Dimensionnement III. Dimensionnement III.1Introduction : pour commencer il est nécessaire de poser une définition du dimensionnement dimensionnement . « le dimensionnement c’est l’acte de trouver des valeurs aux grandeurs qui caractérisent un dispositif , de sorte que toutes ces grandeurs, aussi bien caractéristique qu’induite par l’environnement, satisfassent les contraintes du cahier des charges » .
III.2 Dimensionnement d’une station d’épuration : Une station d’épuration doit être dimensionnée de sorte à pouvoir recevoir les effluents du bassin habité pour une période d’au moins 25-30ans. 25-30ans. En général, il est plus commode de réalisé les stations en lots fonctionnels successifs en fonction du développement concret des usages et des effluents captés. Tout Tout en prenant en compte l’évolution constante de la situation urbaine et démographique. Pour la conception, il est indispensable de prendre en compte les paramètres suivants :
La charge hydraulique : soit la quantité totale des eaux à traitées en mètre cube émise par jour.
Pour les stations d’épuration industrielles, cette charge sera calculée en fonction des mesures directes des rejets horaires. Les pics massifs seront enregistrés dans les heures d’activité maximum (de 9h00 à 12h00 et de 20h00 à 22h00), et dans les événements météorologiques particulièrement intenses de certaines périodes de l’année.
La charge organique : c’est la quantité complexée de substance organique à traiter présente dans
un mètre cube d’effluent.
La charge en nutriment : c’est la quantité d’azote réduite et sur un second plan, celle de
phosphore présente dans les effluents à traiter.
Les études sur d’éventuels autres polluants pouvant être présents (par exemple les métaux lourds ou les détersifs).
Les études sur les paramètres qui peuvent influencer la forme des polluants et leur dégradation (par exemple le pH, l’oxygène dissout, la conductivité et la température). En général, le dimensionnement est fait sur la base des connaissances hydriques et sur les quantités en équivalent habitant (eq.h).
33
Dimensionnement Si les expérimentations directes ne sont pas possibles ou difficiles à mettre en œuvre, on peut se servir des tables de corrélation entre les quantités d’eau prélevées dans le réseau hydrique et la charge hydraulique de l’effluent. Dans les systèmes systèmes de tout à l’égout, où est présent un système d’éloignement des eaux dégradées, il est important de considérer la possibilité d’événements météorologiques intenses associés à de grandes quantités d’eau à épurer. Dans de tels cas, l’impossibilité d’épurer totalement les eaux sera prévenue à l’amont par un séparateur qui laissera seulement une partie de l’effluent passer et redirigera l’autre partie vers des bassins temporaires.
Figure .1 Schéma de la station de Saint-Louis réaménag
III.3 Détermination des débits et et des charges poluantes : Pour les débits il s’agit de déterminer : Débit journalier (Qj) (m3/j) Débit moyen horaire (Qm) (m3/h) Débit de pointe (Qp) Débit diurne (Qd) a) Débit journalier :
Le débit total journalier est définie par :
Qj = D.N. R
34
Dimensionnement Avec : D : dotation (L/hab/J) N : Nombre d’habitant à l’horizon considéré R : Coefficient de rejet
III.4 Prétraitement : III.4.1 Dégrilleur : Le dégrillage est la première étape du prétraitement des eauxd’une STEP. Il consiste à éliminer les déchets plus ou moins volumineux tels que les chiffons, les textiles, les papiers, les plastiques, ou encore les branches et les feuilles entraînés par les eaux s’écoulant dans les canalisations d’assainissement. Le dégrillage permet de protéger les ouvrages en aval de la station contre les dommages qui peuvent être causés par les objets de grande taille contenus dans le flux des eaux usées (protection des équipements électromécaniques, réduction des risques de colmatage des conduites). De plus, il garantit l’absence de matière flottante visible à l’œil nu dans les eaux épurées au niveau des exutoires. Il s'agit d' une étape importante pour obtenir une boue qui ne contienne pas de déchets non biodégradables comme du plastique, et qui soit donc susceptible d’être valorisée. Comme son nom l'indique, ce traitement est réalisé a l'aide de grilles positionnées au sein d'un canal rectiligne qui interceptent les déchets. Son efficacité dépend en grande partie du dégrilleur utilisé, du diamètre des barreaux et de l'espacement entre chacun d'eux, ainsi que de certaines caractéristiques du milieu dont proviennent les eaux. En effet, la nature des activités industrielles ou commerciales dans le bassin versant et le système d'égout (unitaire ou séparatif) à l'entrée de la STEP ont une influence sur la nature des refus et leur concentration dans les eaux.
III.4.1.1 Différents types de dégrilleurs : Il existe différents systèmes de dégrillage des effluents choisis en fonction de la taille de la station d'épuration, de la charge polluante et du débit d'entrée des eaux. On distingue notamment trois grands types : les pré-dégrilleurs dont l'écartement entre les barreaux est supérieur à 40 mm, les dégrilleurs moyens dont l'écartement est compris entre 10 et 40 mm, et les dégrilleurs fins pour un écartement inférieur à 10 mm.
