Step Trait Eaux Usees11[1]

Épuration des eaux usées STEP de Fribourg Réalisation Marco Mirata / Folly Mario Laboratoire STEP

STEP de Fribourg

STEP de Fribourg 2003

Sommaire Introduction Epuration des eaux usées Bases légales Evaluation de la pollution Aperçu de diverses installations Conclusion STEP de Fribourg 2003

Introduction Pourquoi doit-on épurer les eaux usées? Selon l’Ordonnance sur la protection des eaux (OEaux) Art. 1: Le but est de protéger les eaux superficielles et les eaux souterraines contre les atteintes nuisibles et de permettre leur utilisation durable.


Introduction Les trois principales catégories d’eaux polluées dans le réseau d’eaux usées

Les eaux des industries Les eaux des ménages Les eaux de ruissellement sur les surfaces imperméables


Introduction Notion d’équivalent habitant (EH) Un EH correspond à une charge polluante organique biologiquement dégradable déterminée par une demande biochimique en oxygène de 75g O2/jour pendant 5 jours (DBO5). L’équivalent habitant permet le dimensionnement des stations d’épuration en fonction de la charge polluante.


Introduction Cycle et pollution de l’eau

Source: http://www.fr.ch/open/fr/eaux/eaux_protection.htm


Epuration des eaux usées Prétraitement (physique) Traitement primaire (physique) Traitement secondaire (chimique & biologique) Traitement tertiaire (physique & biologique) Traitement des boues STEP de Fribourg 2003

STEP de Fribourg 12.Gazomètre 11.Stockeur à boues 10.Traitements des boues 14.Traitements des odeurs

6.Déphosphatation 2.Dessableurs

Entrée

4.Décanteurs Primaires

5.Bassins D’aération I

7.Bassins d’aération II

3.Dégrillage fin 1.Dégrillage grossier 13.Traitements des eaux pluviales 9.Nitrification

8.Décanteurs finaux


Prétraitement Entrée des eaux usées Traitement eaux pluviales

Dégrillage grossier

Incinération

Dessableurs

Décharge inerte

Dégrillage fin

Incinération


Entrée des eaux usées

Canal d’entrée

Bassins d’eaux pluviales STEP de Fribourg 2003

Dégrillage grossier Rétention mécanique des déchets (papiers, fibres textiles, plastiques,…) de dimension > 15 mm Les déchets sont pressés et évacués en incinération


Dessableurs Extraction des eaux usées des sables et des particules minérales Permet d’éviter l’abrasion des pompes et conduites en aval Amélioration de la décantation du sable au fond du bassin par injection d’air Le sable est régulièrement extrait pas des ponts racleurs


Dessableurs


Dégrillage fin Rétention mécanique de tous les petits corps étrangers (plastique, Q-tips,…) de dimension > 6,0 mm, pouvant perturber le fonctionnement des installations Les déchets sont pressés et évacués en incinération


Traitement primaire Entrée des eaux prétraitées

Décantation primaire


Boues fraîches vers traitement des boues

Traitement primaire Décantation primaire et flottation Séparation de toutes les matières insolubles (organiques et minérales) par décantation et flottation Extraction des boues fraîches par des pont racleurs


Traitement secondaire (boues activées) Recirculation Recirculation de la nitrification Recirculation Filtrat et Centrifugat

Traitement des boues en excès

dénitrification Bassins d’aération

Décantation finale


déphosphatation

Traitement secondaire (boues activées)


Déphosphatation Provenance du phosphore: détergents industriels, produits de nettoyage sous forme de phosphates principalement. Les phosphates jouent un rôle dans l’eutrophisation des eaux.

Fe (III) 3+ fer ( III )

+

PO43Phosphates

FePO4 Phosphate de fer (III) ( précipite )


Déphosphatation

Sulfate de fer (III)

Cuves de stockage du sulfate de fer (III)

Préparation du sulfate de fer (III)

Dosage du sulfate de fer (III)


Elimination de la charge carbonée Traitement éliminant l’essentiel des agents polluants carbonés biodégradables Dégradation aérobie de la charge carbonée par biomasse épuratrice Biomasse épuratrice: bactéries, protozoaires,…

Eau usée + biomasse + O2

Eau épurée + biomasse


+ CO2

Traitement biologique à boues activées


Traitement tertiaire

nitrification

recirculation vers boues activées Réseau d’eau industrielle

Sortie eaux épurées


Décantation finale Séparation par décantation de la biomasse composée de microorganismes et de phosphates précipités Aspiration des boues par siphonnage L’excès de biomasse est traité avec les boues fraîches et le reste est recirculé


