Soutenance mémoire
Performance de la station d’épuration de maghnia
Paramètres influençant le fonctionnement des bassins d’aération
Le processus aux boues activées peut être influencé par plusieurs facteurs. On se doit de créer des conditions optimales de fonctionnement afin d’obtenir un traitement des eaux usées le plus performant possible [59]. Les paramètres les plus importants et surtout critiques sont les suivants :
Inhibitions liées aux paramètres caractéristiques des eaux brutes
Les caractéristiques des eaux usées entrantes à une station d’épuration à boues activées influencent le traitement au sein du bassin d’aération.
Débit d’alimentation
Chaque station d’épuration des eaux usées est développée pour être capable de traiter une certaine quantité de matière organique. Cette quantité ou charge organique est généralement exprimée en kg DBO ou DCO par jour ou en Equivalent Habitant = 1 EH = 54 g DBO où un Equivalent habitant est l’unité de mesure permettant d’évaluer la capacité d’une station d’épuration. Cette unité de mesure se base sur la quantité de pollution émise par personne et par jour [59].
Il est primordial de respecter la charge maximale et de ne pas la dépasser. Cette charge maximale est la charge prise en compte lors du dimensionnement du réacteur. Il est aussi très important que cette charge soit homogène si l’on veut obtenir un effluent de qualité à tout instant. Les pics de charge doivent impérativement être évités. Lorsque cette charge organique nominale est dépassée, on parle de surcharge du système. Les appareils pour l’aération de l’eau usée ne pourront pas suivre et fournir la quantité d’oxygène nécessaire. Une telle situation a un impact très négatif sur le processus de traitement [59].
Détérioration de la qualité de l’effluent : teneur en O2 insuffisante pour oxyder/dégrader tous les composés organiques (DBO/DCO).
Conditions anaérobies à l’intérieur des boues activées
production microbiologique d’acides gras et de H2S (= problème d’odeur).
La composition de l’eau usée est également très importante. En général, la culture bactérienne se forme en fonction de la composition de l’eau usée entrante. Les grands changements dans la composition ou quantité d’eau ne peuvent être traitées de manière optimale.
pH
Les valeurs de pH extrêmes (supérieures à 9,5 et inférieures à 2,5) donnent lieu à une forte dégradation de la qualité de la boue. Il est évident que dans de telles conditions de pH, les boues activées subissent de fortes modifications du point de vue physico-chimique et biologique. Plus particulièrement, les plus fortes valeurs de pH donnent lieu à des hydrolyses des constituants organiques des flocs et des polymères extra cellulaires qui changent considérablement les propriétés des boues [59].
Ainsi, une augmentation du pH entraîne un accroissement de la charge négative des flocons et engendre des effets de répulsion plus intenses entre particules, contribuant fortement à créer une résistance à l’écoulement. D’autre part, aux plus forts pH, la matrice des flocons est plus étendue et par conséquent, les interactions entre flocons sont plus marquées et la viscosité augmente [59].
Température
La température de l’eau usée a une influence majeure sur le taux de biodégradation dans le bassin d’aération (conversion en CO2, H2O et composés minéraux). Plus la température est élevée, plus le processus de biodégradation est rapide (plus 10°C = vitesse de réaction x 2)[59].
Les systèmes aux boues activées opèrent normalement sous une température de 5 à 35 °C (température mésophilique). La température dans un tel système, détermine le taux et la vitesse des réactions de dégradation biochimique. Plus la température est importante, plus les réactions sont rapides :
Dégradation du substrat;
Accroissement de la biomasse;
Nitrification/dénitrification.
En résumé : Une station d’épuration travaille plus efficacement à une haute température.
Les réactions de nitrification sont particulièrement influencées par la température. Le taux de nitrification diminue considérablement lorsque la température descend en dessous de 20°C et est pratiquement nul si une température de 10°C est atteinte. Les réactions de dénitrification dépendent un peu moins de la température [59].
Nutriments
L’azote et le phosphore sont des nutriments essentiels qui doivent être présent dans l’influent selon un rapport bien défini. Si la concentration de P et N est trop basse, cela va influencer négativement l’activité et la capacité de sédimentation des boues (structure en flocons).
Les micro-organismes ont aussi besoin de micronutriments outre Net P. En littérature, on parle de Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Cr et Co comme les micronutriments les plus importants.
Si les nutriments ne sont pas disponibles en quantité suffisante dans l’eau usée brute, ils doivent être ajoutés. Cela implique l’ajout de N et P en premier lieu, mais il est aussi possible que d’autres éléments soient dosés dans l’eau usée (en particulier pour le traitement de condensas).