35
Dimensionnement Les conditions pluvieuses ont tendance à faire augmenter significativement les quantités de débris (rochers, bouts de bois) à l'entrée des stations d'épuration. Il est alors intéressant d'installer des prédégrilleurs dans ces stations régulièrement soumises à de fortes pluies, en amont d'un dégrilleur plus fin, pour éliminer les déchets de taille importante qui risqueraient d'endommager les équipements et notamment les pompes. Ils sont généralement situés en amont des postes de refoulement et de relevage pour cette dernière raison. A Saint-Louis, le risque de cyclone et les précipitations typiques de l'été austral nous incite à prévoir ce type d'aménagement. De plus, un canal bypass doit être prévu pour tous types de dégrillage pour éviter les risques de débordement et permettre de traiter l'eau en cas de colmatage ou de panne au niveau de la grille principale.
III.4.1.2 Choix du dégrilleur : La figure ci-dessous présente différents dégrilleurs et leurs applications :
Figure.2 Les dégrilleurs et leurs applications
(Source : Guide technique sur les dégrilleurs dans les stations d'épuration)
36
Dimensionnement Nous avons opté pour un dégrilleur incliné à barreaux car ils sont adaptés à notre station. Plusieurs modèles existent chez différents constructeurs qui en donnent les caractéristiques sur leur sites.
III.4.1.3 Dimensionnement : L'objectif du dimensionnement est de déterminer la surface de la grille nécessaire à l'élimination des matières volumineuses, ainsi que la largeur associée. Il faut ensuite s'assurer que la perte de charge à travers la grille reste acceptable. Le dégrilleur doit être dimensionné par rapport au débit de pointe instantané par temps sec de manière à garantir que la grille ne sera pas inondée lors des conditions de pointe. De plus, dans les installations de dégrillage, il est important de s’assurer que les vitesses sont suffisamment grandes pour éviter le dépôt de sédiments. Les
étapes
de
calcul
sont
présentées
sur
la
Figure .3Organigramme du dimensionnement du dégrilleur moyen
Critére de conception des dégrilleurs Diamétres des barreaux (mm)
8 – 10
Espasement entre les barres (mm)
10 – 50
Pente par rapport à l’horizontal(°)
70 – 85
Vitesse à travers les grilles (m/s)
0,6 – 0,9
Pertes des charges admissibles(mm)
150
Tableau .1 Critére de conception des dégrilleurs
37
figure
ci
dessou
Dimensionnement Le coefficient de colmatage varie de 0,10 à 0,30 pour une grille manuelle et de 0,40 à 0,50 pour une grille automatique. Plus ce coefficient est faible, plus la surface de la grille est importante. Ce coefficient est normalement renseigné par les constructeurs des dégrilleurs, ici il est de 50%. Le débit de pointe instantané par temps sec est de 0,15 m 3/s (cf. Caractérisation de l'effluent en entrée). •Calcul du coefficient de vide de la grille La première étape consiste à calculer le coefficient de vide de la grille, noté O en connaissant l'espacement entre les barreaux et leur diamètre . O=e /(e + d)
•Calcul de la surface de la grille La surface de la grille est donnée par la formule liant le débit de pointe instantané par temps sec Qp,sec(m3/s), les coefficients de vide (O) et de colmatage (C), et la vitesse maximale de passage de l'eau à travers la grille vmax (m/s). Cette vitesse est de l'ordre de 0,6 m/s pour un réseau séparatif mais elle peut atteindre 1,2 m/s dans un réseau unitaire comme dans notre cas. Pour notre dimensionnement, nous avons donc pris une vitesse maximale v max=1,2m/s. Il faudra adapter les dimensions du canal d'arrivée de l'eau pour permettre de placer la grille en fonction de ses dimensions et de respecter la vitesse de passage admissible.
∗∗
Sgrille=Qp,sec / (Vmax O C)
•Calcul de la largeur de la grille Pour calculer la largeur minimale de la grille, il faut tout d'abord déterminer la largeur oblique mouillée L0 en fixant une valeur du tirant d'eau maximal t correspondant à la hauteur d'eau de la partie immergée de la grille.
38
Dimensionnement Figure .4 Représentation du dégrilleur en coupe verticale
(source modifiée : Technique de l'ingénieur) A défaut de calcul hydraulique précis, on choisit t=0,4 m pour une station d'épuration entre 50000 et 100000 EH d'après les méthodes de calcul d'une filière de traitement. L0=t / sin(α) Et finalement, Lgrille=
III.4.2 Tamisage : Cette opération constitue un dégrillage fin ;elle est mise en œuvre dans le cas d’eaux résiduaires chargées de matiéres en suspension de petite taille (eaux usées d’abattoirs et de conserveries de légumes ). on distingue :
Le macrotamisage (dimensions de maille >250µ).