Nitrification Provenance des composés azotés: déjections humaines et animales. Elimination de l’azote ammoniacal par bactéries nitrifiantes fixées sur matériaux filtrants (Nitrosomonas & Nitrobacter) Nitrobacter Injection d’air (traitement aérobie)

Bassins nitrification

Oxydation de l’ammonium en nitrates

NH4+ + 2O2

Nitrobacter Nitrosomonas

NO3- + 2H+ + H20 Soufflantes nitrification


Local nitrification

Nitrification


Dénitrification Recirculation de l’eau épurée après nitrification dans une biologie anaérobie Réduction de la charge de NO3- par transformation en N2 au moyen d’une source carbonée Réduction réalisée par bactéries hétérotrophes (Pseudomonas denitrificans,..)utilisant l’oxygène du NO3- comme accepteur final d’électrons denitrificans,.. NO3- + 6H+ + 5 e-

Pseudomonas denitrificans

1/2N2 + 3H20

Biologie anaérobie


Sortie eaux épurées


Traitement des boues Boues en excès

Production de biogaz

Boues fraîches

Boues Flottantes

Pré-épaississement

Recirculation filtrat

Digestion anaérobie

Boues Fraîches Importées

Stockage Déshydratation

incinération des boues STEP de Fribourg 2003

recirculation centrifugat

Pré-épaississement Récupération des boues de la décantation primaire et de la décantation finale Les boues fraîches contiennent 0.5% de matière sèche Extraction de l’eau au moyen de tables d’égouttage avec adjonction d’un réactif de floculation Teneur en matières sèches après traitement env. 6 %

Station de floculation

Tables d’égouttage


Pré-épaississement


Digestion anaérobie Stabilisation des boues par une digestion anaérobie Les boues digérées sont pratiquement inodores car la dégradation des matières organiques est fortement ralentie Production de gaz méthane (CH4) principalement Les boues sont chauffées dans des digesteurs à une température de 35°C et brassées par injection périodique de gaz Temps de séjour minimum de : 22 jours


Digestion anaérobie

Digesteurs (2x 2’700 m3)

Gazomètre (2’500 m3)


Stockage des boues

Volume 2’500 m3 ∅ 18,00

Stockeur à boues


m

Déshydratation des boues Déshydratation des boues digérées par centrifugation jusqu’à une teneur de matières sèches d’environ 25 %


Utilisation du pouvoir calorifique

Incinération

Ecologie

Coûts

☺

$$$ $$$$ $$$$

Exportation pour incinération Technique de récupération

☺


Bases légales Loi fédérale du 24 janvier 1991 sur la protection des eaux (LEaux) LEaux Ordonnance du 28 octobre 1998 sur la protection des eaux (OEaux) OEaux Les cantons représentés par les offices de protection de l’environnement sont chargés de faire appliquer ces lois Les exploitations d’épuration se doivent de respecter les exigences relatives à l’OEaux Réalisation d’analyses interstep périodique (selon EH) par les cantons et les exploitations


Evaluation de la pollution Selon l’OEaux (an. 3), les exigences relatives au déversement d’eaux polluées portent sur les paramètres suivants :

Substances non dissoutes totales (MeS) Demande biochimique en oxygène (DBO5) Carbone organique dissout (COD) Transparence (Snellen) Ammonium (∑(N-NH4+, N-NH3)) Nitrite (N-NO2-) Composés organohalogénés (AOX) Phosphore total (Ptot) Azote total STEP de Fribourg 2003

Substances non dissoutes totales (MeS) Principe

Filtration sur membrane 0,45 µm de 100 ml d’eau de sortie

Normes

>10’000 EH: <10’000 EH:

15 mg/l 20 mg/l

But

Détermination de la fraction de matière non dissoute dans l’eau de sortie


Demande biochimique en oxygène (DBO5) Principe (par dilution)

La mesure de l’oxygène de l’échantillon s’effectue au début et après 5 jours . L’échantillon est stocké à l’abri de la lumière, à 20°C.

Normes

Pour eau épurée >10’000 EH: <10’000 EH:

15 mg/l O2 20 mg/l O2

Taux d’épuration 90% Taux d’épuration 90%

But

Détermination de la quantité d’oxygène en mg/l consommée par les microorganismes présents dans un volume d’échantillon durant 5 jours.


Carbone organique dissous (COD) Principe

L’échantillon en milieu acide est agité pour que le carbone inorganique (CO2 & carbonate) soit libéré. L’échantillon est ensuite oxydé, et le CO2 formé, proportionnel au carbone organique dissous, est mesuré.

