

3.13.4) Aération par insufflation d'air .

3.13.4.1) Calcul de débits d'air:

débit d'air : Qo / h

Rdt x CGT x O g / m x He2

23

- débit d'air sec exprimé en Nm3/h (normaux m3 d'air en référence aux conditions normales ; à 273°K ou 0°C, Pn = 1 atm = 10332 mm CE = 1,01325 bars = 1013,25 mbars = 101,325 KPa = 760mm Hg)

1 bar = 100 KPa

- QO2 / h = besoin en oxygène en pointe horaire

- CGT = coefficient global de transfert CGT # 0,55 (fine bulle)

- He = hauteur de liquide au-dessus des diffuseurs.

- Rdt : rendement en eau claire en fine bulle 3,8 à 6,8 % par mètre d'eau (suivant typed'équipement)

- O2 / m3 : quantité O2 par m3 dans les conditions normales , soit : 300gO2 par m3 d'air


70

70

Nota 1 :

Quand la quantité O2 par m3 d'air est prise égal à 280 g/m3

Cette valeur de 280 g/m3 d'O2 par m3 d'air est estimée à 20 °c - température de référence de l'airaspiré dans les catalogues des constructeurs.

(par ex: catalogue HIBON pour les Roots : T de l'air aspiré = 20°C).

Nota 2 :

L'air "sec" contient 23,19 % d'oxygène en poids (ou 21 % en volume), 1 m3 d'air à 0°c et 760mmHg pèse 1,293 kg et contient 300g d'oxygène. Le débit d'air calculé doit être exprimé enN.m3/h (normaux m3 d'air à l'heure, c'est à dire à T= 0°C et P= 10333 mm CE ).

Pour le calcul de débits d'air définifs, il y a lieu de tenir compte de la variation des températures del'air extérieur et de la température de référence adoptée par le constructeur (en général 15 ou20°C), mais aussi de l'altitude, donc de la pression atmosphérique.

masse volumique de l'air sec ( ρ )

ρ= PR T×

ρ = masse volumique de l'air sec en Kg / m3

P= P absolue mm CE

Pn = 760 mmHg = 10330 mm CE = 101,3 KPa

Tn = 273 °C

T = 273 °C + t°c

R = 29,27

Variation de la masse volumique de l'air ;

ρ = ρn x Pa PPn

TnT

+ ×∆

Pa = pression atmosphérique à l'altitude considérée en mCE

∆P = élévation de pression totale provoquée par le surpresseur en mCE

ρn, Pn et Tn = valeur dans les conditions normales


71

71

La pression atmosphérique moyenne peut être approchée par la formule de Schassmann :

log p log 101,3 h1840010 h 10= −

où ph = est la pression atmosphérique moyenne en Kilopascals, à l'altitude h

log p10 h = logarithme décimal

altitude en m Pa en mCE0 10,33500 9,741000 9,171500 8,632000 8,103000 7,15

3.13.4.2) Calcul de la puissance consommée des surpresseurs :

La puissance consommée des surpresseurs volumétriques est donnée par la formule :

P =3,89 Q log

PP

Rn.a

R

A

× ×

avec :Pn.a = puissance nette à l'arbre en KwR = rendement isothermique (0,5 à 0,7)Q = débit en N.m3 / mn (0°c et 760 mm Hg)Pa , Pr = pressions d'aspiration et de refoulement en mCE absolue

Puissance absorbée aux bornes = P

Cos .n.a

mϕ η

avec ηm= rendement moteur # 0,85

3.13.4.3) Débit de ventilation du local de surpression

Hypothèses :- Température de l'air aspiré = 30°C


72

72

- Température maxi à accepter dans le local = 40°C (+ 7°C avec capotage et 10°C sanscapotage = maxi température d'élévation)

- Pertes thermiques ou rayonnement du surpresseur = f( Pabs du surpressur) nous allonsprendre par excès 20% de sa puissance absorbée pour cette puissance

- Longueur de la nourrice d'air principale = 8m, avec un vitesse de l'air de l'ordre de 10m/s nous obtenons un diamètre de 280mm

- Nourrice d'air non calorifugée donc un coeficient de transmission thermique de l'ordrede 6 w par delta de °C par m3 de conduite

- Elévation de la température lors de la compression environ 10°C par m de Ce de pertede charge en aval soit 80°C environ

- Température de l'air surpressé en sortie du surpresseur = 110°C- Calcul plus précis pour l’chauffement dû à la compression = ∆t

∆t = 13,6 x Pa (kw) x 60 / ρ1 x Cp x Q1 = 90 °Cρ1 en kg/m3Cp chaleur spécifique de l’air = 0,24Q1 en m3/h

Puissance dégagée par les surpresseurs= 0,20 x 73 kW = 14,6 kWPuissance dégagée par les conduites = 0,280m x 8m x 3,14 x 6 x 110°C /1000 = 4,6 kW

Puissance totale dégagée = 14,6 + 4,6 = 19,2 kW

Calories à évacuer = (Pdegsup+Pdegcond)*3600/4,1855 = 16514 Kcal/h

Masse d'air nécessaire = Calories à évacuer /(0,24 x (T°intérieure -T°extérieure))= 6880 kg

Avec chaleur spécifique de l'air = 0,24 kcal / delta de T°c

Masse volumique de l'air aux conditions réelles = 1,293*(273/(273+Text))*Patm = 1,165 kg/m3

Ventilation à prévoir dans le local des surpresseurs

Débit d'air à évacuer = Masse d'air nécessaire / Masse volumique de l'air =6880/1,165 = 6000m3/h d'air

3.14) BRASSAGE DU BASSIN D'AERATION

3.14.1) Débit de pompage d’un agitateur

Le débit de pompage est le débit de liquide qui passe effectivement dans le mobiled’agitation

Débit de circulation

QC = Qe + QP

avec Qe = débit d’entraînement (ou débit de pompage induit)


73

73

QC = débit de circulation

Cette grandeur (Qc) se déduit de la mesure de la vitesse moyenne VC de circulation dansle bassin

Un état de mélange dépendra ;

- des différentes vitesses le long des trajectoires de circulation- des longueurs différentes de ces trajectoires- des phénomènes de diffusion moléculaire et turbulente

3.14.2) Expression de la vitesse moyenne de circulation

La vitesse de circulation du liquide est un critère de choix d’un système d’agitation

Une bonne circulation peut se caractériser par :

- un débit de circulation aussi élevé que possible,- une répartition des profils de vitesses régulière en tout point du chenal

3.14.3) Relation entre la puissance dissipée & la vitesse moyenne de circulation

P = K x V3C

Cette expression indique que la puissance dissipée est proportionnelle au cube de la vitessemoyenne de circulation

3.14.4) Relation entre la puissance spécifique, la vitesse et la géométrie du chenal

La vitesse dissipée par unité de volume = puissance volumique ou puissance spécifique enw / m3 ) est fonction ;

1) - des caractéristiques du mobile d’agitation

2) - des rapport géométriques H / L m et la /Lm (Lm = longueur moyenne du chenal, l= largeur du chenal et H = hauteur liquide du chenal)

3) de la vitesse de circulation au cube VC à la puissance 3

4) inversement proportionnelle au diamètre du mobile d’agitation

La puissance dissipée diminue quand la taille du chenal augmente

3.14.5) La vitesse horizontale induit par le mobile d’agitation

Plus cette vitesses est importante plus l’on augmentera le temps de séjour des bulles d’airet plus le transfert d’oxygène sera meilleur


74

74

Vitesse horizontale d’une fine bulle (Φ = 2 - 3mm ) en eau claire = 0,23 m /s

Rapport = V2 moy / Ps

avec ;- Ps = puissance spécifique exprimée en w/m3 de réacteur- V = vitesse moyenne exprimé en cm/s

Plus ce rapport est important plus le couple est performant

Agitateur petites pales Agitateur grandespales

chenaux annulaires 100 - 300 400 - 1000chenaux oblongs 50 -100 200 - 500

Comme le vitesse moyenne est directement liée à la puissance dissipée, il y a lieu detrouver un compromis entre l’obtention d’une vitesse minimale ( de l’ordre de 0,20 m /s à0,25m/s ) pour assurer un bon rapport rendement d’oxygénation et puissance fournie.