Si un déficit de N et P dure trop longtemps (>4 jours), l’activité des boues peut se trouver réduite considérablement. De plus, la structure cellulaire des boues est fragilisée. Il y a donc de grandes chances que l’effluent soit moins clair en sortie du traitement.
Composés toxiques
Dans certaines circonstances, l’efficacité d’un système aux boues activées peut soudainement diminuer, et dans le pire cas, être nulle. Des composés toxiques présents dans l’influent sont normalement à l’origine de ce phénomène. Une fois dans le bioréacteur, ces substances inhibitrices ont un effet négatif sur l’activité biologique.
Exemples d’inhibition : toxicité due aux métaux lourds, empoisonnement par des composés organiques particuliers (phénols, détergents cationiques, antibiotiques, etc.), présence d’oxydants forts, etc.
L’effet de toxicité sur un procédé de traitement des eaux usées peut être divisé en 3 catégories:
Inhibition de l’activité : la population microbiologique travaille encore, mais à un moins bon rendement qu’à l’habitude.
Arrêt total de l’activité microbienne : toutes les bactéries meurent, ou sont « capturées» dans un état végétatif statique, dans lequel elles sont métaboliquement inactives. Dans certains cas, l’activité biologique peut reprendre une fois les composés toxiques supprimés du bioréacteur.
La troisième catégorie est une forme de toxicité plus spécifique. L’activité générale n’est pas affectée, seule la dégradation d’une certaine sorte de substrat est inhibée. Ce problème est souvent rencontré dans des systèmes où des composés xénobiotiques sont dégradés par co métabolisme Afin d’évaluer l’impact d’une inhibition sur un procédé de boues activées, il est important de connaître les mécanismes à l’origine de la toxicité de certaines substances. Les composés cellulaires et processus suivant sont sensibles aux effets toxiques :
L’enveloppe cellulaire d’une bactérie peut être complètement détruite par les métaux lourds, phénols, détergents, ammonium quaternaire ou certains alcools.
Le changement de structure de certaines protéines/enzymes, avec comme résultat une perte de fonction cellulaire. Ceci peut être causé par des halogènes, phénols et autres
alcools.
Interférence avec l’activité intracellulaire des enzymes peuvent ralentir voire stopper le métabolisme. Les composés toxiques produisant cet effet sont : la cyanite, les oxydants forts (chlore, hypochlorite, etc.), phénols, métaux et métalloïdes.
Interférence avec la production d’acides nucléiques (= ADN et ARN) peuvent inhiber la reproduction bactérienne (= division cellulaire). Les métaux lourds génèrent ces effets toxiques.
Problèmes biologiques
inhibition par les bactéries filamenteuses
Les bactéries filamenteuses, de même que les bactéries floconneuses, contribuent au procédé de traitement des eaux usées. Cependant, une croissance massive des microorganismes filamenteux conduit à la détérioration des propriétés de décantation et déshydratation de la boue. Un amas de filaments se crée et la migration des particules de boues jusqu’au fond du bassin est sérieusement contrariée. En d’autres termes, les filaments peuvent être à l’origine d’une mauvaise sédimentation des boues.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Généralités sur les eaux usées
I.1. Introduction
I.2. Définition des eaux usées
I.3. Les principaux rejets polluants
I.3.1 Eaux usées domestiques
I.3.2 Eaux usées industrielles
I.3.3 Les eaux usées pluviales
I.3.4 Les eaux usées agricole
I.3.5 Les eaux de drainage
I.4 la pollution des eaux usées
I.4.1 Pollution minérale
I.4.2 la pollution microbiologiques
I.4.3 Pollution chimique
I.4.4 La pollution physique
I.4.5 Pollution par le phosphore
I.4.6 Pollution par l’azote
I.5 les paramètres de pollution
I.5.1. Paramètres organoleptiques
I.5.2. Les paramètres physiques
I.5.3. Paramètres chimiques
I.5.4. Les paramètres bactériologiques
