Boues d’épuration des eaux usées

BOUES D’EPURATION DES EAUX USEES

Le parc des stations d’épuration d’eaux usées urbaines en Algérie est constitué essentiellement de procédés d’épuration à « BOUES ACTIVEES », et à un degré moindre « LAGUNAGE NATUREL ». Ce dernier produit des boues de façon périodique (période variant de 5 à 10 ans), une périodicité assez longue qui ne nécessite pas la gestion de ces boues au niveau de la station. Le procédé à boues activées produit des boues de manière régulière (Journalière) qui oblige leur gestion sur le site de la station avant destination finale. De cette contrainte est née la filière de traitement des boues en parallèle avec celle de l’eau pour une meilleure maîtrise du devenir de ce sous produit de traitement. Les procédés de traitement des boues existants au niveau des stations d’épuration dépendent de l’origine et de la nature des boues produites par ces stations. [1] Ainsi les stations à moyenne charge sont dotées de procédé de stabilisation et celles à faible charge ne le sont pas car elles produisent des boues ayant été déjà stabilisées au niveau de la filière de traitement de l’eau. En 2005, l’Algérie avait six stations d’épuration d’eau opérationnelles. A ce jour, le pays s’est doté de 145 stations d’épuration dont la majorité est certifiée ISO. Le volume global de l’eau traité est de 800 millions de m3 annuellement.

A l’horizon 2015, le réseau d’épuration sera composé de 200 stations. Ces chiffres ont été dévoilés par le ministre des Ressources en eau, Hocine Necib lors d’une rencontre, à Alger, sous le thème « Réalisations et défis à relever », dans le secteur de l’assainissement et du traitement des eaux usées. [2] Pour rappel, l’Algérie bénéficie de l’aide de la communauté européenne à travers un programme d’appui au secteur des ressources en eau. Ce programme est doté d’une enveloppe de 40 millions d’euros dont 30 millions émanent de la communauté européenne. Selon le ministre, le réseau d’assainissement est programmé en fonction du développement économique du pays et de la démographie. Pour étayer ses propos, le représentant du gouvernement dira que « le taux de raccordement à l’eau potable a atteint 87% contre un taux de 30% en 1970 ». Ce qui place l’Algérie, d’après le locuteur, au deuxième rang au niveau africain. Etait également présent également à ce séminaire, l’ambassadeur et chef de la délégation de l’Union européenne, Marek Skolil. [1] Selon lui, l’Algérie a ainsi beaucoup avancé dans le domaine de l’assainissement des eaux usées par la réalisation, explique-t-il, de nombreuses installations de mobilisation des eaux conventionnelles et non conventionnelles ainsi que la construction de nombreuses stations d’épuration et d’assainissement des eaux usées, a-t-il ajouté, mettant en évidence l’expérience européenne mise à la disposition de l’Algérie.

Sécheurs indirects 

Ces sécheurs comportent classiquement un stator constitué d’un fût cylindrique, fixe et horizontal, muni de racleurs et un rotor comportant des palettes agitatrices. Le fluide caloporteur circule généralement dans l’arbre du rotor et éventuellement dans une double enveloppe du stator. Les conditions de fonctionnement d’un sécheur indirect sont a priori moins favorables que dans le cas précédent. En effet, la boue arrive en masse dans le sécheur et la phase gazeuse est à faible température et peu véloce. La présence des racleurs et des palettes permet de faire avancer la boue et de la retourner afin de maintenir le régime superficiel d’évaporation et d’améliorer ainsi le transfert, La boue présentant en permanence une surface humide. En outre, un ventilateur de tirage entraîne les buées dégagées vers leur traitement. Des ouïes d’aération permettent l’entrée d’une petite quantité d’air. Le fluide caloporteur peut être de la vapeur ou un liquide thermique. En cas de couplage avec un four Pyrofluid, il est avantageux d’utiliser de l’eau pressurisée récupérant les calories des fumées au niveau de l’économiseur. Ceci permet l’économie d’une chaudière mais le coefficient global d’échange dans le sécheur étant un peu moins bon que dans le cas de l’utilisation de vapeur, la taille du sécheur doit être un peu plus important.