Le microtamisage (30µ< vide de maille <150µ). Appareillage :
a) Tamis rotatifs :
Viteese de filtration 40cm/s.
Perte de charge 20cm d’eau .
Doivent etre décolmatés en permanence .
b) Tamis vibrants :
Forme rectangulaire ou circulaire .
Adaptés aux matiéres non collantes .
c) Tamis fixes :
Plaques d’acier inoxydable perforées de trous circulaires et raclés par une lame de caoutchouc ou autonettoyante .
III.4.3 Dessablage : Le déssableur est un ouvrage dans lequel les particules denses, dont la vitesse d’écoulement est inférieure à 0,3 m/s se déposent.il s’agit principalement des sables . il est en effet souhaitable de les récupérer en amont de la station plutôt que de les laisser s’accumuler en certaines points ( bassin 39
Dimensionnement d’aération,…..).par ailleurs, ils limitent la durée de vie des piéces métalliques des corps de pompe ou d’autres appareillages ( effet abrasif,..)et colmatent les canalisations . Critéres de conception :
Les critéres de dimensionnement d’un dessabeur aéré sont :
Le temps de séjour de l’eau (Ts) dans le dessableur est de 1 à 5 min ,
La hauteur de dessableur est de 1 à3 m,
La qantité d’air à injecter est estimée de 1 à 1,5 m³ par m³ d’eau usée,
Le dessableur élimine 80% de matiére minérale présente dans les eaux usées . la matiére minérale représenté 20% environ de la charge en matiére en suspension (MES), les 80% restants représentent les matiéres volatiles en suspension (MVS). Dimensionnement :
a) Volume du dessableur :
On adoptera un dessableur circulaire , le volume du dessableur est donné par : V = Qp * Ts. b) Diamétre du dessableur :
Le diamétre de dessableur est donné par : D=
4 ∗ ∗ .
V : volume de dessableur ; h :hauteur de dessableur. c) Débit volumique d’air injecté :
la quantité d’air à inecté est donnée par la relation : Qair = Qp*V. Avec V :volume d’air à injecter(m³ / m³) d) Quantité de matiéres éliminées : le dessableur élimine 80% de la matiére minérale existant dans les eaux usées . la matiére minérale représente 20% de la charge en MES, les 80% restants,représentent les MVS .[48]
Désignation
Unité
Valeurs
Temps de séjour
min
5
40
Dimensionnement Hauteur
m
3
Volume
m³
37,8
Diamétre
m
4,005
Débit d’air à injecter
m³/s
0,157
Quantité de MM éliminée
kg/j
477,08
Quantité de MES sortant du dessableur
kg/j
2504,68
Tableau .2 caractéristiques des dimensions et performances du dessableur III.5.Ouvrage des traitements primaire : III.5.1.Dimensionnement du bassin d’aération :
Pour dimensionner le bassin d’aération nous prendrons comme base de calcul la relation suivante L=1,5* l et une hauteur du bassin d’aération comprise entre 3 et 5 m. a. La surface horizontale :
Sh =V/H b. Largeur de bassin :
√ ℎ/1,5
l=
c. Longeur de bassin :
L= 1,5*l d. Temps de séjour :
ts= V/Q p e. Besoins en oxygéne :
Pour favoriser la réaction aérobie qui est plus rapide que la fermentation anaérobie, il faut que le milieu contienne une concentration suffisante en oxygène. On admet que les micro-organismes aérobies n’utilisent pas directement l’oxygène mais il doit être dissous dans l’eau. La quantité théorique d’oxygène est la somme de celle nécessaire à la synthèse et *celle nécessaire à la respiration endogène. Elle est donnée par la relation : qO2=(a’*Le)+(b’*Xa) Avec qO2 :besoin en oxygéne(kg/j) le :charge en DBO5 éliminée.
41
Dimensionnement Les paramétres a’ et b’ sont des coefficients déterminés expérimentalement sous une température de 20C˚ a’ :besoin pour la synthése de la biomasse. b’ :besoin pour la respiration. Type de traitement
a’
b’
Faible charge
0,65
0,065
Moyenne charge
0,60
0,08
Forte charge
0,55
0,12
Tableau .3: valeurs de a’ et b’ en fonction du type de traitement par boues activées .
D’où la quantité horaire d’oxygéne nécessaire : qh =qo2/24 f.
Capacité d’oxygéne :
= α*γ*−. Avec : Coe :capacité d’oxygéne effective . Co :capacité d’oxygéne nominale avec Co= k l*Cs. K l :caractéristique du couple aérateur-bassin égale à 0,84 h-1. Cs :concentration en oxygéne à saturation mesurée à l’interface .
