Dimensionnement d’une station d’épuration I : Introduction générale :
Des hommes préhistoriques ont disposé leurs campements près de cours d'eau, l'eau leur servant comme boisson, moyen de transport, source d'énergie mais aussi comme moyen d'assainissement. Durant l'Antiquité, les eaux usées des agglomérations sont collectées et évacuées par des égouts et parfois traitées par phytoremédiation. Au Moyen Âge, le développement anarchique des villes rend difficile la mise en place de réseaux d'égouts. Le traitement des eaux usées est historiquement récent et est lié à la croissance démographique importante dans les villes consécutive à la révolution ndustrielle. La décomposition des matières organiques est étudiée dans les années 1920, ce qui permet de développer l'épuration biologique. Dans la plupart des pays et en particulier dans les milieux urbanisés, les eaux usées sont collectées et acheminées par un réseau d'égout (ou réseau d'assainissement), soit jusqu’à une station de traitement, soit jusqu’à un site autonome de traitement. Dans le cas d'habitat collectif, l'épuration de ces substances est assurée par des stations d'épuration d'effluents d'eaux usées. Lorsqu’il est impossible de raccorder 'habitat à un tel réseau, on installe un système de fosse autonome avec tertre d'épandage. Si ces installations n'existent pas, le milieu naturel recevant ces effluents n'est pas en mesure d'assurer son autoépuration. En milieu liquide, ce sont les micros organismes qui assurent l'épuration en biodégradant la matière organique contenue dans les eaux usées. En milieu naturel à l’air libre, la matière organique s’assèche par manque d'humidité selon les conditions du milieu considéré ; pour couvrir leurs besoins, les végétaux pompent toute l'humidité environnante, les failles du sous sol aissent s'infiltrer par des veines de grosse quantité d'eaux usées. L'eau usée est généralement échauffée et contient des sels mais surtout des matières susceptibles de se dégrader par oxydation biologique ou chimique. Deux grandeurs sont couramment utilisées pour apprécier ce potentiel de consommation d'oxygène : la DBO et la DCO. Le rôle d'une station d'épuration est de retirer les déchets, les huiles et les matières Sableuses qui chargent les eaux usées, ainsi que de dégrader les souillures d'origine naturelle et synthétique. Mais une STEP ne peut pas débarrasser l'eau de toutes les substances qui peuvent la polluer. L’eau paraît claire, mais elle est loin d'être pure. Elle contient encore des phosphates et des nitrates, qui favorisent les poussées d'algues, ainsi que des milliers de substances synthétiques différentes (micropolluants) issues des industries, de 'artisanat, de l'agriculture, des activités hospitalières et des ménages (1)
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Dimensionnement d’une station d’épuration
II/ : partie théorique :
A : Définition :
DBO5 :c’est la demande biologique en oxygéne, elle représente la quantité d’oxygène consommé
pour cinq jours par les micros organismes. Elle est utilisée pour tester la force des eaux usées municipales traitées et non traitées et celle des eaux industrielles biodégradables. DCO : c’est la quantité d’oxygène qu’il faut fournit par les réactifs chimiques pour oxydes totalement les matières organiques. Elle permet d'évaluer la charge
polluante des eaux usées. MES : sont les matières en suspension, elles représentent la partie solide de la solution. MVS : les matières volatiles sèches, elles représentent la fraction organique des MES (constitue
environ 70-80 % des MES). debit diurne : correspond a la période diurne de 16h au cours de laquelle la station reçoit le plus grand volume d’eau usée. (Qd). Fosse a batards : permet de retenir les éléments lourds présents dans ces effluents. Indice de Mohleman : cette indice représente le rapport du pourcentage en volume de
boue décantés ou une demi-horaire au pourcentage en poids des MES. L’âge de boue : définit comme étant le rapport entre la quantité de boue présentes dans le bassin d’aération et la quantité de boue retires quotidiennement. La désinfection : Les bactéries et virus pathogènes qui demeurent dans l’eau sont éliminés lors de l’étape de désinfection. On utilise pour cela du chlore, de l’ozone ou des ultra-violets. Une petite quantité de chlore reste dans l'eau produite pour éviter un développement bactérien plus en aval, dans le réseau d'eau. L'épaississement : L’épaississement consiste en une floculation de la boue qui permet de casser la stabilité colloïdale et d'augmenter artificiellement la taille des particules. Le conditionnement rend donc exploitable les différents équipements de déshydratation. Il a recours à des procédés de nature physique (thermique principalement), mais plus souvent de nature chimique par ajout de réactifs minéraux ou de polymères de synthèse. La floculation qui fait appel à des électrolytes minéraux (sels métalliques et chaux notamment) réduit l'hydrophile particulaire. B : étapes de traitement : Prétraitement : Le prétraitement consiste en trois étapes principales qui permettent de supprimer de l'eau les éléments qui gêneraient les phases suivantes de traitement. Toutes les stations d'épuration ne sont pas forcément équipées des trois, seul le dégrillage est généralisé, les autres sont le dessablage et le déshuilage Dégrillage: L’eau usée passe au travers de grilles qui retiennent papiers, plastiques, restes de cuisine et quantités de déchets jetés malheureusement dans les 2
Dimensionnement d’une station d’épuration WC et les égouts, plutôt que dans les poubelles. Une fois récoltés, ces déchets - qui compliquent l'épuration - sont acheminés vers une usine d'incinération des ordures ménagères.
