SAAFA-76-MRRRCH
PARAMETRES DE POTABILITE DE L’EAU
ADEQUATION ENTRE RESSOURCES ET BESOINS EN EAU
Les ressources en eau renouvelables offertes par la nature peuvent être estimées à partir des flux du cycle de l’eau et plus particulièrement des flux de circulation des eaux continentales aux environs de 40 000 km3 /an. Compte tenu de la population actuelle de la planète qui est d’environ 06 milliards d’habitants, la quantité moyenne d’eau renouvelable disponible est de l’ordre de 7000m3 /an/habitant soit 20 m3 /j/habitant, ce qui est très largement supérieur aux besoins. En fait, les problèmes actuels et futurs sont multiples : – La population de la planète ne cesse d’augmenter alors que la ressource reste constante. Dans certains cas mêmes, cette ressource diminue par suite des problèmes de pollution. Les ressources en eau sont très inégalement réparties sur la planète. Il y a les déserts et les zones subarides (30% des terres émergées) qui n’ont que peu ou pas d’eau. Il y a aussi certaines zones équatoriales ou tropicales sur lesquelles tombent chaque année plusieurs mètres de pluie. Ainsi, neuf pays se partagent 60% des ressources en eau (40 000 km3 /an) : Brésil, Russie, Chine, Canada, Indonésie, États-Unis, Inde, Colombie, Zaïre. Très souvent, des inégalités peuvent exister au niveau d’un pays. En Algérie, par exemple, 75% des ressources renouvelables sont concentrées sur 6% du territoire. Les besoins en eau sont très variables suivants les pays. Il y a les pays en voie de développement peu industrialisés ou la consommation par tête n’excède guère une quarantaine de litres par jour, tous usages compris. Mais, il y a des Etats industrialisés ou la consommation journalière atteint plusieurs milliers de litres par personne si on additionne les besoins domestiques, agricoles et industriels. Ici, les populations – femmes et enfants surtout – sont astreintes à porter sur des kilomètres les quelques litres d’eau indispensables à la boisson et aux usages domestiques. Ailleurs, des installations gaspillent des milliers de tonnes d’eau qu’il existe des procédés permettant des économies énormes (MAUREL A., (2006)). I.2.6. EAU EN ALGERIE L’Algérie est un pays semi-aride et aride, dans lequel les ressources en eau sont généralement faibles et surtout extrêmement irrégulières et localisées : Dans le Sahara, les lits d’oueds recèlent quelques nappes phréatiques souvent saumâtres : Ghir, M’Zab, Saoura, etc. sinon, ce sont des nappes profondes, semi-fossiles ou fossiles, et qui sont très peu utilisées. Dans le nord d’Algérie l’apport principale vient du ruissellement, après précipitation. Le régime d’un oued est caractérisé par le fait que durant des mois, voire des années, le lit mal délimité est parcouru par un filet d’eau trompeur et que, tout-à-coup, et pendant un temps bref, il roule jusqu’à 5000 m3 /s provoquant une crue dévastatrice. En effet, elles sont croissantes d’Ouest en Est et affectent successivement les Monts de Tlemcen, le versant nord de l’Ouarsenis, le massif de la Kabylie, le nord Constantinois et enfin le massif des Aurès (ARRUS R., (1985)). I.2.7. PROPRIETES DE L’EAU Propriétés physico-chimiques L’eau possède un point de fusion, un point d’ébullition, une chaleur de vaporisation, une chaleur spécifique, une chaleur de fusion et une tension superficielle plus élevés que ceux des autres liquides. A la pression atmosphérique, la température d’ébullition de l’eau est de 100°C.· A la pression atmosphérique, la température de 40°C, sa chaleur de vaporisation· est de 540 cal/g. L’élimination d’une faible quantité d’eau, par exemple par transpiration, permet· d’évacuer une grande quantité de chaleur : propriété essentielle pour les êtres vivants homéothermes.