Destination finale des boues et contraintes afférentes

Au niveau européen : Au niveau européen, les principales filières de gestion des boues sont la valorisation en agriculture, la mise en décharge et l’oxydation thermique par incinération ou par voie humide. Le rejet en mer est interdit depuis 1998. Les boues sont également utilisées dans de moindres quantités comme combustible pour les cimenteries et les briqueteries (Gross, 1993) ou sont épandues sur des sols non agricoles (essais en zones forestières). La répartition moyenne entre les trois filières principales diffère quelque peu selon les sources et l’année considérée. Suite à la politique de l’Union Européenne en matière d’enfouissement de déchets urbains municipaux, la mise en décharge des boues devra être abandonnée au profit de voies d’élimination écologiquement et économiquement durables. À moyen terme, il semble donc que la valorisation agricole et la valorisation énergétique (incinération et oxydation par voie humide) soient les deux voies qui subsisteront. De nouvelles pistes sont également explorées. Parmi celles-ci, citons la gazéification des boues séchées.

L’Algérie veut investir dans la récupération des eaux usées qui seront destinées à l’irrigation des terres agricoles : Une quarantaine de nouvelles stations de traitement des eaux usées sera réalisée à l’horizon 2014, a annoncé par le directeur de l’assainissement au ministère des Ressources en eau. Ce programme va nécessiter de lourds investissements, car la construction d’une seule station d’épuration de capacité moyenne coûte en moyenne deux milliards de dollars. La grande station d’El Kerma a coûté, à titre d’exemple, un investissement de six milliards de dollars. Une centaine de stations de traitement des eaux usées, avec une capacité annuelle de 550 millions mètres cubes, est opérationnelle à travers le territoire national. Leur nombre a progressé en six ans pour passer de 28 en 2002 à 105 stations fin 2009. «Les stations tournent à 50% de leurs capacités. Nous traitons annuellement entre 200 et 300 millions mètres cubes d’eaux usées. Cette quantité est utilisée pour l’irrigation», précise le même responsable sur les ondes de la chaîne III. L’Algérie produit annuellement 750 millions de mètres cubes d’eaux usées.

L’intervenant a assuré que les eaux traitées dans les stations d’épuration sont de très bonne qualité et conformes aux normes de l’Organisation mondiale de la Santé (OMS). Questionné sur le coût de l’entretien de ces stations, il a déclaré que la maintenance des équipements devra nécessiter 20 milliards de dinars. D’ailleurs, un dossier a été déposé au ministère des Finances pour l’affectation d’une enveloppe supplémentaire. S’agissant du problème de remontée des eaux, il a annoncé que les projets de collecte des eaux des deux cuvettes d’El Oued et Ouargla seront prochainement opérationnels. Les deux projets ont coûté au Trésor public 60 milliards de dinars. Un montant justifié par l’importance des installations de collecte des eaux et la réalisation d’un transfert de 40 kilomètres. Abordant la protection des villes des inondations, il a révélé que 40 milliards de dinars seront débloqués dans le plan 2010/2014 pour sécuriser les centres urbains à risque. Un projet est ainsi prévu pour protéger le centre d’Alger, en particulier le quartier de Bab- El Oued des inondations. Il devra être entamé dès le mois prochain. Interrogé sur le cas de la ville de Ghardaïa, le directeur de l’assainissement affirme que les deux nouvelles digues, réalisées pour contenir les crues, sont en cours d’achèvement.

Valorisation agricole

Cette forme de valorisation bénéficie d’un savoir faire important du fait d’une pratique répandue et ancienne, mais aussi encadrée par une réglementation sans cesse renouvelée. D’autre part les boues possèdent une forte valeur agronomique. Elles contiennent en effet des éléments fertilisants naturels comme l’azote et le phosphore, des oligo-éléments comme le zinc et le cuivre, des matières organiques et peuvent jouer un rôle d’amendement lorsqu’elles sont chaulées. Elles contiennent donc la plupart des éléments présents dans les engrais de synthèse (Briscoe et al. 1994). Cependant cette filière est liée à des contraintes : la première contrainte est la réglementation qui, dans le souci d’apporter des garanties sanitaires maximales aux usagers et aux consommateurs, exige que les boues soient un produit de qualité. Aussi le producteur doit être en mesure de fournir un produit dont les critères agronomiques sont parfaitement connus. Sur le plan sociologique, les boues d’épuration souffrent du climat de méfiance, vis à vis des produits agroalimentaires, qui s’est installé depuis l’apparition de la maladie de la «vache folle ». Les entreprises agroalimentaires mettent actuellement en place des cahiers de charges de plus en plus restrictifs vis à vis des cultures fertilisées à partir des épandages de boues. Enfin, l’épandage agricole des boues subit la concurrence des sous-produits de l’agriculture : les déjections animales et les sous-produits des industries agro-alimentaires. L’épandage après compostage constitue une solution alternative à l’épandage direct.

