cours Épuration

7/26/2019 Cours puration

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Chapitre I : Caractristiques des eaux uses urbaines

I-1 Introduction :

La consommation excessive des eaux par les diffrents secteurs (les habitants, l'agriculture et l'industrie)

engendre des quantits importantes d'eaux uses dont leur rejet dans la nature sans traitement peut

provoquer des graves nuisances pour la sant publique ainsi que pour l'environnement d'ordre gnral.

L'puration des eaux uses s'avre indispensable afin de protger la population contre les maladies

transmission hydrique et lutter contre la pollution des eaux souterraines et les sols agricoles. Il est

ncessaire alors de connatre la composition et les caractristiques des eaux uses alimentant une station

d'puration.

I-2 types de rseaux d'assainissement

Dans l'assainissement collectif, on peut distinguer 3 types de rseaux d'gouts :

Rseaux unitaires : Conus pour recueillir les eaux uses et les eaux de pluie. Ils rendent

l'puration des eaux trs difficile et trs coteuse cause des grandes variations de dbit (temps de

pluie) et de la forte dilution des eaux d'origine domestiques.

Rseaux sparatifs: Rservs exclusivement aux eaux uses, accompagns d'gouts pluviaux. C'est

le systme le plus adopt rcemment.

Rseaux pseudo-sparatifs: Destins aux eaux uses auxquelles on a raccord des drains de

fondation et des conduites d'vacuation des eaux de toiture.

I-3 Classification des eaux uses

Les eaux rsiduaires comprennent:

Les eaux uses domestiques ou urbaines;

Les eaux rsiduaires industrielles;

Les effluents des tablissements agricoles et d'levage;

I-3-1 Eaux uses domestiques

Elles sont composes de :

Eaux mnagres (lave de linge, eaux de cuisines);

Eaux vannes (toilette) charges de fecs et d'urine;

Eaux de lavage des voiries;

Eaux provenant des immeubles commerciaux;

Eaux de ruissellement (pluie, neige,..).

Les eaux uses urbaines sont charges par les matires minrales et organiques qui peuvent tre solides,

liquides ou gazeuses ainsi que les microorganismes (org). Ces matires peuvent tre sous forme de

dbris grossiers, en suspension, collodales ou dissoutes.

Pour que les eaux puissent tre domestiques, elles doivent remplir les conditions suivantes:

Le rapport DCO/DBO52;

DCO < 750 mgO2/l;


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NTK < 100 mg/l.

I-3-1 Eaux uses industrielles

Il apparat difficile de pouvoir faire une classification complte des eaux rsiduaires industrielles en vue :

La diversit des activits industrielles

La grande diffrence qui existe dans les rejets industriels de mme activit (volume et degr de

pollution).

Dans les pays dvelopps, tout rejet industriel doit faire l'objet d'une autorisation et obir aux diffrentes

circulaires rglementaires. Cependant, il existe des prescriptions (recommandations) communes tous les

types de rejets:

Temprature < 30C;

5,5 < pH < 8,5;

Aucune coloration visible du milieu rcepteur;

Absence des mousses et corps flottants.

I-3-1 Eaux uses d'origine agricole

Elles proviennent essentiellement de certains produits utiliss en agriculture tels que les insecticides, les

pesticides, les engrais et les rsidus d'origine animale. Parmi les composs organiques les plus rpandus,

on cite: les aminoacides, les acides gras, les esters et les dtergents anioniques. Par contre, les composs

inorganiques qui peuvent tre se trouver, sont: Na, Ca, Mg, Cl, NO3, SO4, HCO3.

I-4 Caractristiques physicochimiques des eaux uses urbaines

Les paramtres physicochimiques d'une eau use regroupent les paramtres suivants:

pH: Il indique l'acidit ou la basicit de l'eau use. Dans certains cas, le pH peut tre un indice de

pollution. Le contrle du pH permettra de maintenir une eau l'quilibre (ni agressive ni

incrustante). Il est important galement au cours du traitement de l'eau (l'tape de

coagulation/floculation, dsinfection par le chlore et traitements de correcteurs). Le pH peut

altrer la croissance des organismes. Il est mesur l'aide d'u pHmtre.