LES RESSOURCES DE L’EAU DANS LA NATURE
Le dosage du chlore, sous la forme d’hypochlorite de sodium liquide est injecté dans le perméat d’eau en aval du réservoir de chasse. La demande en chlore dans l’eau du perméat est faible en raison des systèmes de membranes d’Ultra filtration et d’osmose inverse qu’ils exclurent la plupart de la matière organique. La chloration est nécessaire pour le système d’eau potable pour l’approvisionnement et la désinfection avant la reminéralisation, l’effet maximal du chlore libre est dans la gamme du pH variant entre 5 et 7. La teneur en chlore après le réservoir de contact est contrôlée, elle varie entre 0,5 et 1 ppm. Il y a une ligne sur l’analyseur de chlore libre installé après le réservoir de contact du chlore pour surveiller et contrôler la chloration. Deux pompes de dosage (02) sont prévues pour la désinfection du post-traitement, une pompe est en marche mais l’autre est en attente. Le débit de dose de chlore sera réglé manuellement en changeant de la position de la course de la pompe de dosage accompli par la vitesse du moteur de la pompe. III.6.3.2. Cuve de contact du chlore Dans l’osmose inverse le perméat dosé avec le chlore pénètre dans le réservoir de contact du chlore. Le temps de séjour dans ce dernier est d’environ 30 mn, ce qui permettra au chlore libre de réagir avec la matière organique et s’assurer que l’eau est désinfectée avant d’entrer dans le Réservoir d’eau traitée. L’eau s’écoule à partir du réservoir de chasse, à travers la cuve de contact du chlore et dans le réservoir d’eau traité naturellement par gravité. III.6.3.3. Le dioxyde de carbone et de dosage de chaux L’eau désinfectée est dosé avec du dioxyde de carbone et la solution de lait de chaux avant l’entrer dans le réservoir de stockage d’eau traitée. Le dioxyde de carbone et de chaux (hydroxyde de calcium) réagissent ensemble pour former le bicarbonate de calcium. Le pH et LSI de l’eau sont augmentés à l’échelle désirée, la création stable « nonagressive » de l’eau pour la distribution à l’homme. Il en résulte du dosage dans l’eau traitée ayant une alcalinité qui est requise par la spécification de la qualité de l’eau traitée suivant cette réaction. 2CO2 + Ca (OH)2→Ca (HCO3) 2 Dans la pratique, le dioxyde de carbone est injecté à un débit de dose fixe prédéterminée et la chaux est contrôlée par le pH à un point de consigne, qui devrait se situer autour de 7,8 et 8,2. Pour minimiser les augmentations de la turbidité due au dosage de la chaux, une solution saturée est utilisée plutôt que du lait de chaux. L’injection d’une solution de lait de chaux peut augmenter la turbidité de 0,1à 0,2NTU. Le dosage de dioxyde de carbone et la chaux donne une augmentation de TDS d’environ 80 mg/L. Cependant, même après cette addition, le TDS de l’eau traitée sera inférieur à 500 mg/L. Le système de la chaux se compose de plusieurs éléments d’équipements pour stocker la poudre de chaux et de créer une solution saturée de chaux pour le dosage dans l’eau chlorée pour ajuster le pH de l’eau traité au point de consigne désiré. Le lait de la chaux sera stocké dans deux silos à chaux (1 en marche et 1 en attente) avec une profondeur de 2m. Le