L’apport horaire en oxygène est une fonction croissante asymptotique de la vitessehorizontale de l’eau, et cela est confirmée pour des vitesses supérieures à 0,10 m/s(essais CEMAGREF).

Pour des vitesse inférieures à 0,10 m/s , l’augmentation du transfert d’oxygène est faible (de l’ordre de 10%) (essais CEMAGREF).

Le gain d’apport horaire lorsque la vitesse passe de 0 à 0,40 m /s est de l’ordre de40% ( valeurs CEMAGREF)

L’accroissement de l’apport horaire en fonction de la vitesse horizontale de l’eaus’explique par l’impact du système d’agitation sur les paramètres influençant le transfertd’oxygène, à savoir ;

a) - la surface d’échangeb) - le temps de contact air-eauc) - l’écart entre les concentrations d’oxygène de l’air et de l’eau

a) la surface d’échange est fonction

- de la taille des bulles (taille sortie diffuseur, pb de coalescence,importance du cisaillement qui est favorable, hauteur d’eau sur lesdiffuseurs)- forme des bulles qui est fonction de la turbulence du milieu

b) le temps de contact air-eau est fonction de la vitesse de montée des bullesd’air qui est fonction de ;


75

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- la taille des bulles d’air- la vitesse des bulles d’air à la sortie des diffuseurs- les spiraux flows qui induisent une rotation verticale de l’eau donc uneaccélération de la vitesse de montée des bulles d’air

L’impact majeur d’un bon brassage du milieu associé à une vitesse moyenneimportante ( 0,3 à 0,4 m/s) se situe sur la suppression des spiraux flows générés parla montée des bulles, cette suppression permet d’augmenter le temps de contact desbulles dans le milieu.

c) l’écart entre les concentrations d’oxygène de l’air et de l’eau

cet écart est fonction de ;

- l’agitation du milieu- de la concentration en O2 dissous

3.14.6) Incidence du spiral flow

il y aurait 3 sortes de spiral flow = mise en rotation du plan d’eau ayant un effetd’accélération la vitesse de montée des vitesses.

- les grands spiraux flow : lorsque les surfaces occupées par lesdiffuseurs sont de plusieurs m2

- les petits spiraux flow :qui se produisent entre diffuseur

- le micro spiral flow : qui interviennent entre orifices des diffuseurs(entre les bulles)

Tous les trois engendrent une mise en rotation verticale de l’eau qui accélère lavitesse de montée des bulles d’air donc diminue sensiblement le transfertd’oxygène dans le liquide (en diminuant le temps de contact bulles/fluide).

3.14.7) Synthèse sur l’apport du brassage dans les performances d’oxygénation

Synthèse sur l’apport du brassage dans l’augmentation des performances detransfert d’oxygène ;

1) augmentation de la surface d’échange ( favorisée par la turbulence dueà l’agitateur, la hauteur d’eau, la taille de bulles, réduction des phénomènesde coalescence).

2) augmentation du temps de contact air/eau ( le gain dans l’apport enoxygène dans le liquide est proportionnelle à la vitesse horizontale généréepar le mobile d’agitation, diminution de l’impact négatif des spiraux-flows )


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3) effet de cisaillement des agitateurs favorable sur les tailles des bulles (le cisaillement diminue leur taille donc diminue la vitesse de montée de labulle et réduit considérablement l’effet de coalescence ( lorsque les bullesde petites tailles s’agglutinent pour former des bulles de taille supérieure)

4) réduction notable des phénomènes de spiral-flow qui sont négatifs surle transfert en oxygène puisqu’ils réduisent le temps de contact de la bulledans le liquide en jouant sur une accélération verticale du liquide

3.14.8) Regroupement ou densité des raquettesLe regroupement des raquettes favorise le rendement (KLA

exprimé H-1).

Ceci est caractérisé par la densité surfacique : rapport du nombre de membranes surla surface totale occupée par les membranes.

Le rendement sera d’autant plus grand que cette densité sera élevée.

3.14.9) Règles à respecter pour le positionnement des agitateurs (optimiser sapoussée)

- positionnement à des distances minimales ( 0,3 à 0,5 m environ) des mursextérieurs et intérieurs ( effet de paroi négatif sur la vitesse moyenne du aucoefficient de frottement)

- positionnement à des distances minimales ( 0,3 à 0,5 m environ) du plancher et del’interface air/eau (sachant qu’il y a un compromis en fonction de la hauteur liquidetotale)

- distance suffisante en aval du système de diffusion (D1 sup à Hliquide) pour éviterles phénomène de cavitation sur l’agitateur (usure prématurée voire casse de pâles,performance de poussée moindre de l’agitateur car mélange biphasique air/eau)

-distance minimale avant d’attaquer le mur de bulles (D2 sup à largeur du chenal)pour que le maximum d’énergie due à la poussée de l’agitateur attaque le mur debulles = pertes de charges importantes = élévation du plan d’eau.

3.14.10) Optimisation des conditions hydrodynamiques des réacteurs

Quelle forme de bassin ?

- le chenal annulaire : le meilleur compromis en terme de vitesse moyenne àrespecter et puissance d’agitation installée


77

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- le chenal oblong est moins plus performant que l’annulaire (sauf pour desvolumes plus grands où il est souvent utilisé, donc plus performant)

Quelle vitesse moyenne (eau / boues) ?

On observe un gradient de vitesse horizontale ( dans le cas des chenaux) entre laparoi extérieur (vitesse plus élevée) et la paroi intérieur, présence d’une mise enrotation du plan d’eau.

- vitesse pour reprendre un dépôt

- vitesse pour améliorer l’apport en oxygène

- vitesse pour un mélange homogène en fonction de la concentrationen boues

- champ de vitesses complexe dans certains cas ( vitesse négativesur le même plan : cas d’un nombre insuffisant d’agitateurs pourune largeur de réacteur trop importante ou sur différents plans dansle réacteur : cas des bassins profonds)

Le compromis se situerait pour une vitesse moyenne en eau claire de l’ordre de0,35m/s, soit environ 0,25m/s en boue. ( P = K x V3

C )

3.14.11) Puissance de brassage

Bassin de forme chenal circulaire :

- En première approximation nous prendrons par simplification une puissance spécifiquede l'ordre de 3w/m3 de réacteur soit une puissance totale de brassage de 7kW (répartie en 2agitateurs suivant le diamètre intérieur de l'ouvrage de la zone de contact associé audégazage)

- Agitateur à axe horizontal, grandes pâles ( 2 m) et vitesse lente (35 à 55 tours/mn)

3.15) DIMENSIONNEMENT POMPE D'INJECTION DES SELS METALLIQUES

3.15.1) Choix des réactifs

Les produits utilisés sont : le chlorure férique (FeCl3), le clairtan (FeSO4Cl) ou le sulfate deferFeSO4,7H2O...