α :coefficient en fonction de la nature physico-chimique des eaux et du mode d’aération . γ :coefficient de diffusion qui tient compte de la température = 1,02 (T-10). Cstp :capacité d’oxygéne corrigée à la température et pression de travail Cstp=Cs*
∗
aprés une extrapolation des valeurs pour une altitude de 287m du niveau de la mer (après choix du site de la station d’épuration ) le rapport
=0,964.
C10 :concentration de saturation d’une eau en oxygéne à 10C˚ est de 11,26mg/l. Cx :concentration minimale à mantenir dans le bassin, elle est comprise entre 1,5et 2mg/l.on
prendra une valeur moyenne de cette concentraction Cx=1,75 mg/l . Type de traitement
α
β
Faible charge
0,95
0,97
Moyenne charge
0,9 à 0,95
0,95
Forte charge
0,8
0,95 42
Dimensionnement
Tableau .4 :valeurs de pour différents types de traitement par boues activées .
Temperature C˚
Concentraction
à Coefficient de diffusion γ
saturation Cs de l’oxygéne
dans l’eau à 1013mbar (g/m3)
5
12,74
0,906
6
12,42
0,924
7
12,11
0,942
8
11,81
0,961
9
11,53
0,980
10
11,26
1,000
11
11,01
1,02
12
10,77
1,04
13
10,53
1,061
14
10,30
1,082
15
10,08
1,104
16
9,86
1,126
17
9,66
1,149
18
9,46
1,173
19
9,27
1,195
20
9,08
1,219
21
8,90
1,244
22
8,73
1,268
23
8,57
1,294
24
8,41
1,320
25
8,25
1,346
Tableau.5 : saturation de l’eau en oxygéne et coefficient γ de diffusion en fonction de la température . Altitude (m)
P/P0
0
1
500
0,939 43
Dimensionnement 1000
0,882
1500
0,829
2000
0,779
Tableau.6:valeurs du rapport P/P0 pour différentes altitudes. g. Puissance requise pour le barassage :
La puissance nécessaire pour le brassage et le maintien des solides en suspension est donnée par la relation : Eb =Sh* Pa Pa : puissance
70≤≥80 w/m
2
h. Bilan des boues : *Calcul de la quantité des boues en excès
Les boues en excès sont proportionnelles à la quantité de la DBO5 éliminée et dépend de la charge massique dans le bassin d’aération. La quantité des boues en excès est déterminée par la relation suivante :
ΔB =Bmin +Bdur +am* le- b* Xa Avec :
ΔB : Boues en excès exprimé en kg/j , le : Charge de la DBO5 éliminée exprimé en kg/j ( le= l0-ls) Xa : Boues organiques dans le bassin (MVS) exprimé en kg Bmin: Matières minérales (MM) en suspension apportées par l’effluent exprimé en
kg/j Bdur : Matières organiques en suspension difficilement biodégradables apportées par l’effluent exprimé en kg/j am: Augmentation de la biomasse par élimination de la DBO5 . b: Diminution de la biomasse par respiration endogène.
Concentration de boues en excès :
Xm= 1,2*10 3/Im Avec : Xm: Concentration de boues en excès Im: L’indice de Mohlman Si on suppose que les boues se décantent bien, l’indice de Mohlman se situe entre 80 et 150. Cet indice représente le volume occupé par un gramme de poids sec de boues après décantation d’une demi-heure dans une éprouvette de 1 litre.
Débit de boues en excès :
Le débit de boues en excès est donné par la formule : 44
Dimensionnement Qexcés =ΔB/Xm .
Débit spécifique :
Le débit spécifique est donné par la relation : qsp=
.
Débit des boues recyclées :
Dans le but de maintenir une concentration moyenne constante de boues dans le bassin, le recyclage est effectué à partie du clarificateur ou décanteur secondaire. Le taux de recyclage peut varier de 15 à 100% de débit de l’effluent produit. Il est donné par l’expression suivante :
100∗[] = 1200 []
Avec : R : taux de recyclage (%)
[Xa] : concentration des boues dans le bassin. Le débit des boues recyclées dans le bassin est donné par la relation : Qr = (R x Q j) / 100 Avec : R : taux de recyclage (%) Q j : débit journalier
Age des boues
L’âge des boues est défini comme étant le rapport entre la quantité de boues présentes dans le bassin d’aération et la quantité de boues retirées quotidiennement. A b= Xa/ΔB. III.5.2.Dimensionnement du décanteur primaire : a. Surface du décanteur :
La surface totale de décantation est donnée par la relation : Stotale = Q p/τ. Avec :
τ le temps de débordement .
b. Volume du décanteur :
Le volume totale est : Vtot = Q p * Tr. Avec : Tr : temps de rétention . 45
Dimensionnement c. Diamètre du décanteur :
Le diamètre de chaque décanteur est donc :
4 ∗ Sunitaire .