silo est construit en acier et équipé d’un système de contrôle des poussières. Le dosage est par l’utilisation d’une poudre chargeur contrôlé par VFD. Le débit de la chaux dans la fosse à lisier sera maintenu dans un rapport fixe à l’écoulement d’eau de dilution entrant dans le saturateur de chaux. Un réservoir de lait de chaux de la capacité nominale 20 mn est fourni comme un tampon entre le saturateur et le point de dosage. Trois pompes (03) de lait de la chaux (02 en marche et 01 en attente). La soupape de commande sur la décharge de la pompe sera de réguler le débit de chaux selon la mesure du pH (la gamme de pH est de 7,5 à 8,2) de l’eau entrant dans le réservoir d’eau traitée. III.6.3.4. RESERVOIR D’EAU TRAITEE L’eau traitée après la désinfection et la stabilisation est stocké dans le réservoir d’eau traitée. Ce réservoir est de type semi enterré avec une capacité de 25 000 m3 . Il y a deux (02) compartiments dans le réservoir d’eau traitée : Le premier est conçu pour fonctionner avec un seul compartiment de service.· Le second compartiment est maintenu pour le nettoyage.· III.6.3.5. POMPES D’EAU TRAITEE La station de pompage contient un total de quatorze (14) pompes d’eau traitée, dont douze (12) ont services et deux (02) sont des pompes de secours. Chaque pompe donne un débit de 695 m3 /h et une pression de sortie de l’ordre 30 bars. Ces pompes fournirent de l’eau traitée à la tuyauterie d’alimentation en eau traitée. Les pompes d’eau traitée sont installées avec un dispositif à fréquence variable (VFD). Ce dernier est fourni pour le bon démarrage et l’arrêt des pompes et de maintenir une pression stable de l’en-tête de l’offre et aussi de minimiser les surtensions sur la tuyauterie de refoulement des changements de condition d’écoulement. Ces pompes d’eau traitée dans la station de pompage transfert l’eau traitée au réservoir de distribution. L’ADE est responsable sur la distribution d’eau traité. Dans la station de dessalement, il y a un responsable de service d’ADE qui vérifié la qualité d’eau traité sortante. A la sortie de cette station, il y a 04 réservoirs d’anti bélier. III.6.3.6. SAUMURE REJETER (EMISSAIRE) L’émissaire sera exploitée sous l’écoulement par gravité sans qu’il soit nécessaire de pompage. La saumure d’Osmose inverse sera dirigée vers l’exutoire et fournira un flux continu de la mer. Ainsi, l’eau de lavage à partir des trains d’UF est dirigée vers le point de rejet. III.7. LA SALLE DE COMMANDE Les informations du système de commande est prévu dans une salle de commande. Le système est configuré pour avoir un plus haut degré de disponibilité et de fiabilité, convivialité et la facilité d’entretien. Le niveau de main-d’œuvre est réduit au minimum, tandis que le maintien du niveau spécifié de sécurité, de fonctionnement, de l’installation de dessalement. Le programme de contrôle de l’usine réside dans l’automate. Chaque fonctions API de manière indépendante et autonome que la défaillance d’un élément quelconque n’affectera pas les opérations de l’autre élément dans l’ensemble du système. L’opérateur peut naviguer l’écran pour afficher une partie différente du processus au sein de l’usine et effectuer fonctions, telles que : Surveiller et contrôler la plante pour produire la quantité d’eau nécessaire au sein· de contraintes de qualité spécifiées. Acquérir et enregistrer les données opérationnelles afin de faciliter une gestion· efficace de l’usine. Manuel des installations de dérogation à la salle de contrôle et dans le domaine.