Coût des réactifs :clairtan ≈ 700 F/TonneFecl3 ≈ 1200 F/TonneFeS04,7H2O ≈ 450 F/Tonne

Concentration en Fe du produit commercial : 200 g/l de Fe (FeCl3, FeSO4Cl )


78

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: 180 g/l de Fe (FeSO4CL type H)densité du FeSO4CL normal (T° de congélation -8°C) = 1,54 à 20°Cdensité du FeSO4CL type H (T° de congélation -22°C) = 1,48 à 20°Cdensité du FeCL3 = 1,42 à 1,45 et 570 g/l à 598 g/l de FeCL3 pur (dit à 40%)

Ratio Fe/P en poids : 2,7 à 4,5 (suivant le rendement souhaité sur la précipitation),soit en rapport molaire Fe/P = 2 (80% de Rdt) et Fe/P = 2,5 (90% de Rdt)

Pour un rendement recherché de 80 %, prendre en 1ère approximation 3,5 kg Fe/kgPet 4,5 kgFe/kgP pour un rendement de 90 %.

P à traiter = PEB - "PBIO" - Pass - Prejet

PEB = Quantité de phosphore entrant dans les eaux brutes.

PBIO représente la quantité de phosphore éliminée par déphosphatation biologique. Par sécurité,on prendra un rendement maximum de 50 % sur la zone d'anaérobie (quand elle existe dans lafilière).

Pass = Phosphore extrait dans la production de boues.

Prejet = Phosphore rejeté dans les eaux traitées. On considère que 20 % du phosphore entrant estrejeté si la station doit satisfaire un niveau Pt = 2mg/l. Dans le cas contraire on considèrera uneconcentration de 2 mg/l dans l'effluent de sortie.

Prejet = soit 80 % de Rdt. si niveau Pt=2mg/lou soit 2 mg/l x Qm3/j

Cas du clartan de type H à 180 g/l de Fe :

débit nécessaire en pointe = ( (conc moyenne P) QpTS - P0,180

3,5∆ )

∆P = Pass24h

- Prejet sur 1 h

Cas du FeCL3 :

avec 80% de Rdt [FeCL3] = 3,5 x1,42 / 0,200g/l = 25 Kg de FeCL3 technique / Kg de Ptavec 90% de Rdt [FeCL3] = 4,5 x1,42 / 0,200g/l = 32 Kg de FeCL3 technique / Kg de Pt

3.15.2) Volume de la cuve de stockage du réactif (cas du clairtan)

Cuve de stockage du réactif (+ cuve de rétention en béton)

Le Volume de ces cuves sera pris de façon à assurer une autonomie de 30 jours minimum.


79

79

Volume de la cuve = P à traiter Kg / j x 3,5

0,180 g / lx 30 j en m3

3.15.3) Bilan TAC avec le traitement de l’azote et du phosphore

3.15.3.1) Rappel des unités employées

- Milliéquivalent par litre : meq/lQuantité d'électrolyte dissoute dans un litre de solution égale au millième de l'équivalent-gramme.Donc, c'est la concentration d'une solution N/1000.Soit pour CaCo3 - masse molaire 100 gvalence 21 meq/l = 100 = 0,05 g/l ou 50 mg/l de CaCo3

2. 1000

- Degré français1°F correspond à la concentration d'une solution N/5000.Soit pour le CaCo3 : 100 = 0,01 g/l ou 10 mg/l de CaCo3

2. 5000donc par définition 1 meq/l = 5°F et 1°F = 10 mg/l de CaCo3

TAC ≅ expression de la teneur en hydrogéno-carbonates.

- Degré allemand

1° alllemand = 1,786 ° F = 17,86 mg/l de CaCO32,8 ° allemand = 5°F = 50 mg/l de CaCO3

3.15.3.2) Consommation et restitution d’alcalinité

1) Nitrification

Le processus biologique de nitrification (transformation de l'ammoniaque en nitrite puisnitrate) acidifie le milieu.

De plus, l'activité biologique des bactéries nitrifiantes est optimale à pH ≅ 8 - 8,5, et baissesi le pH baisse.

Cela signifie que si l'on souhaite favoriser la nitrification sans induire une baisse del'activité des nitrifiantes, nous devons avoir dans l'eau à traiter une quantité suffisante decarbonates.

1 mg/l de N-NH4 nitrifié consomme 7,1 mg/l de CaCo3 ou 0,142 meq/l de CaCo3.

2) Dénitrification


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Le processus de dénitrification (réduction des nitrates en azote gazeux) basifie le milieu,apporte une certaine alcalinité.

1 mg/l de N-NO3 restitue 3,55 mg/l de CaCo3 ou 0,071 meq/l.

3) Déphosphatation physico-chimique

L'introduction de sels métalliques de type chlorure ferrique (FeCl3) pour précipiter lephosphore sous forme de boues minérales inertes (FePo4 + Fe (OH)3) va acidifier lemilieu biologique.

1 mg/l de Fe introduit va consommer 2,67 mg/l de CaCo3 ou 0,053 meq/l.

3.15.3.3) Stabilité du pH dans le réacteur et sur l’eau triaté

La chute du pH a pour conséquence :

- diminution substantielle de l'activité des bactéries nitrifiantes- dé floculation de la structure de la biomasse favorisant une formation dispersée et unedégradation des caractéristiques mécaniques des boues (indice de boue).

Le maintien d'un pH proche de la neutralité sur l'eau traitée nécessite un minimum detampon carbonaté de l'ordre de 5°F, soit 50 mg/l de CaCo3 de disponible en sortie destation.

La relation entre le pH et le TAC n'est pas directe compte tenu de la présence de réactionsacides/base très complexes dans l'eau interstitielle.

3.15.3.4) Bilan TAC entrée / sortie sur une installation

1) Traitement de l'azote seul

Volume effluent brut = 600 m3/jTAC sur effluent brut mesuré = 28° FConcentration CaCo3 = 280 mg/lQuantité CaCo3 = 168 kg/jQuantité d'azote nitrifié = 38 kgConsommation CaCo3 = 38 x 7,1 = 270 kg/jQuantité d'azote dénitrifiée = 36 kgRestitution de CaCo3 = 3,55 x 36 = 128 kg/jCaCo3 consommé = 142 kg/jCaCo3 restant = 26 kg/jSoit en concentration = 43 mg/lSoit en °F = 4,3°FValeur mesurée en sortie = entre 4 et 5°F

2) Traitement de l'azote et du phosphore


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Quantité de fer injecté = 39 kg/jConsommation de CaCo3 = 104 kg/jBilan total de l'alcalinité en CaCo3168 - 270 + 128 - 104 = - 78 kg/j

soit = - 130 mg/lTAC de l'effluent traité = - 13°FEquivalence en alcalinité résiduelle nécessaire = 5°FQuantité de CaCo3 à introduire = 180 mg/l

Soit = 108 kg/j

3.16) CALCUL DES DEBITS DES POMPES DE RECIRCULATION DES BOUES

Nous prendront les mêmes hypothèses que pour le dimensionnement du clarificateur.