Temprature: La temprature de leau joue un rle important en ce qui concerne la solubilit des

sels et des gaz. Par ailleurs, la temprature accrot les vitesses des ractions chimiques et

biochimiques dun facteur 2 3 pour une augmentation de temprature de 10 C. Llvation de la

temprature favorise lauto-puration, et accroit la vitesse de sdimentation. Elle est mesure par

le thermomtre en 3 units (degr Celsius C, Kalven K, ferhanhayte).

La turbidit: Elle est cause par la prsence desmatires en suspension (MES). Les eaux uses

sont trs turbides cause des grandes quantits en MES et des sables. Elle est mesure l'aide

d'un turbidimtre en NTU. On peut rduire la turbidit durant l'tape de prtraitement. Cependant,

la grande partie est limine durant l'tape de clarification.

Pour les trois paramtres prcits, il est judicieux de les liminer sur site ou sur terrain car ils sont trs

sensibles aux changements climatiques.


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MES: Les matires en suspension comprennent toutes les matires minrales ou organiques qui ne

se solubilisent pas dans leau ainsi que les argiles, les sables, les limons, les planctons et autres

organismes de leau. La quantit de matires en suspension varie notamment selon les saisons et

le rgime dcoulement des eaux. Ces matires affectent la transparence de leau et diminuent la

pntration de la lumire et, par consquent, la photosynthse. Elles peuvent galement gner la

respiration des poissons. Elles peuvent tre doses par gravimtrie (mthodes des pess) en mg/l

ou en g/l.

On distingue :

*Matires volatils en suspension (MVS = 70%MES totales), elles reprsentent la fraction

organique des MES;

* Matires minrales en suspension (MMS= 30%MES totales), elles reprsentent la fraction

minrale des MES, c'est la diffrence entre les MES et les MVS;

* Matires dcantables qui dcantent en 2h. Elles peuvent tre minrales ou organiques;

* Matires non dcantables qui ne sont pas retenues par les dcanteurs et vont vers le

traitement biologique.

Demande biologique en oxygne (DBO): Elle est dfinie comme la concentration en O2

consomme par les organismes pour dtruire (dgrader) les composs non azots dans des

conditions bien prcises (Temprature= 20C, l'obscurit et pendant un temps donne).

En prsence d'O2, les bactries arobies transforment ou dgradent les matires organiques (MO). Si

la quantit d'O2est suffisante l'oxydation des MO s'effectue en 2 tapes:

* Oxydations des composs carbons (glucides, lipides, protines) qui se termine en 20 jours

20C.

*Oxydation des composs azots, cette raction commence au bout d'une dizaine de jours.

Trs souvent, c'est la premire tape seulement qui est prise comme test de la pollution. En effet,

l'oxydation biologique ncessite un temps de 20 28 jours, on mesure dans ce cas le DBO ultime, DBO 21

ou DBO28. Puisque cette priode est longue, alors on choisi par convention une mesure aprs 5 jours

appele DBO5. La DBO reprsente seulement la pollution organique carbon biodgradable.

Gnralement, la DCO est de 1,5 2 fois la DBO5pour les eaux uses urbaines et de 1 10 fois pour

l'ensemble des eaux uses industrielles.

MO = (2DBO5+ DCO)/3

La DBO est dtermine par une loi empirique qui exprime la consommation en O2entre deux instants. La

formule est comme suit:


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Lt= L0(1e-Kt

)

Tel que :

Lt: la DBO l'instant t.

L0: la DBO ultime ou maximale

t : le temps en jours

K : constante de vitesse de la raction d'oxydation de la MO. Elle est en fonction de la temprature.

KT = K20(1,047)T-20

La dgradation biologique de la pollution azote se produit sous l'action des bactries nitrifiantes et

n'intervient qu'au-del d'une dizaine de jours.