· Défauts d’affichage et alarmes.· Archives.· V. CONCLUSION Dans ce chapitre on a présenté la station de dessalement de Souk-Tleta, sa situation géographique, ses reliefs et les processus détaillés du dessalement appliqué au niveau de cette station
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Table des matières
REMERCIEMENTS
DEDICACES
RESUME
LISTE DES TABLEAUX
LISTES DES FIGURES
LISTES DES ABRIVIATIONS
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE i
Chapitre I : GENERALITES SUR L’EAU
I.1. CADRE GENERALE
I.1.1. OBJECTIF DE L’ETUDE
I.1.2. INTRODUCTION
I.2. GENERALITES
I.2.1. LE CYCLE NATUREL DE L’EAU
L’évaporation
La condensation
Les précipitations
Le ruissellement
L’infiltration
I.2.2. L’EAU
I.2.3. IMPORTANCE DE L’EAU
I.2.4. REPARTITION DE L’EAU SUR LA PLANETE
I.2.5. ADEQUATION ENTRE RESSOURCES ET BESOINS EN EAU
I.2.6. EAU EN ALGERIE
I.2.7. PROPRIETES DE L’EAU
Propriétés physico-chimiques
I.2.8. LA STRUCTURE DE LA MOLECULE D’EAU
I.2.9. PARAMETRES DE POTABILITE DE L’EAU
I.2.9.1. Paramètres organoleptique
Couleur
Goûts et odeurs
I.2.9.2.Paramètres physicochimiques
Potentiel d’hydrogène ‘pH’
La turbidité
Température
Matières en suspension
Matières organiques dissoutes
Conductivité électrique
La dureté totale de l’eau
I.1.10. LES RESSOURCES DE L’EAU DANS LA NATURE
I.2.10.1. Les eaux de pluie
I.2.10.2. Les eaux de surface
I.2.10.3. Les eaux souterraines
I.2.10.4. Les eaux de mer et les eaux saumâtres
Chapitre II : GENERALITE SUR LE DESSALEM
I.2.10.5. L’eau de mer
Salinité de l’eau de mer
Les compositions de l’eau de mer
I.2.10.6. Eau saumâtre
La salinité des eaux saumâtres
I.2.10.7. Formation des eaux saumâtres
Les facteurs naturels
Facteurs liés à l’activité humaine
I.3. CONCLUSION
II.1. INTRODUCTION
II.1.1. HISTORIQUE
II.2. LE DESSALEMENT
II.2.1. DEFINITION DE DESSALEMENT
II.2.2. DESSALEMENT EN ALGERIE
II.2.3. LE PROCESSUS DE DESSALEMENT DE L’EAU DE MER
Schéma générale d’une installation de dessalement
II.2.3.1. La prise d’eau de mer
II.2.3.2. Le prétraitement Chloration
II.2.3.3. Prétraitement conventionnel
Coagulation –floculation
a/ Coagulatio
b/ Floculation
Décantation
Filtration
II.2.3.4. Prétraitement par procédé membranaire Microfiltration
Ultrafiltration Nano filtration
II.3.3. DIFFERENTS PROCEDES DE DESSALEMENT
3.2.1. Procédés de dessalement par changement de phase
3.2.1.1. La distillation
a/ Principe
b/ Les différents types de distillation
i. Distillation à simple effet
ii. Distillation à multiples effets
iii.La distillation à détente successives ou Multi stage flash
iv.La distillation par compression de vapeur (VC)
c/ Les avantages et les inconvénients de distillation
i. Les avantages
ii. Les inconvénients
3.2.2.1. La congélation
a/ Le dessalement par congélation
b/ Les avantages et les inconvénients
i. Les avantages
ii. Les inconvénients
Chapitre III : PRESENTATION DE LA STATION DE DESSALEMENT.