Figure 1 : dégrilleure courbe Dessablage: pour éliminer les matières anorganiques lourdes, qui se décanten facilement, des eaux usées afin de prévenir des dégâts à l’installation mécaniqu ou une sédimentation dans les installations en aval. Déshuilage: est une opération de séparation liquide-solide réalisant un compromis entre une rétention maximale de graisses et un dépôt minimal de boues. Cette préparation des effluents facilitera l’épuration des effluents en ava Flottant sur le bassin, les matières grasses et les huiles sont récupérées et dégradées séparément. L'eau usée qui en résulte revient à l'entrée de la STEP (circuit non représenté).
figure 2 : Dégraissage par écumage des graisses Le traitement primaire : Les traitements primaires visent à éliminer les matières minérales organiques en suspension par une décantation. Il fait appel à différents procédés physiques chimiques. Lorsqu’un effluent contient des toxiques, il ne doit pas être introduit dans un itement biologique car il en détruirait les micro-organismes. Par l’ajout de réactifs coagulan de poly électrolytes, on provoque une action ionique qui favorise la floculation. Les précipité nt recueillis par décantation sous forme de boues. ne fait appel qu'à des procédés de paration physique .un premier dégrossissage. Il débute généralement par un dégrillage où s grilles arrêtent les déchets les Plus volumineux et se poursuit par une décantation somma stinée à séparer les éléments les plus denses qui se déposent (dessablement) et les élémen 3
Dimensionnement d’une station d’épuration
plus gers qui flottent (écumage, déshuilage). Ces phases sont suivies d'une seconde décantation, aucoup plus approfondie. Elle a lieu dans le décanteur primaire où la vitesse de l'eau est atiquement annulée compte tenu d'un important temps de séjour (plusieurs heures). Les oduits de décantation ou boues primaires sont évacuées par gravité ou par raclage vers un itement spécifique cependant que l'effluent clarifié est dirigé vers le traitement secondaire. en conduit, Un traitement primaire peut éliminer jusqu'à 75 % des matières en suspension e % des matières oxydables.