Demande chimique en oxygne (DCO): Elle reprsente la teneur en oxygne consomme par les

matires oxydables (rductrices) dans des conditions bien dfinies. Cette mesure correspond une

estimation des matires oxydables prsente dans l'eau quelle que soit leur origine organique ou

minrale, biodgradable ou non biodgradable.

La DCO est exprime par la quantit d'O2fournie par du bichromate de potassium K2Cr2O7, ncessaire

l'oxydation des substances rductrices pendant 2h l'bullition (140 150C) en milieu acide et en

prsence d'un catalyseur (H2SO4+ HgSO4).

La DCO = DBO21(ultime) si dans l'eau considre, toutes les matire organiques sont biodgradables.

Sinon, La DCO est suprieure DBO21.

Thoriquement, pour le glucose, on a : DCO/DBO5=1,46.

Gaz dissous: Dans les eaux uses, on peut trouver des gaz provenant de la dcomposition de la

MO tels que: le mthane CH4, l'acide sulfurique H2S, le dioxyde de carbone CO2, l'oxygne O2et

des gaz provenant des eaux uses industrielles tels que: le chlore Cl2, l'azote ammoniacale NH3, le

monoxyde de carbone CO,.ect. Ces gaz sont toxiques ou explosifs.

Matires azotes: L'azote rencontr dans les eaux uses urbaines peut avoir un caractre

organique ou minral, il se prsente sous 4 formes :

*L'azote organique existant dans les eaux uses, se trouve essentiellement dans les protines, les

peptides et les acides amins. Il se transforme en azote ammoniacal suite dcomposition

biologique ou chimique;

*L'azote ammoniacal (NH4+) traduit un processus d'ammonification de la MO azote. Les ions

d'ammoniums subissent une nitration sous l'action des bactries nitrifiantes;


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*L'azote nitreux (NO2-) provient d'une oxydation incomplte de l'azote ammoniacal ou par une

rduction des nitrates par dnitrification. Les nitrites sont instables et sont rapidement transforms

en nitrates;

*L'azote nitrique (NO3-) est produit par nitrification de l'azote ammoniacal. Il joue un rle

important dans le dveloppement des algues et participe au phnomne d'eutrophisation.

Dans les eaux uses urbaines, l'azote se trouve principalement sous la forme ammoniacale (Les formes

oxydes sont de trs faibles concentrations).

Matires phosphores:dans les eaux uses urbaines, le phosphore se trouve sous formes d'ions

ortho phosphates isols, ou sous forme d'ions phosphates condenss avec des molcules

organiques. Les ions ortho phosphates correspondent au groupement PO 43-, ils sont facilement

fixs par le sol et peuvent se trouver dans les eaux souterraines.

Autres matires: En plus ces caractristiques, les EU urbaines peuvent contenir galement les

mtaux lourds toxiques, les sels, les huiles et les graisses et les matires colores. A titre

d'exemple, on cite le chrome, le zinc, mercure, phnols, hydrocarbures, pesticides, .ect.

I-5 Caractristiques bactriologiques:

Les eaux uses urbaines peuvent renfermer toutes sortes de germes pathognes (bactries, virus,

parasites). Pour valuer le risque microbiologique d'une eau, on procde la recherche de certains germes

tests faciles isoler et dnombrer dans les principaux sont :

les coliformes fcaux ou les thermotolrants (Echirechia coli);

les streptocoques fcaux;

coliformes totaux;

les clostridium sulfitorducteurs.

Ces germes peuvent se trouver dans les matires fcales mais galement vivre et se multiplier dans les

milieux naturels. Ces bactries sont pathognes et sont indice de la prsence d'autres bactries plus

pathognes telles que salmonelles (thyphode), vibro cholrique, ect.

I-6 Normes de rejet:

Les normes sont des concentrations limites ne pas les dpasser. Il existe diffrents types de normes tels

que : Normes de potabilisation, normes de rejet et normes de rutilisation, qui sont lies la qualit d'eau

concerne. On peut galement avoir d'autres genres de normes qui sont lis lorganisme ou au pays

concern telles que : normes de l'OMS, normes europennes, normes franaises, canadiennes; ect.