II.3.3.2. LES PROCEDES MEMBRANAIRES
II.3.3.3. L’OSMOSE INVERSE (OI)
II.3.3.4. ELECTRODIALYSE
II.3.3.4.1. Description du procédé
II.3.3.4.2. Le dessalement par électrodialyse
III. CONCLUSION
III.1. INTRODUCTION
III.2. SITUATION DE LA ZONE D’ETUDE
III.2.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE
III.2.2. RELIEF
III.2.3. CADRE CLIMATIQUE
III.3. QUALITE D’EAU
III.3.1. QUALITE D’EAU DE MER
III.3.2. LA QUALITE DE L’EAU TRAITEE
III.4. EQUIPEMENTS PROCESSUS MAJEUR
III.5. SCHEMA GENERALE DU PROCEDE DE DESSALEMENT
III.6. PROCESSUS DE TRAITEMENT
III.6.1. ÉTAPE DE PRETRAITEMENT
III.6.1.1. Système de dosage et d’admission de chlore
III.6.1.2. Chambre d’admission d’eau de mer
III.6.1.3. Dégrilleurs grossiers(CBS) et tamis fin
III.6.1.4. Pompes d’eau de mer
III.6.1.5. Ultra filtration (UF) du système
III.6.1.5.1. Le système d’UF
III.6.1.5.2. Fonctionnement des membranes d’ultrafiltration
III.6.1.5.3. Fonctionnement UF – Back Wash
III.6.1.6. Réservoir de stockage d’eau filtrée et station de pompage
III.6.1.7. Ultra filtration a nettoyage sur place (CIP)
III.6.2. LES DIFFERENTES ETAPES DE L’OSMOSE INVERSE
III.6.2.1. Système de dosage chimique antitartre
III.6.2.2. Pompes d’alimentation
III.6.2.3.Systéme de récupération d’énergie (ERS) pompes
d’alimentation
III.6.2.4. Pompes a haute pression RO
III.6.2.5. Osmose inverse des trains
III.6.3. STADE DU POST TRAITEMENT
III.6.3.1. Dosage de chlore (à l’aide d’hypochlorite de sodium)
III.6.3.2. Cuve de contact du chlore
III.6.3.3. Le dioxyde de carbone et de dosage de chaux
III.6.3.4. Réservoir d’eau traitée
III.6.3.5. Pompes d’eau traitée
III.6.3.6. Saumure rejeter (émissaire)
III.6.3.7. La salle de commande
III.7. CONCLUSION
Chapitre IV : GENERALITE SELON NOTRE CAS D’ETUDE
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. CHOIX DES CANALISATIONS
IV.2.1. CONDUITES EN FONTE
IV.2.1.1 Caractéristiques
IV.2.1.2. Revêtement
Revêtement extérieur
Revêtement intérieur
IV.2.1.3 Assemblage
IV.2.2. LES CONDUITES EN POLYETHYLENE HAUTE DENSITE (PEHD)
IV.2.2.1. Caractéristiques
Résistance hydrostatique
SDR (Standard Dimension Ratio)
IV.2.2.2. Caractéristiques du polyéthyène
Rugosité du polyéthylène
Résistance chimique
Influence du climat
Dilatation
Tenue à la pression à 20°C
Influence de la température du fluide
Résistance et contraintes admissibles
IV.2.2.3. Assemblage des tubes
Électro-soudage
Bout à bout
IV.2.2.4 . Avantage des tubes PE
Corrosion
Abrasion
Auto-butage
Ductilité et flexibilité
Résistance aux coups de bélier
Etanchéité
IV.3. RESERVOIR
IV.3.1. ROLE ET UTILITE DES RESERVOIRS
IV.3.2. CLASSIFICATION DES RESERVOIRS
IV.3.2.1. Classification selon le matériau de construction
IV.3.2.2. Classification selon la situation des lieux
Classification selon la forme géométrique
Classification selon l’utilisation
IV.3.3. EMPLACEMENT DES RESERVOIRS
IV.3.4. ÉQUIPEMENT DES RESERVOIRS
IV.3.5. AVANTAGE D’UN RESEROIR
IV.4. TYPE D’ADDUCTION
IV.4.1. ADDUCTION GRAVITAIRE
IV.4.2. ADDUCTION PAR REFOULEMENT
IV.4.3. ADDUCTION MIXTE
IV.5. CALCULE HYDRAULIQUE POUR L’ADDUCTION PAR