Figure 3 : Schéma de principe d’un décanteur secondaire racleur Le traitement secondaire : Est essentiellement une oxydation biologique des matières dissoutes. Les agents de cette oxydation sont des microorganismes, en particulier des bactéries aérobies, susceptibles de se nourrir des matières organiques présentes dans les eaux usées. Les installations de traitement secondaires se présentent donc comme de très vastes cultures bactériennes où l'on met en contact une population bactérienne et l'effluent à traiter en présence d'oxygène. Deux familles de procédés sont utilisés pour ce type de traitement : le procédé des boues actives et lit bactérienne.(Dans le procédé des lits bactériens, l'effluent s'écoule sur un empilement de matériaux en grains ou en fragments sur lesquels se développent les colonies microbiennes, en présence d'un contre-courant d'air (ces dispositifs présentent quelques analogies, au moins physiques, avec les sols qui possèdent un important pouvoir épurateur). Le traitement territiaire : Tout traitement allant au delà du traitement secondaire. Il s'agit en pratique d'éliminer, au moins partiellement, les substances fertilisantes (phosphates et nitrates) contenues dans l'effluent, soit de stériliser ce dernier.(2)
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Dimensionnement d’une station d’épuration
Figure 4 : schéma d’une station d’épuration III : partie calcules : « Dimensionnement d'une station d'épuration a boue activée
»:
La conception d’un système de boues activées doit nécessairement être basée Sur un bilan de masse qui tient compte de l’affluent, de l’effluent, des boues extraites et de la cinétique biologique dans le réacteur . Le volume des bassins d’aération doit être suffisant pour que le substrat ait le temps d’être transformé en biomasse. Cependant, il ne doit pas être trop grand, afin de pouvoir maintenir une concentration suffisante de biomasse dans les bassins tout en limitant l’âge des boues pour favoriser une qualité de biomasse propice à sa floculation et à sa décantation. Il faut s’assurer que la masse biologique pouvant être engendrée est suffisante compte tenu du volume de réacteur choisi. Une conception basée uniquement sur un temps de séjour dans le bassin n’est pas acceptable. On a comme donnée : TAB 1 : donner de projet Quantité Unités 101000 Hab 51 Kg/hab/J 83 Kg/hab /J 63 Kg /hab/J
Paramètres Population DBO DCO MES Dotation=150 l/J/hab. Étapes de dimensionnement : Estimation des débits: Calcul de besoin:
b=D *nbr hab 5
Dimensionnement d’une station d’épuration b=150*101000 b=15150000 l/j
avec : b : le besoin en[L/j] D : la dotation en[L/j/hab] Nbr hab : nombre d’habitant en [hab] Calcul de débit moyen journaliére : QMj=D*nbr hab*0.8 QMj=150*101000*0.8 QMJ=12120 m3/j Q MJ=140.28 l/s Avec: QMj: le débit moyenne journalière en [m3/j] Calcul le débit moyen horaire: QMh=QMj/24h QMh=12120/24 QMh=505 [m3/h] Avec : QMh : le débit moyenne horaire en [m3/h] Calcul le débit point par le temps sec: QPtS= QMj*CP
Si QMj>2,8 [l/S]
Si QMj <2,8 [l/S]
1.5+
C p=
2.5 √Q MJ
Cp=3
On a: QMJ=140.28 l/s, Alors: Cp=1.5+2.5/11.84⤇ Cp=1.71 Q pts=140.28*1.71 Q pts=239.88 [l/s] Avec : Cp : coefficient de point QMh : débit moyenne horaire en[m3/h] Débit diurne : Qd=QMj/16 Q d=505/16 Qd=31.56 m3 Estimation de la charge polluant : La charge journalière des MES : Ch j= [MES]*Nbr hab Ch j=63*101000 Ch j=6363000 Kg/j Avec : Ch j : charge journalière en [Kg/j] Ch MES : charge des matières en suspension en [Kg/hab/j] Nbr hab. : nombre d’habitant La concentration correspondant : S= Ch j/QMj S=6363000/12120000 S=0.525 Kg/l S=525000 mg/l La charge journalière de DBO5: 6