D=
Avec Sunitaire : surface de décanteur. d. Calcul des charges polluantes :
Le décanteur primaire élimine 35 % de la DBO 5 et 95% de matiére minérale . MMr = MMt – MMé. Charge en DBO5= 0,35*DBO 5. Charge en MM= 0,95*MM r.
Désignation
Unité
Valeurs
Volume
m3
340,4
Hauteur
m
3
Diamétre
m
12,02
Temps de rétention
h
1h30min
Kg/j
2129,83
Charge à l’entrée DBO5
119,27
MM Charge éliminée Kg/j
DBO5
745,44 113,3
MM Charge à la sortie Kg/j
DBO5
1384,39 5,97
MM
Tableau.7 : dimensions et performances de chaque décanteur. e. Volume des boues par jours :
La quantité totale des boues produites (BT) dans les deux décanteurs est : BT= DBO5 + MM (éliminé)
Pour chaque décanteur :
le BT = DBO5 + MM
MES = BT/Q j .
46
Dimensionnement III.6Clarificateur
Le clarificateur a pour but la séparation des flocs biologiques de l’eau à épurer. Les boues déposées dans le clarificateur sont recirculées vers le bassin d’aération afin d’y maintenir une concentration quasi constante en bactéries et les boues en excès sont évacuées vers les installations de traitement de boues (épaississement, déshydratation). Dimensionnement
Les dimensions du clarificateur seront identiques à celles du décanteur primaire, puisque nous allons traiter le même débit d’eau. III.7 Lit de sécharge : a)- Calcul du volume du lit de séchage
Vl= QBE x T Avec: Vl : vo1ume du lit de séchage, T : durée de séchage -des boues, QBE: débit des boues à la sortie de l'épaississeur. b)- Calcul de la surface du lit de séchage
Pour une hauteur de boue, HB = 0.4m
= / Avec: SL : surface du lit de séchage. VL : volume du lit de séchage. HB : hauteur des boues.
III.8 Nature et composition des effluents avant épuration :
La pollution engendrée par la raffinerie est caractérisée par trois types de rejets: solides, gazeux et principalement les rejets liquides. La raffinerie d’Arzew rejette des quantités importantes d’eau vers le milieu marin qui sont : Eaux à forte salinité et eaux chimiques, Eaux de pluie et de lavage, Eaux huileuses ou chargées, Eaux de procédés, Eaux sanitaires, Types du réseau d’assainissement : Aérien et souterrain,
47
Dimensionnement Sites récepteurs des effluents : Oued TASMANITE, mer….
Ces rejets ou effluents liquides canalisés dans des systèmes de réseaux semi-aériens ou souterrains sont récupérés dans des stations appropriées où ils seront traités. Pour le traitement des effluents des unités de production1. La méthode la plus simple et la plus classique de traitement eaux-huile consiste à utiliser la séparation par gravité. Celle-ci s’effectue dans des bassins rectangulaires (bassin PPI/API). L’huile écumée est renvoyée dans des réservoirs pour être retraitée, l’eau prétraitée est évacuée vers la mer. III.9 Station de traitement PPI/API (UNITE 27) Le premier bassin PPI (Plaques Parallèles Intercepteurs ) contient neuf cellules parallèles et
identiques et chaque cellule traite un débit de 50 m3/h, où on retrouve dans chaque cellule un crémaillère de déchet ( ensemble de grilles à l’amont inclinées à 45° dans le sens de l’écoulement ) pour éliminer les déchets solides volumineux entraînés par l’eau, ensuite l’eau huileuse passe dans un tuyau d’admission en tourbillon qui contient un cône et 12 plaques parallèles de chaque coté, incliné avec une angle de 80° et orientées dans le sens d’écoulement, le cône joue un rôle de tranquillisant et augmente le rendement de déshuilage, ensuite l’eau passe à travers les plaques parallèles et par différence de densité les globules d’huiles montent avec une vitesse ascensionnelle qui doit être supérieur à la vitesse d’écoulement, ensuite l’huile s’accumule à l’intérieur du capuchon de submersion puis se déversent dans un écumoire et se dirige vers la fosse d’huile (les huile sont envoyées vers le bac de slop pour être ret raitées avec le pétrole brut dans la charge…). L’eau partiellement déshuilée traverse le long des plaques, en passant aux dessous du vase, et passe dans un canal commun qui relie les neuf cellules l e conduisant vers la fosse à eau. Au cours du passage de l’eau huileuse dans les tuyaux d’admission, il se passe une décantation (sable et déchet) formant une couche qu’il faut éliminé, cette élimination ce passe à travers un tube d’admission, par un tuyaux flexible d’aspiration qui est relié à une pompe, il est tiré par un câble relié à un treuil dans la direction de l’écoulement de l’eau jusqu’au fond de la fosse. Le seconde bassin API (Antiparallèle Plaques Intercepteurs) est un séparateur par gravité qui
occupe un volume de 4000 m3 se trouve en aval du PPI, par gravité, on enlève les composés libres des huiles et autres solides venant du bassin PPI, il est constitué de quatre zones : Zone 1 : C’est une zone de dispersion des filets liquide. L’eau venant du PPI rencontre des
chicanes qui ont un rôle de repartir uniformément l’eau et abaisser le nombre de Reynolds de son écoulement. Zone 2 : Correspond à une zone de collecte et de tassement des matières sédimentées. On a des
globules d’huiles montant avec une vitesse ascensionnelle par différence de densité. 48
Dimensionnement Zone 3 : C’est la zone de mise en vitesse avant le déversoir terminal. Zone 4 : Dans cette zone on récupère l’huile dans une fosse, et on la refoule par pompage vers le
bac de slop. L’eau déshuilée sera évacuée vers la mer.[2][49]
Figure .5 : Station de traitement PPI /API .