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Table des matières

LISTE DES SYMBOLES ET ACRONYMES
Abstract Résumé
Introduction générale
CHAPITRE I : Boues d’épuration des eaux usées
I.1-Introduction
I.2- Stations d’épuration d’eaux usées urbains en Algérie
I.3- Nécessité et objectif de l’épuration
I.3.1- Caractères réglementaires d’une eau épurée
I.4- Les différentes étapes d’épuration des eaux résiduaires
I.4.1- Traitement préliminaire (prétraitement)
I.4.1.1- Dégrillage
I.4.1.2- Tamisage
I.4.1.3- Le dessablage
I.4.1.4- Déshuilage- Dégraissage
I.4.2- Traitement primaire
I.4.2.1- Décantation
I.4.2.2- La coagulation- floculation
I.4.2.2.1- Coagulation
I.4.2.2.2- Floculation
I.4.3- Traitement secondaire
I.4.3.1- Lit bactériens « filtre bactérien »
I.4.3.2- Disques biologiques
I.4.3.3- Boues activées
I.5- Gestion des boues
I.6.1- Origine et caractéristiques des boues
I.6.2- Origine
I.6.3- Caractéristique
I.6.3.1- Siccité d’une boue
I.6.3.2- Concentration en Matières Sèches (M.S)
I.6.3.3- La Teneur en Matières Volatiles en Suspension : (M.V.S)
I.6.4- Notion de Stabilité d’une boue
I.7- Quantité de boue produit
I.7.1- Evaluation
I.7.2- Extraction
I.8- Filière de traitement
I.8.1- LES PHASES DE TRAITEMENT
I.8.1.1- L’EPAISSISSEMENT
I.8.1.1.1- Epaississement par décantation ou épaississement statique
I.8.1.1.2- Epaississement dynamique
I.8.1.1.2.1- Epaississement par flottation
I.8.1.1.2.1- Epaississement par égouttage
I.8.1.1.2.2- Epaississement par centrifugation
I.8.1.2- LA STABILISATION
I.8.1.2.1.- La stabilisation aérobie thermique
I.8.1.2.2- La stabilisation aérobie
I.8.1.2.3- La stabilisation anaérobie
I.8.1.2.4- La stabilisation chimique
I.9- Technique de Séchage des boues
I.9.1- Déshydratation des boues
I.9.1.1- Déshydratation mécanique et naturelle
I.9.1.2- Procédés de Déshydratation
I.9.1.2.1- Conditionnement par ajout de réactifs minéraux
I.9.1.2.2- Conditionnement aux poly-électrolytes
I.9.1.3.Le Filtre à Bandes
I.9.1.4- Le Filtre-presse
I.9.1.4.1- Le filtre à plateaux
I.9.1.4.2- Filtres à plateaux membranes
I.9.1.5- Centrifugation
I.9.1.5.1-Fonctionnement de la décanteuse centrifugeuse
I.9.1.5- Lits de séchage
I.9.1.5.1- Lagunes de séchage
I.9.1.6- Déshydratation thermique
I.9.1.6.1- Sécheurs directs
I.9.1.6.2- Sécheurs indirects
I.10- Destination finale des boues et contraintes afférentes
I.10.1- Valorisation agricole
I.10.2- Qualité des boues
I.10.2.1- Nature et localisation des sols
I.10.3- Valorisation énergétique
I.10.3.1- Incinération
I.10.3.1.1- Incinération dans un four spécifique
I.10.3.1.2- Co-incinération avec ordures ménagère
I.10.3.1.3- Oxydation par voie humide (OVH)
I.10.3.1.4- Thermolyse
I.10.3.1.5- Gazéification
I.14- SYNTHESE BIBLIOGRAPHIE SUR LES BOUES D’EPURATION
I.14.4- Synthèse des principales techniques du marché en Algérie
I.14.4.1- Programme de développement 2011-2012
I.15- Conclusion
CHAPITRE II : Station d’épuration des eaux usées urbaines
II.1-Introduction
II.1-Description de la station d’épuration de la ville de Tlemcen
II.2- description des installations
v Déversoir d’orage
v Deux Dégrilleurs
v Déssableur- déshuileur (2 unités
v Bassins d’aération
v Décanteurs secondaires
v Bassin de chloration
v Un poste de pompage des boues avec pompe de recirculation
v Épaississeur à boue
v Lits de séchage
v Aire de stockage des boues séchées
II.3-Données de bases
II.4-Composition globale des boues et production de boues d’une station d’épuration d’eaux usées urbaines
II.5- Destination des boues traitées
II.5.1- La valorisation agricole
II.5.1.1- Intérêt agronomique
II.6.STEP Tlemcen et ISO 14001
II.6.1- ISO 14001
II.6.2- Périmètre d’application de la norme ISO 14001
II.6.3-Liste des normes de la série ISO 14 000
II.6.3.1- Avantage