La concentration de référence a été prise pour un système en équilibre, avec 100 % derecirculation sur le débit d'alimentation du clarificateur. Dans ce cas, la concentration derecirculation (sr) est le double de la concentration dans le bassin d'aération (sa).

TAUX DE RECIRCULATION POUR TS = 90 MN

IM

QR

/Qal

im

0%

50%

100%

150%

200%

250%

300%

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

5 g/l4 g/l

3 g/l

2 g/l

Les temps de séjour des boues dans le clarificateur au cours de la période de pointe sont définis enfonction de la charge massique :

50' pour cm ≥ 0,380' pourCm=0,1120' pourCm≤0,09

Le dimensionnement des capacités de recirculation à installer devrait tenir compte des conditionseffectives d'exploitation du réacteur (idem clarificateur). Pour cela, on doit prendre en compte un


82

82

intervalle possible de variation de l'indice de Mohlman et de la concentration en boues. Lesvariations de l'indice de Mohlman peuvent être dûes au conditions de brassage, à la présence d'unedéphosphatation physico-chimique, à la nture de l'effluent à traiter, etc.

1° cas : dissociation aération-brassage

L'indice de Mohlman peut alors prendre une valeur supérieure de 30 mg/l à la valeur estiméepour le dimensionnement.

2° cas : turbine ou brosse seule

L'indice de Mohlman peut alors prendre une valeur supérieure de 100 mg/l à la valeurestimée pour le dimensionnement.

Bien entendu, le pont du clarificateur doit être adapté aux capacités maximales derecirculation.

Nombre minimum de pompe de recirculation :Prévoir au moins 3 pompes minimum ( Qn, Qd, QPts ou Q max) plus une en secours.

Par exemple :

Si l'on suppose les données suivantes :

IMref = 150 ml/g,Cm < 0.1 kg DBO5/kg MVS.jIM x Sa < 900 ml / l

La valeur de la charge massique nous permet de prendre un temps de séjour des boues dans leclarificateur de 90 minutes.

1° cas : dissociation aération-brassageIMref + 30 = 180 mg/lSi l'on suppose une concentration de boues dans le bassin de 5 g/l, le graphique ci-dessusnous donne une ration du débit de recirculation par rapport au débit traversier de 200%.En d'autre termes le débit de pointe de la recirculation doit être deux fois supérieur au débitde pointe à traiter.

2° cas : turbine ou brosse seuleIMref + 100 = 250 mg/lSi l'on suppose une concentration de boues dans le bassin de 3.5 g/l (pouvant aller jusqu'à 4g/l), le graphique ci-dessus nous donne une ration du débit de recirculation par rapport audébit traversier de 300%.En d'autre termes le débit de pointe de la recirculation doit être trois fois supérieur au débitde pointe à traiter.

Vérification des capacités maxi de recirculation du pont sucé :

La relation suivante doit être vérifiée :


83

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longueur du pont40 m3 / h

Débit maximum de recirculation>

3.17) EVALUATION DES CONCENTRATIONS DE L’EFFLUENT TRAITE

3.17.1) Evalutation de la concentration de la DBO5 en sortie

DBO5 totale en sortie = DBO5 ad2h + DBO5 dure + DBO5 mes

Avec :

DBO5 ad2h = DBO5e x (1-(0,5*(1+EXP(-CM)))^0,5) x 1000/QJTSDBO5 dure = 0,05 x DBO5e x (2,5/(VBIOret*24/QJTS)) x 1000/QJTSDBO5 mes = b’ x CMESs x % MVS x 5/100

3.17.2) Evalutation de la concentration des MES en sortie

MES sortie = 30 mg/l x (Vappliquée / V théorique)^0,7Vitesse à calculer sur les trois régime hydraulique :

Sur Qmts ⇒ V mts ⇒ Concentration en MES en période diurneSur Qpts ⇒ V pts ⇒ Concentration en MES en période diurneSur Qnoct ⇒ V noct ⇒ Concentration en MES en période diurne

3.17.3) Evalutation de la concentration de la DCO en sortie

DCO sortie = 10^((0,97+0,23*LOG(ConMESs)+0,49*LOG(ConDBO5s))

IV. DIMENSIONNEMENT DE LA FILIERE BOUE.

Dans ce qui suit, nous admettrons que la concentration des boues à extraire est approximativementégale à la concentration des boues recirculées.

A titre indicatif, le tableau ci-dessous représente la concentration des boues à extraire pour untemps de séjour de 90 mn dans le clarificateur en fonction de IM.

Sextr.(g/l) 9 7.5 6.5 5.5 4.5Im (ml/g) 150 180 200 250 300

Dans ce qui suit, nous allons successivement étudier trois filières :

Epaississeur statique hersé + stockeurEpaississeur dynamique + stockeur


84

84

Filtre bande

Nota : Le dimensionnement de la filière boue doit être établi sur la production de boues enexcès hebdomadaire, en prenant en compte les période de temps sec mais aussi celles detemps de pluie, ramenées sur une semaine type (par exemple : 4 jours temps sec, 1 jour depetite pluie, 1 jour de la pluie projet, 1 jour de vidange des bassins de stockage).

4.1) FILIERE - EPAISSISSEUR STATIQUE HERSE + STOCKEUR

Pour éviter des retours en tête chargés - en limitant le temps de séjour du surnageant, il y a lieud'implanter impérativement un épaississement (statique ou dynamique) avant tout stockage desboues en silo. Dissociant ainsi la phase d'épaississement de la phase de stockage.

Tout épaississeur statique, quel que soit sa taille, doit être obligatoirement hersé.

Le débit d'extraction des boues est approximativement égal au débit d'alimentation del'épaississeur. On obtient alors la relation :

Volume de boue à extraire = sr

= PB +sr

PB PBpc

Soit encore, en considérant que la production de 7 jours est extraite en 5 jours :

QExt = sr

75

. ltfonc h / j

PB .

Cela suppose qu'on gère l'épaississeur de façon à le vider la veille du W.E.

Le fonctionnement d'un épaississeur est caractérisé par sa charge surfacique ch. ch est la quantitéde matières sèches reçues par m2 / jour. Elle peut varier de 25 à 35 kg MS/m2/J.

La valeur de l'indice de Mohlman permet de définir une concentration repère en sortied'épaississeur ainsi qu'une charge surfacique optimale.