Dimensionnement d’une station d’épuration L0= [ DBO5]*nbr hab L0=51*101000 L 0=5151000 Kg/j
Avec: L0 : la charge initiale [DBO5]: la charge de DBO5 DBO5 : la demande biologique en oxygène pendant cinq jours La concentration correspondante : S’= L0/ QMj S’=5151000/12120000 S’=425000 mg//L Remarque : La Qualité de l’effluent à la sortie du bassin d’aération la valeur limite de la DBO 5 et de 35 mg/l selon le journal officiel de la république Algérie N26 du 23/04/2006, Cependant, nous la fixons à 30 mg/l dans no calculs pour éviter le dépassent de la valeu limite : Lf= S’/QMj L f=425000/12120000 L f=0.035 mg/j Avec: Lf: la charge final en[Kg/j] Charge polluant à éliminer : Le=L0-Lf =5.151000-0.035 L e= 5.116000 mg/j Rendement d’épuration R= (L0-Lf)/L0= (5.151000-0.035) /5.15100 R=0.99=99% TAB 2 : tableau récupulatif Désignation Type du réseau Population Dotation Débit journalier Débit moyenne horaire Coeff du pointe Débit de pointe par temps sec Débit diurne Charge polluant Charge spécifique DBO5 Charge journalière DBO5 Concentration correspondante Charge spécifique MES Charge journalière MES concentration
Valeur Unitaire 101000 150 12120 505
Unité Hab l/j/hab m3/j m3/h
1.71
Sans unité
239.88 31.56
l/s m3
0.035
(mg/j)
5151000
(Kg/j)
425000 0.043 6363000 525000
mg/l (mg/j) (Kg/j) mg/l 7
Dimensionnement d’une station d’épuration correspondante MES La fosse a batard : Le temps de séjours 30s, on prend la vitesse : v=200 m/h calcul de la vitesse de la fosse : Vf=Ts*Qpts Avec : Vf : la vitesse de la fosse en [m/h] Ts : le temps de séjours en [h] Qpts : le débit de point par temps sec en [l/s] Supposons que c’est une forme carré : SF=l*L Avec : l : la largeur de la fosse en [m] L : la longueur de la fosse en [m] SF= Qpts/v Sf=0.23988/(200/3600) Sf =4.36 m2 Dégrillage : pour le calcule des paramètres de la grille, on utilises la méthode de« KISCHMER » : L=(S*sin�) ∕ [(hmax*(1-�))*�]……………(1) Avec : S : surface de la grille [m2] hmax : hauteur maximal d’eau dans le canal de passage d’eau, Comprise entre 0.2-1.5m on prend h=1m � : coefficient de colmatage de grille (dégrilleur est automatique) Si : � =0.25⤇le dégrilleur est manuelle � =0.5 ⤇ le dégrilleur est automatique � : l’angle de l »inclinaisons de la grille (axe horizontal � =60) � : la fraction de surface occupé par le barreau �=d/(d+e) d : épaisseur des barreaux de la grille en [m] e :espacement entre les barreaux en[m] TAB 3: diamètres et épaisseur des types des grilles Paramètres Grille Grille fins grossier d[m] 20 10 e[m]
50-100
3-10
Calcules de dégrilleur grossier, grille inclinée a nettoyage mécanique : On a :d=20mm,e=60mm,�=0.5,�=60˚, hmax=1.5m,v=1.2 m/s Calcul de � : �=d/ (d+e) �=20/ (20+60) �=0.25 Calcul de surface : SF= Qpts/v SF=0.23988/1.2 8
Dimensionnement d’une station d’épuration SF= 0.2 m2 Calcule de la largeur : S=l*L On a une forme carré ⤇l=L ⤇S=L2 :L2=0.2⤇L=0.45 m ; Donc de (1) on a la largeur de la fosse : L=0.3m Calcul de dégrilleur fin : On a : d=10mm,e=20mm calcul de la largeur de la fosse de dégrilleur fin : �=d/ (d+e) �=10/ (10+20) �=0.33 Donc de (1) on a : L=0.34 m Calcul le volume des refus :(V) V= [12/e ; 15/e] ⤇V=12/20 ; 15/20 V= [0.6 ; 0.75] Avec :e :espacement des barreaux en [cm] Remarque : Dans les Grilles grossier :Vmin=12/5=2.4 cm3 ;Vmax=15/5=3cm3 Dans les grilles fin : Vmin=12/1=12 cm3 ; Vmax =15/1=15cm3 Avec : Vmin : le volume des refus minimal en [cm3] Vmax : le volume des refus maximal en [cm3] Calcule des pertes de charge : Les pertes de charge sont données par la formule de « KIRSHMER» : ΔH=�*(d/2)4/3*(v2/2g)……………(2) Avec : ΔH : les pertes de charge � : coefficient dépendent de la forme des barreaux Si : � =1.79 : pour les barreaux nord � =2.42 : pour les barreaux rectangulaire � =1.83 : pour les barreaux avec un arrondie a l’amont � =1.69 : pour les barreaux avec un arrondie a l’aval v : vitesse d’entrée des eaux brutes en [cm/s] d : espacement entre les barreaux en [cm] on prend d=10 m On suppose que c’est des barreaux nord :v=1.2m/s, � =1.79, De (2) on trouve par application numérique : Après l’application numérique on ajoute : Pour les grilles grossiers : ΔH= 2.81 m Pour les grilles fins : ΔH= 1.12 m Dessablage/déshuilage : Le bassin proposée est un bassin airé combinée parce que l’injection de l’air assure une turbulence constante qu’évite le dépôt des MO le bassin est équipée d’un pont 9
Dimensionnement d’une station d’épuration racleur sur lequel est suspendue une pompe, pour qu’il ya une sédimentation des particules.il faut que l’une égalité suivantes soit vérifiée : L/H=Ve/Vs Le Dessableur doit être dimensionné dans le rapport suivant : L/H=10-15m Avec : Ve : la vitesse horizontale en [m/s], comprise entre [0.2-0.5 m/s] Vs : la vitesse de sédimentation en [m/h], comprise entre [0-70 m/h] H : profondeur de bassin comprise entre [1-2.5 m].on prend H=2 Pour le dimensionnement on prend : Ve=0.3 m/s ; et Vs=40m/h ; ts=5 min Calcul de volume de Dessableur : Vd=Qpts*ts Vd=0.23988*5*60 Vd=71.96 m3 Calcul de la surface de déssableur : o Section vertical : Sv=Qpts/Ve Sv=0.23988/0.3 Sv=0.8 m2 o Section horizontal : Sh=Qpts/Vs S h=0.23988/(40/3600) Sh=21.81 m2 Calcul la hauteur de déssableur: Hd=Vd/Sh Hd=71.96/21.81 Hd=3.3 m Calcul la longueur de déssableur: on fixe une longueur L=20m et on vérifiée les deux conditions : Sh/L=12.62*1.5/20=1.08……………………………..(1) L/H=20/2=10…………………………………………(2) Donc les deux conditions sont vérifiées. Calcule de volume d’air a influt dans le déssableur : On a la quantité d’air variée de [1-1.5 m3d’air/m3 d’eau] Qair=Qpts*v Qair=0.23988*1.5 Qair=0.36 m3 Avec : v : volume d’air à injecter (on prend v=1.5 m3d’air/m3 d’eau) Calcule de quantité des matiéres éliminée par le déssableur : On soit que le déssableur éliminé dans les environ 70% des MES celle-ci répresentent 30% MM et 70% MVS. Calcul de La charge en MES a l’entrée de déssableure : MVS=0.7*MES⤇MVS=0.7*63 10
Dimensionnement d’une station d’épuration
MVS=44.1 Kg/j/hab MM=0.3*MES⤇MM=0.3*63 MM=18.9 Kg/j/hab Avec : MVS : c’est la charge a l’entrée des matiéres volitives sèche MM : c’est la charge a l’entrée des matiéres minérale MES : c’est la charge a l’entrée des matiéres en suspension Un déssableur permet d’éliminée 70% des MM donc : MMe =MM-0.7⤇MMe =18.9-0.7 MMe=18.2 Kg/j/hab MMSe=MM-MMe⤇MMSe=18.9-18.2 MMSe=0.7 Kg/j/hab MMEs=MVS+MMS⤇MMEs=44.1+0.7 MMEs=44.8 Kg/j/hab Avec : MMe : la charge des matiéres minérales a éliminée Décanteur primaire : Le calcul se fera en fonction de la vitesse de chute limite des particules de ts de l’effluent et de la charge d’effluent en polluant : Vlim=Qpts/Sh Vlim=0.23988/21.81 Vlim=0.01 m/s Calcul de volume de décanteur : pour des raisons biologique et économique on prendra :ts=2h : v=Qpts*ts v =0.23988*2*3600 v =1727.14 m 3/s calcul de surface horizontal de décanteur : Sh=Qpts/Vaxe Avec : Vaxe : la vitesse axiale (on prend Vaxe=2.1 m/s) Sh=0.23988/2.1 Sh=0.11m2 Calcul d’hauteur de décanteur : on fixe hmouillet donc : D= D=
√ √
4∗Sh ԥ 4∗0.11 3.14
D=0.14 m Avec : hmouillet : la hauteur mouillet de décanteur en [m] D : le diamètre de décanteur en[m] Bilan de boue : le taux d’élimination de la pollution exprimée DBO5, DCO, MES est fixée a : 64% MES ; 33% DBO5 ; 33% DCO Calcul de la charge a l’entrée de décanteur : 11