Normes

Pour eau épurée :> 2’000 EH: Taux d’épuration 85% ⇒

But

100 x (1-

10 mg/l COD CODeaux épurées COTeaux polluées

)

Mesure de la charge organique Analyse du carbone organique total (COT): COT échantillon non filtré Analyse du carbone organique dissous (COD): COD échantillon filtré sur membrane 0,45 µm


Demande chimique en oxygène (DCO) Principe

Pour la mesure de la DCO, l’échantillon est chauffé pendant 2 heures à 146°C avec la présence de bichromate de potassium (Cr2K2O7), un oxydant puissant. Les composés organiques oxydables réduisents l’ion chromate Cr6+ en ion chrome Cr3+ (vert). La coloration est proportionnelle à la DCO.

Normes

Analyse ne figurant plus dans l’OEaux car cette méthode utilise des réactifs très polluants comme le mercure, le chrome, etc… remplacée par le COT et COD.

But

Détermination de la matière organique et inorganique oxydable chimiquement . DCO ≅ 2.2 sur les eaux usées brutes DBO5 STEP de Fribourg 2003

Transparence (Snellen) Principe

Détermination optique de la distance de vision des caractères de référence en vidant l’échantillon d’eau épurée à l’aide du tube de Snellen.

Norme

Eau épurée: 30 cm

But

Détermination de la qualité optique de l’eau épurée


Ammonium (∑(N-NH4+, N-NH3)) Principe

Combinaison de l’ammonium avec le chlore du monochloramine. Le monochloramine réagit avec le salicylate pour former le 5-aminosalicylate. Le 5-aminosalicilate est oxydé par le catalyseur nitroprusside d’ammonium. La coloration verte finale est proportionnelle à la concentration d’ammonium.

Norme

Eau épurée: 2 mg/l N Taux d’efficacité de traitement 90% N-NH4+eaux épurées ⇒ 100 x (1NTK eaux brutes

)

But

Détermination de l’efficacité du traitement d’épuration des composés azotés. NtK: azote Kjeldahl (Ntk= Ntot – (NO2, NO3 )) STEP de Fribourg 2003

Nitrites (N-NO2-) Principe

Les nitrites contenus dans l’échantillon réagissent avec l’acide sulfanilique pour former un sel de diazonium. Ce complexe, en présence d’acide chromotripic forme une coloration rose proportionnelle à la concentration en nitrites.

Normes

Eau épurée: 0.3 mg/l N (valeur indicative)

But

Détermination de l’efficacité du traitement d’épuration des composés azotés. Paramètre critique pour la biocénose aquatique


Composés organohalogénés (AOX) Principe

L’échantillon est oxydé en milieu acide, le chlore libéré est transformé en chlorure (Cl-) et ensuite complexé. La coloration obtenue est proportionnelle à la concentration d’AOX

Norme

Eau épurée: 0,08 mg/l X

But Détermination des composés halogénés absorbables, des pesticides et autres composés organiques provenant des eaux usées industrielles.


Phosphore total (Ptot) Principe

L’échantillon est oxydé en milieu acide afin de transformer le P organique en P minéral (orthophosphate: PO43-). Le PO43- en solution réagit ave le molybdate d’ammonium pour former l’acide molybdophosphorique. Ce complexe est ensuite réduit par un acide aminé d’une coloration bleue (phosphomolybdique) proportionnelle à la concentration en phosphore.

Norme

Eau épurée: 0,8mg/l P

Taux d’épuration par rapport aux eaux polluées brutes : 80%

But

Détermination de l’efficacité du traitement d’épuration des composés phosphorés. Paramètre critique pour l’eutrophisation des eaux.


Aperçu de diverses installations Traitement de l’air vicié Production d’énergie avec moteur à gaz Types de pompes


Traitement de l’air vicié Désodorisation de l’air provenant des différents ouvrages de traitement des eaux usées et des boues sur des tours de lavage et des biofiltres

Biofiltres

Tours de lavage


Tour de lavage

Production d’énergie avec moteur à gaz Production d’énergie électrique et thermique grâce au biogaz formé par la digestion anaérobie des boues Couvre jusqu’à 45% des besoins en énergie électrique de la STEP

Moteur à gaz


Type de pompes Pompe moineau Pompe centrifuge Pompe à membrane


Pompe moineau ⋅

Pompe moineau pour extraction des boues ( V


≅ 10 m3/h)

Pompe centrifuge ⋅

Pompes centrifuge pour eaux usées (

V ≅ 360 m3/h)


Pompe à membrane Pompe à membrane pour le dosage de réactifs


Conclusion Toute cette chaîne de traitement pour obtenir : Protection de l’environnement Recyclage, récupération d’énergie Taxe du pollueur payeur !


Questions ?

[email protected] STEP de Fribourg 2003

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