Im = 100 ml/g -> Concep = 30 g/l ch = 30 kgMS/m2/jIm = 150 ml/g -> Concep = 27 g/l ch = 27 kgMS/m2/jIm = 200 ml/g -> Concep = 25 g/l ch = 25 kgMS/m2/jIm = 250 ml/g -> Concep = 20 g/l ch = 20 kgMS/m2/j

surface épaississeur : B . 75

. 1ch

P

Les autres paramètres habituels utilisés pour le dimensionnement de l'épaississeur sont lessuivants :

hauteur = 3,5 m (hors cône)hauteur boue = 1,5 mhauteur d'eau claire = 2 m


85

85

Nour rappelons que :

diamètre= 2 × surfaceπ

La hauteur du cône de l'épaississeur sera définie par :

hauteur du cône = diamètre x 0,15Volume du cône = surface x hauteur du cône x 1/3

La hauteur totale de l'épaississeur sera alors calculée suivant la relation :

hauteur épaississeur = vol épaississeur - vol cônesurface

( )

4.1.1) Volume du stockeur des boues épaissies.

débit d'alimentation du stockeur

Qalim = 75

. PBconc ep

. 1tfonc

Avec :

Qalim : débit d'alimentation du stokage en m3/h.PB : Production de boues en kg/j.conc ep : Concentration en sortie d'épaississeur en g/l.tfonct : Temps de fonctionnement de l'extraction de l'épaississeur vers le stokage en h/j.

Le volume du stokeur est pris de façon à avoir 180 jours d'autonomie :

Volume = PB * 180 / conc ep

La puissance brassage à prévoir dans le silo est fonction de la concentration des boues dans le silo:

40 - 60 w/m3 de silo à 25 g/l60 - 80 w/m3 de silo à 60 g/l (égoutté)

4.1.2) Retour en tête de l'épaississeur

Ces retours en tête sont exprimés en pourcentage de pollution exprimé par rapport au flux del'effluent brut (hors dysfonctionnement de l'installation dû à une mauvaise gestion del'épaississeur) :

DB05 : 8-10 % de la DB05 EBMES : 4 - 6 % des MES EBNTK : 10 % de NTK EBN-NH4 : 0,8 [NTK]EBP : 0


86

86

Le volume du surnageant est égal au volume des boues entrées diminué du volume des bouesépaissies.

vol / j = sr

- PBconc.ep

par jourPB

Avec :

PB : Production de boues en kg/j.conc ep : Concentration en sortie d'épaississeur en g/l.sr : concentration des boues dans la recirculation en g/l.

Cette relation permet de dimensionner la pompe de relèvement des retours toutes eaux par défaut (rajouter filtrat + lavage filtre à bandes).

4.2) FILIERE - EPAISSISSEMENT DYNAMIQUE + STOCKEUR

Nous utiliserons un épaississement par table d'égouttage (à considérer comme un premierniveau de déshydratation).

Avantage de ce dispositif :

concentration boues épaissies = 60 à 70 g/l (donc volume stockeur plus faible)retour en tête : flux en pollution # 0 (car temps séjour des boues dans le circuit faible)

Les débit hydrauliques correspondant à l'alimentation de la table d'égouttage sont les suivants :

Qalim = 12 m3/h par mètre linéaire de table en amont d'un silo. (valeur maximale)

Q'alim = 15 m3/h par mètre linéaire de table en amont d'un filtre bande.

Qlavage = 5 m3/h par mètre linéaire de table

La charge massique est obtenue en multipliant ce débit par le concentration de recirculation.

Par exemple :

sr = 8 g/l ⇒ ch arge massique : 8 x 12 = 96 kgMS/h.mlsr = 7 g/l ⇒ charge massique : 7 x 12 = 84 kgMS/h.ml

Le temps fonctionnement pour une table automatisée est compris entre 8 et 12 heures par jours, etce 5 jours par semaine.

La largeur de la table à utiliser est calculée comme suit :

largeur table = 75 Qalim x sr

. 24tfct

PB


87

87

Dans cette relation, Qalim représente comme précédemment le débit par mètre linéaire de tablesoit 12 m3/h par mètre linéaire de table.

La largeur de bande minimale est de 0,50 m (donnée commerciale).

Pour les stations dont la capacité est inférieure à 2500 équivalents habitants, l'extraction des bouesse fera directement du puits à boue par la pompe d'alimentation de la table d'égouttage. Pour desproblèmes d'exploitation un petit ouvrage d'épaississement peut être envisagé en amont(dimensionné pour un temps de séjour de 4 à 6 h).

4.2.1) Volume du stockeur des boues

Le volume du stokeur est pris de façon à avoir 180 jour d'autonomie :

Volume = PB * 180 / conc ep

La puissance brassage à prévoir dans le silo est fonction de la concentration des boues dans le silo:

40 - 60 w/m3 de silo à 25 g/l60 - 80 w/m3 de silo à 60 g/l (égoutté)

4.3) DESHYDRATATION PAR FILTRE BANDE

La largeur du filtre bande est estimée par la relation ci-dessous :

largeur du filtre bande = 75 capacité en kgMS/ h / m

PB

La capacité massique du filtre bande pour une boue activée avec une charge massique cminférieure à 0,1 kgDBO5/kgMVS est la suivante :

filière épaississeur + filtre bande : charge massique = 80 kgMS/h par ml de bande.table d'égouttage + filtre bande : charge massique =110 à 120 kgMS:/h par ml de bande.

Le durée hebdomadaire de fonctionnement du filtre bande est calculée à l'aide de la relation :

durée hebdomadaire = 7 PBcapacité largeur

××

4.3.1) Retour en tête du filtre bande

Ces retours en tête sont exprimés en pourcentage de pollution exprimé par rapport au flux del'effluent brut (hors dysfonctionnement de l'installation) :

DB05 = 10 %MES = 20 %NTK = 5 %


88

88

P = 2 %

La siccité en sortie du filtre bande est fonction de l'indice de Mohlman :

IM = 125 ml/g siccité = 18 %



Les volumes retournés en tête par le filtre bande sont calculés comme suit :

Volume en retour F.B. = volume filtrat + volume eaux lavage

Volume eaux lavage = 7 m3 x largeur filtre x h fonct

Volume filtrat = volume boues amont - volume boues déshydratées

4.3.2) Aire de stockage boues déshydratées

h = 1,50 m (hauteur moyenne de stockage)Temps de séjour dans le stokeur = 180 j

Vol = siccité

x 180PB

surface de l' aire = vol boues stockée m1 5,

4.4) CHAULAGE DES BOUES

4.4.1) Réaction chimique

CaO + H2O Ca(OH)256 g 18 g 74 g

Pour y kg de CaO, on obtient :

18 y = 0,321 y kg H2O56

Pour y kg de CaO, on obtient :

74 y = 1,321 y de Ca(OH)256


89

89

4.4.2) Siccité immédiate

Sf = siccité immédiate sortie malaxeur des boues chauléesSo = siccité initiale sortie machine de déshydratation avant chaulageP = pureté de la chaux = 0,92 à 0,94 (soit 92% à 94% de CaO)

% de chaux sur MS (matières sèches) ;

( )[ ]% ( ), .