Les teneurs maximales en matires polluantes qui pourront tre rejetes dans un milieu rcepteur, sont

appeles normes de rejets. Elles rpondent des lois ou directives nationales ou internationales qui

peuvent tre adoptes localement par arrt prfectoral.


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Chapitre II : Analyse des eaux uses et valuation des dbits

II-1 Introduction

Analyser une eau use s'avre d'une grande importance afin de dterminer les diffrentes caractristiques

ncessaires pour apprcier sa qualit et prvoir par consquent les traitements ultrieurs indispensables.

Cependant, l'opration qui prcde les analyses, appele prlvement et chantillonnage, a galement un

grand intrt car elle conditionne les rsultats d'analyse.

II-2 Prlvement et chantillonnage

Le prlvement de l'chantillon et sa conservation conditionne les rsultats d'analyse ainsi que

l'interprtation qui en sera donne. L'chantillon prlev doit tre homogne et reprsentatif de l'effluent.

Il doit tre conserv dans des bonnes conditions, dfaut, ses caractristiques subiront une transformation

entre le moment du prlvement et celui de l'analyse ce qui induit par la suite une falsification des

rsultats. L'chantillonnage doit se faire plusieurs fois des profondeurs diffrentes, puis on prendra la

moyenne des rsultats d'analyse obtenus.

Paramtre Technique ou produit utiliser Temps max de non volution

DCO 2ml de H2SO4concentr 7 jours

DBO Rfrigration 4C 6 heures

NTK Rfrigration 4C 7 jours

NO2- Rfrigration 4C 7 jours

NO3- Rfrigration 4C 7 jours

II-3 Analyse des eaux uses urbaines

Dans le but d'apprcier la qualit des eaux uses urbaines, l'analyse des paramtres de la pollution est une

tape indispensable. Les paramtres analyser sont: temprature, pH, MES, DBO5, DCO, NTK, NO3-,

NO2-, PO4

3-, huiles et graisses et les mtaux toxiques si le rseau d'assainissement est unitaire.

Pour analyser les eaux uses urbaines, divers quipements et appareillages sont utiliss tels que: pH

mtre, centrifugation, absorption atomique, spectrophotomtre de UV, mthode potentionmtrique (pour

les lments spcifiques fluor, cadmium, plomb), multiparamtre et les mthodes volumtriques.Pour les paramtres biologiques, on procde analyser les coliformes fcaux, coliforme totaux,

streptocoques fcaux et clostridium.

II-4 Notion d'quivalent

Lquivalent-habitant (not EH) reprsente la quantit moyenne de la pollution rejete par jour par

chaque habitant et par les quipements. A savoir, que la pollution rejete par les quipements est estime

30% des habitants. 1EH = 1,3 habitant


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Les charges spcifiques de la pollution tant dfinit comme les valeurs unitaire de pollution correspond au

rejet journalier standard d'un EH pour divers paramtres.

1 EH rejette : * DBO5= 60 g/hab/j * DCO = 120 g/hab/j

* MES= 70 g/hab/j * M azotes = 14 g/hab/j

* M phosphores = 4 g/hab/j pour Q = 150 200 l/hab/j

D'une manire gnrale, la production de la pollution est infrieure aux valeurs dfinies.

Il existe diffrents facteurs qui peuvent influencer les valeurs de lquivalent habitant telles que:

Donnes climatiques.

Taille de lagglomration.

Le dveloppement durbanisation.

Le mode de vie des habitants.

Le mode dutilisation de leau potable.

Le type derseau de collecte des eaux uses.

Limportance des eaux parasites

II-5 Notion de la biodgradabilit

La biodgradabilit est un phnomne complexe qui concerne les diffrentes transformations des

polluants dans l'eau sous l'action des -org. Pour que ces derniers puissent se dvelopper, ils ont besoins

d'lments nutritifs qui sont C,N,P et le S dissous en eaux.

Dans les eaux superficielles, il existe les phnomnes d'autopuration qui constituent en la dgradation

des charges organiques polluantes sous l'action des -org, mais cette dgradation est faible et prendbeaucoup du temps.