Dimensionnement d’une station d’épuration
DBO5e=nbr hab*[ DBO5] =5151000 Kg/j DCO e =nbr hab*[DCO] =8383000 Kg/j MES e =nbr hab*[MES]=6363000 Kg/j Calcul de la charge éliminée par le décanteur primaire: DBO5 (éliminée)=0.33* DBO5e=0.33*5151000 DBO5 (éliminée)=1699830Kg/j DCO (éliminée) =0.33* DCO e =0.33*8383000 DCO (éliminée)=2766390 Kg/j MES (éliminée)=0.64* MES e=0.64*6363000 MES (éliminée)=4072320 Kg/j Calcul de la charge éliminée a la sortie de décanteur : DBO5 (sortie)= DBO5e- DBO5 (éliminée) DBO5 (sortie)=3451170 Kg/j DCO (sortie)= DCO e- DCO (éliminée) DCO (sortie)=5616610 Kg/j MES (sortie)= MESe- MES (éliminée) MES (sortie)=2290680 Kg/j Traitement secondaire :(biologique) Bassin d’aération : dimensionnée sur la base de la charge massique et volumique. En faible charge on a : 1/ : charge massique : Cm= DBO 5e/masse de bassin 0.1
Dimensionnement d’une station d’épuration Calcul de la charge éliminée « Le » : Le= L0-LS Le=5.151000-0.035000 Le=5.116000 mg/j calcul du rendement : R= (L0-LS)/L0 R= (5.151000-0.035000)/5.151000 R=0.99 mg/j=99% calcul le volume de bassin : Cv= [DBO] entrée/Volume de bassin On prend : Cv=1.2 donc : V=DBO5/ Cv V=5151000/1.2 V=4292500 m3 Si on a deux bassins :V1=V2=V/2 ⤇V1=V2=2146250 m3 calcul de la surface horizontal : nous prendrons la relation suivante : L=1/2, et h de bassin=3-5 m, nous prendrons h=4 m On a : Sh=V/h Sh= 4292500/4 Sh=1073125 m2 Calcul de la largeur de bassin : 1=
√
Sh 2
L=2*l Calcul de temps de séjour de bassin : Sur Qmj: ts=V1/QMJ=2146250/12120=177.08 j Sur Qd : ts=V1/Qd=2146250/31.56=118.05 j Sur Qpts : ts=V1/0.239.88*86400=103.55 j Masse de boue : Xa=L 0/Cm Xa=5151000/0.4 Xa=1287750Kg Donc Leur concentration : [Xa]=Xa/V1 [Xa]=1287750/214650 [Xa]= 6 Kg/m3=6000 mg/l besoin en oxygène : les bactéries en traitement par boues activées(Kg o2/j) ont besoin d’oxygène d’une part pour la dégradation de la pollution organique et d’autre part pour leur substance. Qualités d’oxygène : Qo2 =a*Le+b’*Xa Avec : b’ : coefficient cinématiques de respiration en oxygène b’=0.13Cm0.16 13
Dimensionnement d’une station d’épuration
on a aussi :
b’=0.13*(0.4)0.16 b’=0.11 a=0.5*(Cm) 0.12 a=0.5*(0.4) 0.12 a=0.45
donc : Qo2= 2443852.5 kgo2/j La qualités d’oxygène horaire : Qo2h= Qo2 /24 Qo2h=2443852.5/24 Qo2h=101827.19 kgo2/h Remarque : La quantité d’o2 nécessaire en cas de point ce cas arrive pendant la période diurne (16h) : Qo2pts= (a* Le/Td) + ( b’ Xa*V/24) Avec : Td : période diurne Td= Qo2 /16h Td= 101827.19/16 T d=6364.2 kgo2/h Qo2pts : la quantité d’oxygène en cas de point au temps sec Qo2pts=2533514000 Kg/m3 La capacité d’oxygène : COe/CO=(�*1.02(T-1))*(Ctps-Cx/C10) Avec : Ctps : la capacité d’oxygène corrigés au température et pression De travail elle est de l’ordre de 0.95 Ctps=2321.6598 g/l � : coefficient de correction, = [0.8-0.95],on prend �=0.87 COe : capacité d’oxygène effective CO : capacité d’oxygène normal CO=K*Cs K :est une caractéristique de capacités d’oxygéne K= (L0-Ls)/LS* Xa*ts K=225.75 Cs :la consommation en oxygène a saturation Cs= (475/33.5+T) Cs = 20.54 gO2/m3/l Donc on obtient: CO=4636.905 gO2/m3/l Cx : concentration minimale a maintenir dans le bassin elle est comprise Entre1.5-2mg/l on prend : Cx =2 mg/l C10 : concentration a saturation d’une eau en oxygène a 10°c.est de 14