CaOMS

Sf SoSo P Sf

= −+ −

1001 0 321

Nota : La siccité immédiate obtenue est due essentiellement à la liaison chimique de Ca(OH)2 .La siccité augmente en fonction du temps de contact, comme une prise chimique au même titre que

le béton.L’effet de la réaction exothermique est secondaire dans l’augmentation de la siccité (température

inférieure à 85°C environ), mais elle traduit le réactivité de la chaux, en quelque sorte sa qualité (% de CAO,qualité de la cuisson…)

4.4.3) Siccité après contact de 30'

Sf SfCaOMS30 0 05' ,= + ×

4.4.4) Siccité après contact de 24 h

Sf SfCaOMSh24 0 15= + ×,

4.4.5) Exemple de calcul

So = 18 % = 0,18 sortie Filtre BandeSf24h = 35 % = 0,35 après 24 h de contactPureté chaux = P = 0,92% chaux = X = 52 %

4.4.5.1) Siccité immédiate avec 52 % CaO

( )[ ]Sf

So X PX So

=+ +

+1 1 0 321

1, .

.

X = 0,52P = 0,92So = 0,18

Sf = 0,275 soit 27,5 % de siccité


90

90

4.4.5.2) Siccité après 30' de temps de contact

Sf SfCaOMS30 0 05' , .= +

Sf30’ = 0,275 + 0,05 x 0,52

Sf30’ = 0,30 soit 30 % de siccité

4.4.5.3) Siccité après 24 h de temps de contact

Sf SfCaOMSh24 0 15= + ×,

Sf24h = 0,275 + 0,15 x 0,52

Sf24h = 0,353 soit 35 % de siccité

4.5) DESHYDRATATION PAR FILTRE PRESSE

4.5.1) Le filtre presse avec conditionnement minéral

Le conditionnement minéral se fera toujours avec un coagulant de sel métallique comme lechlorure ferrique (FeCl3) ou le chlorosulfate de fer ou "clairtan" (FeClSO4) associé à de lachaux éteinte (Ca (OH)2 ) - préparée sous forme de lait de chaux avec une concentrentation del'ordre de 80 à 100 g/l.

Le pourcentage de réactif (exprimé par rapport à la quantité de boues en MS ) sera dépendantdu type de boue considérée dans le filière étudiée.

Plus la boue sera difficile à filtrer plus il y aura lieu de rajouter des réactifs minéraux,notamment de la chaux.

Par exemple une boue primaire se filtre mieux qu'une boue biologique stricte.

Les différentes types de boues que l'on peut rencontrer dans une process en cultures libres ;

- boues primaires (issues d'une décantation gravitaire avec ou sans de réactifs) - BP

- boues biologiques strictes après une décantation primaire - BBs

- boues biologiques sans décantation primaires - BB

- boues physico-chimique tertiaire (sur densaged) - Bϕt


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4.5.1.1) Pourcentage de réactif à introduire

Pourcentage de réactifs à ajouter par rapport à la masse de boue exprimée en matière sèche(MS) et en fonction du type de boue ;

BP : Ca (OH)2 = 18 % des MSFeCl3 = 3,5 % des MS

BB : Ca (OH)2 = 30 % des MSFeCl3 = 10 % des MS

Btertiaire : Ca (OH)2 = 15 % des MSFeCl3 = 3,4 % des MS

4.5.1.2 ) Masse de boues conditionnée

Le calcul de la masse de boue condionnée ( masse de boue à déshydrater augmentée du poid desréactifs introduits) se fait une durée d'une semaine et correspondant à une durée de déshydratationhebdomadaire.

❶ La masse de Ca (OH)2 = (MBP x coef Ca (OH)2) + (MBB x coef Ca (OH)2) + (Bouetertiaire xcoef Ca (OH)2 )

❷ La masse de FeCl3 = MB x coef FeCl3

❸ La masse de boues à déshydrater = masse de boue vierge + M ca(OH)2 x 0,85 + 0,66 x MFeCl3

Masse MS1 = Masse CaOH x 0,85 + Masse FeCl3 x 0,66 + Masse hebdo.Boue

(kg/sem (kg/sem) (kg/sem) (kg/sem)

4.5.1.3) Concentration de la boues conditionnées

[MS1] = Masse de boues à déshydrater

Concentration = [Con1] = [MS1] / volume des boues à déshydrater hebdomadaire

Conc.MS1 = Masse MS1 / Vol. hebdo.Boues(g/l) (kg/sem) (m3/sem)


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concentration de la boue" vierge" = suivant sont traitement en amontconcentration du lait de chaux = 80 à 100 g/l prendre 100 g/lconcentration de FeCl3 = 560 à 586 g/l

Volume MS1 = vol boues épaissies x 7 + Masse totale Chaux / 100g/l + Masse totale FeCl3/ 586 g/l

Volume retours en tête = Volume MS1 - Volume gateau

4.5.1.4) Epaisseur de gâteau

e = épaisseur gâteau

Epaisseur gâteau (e) = 35 mm si il y des B.PRIMAIRES sinon e = 30 mm

Boues biologiques seules ⇒ e = 30mmBoues biologiques + Boues tertiaires ⇒ e = 30mm

Concentration de référence des boues conditionnées = 45 g/l

4.5.1.5) Siccité de la boue pressée

La siccité de la boue pressée sera fonction du type de boue ou de la proportion des différentes typesde boues présentes dans le mélange

Suivant le ratio BP/BB , nous obtenons un coefficient de siccité

Ratio BP/BB = Product BP / Product BB(kg/j) (kg/j)

RatioBP/BB

0,43 0,67 1,5 2,33

Coeff.siccité 0,88 0,92 1 1,08 1,12

Siccité des boues déshydratée = 35 x coeff. siccité(%)

4.5.1.6) Temps de pressée

Temps de pressée (minutes) = 30 + (150 x (e/35)2 x 45/ [Con1]

temps de pressée = temps de remplissage et débatissage


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Temps de débatissage = 30 minutes

4.5.1.7) Volume du filtre presse

❶ Nombre de pressées/j = nbre d'heures journalierde travail / (temps pressée /60)

❷ Nombre de pressées / sem = Nb de pressées / j x jour d'exploitation

❸ Masse gateau / par pressée = MS1 / (Nbre pressées hebdo x siccité/100)

❹ Volume gateau / par pressée = masse gateau / densité

• Volume filtre = Masse Gateau par presse / densité(l) (kg) (kg/l)

• Masse de Boue pressée = Masse MS1 / (Siccité Boue x 10)

Siccité 30 35 40densité des boues

filtrées1,15 1,17 1,21

4.5.1.8) Surface du filtre

Surface filtre = Volume filtre x 2 / épaisseur ( il y a 2 faces de filtration)

4.5.1.9) Volume des boues pressées

• Vol de Boue pressée = Masse MS1 / (densité)

4.5.1.10) Volume occupée par la boue pressée dans une benne

Nota = Dans une benne,les boues pressées de filtre presse accuse un pourcentage de videimportant (foisonnement ) de l'ordre de 30 % , (cas sans destructuration du gâteau) et 10 à15% ( cas de la présence de double vis en-dessous du filtrepresse) qu'il y a lieu de tenir comptedans l'estimation des volumes évacuer en prenant une densité totale de boue de l'ordre de d =0,8.

si densité = 1.17pourcentage de vide = 30% soit % d'occupation = 70%

densité réelle = 1.17 x 0,70 = 0,82


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4.5.2) Le filtre presse avec conditionnement polymère

4.5.1.2) Boue activées très faible charge

1,5 à 4 % FeCl3 pur / t MS⇒ 4%

8 à 14 l polymère / t MS ⇒ 12l/t MS

- Cuve FeCl3 + boue ⇒ Tc = 10'