III.10 Station de traitement des effluents huileux U27 (STEP) : III.10.1 Description
Pour le traitement des effluents de la production 2. L’unité dispose de modes de traitements conjugués : traitement physique suivi d’un traitement biologique puis tertiaire pour l’amélioration de la qualité de l’eau à recycler. Les eaux à forte salinité sont traitées dans un circuit autonome. L’unité dispose également d’un système de dégazage des eaux chimiques avant qu’elles ne soient déversées dans le bassin de réception de tous les effluents liquides. III.10.2 Objet de l’installation
Cette installation a pour objet : Le traitement des effluents provenant de la Raffinerie, c’est-à-dire les effluents des
unités de production, des zones de stockage et des bâtiments, Les effluents traités répondent aux normes de rejet vers mer, Traitement des effluents pour recyclage d’eau vers circuit refroidissement,
49
Dimensionnement III.10.3 Caractéristiques des effluents 1. Effluents bruts : Ils proviennent des égouts suivants : Egout 25 : Eaux claires.
Ce sont les eaux de pluie provenant des toitures, des routes et également de la vidange des eaux de pluie des cuves de rétention des réservoirs ainsi les aires de stockage... Toutefois, cette dernière opération ne sera effectuée en dehors des périodes pluvieuses. Egout 26 : Eaux huileuses ou chargées.
Ce sont des eaux huileuses, provenant des aires pavées des unités de production, stations de pompage, pluie chargée en huiles et réseau de canalisation… Ce sont également les eaux provenant de vidange des équipements, cuves ou réservoirs, à l’exception toutefois des vidanges qui pourraient contenir une très petite quantité d’huile, mais ayant une teneur importante en sels minéraux, qui seront envoyées dans l’égout 28. Ce sont également les vidanges des cuves de rétention des réservoirs lorsque leur teneur en huile ne permet pas de les vidanger dans l’égout 25 (eaux claires). Egout 27 : Eaux de procédés.
Ce sont les eaux condensées polluées provenant : Du strippage des condensats acides (D.S.V) ; Du strippage furfural ; Du strippage Méthyl- éthyl-cétone et Toluène ;
Elles ont une faible minéralisation mais une haute teneur en pollution organique. Egout 28 : Eaux à forte salinité
Ce sont les eaux provenant : Des purges de déconcentration du circuit de refroidissement ; Des purges de déconcentration des chaudières ; Des effluents de régénération de l’unité de déminéralisation ;
2. Effluents traités
Le tableau ci-dessous répondra aux normes de rejets en mer méditerranée:
Paramètres
Normes
Ph
5,5 à 8,5
DBO5
40 mg/l
MES
30 mg/l
DCO
120 mg/l 50
Dimensionnement Azote total
10 mg/l
Plomb
0,1 mg/l
Chrome en Cr 6+
0,05 mg/l
Phénol
1 mg/l
hydrocarbures
20 mg/l
Tableau 8. Normes de rejets en mer méditerranée
- Débit de traitement de l’installation U27 est de : 83 m3/h 3. Principe de traitements des effluents pour rejet
Pour obtenir des effluents traités répandant aux normes de rejet, il est effectué sur les effluents bruts les traitements suivants : Sur égout 25 et 26 : dégrillage, dessablage et dégraissage Sur égout 27 : dégazage Sur mélange égout 26 et 27
prédéshuilage
coagulation – floculation
flottation
épuration biologique
clarification
filtration à sable et à charbon actif
Sur boues d’épuration biologique de décarbonatation :
épaississement
Sur mélange boues de flottation, boues épaissies
déshydratation sur lit de séchage[2][49]
III.10.4 Principales étapes de traitement : III.10.4.1 Dessablage – dégraissage
Le dessablage a pour but d’extraire les effluents bruts tels que graviers, sables et particules minérales, de façon à éviter les dépôts dans les canaux et conduites, à protéger les pompes et autres appareils contre l’abrasion et éviter de surcharger les stades de traitement suivants :
Le dégraissage a pour but d’extraire des graisses figées de façon et à éviter leur entraînement 51
Dimensionnement dans les ouvrages de traitement.