Dans les stations d'puration, les mmes phnomnes se produisent mais dans des conditions artificielles

(amplification de nombre de -org, O2dissous abondants, temps limit) afin d'assurer la rapidit de ces

processus ainsi que d'aboutir un bon rendement puratoire.

La biodgradabilit est l'aptitude des eaux uses la dgradation biologique, elle est prsente par le

rapport DCO/DBO5.

Si DCO/DBO5

1,5, l'eau use a une bonne biodgradabilit;

1,5 < DCO/DBO5 < 2,5 , l'eau use a une moyenne biodgradabilit;

1,5 < DCO/DBO5 < 2,5 , l'eau use a une faible biodgradabilit; elle ncessite un traitement

physicochimique.

II-6 Estimation des dbits

Les dbits d'eaux uses rejetes sont calculs partir des dbits d'eaux consommes. Le dbit moyen

journalier consomm est calcul comme suit:

Qmoyjc= (Qpop+Qquip)x1,2


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Tel que :

Qmoyjc: dbit moyen journalier consomm (m3/j);

Qpop: Dbit de la population (m3/j);

Qquip: Dbit d'quipements (m3/j); 1,2 : coefficient de majoration.

Par contre, le dbit de la population est dtermin par la relation suivante:

Qpop= NbxDx10-3

Qpop: dbit de la population (m3/s)

Nb : Nombre d'habitants

D: dotation (l/hab/j)

Le dbit moyen journalier rejet est calcul par la formule:

Qmoyjr= Qmoyjcx Kr

Qmoyjr: Dbit moyen journalier rejet (m3/j);

QmoyjC: Dbit moyen journalier consomm (m3/j);

Kr: coefficient de rejet (0,6 - 0,8)

Le dbit rejet horaire (Qrh) se calcule comme suit:

Qrh= Qmoyjr/24 (m3/h)

Le dbit rejet de point est dtermin partir du dbit rejet horaire:

Qrp= Qrhx Cp

Qrp: dbit rejet de point (m3

/h);Qrh: dbit rejet horaire (m

3/h);

Cp: Coefficient de pointe

Si Qrh 2,81 alors Cp= 3

Sinon Cp= 1,5 + 2,5/( Qrh(l/s))

Qpl(pluie) = Qrh+ QrhxKpl

Kpl: Coefficient de dilution (3 5)

Rseau unitaire, Qrmax= Qpl Rseau sparatif, Qrmax= Qrp

II-7 Paramtres de dimensionnement

Afin de dimensionner une station d'puration, divers paramtres s'avrent de les acqurir tels que:

Type du rseau d'assainissement;

Nombre d'quivalent habitant (EH);

Rejet spcifique (l/hab/j)

Dbits rejet d'eau use (dbit rejet moyen, horaire, de pointe et maximal); Charges polluantes (DBO, DCO,MES, NTK,ect)

Lev topographique de la ville concerne;


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Eude gologique du lieu d'implantation de la step.

Les analyses effectues sur les eaux uses ne refltent pas la pollution exacte de ces eaux car la qualit

des eaux uses varie rapidement dans le temps et dans l'espace. Les rsultats d'analyses reprsentatifs

d'une eau use doit tre la moyenne des sries d'analyses effectues toute l'anne et diffrentes

profondeurs dans le lieu de rejet.

Pour ces raisons, le dimensionnement d'une station d'puration se base gnralement sur les charges

polluantes spcifiques rejetes par un EH par jour.

II-8 Procds d'puration d'E.U.urbaines

Une station d'puration comporte gnralement 4 tapes principales qui sont :

Etape de prtraitement qui regroupe le dgrillage, dssablage, dshuilage-dgraissage;

Etape de traitement primaire qui comporte la dcantation primaire;

Etape de traitement secondaire contient: traitement physicochimique, traitement biologique;

Etape de dsinfection

La prsence ou l'absence de l'une de ces tapes, est conditionne par la qualit d'eau use purer ainsi

que la qualit d'eau pure voulue en fin de traitement.

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