- Ajout du polymère en ligne dans la conduite en amont de la pompe

ou en amont de la pompe à membrane avec variation de fréquence

Siccité = 28 % ± 2 (cas général)

Siccité = 30 % ± 3 (cas particulier de boues très struturées)

- Temps de pressée 2h30 à 3h ( dont débatissage 30 mn mini à 45 mn)- 2 pressées en moyenne/jour- 3 pressées en lançant une pressée le soir et débatissage le matin

-Temps de cycle de remplissage = 120 minutes- Temps de debatissage = 6 à 7 secondes par plateaux x 82

Cuve aval GDD = volume minimum ≥ 1 volume d’une presséeCuve de maturation = Tc = 15 minutes minimum

- Nbre de lavages haute pression des toiles par semaine = 1 pour polymèreconditionnement avec Ca(OH)2, lé fréquence peut plus espacée

- Duree du lavage: 40/100 secondes par plateaux (selon le taux d'usure des toiles) 40 x 82 = 3280/60 = 55 minutes 100 x 82 = 8200/60 = 137 minutes

Essais Mirecourt (effluent abattoir+domestique)

Densité = 1 à 1,1 (d=1,1 mesurée à Kerbach)

polymère = 10 kg / t MS (boue d’épaississeur)

FeCL3 pur = 1,5 %


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Concentration en boues épaissies = 20 g/l

temps de pressée = 2h à 2h30

temps de débatissage = 30mn à 1h

épaisseur gateau = 25 mn maxi

Siccité = 29 à 31 % (boues particulières présence de poils issus de l’abattoirdonnant une bonne filtrabilité à la boue)

4.5.2.2) Passage FeCl3 à FeCl S0 4

FeCl3 = 162,5 g (poid molaire)

% Fe = 56 = 0,345 ou 34,5 % 162,5

15 % FeCl3 pur /MS soit 5,17 % Fe/MS

Atochem

d = 1,45

FeCl3 = 560 g/l et Fe3+ = 193 g/l

Thann - Mulhouse - Clairtan

à 180 g/l de Fe3+ et d = 1,48

4.5.2.3) Exemple à 15 % FeCl3 pur ou 5,17 % Fe

Clairtan Thann

1000 kg MS x 5,17 x 1,48 = 425 kg Clairtan commercial 0,180 x 100

Clairtan Kemro

Fe = 185 - 195 g/l ≅ 190 g/l

d = 1,52

1000 kg MS x 5,17 x 1,52 = 414 kg Clairtan commercial 100 x 0,190


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FeCl3 Atochem

1000 kg MS x 5,17 x 1,45 = 388 kg FeCl3 commercial 0,193 x 100

Rapport produit commercial Clairtan ≅ 1,07 à 1,1 FeCl3

4.5.3) Le filtre presse à membrane avec conditionnement polymère

- siccité = 33% avec 7% de FeCL3 ( injecté dans la cuve des boues GDD) + 4 à 6kg / T MS(émulsion) à 1g/l injecté en aval de la pompe HP ( rotor excentré - 8bars dimensionnée pour 9 barsavec variation de fréquence)- gâteau de 25mm ( 30mm envisagé par Diemme)- temps de cycle :

Remplissage = 45mm Sqeezing membrane ( à l’air) 30mm Débatissage = 15mm Total = 90mm soit 6 pressées / jour possible (prendre par sécurité 105 à 110mm)

densité = 1,08 à 1,1siccité de dimensionnement = 30% à 33% ( garantie du fournisseur)

4.5.4) CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DU CONDITIONNEMENT

4.5.4.1) Debit de la pompe H.P

Type ABEL = H.P à membrane ( 15 bars)

exclure la PCM qui lamine la boue et détruit le floc ( réduit le rendement du Filtre presse)

débit pompe HP = Volume filtre x coef boues

Coef = 10 si il y a des boues primairesCoef = 6 si pas de boues primaires

Formule plus précise :

débit pompe HP = Volume filtre x coef de pompage x siccitéfinale / (temps de préssée xconcentration boues conditionnéees)


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avec :coef de pompage : 2 à 2,5temps de préssée : temps de préssée total hors débatissage

- Temps de remplissage du filtre = 6 - 10’- Temps de montée en pression = 30’- Temps de pression ( 15 bars ) = au bout de 1h10 - 1h15’

Prévoir un laveur HP automatique ( 100 bars mini)Eau potable obligatoire

Lavage du filtre = toutes les 40 - 50 pressées

4.5.4.2) Chaine de conditionnement

4.5.4.2.1) Cuve de Fecl3

Temps de contact = 10’ en moyenne ( 5’ mini et 15’ maxi)agitateur lent

Volume cuve FeCl3 = Volume boues hebdo x 10’/60’ / nb heure fct semaineDébit de la pompe FeCl3 = Qt de Fe Cl3 x 2 / ( concentration x nb fct sem)le facteur 2 est une facteur de sécurité

4.5.4.2.2) Cuve avec la Chaux (CaOH2)

Temps de contact = 17 ‘ en moyenne ( 10’ mini et 25’ maxi)agitateur lentVolume cuve Ca(OH)2 = Volume boues hebdo x 20’/60’ / nb heure fct semaine

Débit d’injection = Qt de chaux sem x 2 / ( 100g/l x fct sem)2 = coef de sécurité100 g/l concentration du lait de chaux

Débit de la pompe de recirculation = 10 x le débit d’injection du lait de chaux(en fonctionnement canard marseillais)

Qt de chaux injectée = Débit d’injection x 100 g/l / 1000

4.5.4.2.3) Cuve de stockage

Volume = 1 presséeagitateur lentVolume cuve stockage = Volume boues hebdo / nb de pressées semaine

Puissance de brassage = 250 w/m3aller jusqu’à 400 w/m3 avec des boues de GDE ( à vérifier!)


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Prévoir des agitateur multi-étage = 1 étage tout les mêtresla surface de révolution du module de brassage = surface cuve /2

Agitateurs lents = 50 à 60 tr /mnEviter les hélicesPrendre des plats inciné à 45°

La bâche de stockage ne fonctionner qu’ en discontinue pour homogénïser les bouesLa bâche de stockage sert de volume tampon

4.5.4.2.4) Préparation du lait de chaux

prévoir un trémis intermédiaire après la trémie sous le silo à chauxbac avec poires haute et basseDosage = piquage sur pente supérieure de la canalisationInjection = par piquage ( électrovanne) sur le circuit de recirculationEn amont du piquage prévoir un lyre pour maintenir une charge sur l’injectionrecirculation avec boucle continuevitesse dans la canalisation en bouce = 1,5 m/s

Pompe à liquide chargé centrifuge =débit de la pompe = 10 x le débit d’injection du lait de chaux

canalisation en caoutchouc toilé

4.5.4.3) - Détermination des doses à mettre en oeuvre

Cette détermination se fait, en laboratoire, par mesure de la résistance spécifique à la filtration à0,5 bars de dépression : ; 0,5

Méthode de mesure

Cette détermination permet de fixer les dosages optimaux de réactifs sur filtre presse, maisil faut tenir compte du facteur de compressibilité.La figure 1 décrit l'appareillage nécessaire au test.Remplir le buchner de boue à filtrer préalablement conditionnée.Etablir un vide de 0,5 b rapidement et veille à ce que cette valeur reste constante tout aulong de l'essai.