Le dégraissage est effectué en combinaison avec le dessablage par tranquillisation d’une
fraction de la surface liquide d’un dessableur aéré avec reprise des graisses et écumes par déversement. III.10.4.2 Refroidissement et dégazage
Les effluents sont refroidis dans l’aéroréfrigérant E 27A puis dans l’échangeur à eau E27B. Le dégazage est une opération qui consiste à mettre en contact intime l’eau et l’air. Il a pour but d’éliminer les gaz dissous y compris les traces éventuelles d’hydrocarbure léger, de façon à localiser le risque d’inflammation. III.10.4.3 Pré déshuilage (bassin API)
Les effluents bruts peuvent contenir des quantités variables d’hydrocarbures présents à l’état libre, en solubilité de partage ou en émulsion plus ou moins importante (de l’ordre de 500 à 1000mg/ l). Le prédéshuilage permet par opération gravitaire sans adjonction de réactifs de réduire la teneur en hydrocarbures à l’état libre muni d’une goulotte mobile pour retenir les HC en surface .
Figure .6 : photo d’un déshuileur API installé à l’unité 27.
III.10.4.4 Coagulation-floculation
Les eaux contiennent des particules en suspension colloïdales ou pseudo colloïdales, t rès fines, qu’il est nécessaire d’agglutiner en un floc volumineux afin d’assurer leur flottation. 52
Dimensionnement Les colloïdes possèdent des charges électriques à l’interface qui empêchent les particules voisines de se rapprocher. L’action s’effectuer en deux stades : La coagulation, qui permet de décharger les colloïdes afin de donner naissance à un
précipité ; La floculation qui a pour but d’accroître le volume et la cohésion du floc formé par la
coagulation ; III.10.4.4.1 Coagulation
On utilise un polymère organique du type polyélectrolyte cationique. La dose à utiliser dépend de la nature de l’eau à traiter : souvent déterminée au laboratoire et corrigée par des essais sur site. III.10.4.4.2 Floculation
Elle est favorisée par un brassage mécanique homogène et lent qui augmente les chances de rencontre des particules colloïdales déchargées susceptibles de se rencontrer, sans casser le floc. Le tous alimentent la section flottation pour racler tous les flocs flottants. III.10.4.5 Flottation
La flottation est un procédé de séparation des matières en suspension dans l’eau, utilisant la densité apparente plus faible de ces matières et conduisant à leur rassemblement et à leur collecte à la surface libre. La flottation est provoquée par la fixation de microbulles d’air aux particules à éliminer, leur donnant ainsi une masse volumique moyenne inférieure à celle de l’eau et permettre de récupérer tous les flocs dans un ballon de slop par un racleur qui tourne à une vitesse minimale constante. La production des microbulles s’effectue par pressurisation d’une partie de l’eau déjà traitée en flottation. La pressurisation consiste à produire des microbulles par détente à la pression atmosphérique de l’eau enrichie en air sous pression de 5 à 6 bars.
53
Dimensionnement
Figure .7 : photo d’un flottateur installé à l’unité 27.
III.10.4.6. Epuration biologique
C’est l’utilisation des organismes vivants pour consommer la pollution organique deseffluents. Les matières organiques passent de la forme dissoute ou colloïdale à la forme solide qui permet de les extraire des eaux usées par décantation. Ce sont les bactéries, organismes doués des plus fortes capacités de reproduction et d’assimilation, qui servent d’intermédiaire pour cette transformation. La pollution assimilable par ces bactéries sera appelée nourriture ou substrat . Le procédé consiste à provoquer le développement d’un floc bactérien (boues activées) dans un bassin d’aération alimenté en effluent prétraité. Dans ce bassin, le mélange eau brut plus floc (liqueur mixte) est brassé pour maintenir les boues en suspension et apporter l’oxygène nécessaire à la prolifération bactérienne. Pour un bon développement de floc b actérien, le substrat doit être équilibré, c’est à dire contenir les éléments de la nature vivante en particulier azote et phosphore assimilable. Une injection d’azote (sous forme d’urée) et de phosphore (sous forme d’acide phosphorique) est effectuée à l’entrée du bassin d’aération à l’arrivé de l’effluent à traiter.
54
Dimensionnement
Figure .8 : Système d’aération biologique installé à l’unité 27.