REFOULEMENT
IV.5.1. CALCUL DU DIAMETRE ECONOMIQUE
Chapitre V : RACCORDEMENT DE LA STATION DE DESSALEMENT AU
RESERVOIR DE BAB KHROUFA
IV.5.2. CALCUL DE LA VITESSE
IV.5.3. CALCUL DES PERTES DE CHARGES
IV.5.3.1. Calcul des pertes de charge linéaires (ΔHL)
IV.5.3.2. Pertes de charges singulières
IV.5.3.3. Pertes de charge totales ΔHT
IV.5.4. LA HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE HMT
IV.5.5. PUISSANCE ABSORBEE PAR LA POMPE
IV.5.6. LA PUISSANCE DU MOTEUR
IV.5.7. ÉNERGIE CONSOMMEE PAR LA POMPE
IV.5.8. FRAIS D’EXPLOITATION
IV.5.9. FRAIS D’AMORTISSEMENT
IV.5.10. BILAN ECONOMIQUE
IV.6. ORGANES ET ACCESSOIRES DE L’ADDUCTION
IV.6.1. ORGANES DE SECTIONNEMENT
IV.6.1.1. Robinet vanne à opercule
IV.6.1.2. Robinet vanne papillon
IV.6.2. ORGANES DE PROTECTION
IV.6.2.1. Ventouse
IV.6.2.2. Clapet
IV.6.2.3. Vanne de vidange
IV.6.3. ORGANES DE REGULATION
IV.6.3.1. Vanne de régulation du débit
IV.6.3.2. Vanne de régulation de la pression amont
IV.6.3.3. Vanne de régulation de la pression aval
IV.6.4. ORGANES DE BRANCHEMENT
IV.6.4.1. Les coudes
IV.6.4.2. Les tés
IV.6.4.3. Les cônes
IV.7. STATION DE POMPAGE
IV.7.1. DEFINITION
IV.7.2. CLASSIFICATION DES POMPES
IV.7.2.1. Les pompes volumétriques
IV.7.2.2. Les Turbo-pompes
IV.7.3. CHOIX DU TYPE DE POMPE
IV.7.4. CHOIX DU NOMBRE DE POMPES
IV.7.5. LA CAVITATION 61
IV.8. PROTECTION DES CANALISATIONS CONTRE LE COUP DE
BELIE
IV.8.1. La dépression
IV.8.2. Etude de la surpression
IV.9. CONCLUSION
V.1. INTRODUCTION
V.2. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
V.2.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE
V.2.2. GEOLOGIE
V.2.3. CLIMAT
V.3. JUSTIFICATION DE TRANSFER A L’HORIZON 2030
V.3.1. EVALUATION DE LA POPULATION
V.3.2. POPULATION ALIMENTEE 66
V.3.3.EVALUATION DE LA CONSOMMATION MOYENNE JOURNALIERE
V.3.3.1. Besoin domestique
V.3.3.2. Dotation des équipements et industriels Les besoins scolaires
Besoins administratifs
Les besoins sanitaires
Les besoins socioculturels
Les besoins commerciaux :
V.3.3.3.Récapitulation de la consommation moyenne journalière actuelle
V.3.3.4. Besoins d’équipements à long terme :
V.3.4. DEBIT DE POINTE JOURNALIER
V.4. CONCEPTION ET ETUDE SU TRANSFERT
V.4.1. CRITERE DE CHOIX
V.4.1.1. Caractéristiques des matériaux pour les canalisations Coefficient de rugosité des canalisations
Epaisseurs des canalisations
V.4.2. CONDUITE DE REFOULEMENT ENTRE LA STATION DE POMPAGE ET LE RESERVOIR TAMPON
V.4.2.1. Calcule des diamètres
V.4.2.2. Détermination de la hauteur manométrique totale (HMT)
V.4.2.2.1. Calcule des pertes de charge
a/ Pour la fonte ductile
b/ Pour le PEHD
V.4.2.2.2. La hauteur manométrique
V.4.2.3. ÉTUDE ECONOMIQUE
Frai d’exploitation
Frais d’amortissement
Bilan global des frais
V.4.2.4. dimensionnement des protections contre l’effet de coûp de belier a/ En dépression
Caractéristiques de la conduite A
Caractéristiques des pertes de charge K
Caractéristiques du réservoir B
b/ En surpression
V.5. CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
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