Dimensionnement d’une station d’épuration 10.92mg/l Alors : COe/ CO= 2.0690142 Donc : COe= 9593.8235 go2/m3.h Calcule de la puissance qui requise pour le brassage : Eb=Sh*Pa Avec : Sh : surface horizontal du bassin Pa : puissance pour cm2 du bassin :[70-80]w/m2 Eb : la puissance requise pour le brassage En prend :Pa=75w/m2⤇ Eb=1073125*75 Eb=80484.375 Kw Calcul de la puissance d’aération nécessaire : E n=q(o2)/Coe En=6113.5646 Kw Calcul de nombre d’aération : N=En/Eb0 N= 0.637214 aérateurs Besoin en énergie de l’aération :dans les conditions normale l’apport spécifique en énergie des aérations est :1.5Kgo2/Kwh E=q(o2)/1.5 E=2443852.5/1.5 E=1629235 KW/h Bilan des boues : Calcul de la quantité des boues en excès :les boues en excès sont proportionnelle a la quantité la DBO5 éliminée et dépend de la charge massique dans le bassin d’aération.la quantité de boue en excès est déterminée par la relation : ΔX=an*le-b*Xa+Xmin+Xdur-Xeff Avec : an : rendement cellulaire, augmentation de la biomasse par l’ Élimination de la DBO5 [0.53-0.56] on prend an=0.54 le : quantité de la DBO5 [Kg/l] b : fraction de la masse cellulaire éliminie par jour en respiration endogène b=b’/1.42 b’ : coefficient cinétique de respiration endogène b’=0.063 Donc : b=0.063/1.42 b=0.044 Xa : quantité de boue dans les bassins d’aération des MVS [Kg] Xeff : fuit des MES avec l’effluent qui égale ; 30*10-3*QMJ, dépend des normes de rejet nous avons déjà adapté 30mg/l d’où : Xmin=30% MES=18.9 Kg/j/hab Xdur=25%MES=15.75 Kg/j/hab D’où : ΔX=2342413.65 Kg/j 15
Dimensionnement d’une station d’épuration Concentration de boues en excès : L’indice de Mohlemain :. il répresent le volume occupé par une gamme, le poid sec de boue après la décantation d’une demi –heure dans une éprouvette : Xn=1200/In Avec : Xn : concentration des boues en excès In : indice de Mohlman, indique la bonne décantation des boues s’il se trouve dans la fourchette(100-150) On prend : In=125⤇ Xn=9.6 Le débit de boue en éxces : QExcès=ΔX/Xn QExcès=244001.42 Kg/j 3 le débit spécifique par m de bassin : qsp= ΔX/V qsp=0.55 Kg/j/m3 avec :V :le volume de bassin en[ m3]
décantation secondaire(clarification) : le débit de boue régulière : elle consiste a entraine les boues activées du fond de classification (décanteur secondaire)et les envoyer, en tète de bassin d’aération enfin recommencer celui si et de maintenir une concentration sensiblement consiste en micro-organismes d’épuration (le débit de recyclage peut variée de 15-100 de débit de l’effluent produit) : R=100(Xa)/[(1200/In)-(Xa)] (%) R=100 % Le débit de boue régulière : Qr=R*QMJ Qr=12120000 l/j
l’âge des boues : est définit comme étant le rapport entre la quantité de boue présente dans le basin d’aération (Xa) et la quantité des boue retirés quotidiennement (Δx). Ab= Xa/ Δx Ab=0.55 j volume de clarification : V=Qpts*Ts On prend : Ts=3 heures V=0.23988*3 V=0.72 m3 diamètre de décanteur : D=
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√
4
V hԥ
Dimensionnement d’une station d’épuration On a : h=3-4m⤇D on prend h=3.5 m :
D=0.51 m
le temps de séjour : Ts=V/QMJ Ts= 5.14 [s] Traitement tertiaire (la désinfection) : Dose de chlore à injecter : la dose de chlore nécessaire dans les conditions normales pour un effluent traiter est de 5-10 mg/l on prend :(8mg/l) pour Ts=30 min on utilise une dose de 10 mg/l.pendant un temps de contact de 30 min. Dj=QMJ*Dchlore Dj=12120*8 Dj=96960 mg/j Avec : Dj : la dose journalière [mg/j] QMJ : le débit moyen journalier Dchlore : la dose de chlore en [mg/l] Dimensionnement du bassin de désinfection : V= Qpts* Ts V=0.23988*900 V=215.89 m3 surface de bassin : pour une hauteur de 3 m Sb=V/h Sb=71.96 m2 Pour l=30 m⤇
L= Sb /l L=71.96/30 L=2.4 m