II.7- Caractéristiques thermodynamiques des boues
II.7.1-Les méthodologies de la mesure de propriétés thermodynamiques de la boue
II.7.1.1- Définition des isothermes de sorption
II.7.1.2- Les méthodes de détermination des isothermes
II.8- Système DVS
IV.9. – Le méthode de Mesure de la capacité calorifique massique
IV.10- Résultats sur les paramètres de la boue intervenant dans la modélisation
IV.10.1- Isothermes de désorption
II.10.2-Forme générale des isothermes
IV.10.3-Capacité calorifique massique
II.11-Conclusion
Chapitre III : Modélisation de séchage solaire des boues d’épuration
III.1- Introduction
III.2. Terminologie de séchage
III.2 .1. Humidité
III.2 .2. Taux d’humidité
III.2 .3. États de siccité
III.2 .4. Taux d’humidité à l’équilibre
III.2.5. Corps hygroscopique
III.2 .6. Les différents modes de liaison de l’eau
III.2 .7. Energie de liaison – chaleur de vaporisation
III.2 .8. Transferts de chaleur
III.2.8.1- Séchage par convection
III.2.8.2- Séchage par conduction
III.2.8.3- Séchage par rayonnement
III.3- Place du séchage dans une optique valorisation
III.3.1- Séchage et épandage
III.3.2- Séchage et valorisation énergétique
III.3.3- Déshydratation par séchage solaire des boues
III.3.4- Avantages du séchage solaire
III.4- Problématique actuelle du séchage solaire
III.4.1- Différents procédés de séchage solaire
III.4.1.1- La serre ouverte
III.4.1.2- La serre fermée
III.5- Préparation de la solution de polyelctrolyte
III.5.1-descriptif du groupe de dosage
III.5.2- principe de fonctionement du groupe de dosage
III.5.3- mise en service
III.5.4- réglage eaux et poudre
III.5.4.1-réglage eaux
III.5.4.2-réglage poudre ( DOSEUR DE POUDRE )
III.6- performance du groupe
III. 6- Théories descriptives du phénomène de séchage
III.6.1- La théorie diffusionnelle
III.5.2 La théorie capillaire (1937)
III.6. L’activité de l’eau dans un produit
III.6 .1. Isothermes de sorption
III.6 .2. Formes et modèles des isothermes de sorption
III.6.3. Chaleur isostérique de désorption
III.7- Différentes étapes du séchage d’un produit humide
III.7.1 Caractéristiques de séchage de la boue
III.7.2- Analyse de la cinétique de séchage
III.7.2.1- Période de mise en température
III.7.2.2- Les deux périodes de ralentissement
III.7.2.3- Receding front model
III.7.2.4- Wetted-surface model
III.7.2.5- La classification de Sherwood
III.8.Modélisation simplifiée des phases de séchage
III.8.1- Période à vitesse constante
III.8.2.Période à flux décroissant
III.8.2.1- Modes de transport de l’eau
III.9-Modélisation
III.9.1- Courbe caractéristique de séchage
III.10- Modèle numérique de séchage solaire sous serre
III.10.1- Description du modèle
III.10.2- Analyse Xysique du modèle
III.10.2.1- Représentation des composants de la serre
III.10.2.2- Ecriture des bilans thermiques et massiques
III.8.2.2.2- Bilans massiques
III.11- Expression des flux énergétiques
III.11.1- Flux radiatifs solaires
III. 11.2- Flux convectifs
III.11.3- Transfert de masse
III.12- Paramètres de la boue intervenant dans la modélisation
III.13-Synthèse bibliographique sur la modélisation des procédés de séchage solaire Des boues
III.14-Conclusion
Chapitre IV : Simulation numérique du séchage solaire sous serre IV.1- Introduction
IV.2- Etude de du séchage
IV.2.1- Géométrie et dimensionnement des serres
IV.2.2- Fixation des conditions opératoires
IV.2.3- L’obtention des courbes de séchage
IV.2.4- Méthode de détermination de la courbe caractéristique de séchage
IV.3- Les paramètres mis en jeu lors de la procédure de simulation du modèle
IV.4- Résolution du système d’équations
IV.5-Résultats et discussion
IV.5.2- Analyse de l’influence de débit d’air séchant dans la serre sur
IV.6-Conclusion
Conclusion générale

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