III.10.4.7 Epaississement des boues
Les corps polluants et leurs produits de transformati on, retirés de la phase liquide au cours de traitement de l’eau en flottation, épuration biologique ou décarbonatation, se trouve rassemblés dans des suspensions plus ou moins concentrés dénommées boues. Toutes ces boues constituent un déchet extrêmement liquide. Elles nécessitent un traitement final avant de pouvoir être rejetées dans le milieu naturel. Le traitement final consiste en une déshydratation plus ou moins poussée, permettant d’obtenir un déchet résiduel au minimum pelletable. L’épaississement, par décantation naturelle, des suspensions boueuses provenant directement des appareils des traitements de l’eau, permet l’amélioration de la production du dispositif de déshydratation.[2][49] Les suspensions boueuses sont introduites dans une capacité ( épaississeur ) où le temps de séjour est élevé, de façon à provoquer le tassement sur elles-mêmes des boues, dans l’évacuation se fait par le fond, tendis ce que le liquide interstitiel est évacué par le haut. Les dimensions de l’épaississeur permettent d’envisager d’obtenir : Boues flottation……………………………….30 à 40 g/l Boues épuration biologique……………….. …25 à 30 g/l Boues décarbonatation …………………….150 à 200 g/l
55
Dimensionnement
Figure .9 : Racleur de boues dans un clarificateur installé à l’unité 27.
III.10.4.8 Déshydratation : (par lits de séchage)
L’essorage des boues par filtration, consiste en un simple drainage sur lit de sable. - Dans un premier temps, il y’a départ de l’eau libérée de la suspension boueuse jusqu'à une teneur en eau de 80% environ. - Dans un deuxième temps, il y’a départ de l’eau lié jusqu’à obtenir siccité de 65% (max. 50%) en matières en suspension selon la durée de séjour, les conditions climatiques et les caractéristiques de la boue.[2][49] III.11.Partie calcul : Dimensionnement du bassin aération : La surface horizontale :
Sh =V/H V= 3708 m 3 et H= 8,2 m. Sh =3708/8,2. Sh=452,2 m2.
56
Dimensionnement Temps de séjour :
ts= V/Q p V= 3708 m 3 et Qp=580 m 3/h. ts = 3708/580 ts= 6h et 40 min. Détermination de la biomasse nécessaire dans le réacteur
∗∗(−) (+∗)
X=
Avec:
Θcd: Age de la biomasse (J). Y : Taux de conversion DCO / MVS. S0, S : DCO entrée et sortie réacteur respectivement (mg/l). K d : Taux de mortalité (J-1).
Θ : Temps de séjour du liquide dans le réacteur (J). On prendra θ = 3708/580=0,27J On adoptera un θC d=10 jours X=
∗,∗(−)= 5555,6mg/l ,∗(+,∗)
X= 5555,6mg/l.
Et pour la charge massique : Cm (Kg DCO/ Kg MVS). Cm=
∗ ∗
X. V = 5555,6. 10 -3.3708=20600,16 Kg
⟹ X.V =20600,16 Kg
Q = 580m 3/ hr = 13920 m3/J Pour 24 h : 24. 580= 13920 m 3 DCO.Q=0,6.13920=8352kg Cm = 8352/20600,16 = 0,41 Kg DCO/ Kg MVS → Cm = 0,41 Kg DCO / Kg MVS D’après l’installation de la raffinerie, les boues sont évacuées à partir de la ligne de recyclage. On adoptera une concentration de boues à la sortie du clarificateur de : 6g/l. Xr (concentration en MVS à recycler) est égale à 6g/l (6000 mg/l). Soit : QW,r : débit d’évacuation en m3/h. 57
Dimensionnement
QW,r = (V *X)/(θC * X)
3∗,= ∗
r) QW,r =
Q W,r = 343,3 m3/J =14,30 m3/ h.
Détermination du débit et du taux de recyclage :
- On ferra le bilan autour du bassin biologique Q. X + Qr . X = Q. X 0 + QW. Xr + Qr . Xr , avec X 0 négligeable ( X0 ≈ 0) Qr . (X – Xr ) = QW. Xr - Q. X Qr =
QW.Xr − Q.X X − Xr
33,3 ∗−3∗, ,−
=
= 169383,8 m 3/j
Qr = 169383,8 m 3/j
Et pour le taux de recyclage α : α = Q / Q r =13920/169383,8 α= 8.2 Détermination des besoins en oxygène
On prendra des taux d’aération de : a' = 0,65 Kg O 2 / Kg DCO
b’ = 0,06 Kg O 2 / Kg MVS qO2 (Kg/J) = 0, 65. Q. (S0 – S) + 0, 06. V. X qO2 (Kg/J) =0, 65.13920 (600-100) 10 -3+0, 06. 3708.5555,6.10 -3 qo2= (Kg/J) =5760kg/j
Calcul du débit d’air nécessaire : Le taux d’oxygène dans l’air est 21 % en poids La masse volumique de l’oxygène est de1.2 Kg O2 / m3 air Le débit d’air nécessaire est de :
(/) = 22857,14 m /J ,∗, 3
On optera pour un coefficient de transfert de l’oxygène de 8% soit 0,08
58
Dimensionnement Débit d’air nécessaire :
(/) = 285714,3 m /J ,∗,∗, 3
III.12.Conclusion :
Les résultats obtenus pour le dimensionnement du bassin d’aération ont montrés qui ils sont en accord avec les dimensions de la raffinerie d’Arzew.
59