traitement des boues : Volume de l’épaississement : Concentration des boues: Elle consiste, comme son nom l'indique, à augmenter la concentration des boues liquides de trois à dix fois selon le procédé employé. Les boues liquides deviennent donc plus épaisses et, de ce fait, les ouvrages aval de stabilisation ou encore de déshydratation vont en être réduits Plusieurs techniques peuvent être utilisées : Épaississeur : cette étape permet d’augmenter la teneur en matière sèche des boues secondaires par décantation et par récupération du surnageant. Un ouvrage statique est le plus souvent employé pour les boues primaires, ce dispositif étant relatif à l'emploi d'une cuve cylindro-conique. Flottateur : il repose sur le principe d’adsorption des boues sur de fines particules d’air. Les boues sont ensuite récupérées, en surface du système, par l’intermédiaire d’un racleur. Les fines bulles d’air proviennent d’une détente de l’eau soutirée du milieu. C'est un procédé particulièrement adapté aux boues biologiques.(3) 17
Dimensionnement d’une station d’épuration
Figure 5 : Flottateur avec racleur en surface La stabilisation: Elle permet de réduire la part de matière organique au sein des boues. Cette étape permet également d’éliminer les réactions de dénitrification ou d’anaérobiose et donc de maintenir les boues en leur état. Elle peut être présente en plusieurs points du procédé global de traitement des boues c'est à dire sur des boues liquides ou devenues pâteuses. La stabilisation n'est pas obligatoire mais permet une réduction des odeurs pouvant être générées par transformation ou encore conduit à une amélioration de la déshydratation des boues. Une stabilisation aérobie qui consiste également à employer des bactéries mais cette fois-ci, en présence d’oxygène. L’aération est assurée par une insufflation d’air en fond de bassin ou brassage en surface. En fin de traitement, du dioxyde de carbone et de l’eau sont produits(5) Bassin d’aération : il faut dimensionnée le bassin par le calcul de largeur et la longueur et le profondeur (par les formule cites précidamment). Calcul de temps de séjours : TS=23.5heures Calcul de volume de bassin :V=3160 m3 La clarification : Le mélange « eau-boue » issu du au Clarificateur bassin d’aération est mis au repos dans le clarificateur. Les boues, plus lourdes que l’eau, se déposent au fond du bassin par décantation et sont aspirées par un pont tournant, pour être envoyées vers un réservoir spécifique. Les éventuels surnageant sont raclés en surface, par le même pont tournant, et renvoyés en tête de station. Une partie des boues retourne vers le bassin d’aération, afin de maintenir en quantité suffisante la masse bactérienne active. Un collecteur achemine le reste vers les ouvrages de Leau « claire » le traitement des boues. de surface est récupérée par débordement dans les déversoirs périphériques du bassin. Elle rejoint le bassin de chloration.(7) Conclusion : L’importance de la pollution des eaux exige de nos jours une épuration pour éviter que les effluents pollués ne provoquent une destruction totale de l‘écosystème. Surtout au sud du Liban ou les village utilises les puits septiques très proches des puits d’eau potable se qui risque la sante de l’homme. leau usée est une source d’eau toujours disponible étant donné que la consommation d’eau propre ne s’arrête pas. en effet, les eaux usées traitées peuvent assurer l’équilibre du cycle 18
Dimensionnement d’une station d’épuration naturel d’eau et préserver les ressources en réduisant les rejets néfastes dans le milieu naturel. Comment peut on utiliser leau usées comme source d énergies renouvelable cest une question primordiale dans le future proche.(11)
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