Dès que le vide est atteint, mettre en route le chronomètre et noter le volume de filtrat déjàrecueilli soit Vo (en général 20 ml) correspondant au temps to, qui sera à soustraire desvolumes répérés untérieurement. Noter les temps pour différents volumes de filtratsrecueillis : par exemple pour 30, 40, 50, 60 ml etc...

L'essai est conduit jusqu'à essorage du gâteau (perte de vide due au craquellement dugâteau).

Les volumes Vo - V1 - V2 --- correspant aux temps to - t1 - t2 --- sont relevés.


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Parter sur un graphique les points ayant pour abscisse Vx et pour adonnée.

tV - V

x

x o

Ces points sont en principe alignés (sauf en début de filtration et pendant l'essorage). Lapente de la partie linéaire de la courbe obtenue est égale au coefficient a exprimé en

sec( )cm 2

Expression de la résistance spécifique à la filtration :

r0 5, = 2 x a x P x 5r x c

où2

P est la pression appliquée exprimée en baryes (1 g/cm2 = 981 baryes) soit pour 0,5 b, 500x 103 baryes.

S la surface de filtration en cm2. Par convention, on utilise un buchner démontable(schéma 2) d'un diamètre utile de 6,5 cm. On a ainsi 52 = 1,1 x 103 cm4µ viscosité du fitrat en poises (à 20°C µ = 1,1 x 10-2 poises)C concentration en matières sèches des boues conditionnées exprimée en g/cm3.

Calcul simplifié :

Si on exprime la pente de la droite a en 10-4 et C en g/l, la résistance spécifique devient:

r cm g0 5, / = ac

x 10 = ac

x 10 m / Kg10 11

Test de filtrabilité sous pression

La résistance spécifique à la filtration peut être mesurée en cellule de pression. Cette mêmecellule peut être utilisée pour déterminer, par étude de la variation de la résistancespécifique en fonction de la pression, le coefficient de compressibilité d'une boue et pourdéterminer sa siccité limite.

Le principe de la méthode est le même que celui décrit pour la r 0,5 (voire plus haut).

L'appareil utilisée est celui du schéma 3.

On humidifie la papier filtre et on assure une légère surpression pour assurer l'étanchéitédu fond de la cellule et éliminer l'excès d'eau retenu par le filtre.

On ajuste l'éprouvette graduée sous l'entonnoir de la cellule.


100

100

On verse l'échantillon (100 à 150 ml) de boues conditionnées dans la cellule et on fermecelle-ci.

On applique la pression choisie (0,5 à 15 bars) et on procède de la même manière que pourla mesure sous dépression.

Remarque :pour des pressions inférieures à 2 bars, l'utilisation du piston est déconseillée.


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Détermination du coefficient de compressibilité

Mesurer la résistance spécifique à différentes pressions (par exemple 0,5 b, 1,5 b, 4,5 b et 13,5 b)et tracer la courbe log2 = f (log P) s'assurer de sa linéarité et mesurer sa pente qui est égale aucoefficient de copressibilité.

s = log 1 - log 2log P - log P

2 1

2 1

s'est un nombre sans dimension.

Conditionnement à mettre en oeuvre

Pour un filtre presse à plateaux chambrés, les taux de conditionnement doivent êtresuffisants pour atteindre une résistance spécifique à la filtration de 5 à 15 x 1010 cm/g.

Remarque :l'ajout de réactifs augmente la quantité de boues à traiter dans les proportions suivantes:

FeCl3 : (exprimée en pur) injectéeCa(OH)2 : 90 % du poids introduitIl faut donc en tenir compte dans le calcul de la quantité de boues à déshydrater.

MISE EN OEUVRE DU CONDITIONNEMENT

Un bon mélange des réactifs avec les boues doit être recherché. Ce mélange se fait dans des bacsagités. Le sel de fer doit toujours être injecté en premier. La chaux sera diluée sous forme de laitde chaux à 50 - 100 g/l.

Les temps de contact sont de l'ordre de 5 à 10 mn et l'énergie d'agitation de 150 à 300 W/m3.

Un temps de murissement du floc est généralement profitable. Par contre une agitation ou untemps de stockage trop long peuvent, dans certains cas, détériorer la filtrabilité des bouesconditionnées.

Le transfert de la boue floculée ne doit pas provoquer la destruction du floc : les pompescentrifuges sont donc prohibées.L'atelier de conditionnement peut être entièrement automatisé.

CONDITIONNEMENT AUX POLYELECTROLYTES

C'est le type de conditionnement adapté à la deshydratation sur filtres à bandes presseuses,épaississement par drainage (GDE), centrifugation et, sous certaines réserves, sur filtres presses.

Les polyélectrolytes ont pour effet


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une floculation très marquée par formation de ponts entre particules, grace aux longues chainesramifiées. Cette floculation est renfacée par une action coagulante dans le cas des polymèrescationiques.

une fate diminution de la résistance spécifique de la boue floculée avec par contre augmentationde l'hydrophilie particulaire et du coefficient de compressibilité.

Choix du polymere

Un grand nombre de polyélectrolytes sont à disposition. Il faudra donc effectuer des tests simplesde floculation pour déterminer le produit le mieux adapté à la boue à traiter.

Pour cela, on utilisera le test ci après :

Le matériel utilisé est le même que celui utilisé pour la mesure de la résistance spécifique à lafiltration (voire plus haut schéma n°1).

Les polymères à tester sont mis en solution à 1 ou 2 g/l.

Pour chaque produit à tester, on prépare dans un becher de 500 ml un échantillon de boue de 200ml.

On lui additionne la solution depolymère à tester (de préférence avec une seringue) en agitant,jusqu'à apparition d'un floc bien formé et d'une eau intersticielle claire. On note le volume desolution de polymère utilisée.

La boue ainsi floculée est déposée sur le buchner dans lequel on aura déposé préalablement 2papiers filtres superposés.

On établit le vide et on décleche le chronomètre lorsqu'on a obtenu 20 ml de filtrat. On arrête lechronomètre lorsqu'on atteint 120 ml de filtrat. On note

Volume de retour en tête

• Vol.Boue Sec = Masse MS1 / (Siccité Boue x 10)(m3/sem) (kg/sem) (%)

• Vol. filtrat.= Vol. hebdo Boue - Vol.Boue Sec(m3/sem) (m3/sem) (m3/sem)

• Vol. retour Sec = Vol. filtrat(m3/sem) (m3/sem)


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V. BIBLIOGRAPHIE

CORNICE Robert. ‘’Conditionnement et traitement des boues des stations d’épuration des eauxrésiduaires urbaines et des usines de production d’eau potable.’’ Institut National Agronomique de Paris,cycle ‘’Valorisation agricole des déchets des usines de traitement des eaux’’, 13-17 avril 1992.

FAYOUX Christian.‘’LOGICIEL DIMSTEP eaux & boues’’ (Document interne CIRSEE), 1992.

SADOWSKI Antoine. ‘’Dimensionnement d’une filière de traitement par boues activées’’CIRSEE,1992