I.6. L’équivalent habitant (EH)
I.7. Normes internationales
I.8. Normes Algériennes
I.9. Définition de l’épuration
I.10. Paramètres essentiels pour le choix d’une technologie de traitement des eaux Usées
I.11. Rôle des stations d épuration
I.12. procédés d’épuration des eaux usées
I.12.1. Prétraitement
I.12.2. Le traitement primaire (décantation primaire)
I.12.3. Le traitement biologique
I.12.3.1. Procédés biologiques extensifs
I.12.3.1.1. Le lagunage (culture libre)
I.12.3.2. Procédés biologiques intensifs
I.12.3.2.1. Disques biologiques (cultures fixées)
I.12.3.2.2. Lits bactériens (cultures fixées)
I.12.3.2.3. les boues activées
I.12.3.2.3.1. Généralités sur les boues activées
I.12.3.2.3.2. Paramètres de fonctionnement des stations à boues activées
I.12.3.2.3.3. Paramètres influençant le fonctionnement des bassins d’aération
I.12.4. décantation secondaire
I.12.5. Le traitement tertiaire
I.12.6. Le traitement des boues
I.13. Conclusion
Chapitre II : Description de la station d’épuration de Maghnia
II.1. Introduction
II.2. Principe de fonctionnement de STEP de Maghnia
II.2.1. Donnée de base
II.2.2. L’origine d’eau brute
II.2.3. Les installations de la STEP
II.2.3.1. Description des ouvrages de traitement de la filière Eaux
II.2.3.1.1. Le déversoir d’orage
II.2.3.1.2. Prétraitement
II.2.3.1.3. traitement biologique
II.2.3.1.4. Décanteur Secondaire (02 unités)
II.2.3.1.5. Bassin de chloration
II.2.3.2. Description des ouvrages de traitement de la filière boues
II.2.3.2.1. Epaississeur
II.2.3.2.2. Lits de séchage (14)
II.3. Rendement de la station
II.4. Conclusion
Chapitre III : Matériels et méthodes
III.1. Introduction
III.2. prélèvement et échantillonnage
III.3. Analyses physico-chimiques
III.3.1. Température
III.3.2. pH
III.3.1.1. Principe
III.3.1.2. Mode opératoire
III.3.3. Conductivité
III.3.3.1. Mesure de la conductivité
III.3.3.2. Principe
III.3.3.3. Mode opératoire
III.3.4. Oxygène dissous
III.3.4.1. Mode opératoire
III.3.5. Matière Insoluble Décantable (M.I.D)
III.3.6. Paramètre par Spectophotomètre DR3900
III.3.6.1. Les matière en suspension et la Turbidité
III.3.6.2. Demande chimique en oxygène (DCO)
III.3.6.1.1. Principe
III.3.6.1.2. Mode opératoire
III.3.6.3. Demande biochimique en oxygène (DBO5)
III.3.6.4 Nitrates (N-NO3)
III.3.6.5. Azote ammoniacal (N-NH3)
III.3.6.5.1. Mode opératoire
III.3.6.6. Nitrite (N-NO2)
III.3.6.6.1. Mode opératoire
III.3.6.7. Le phosphore
III.3.6.7.1. Mode opératoire
III.3.7 Teste de décantation
III.3.7.1. Mode opératoire
III.3.7.2. Interprétation des résultats
III.3.8 La siccité
III.4. conclusion
Chapitre IV : performance de la station d’épuration de maghnia
IV.1. Introduction
IV.2. performances de la station d’épuration de l’année 2013
IV.2.1. La température
IV.2.2. pH
IV.2.3. O2 dissous
IV.2.4. La conductivité
IV.2.5. La Turbidité
IV.2.6. Matières en suspension (MES)
IV.2.7. La demande chimique en oxygène (DCO)
IV.2.8. Demande biologique en oxygène (DBO5)
IV.2.9. Azote ammoniacal (NH4)
IV.2.10. Nitrite (NO2-)
IV.2.11. Nitrate(NO3-)
IV.2.12. Orthophosphates (PO4-3)
IV.3. performances de la station d’épuration de l’année 2014
IV.3.1. La température
IV.3.2. pH
IV.3.3. O2 dissous
IV.3.4. La conductivité
IV.3.5. La Turbidité
IV.3.6. Matières en suspension (MES)
IV.3.7. La demande chimique en oxygène (DCO)
IV.3.8. Demande biologique en oxygène (DBO5)
IV.3.9. Azote ammoniacal (NH4)
IV.3.10. Nitrite (NO2-)
IV.3.11. Nitrate(NO3-)
IV.3.12. Orthophosphates (PO4-3)
IV.4. performances de la station d’épuration de l’année 2015
IV.4.1. La température
IV.4.2. Potentiel Hydrogène (pH)
IV.4.3. O2 dissous
IV.4.4. La conductivité
IV.4.5. La Turbidité
IV.4.6. Matières en suspension (MES)
IV.4.7. La demande chimique en oxygène (DCO)
IV.4.8. Demande biologique en oxygène (DBO5)
IV.4.9. Azote ammoniacal (NH4)
IV.4.10. Nitrite (NO2-)
IV.4.11. Nitrate(NO3-)
IV.4.12. Orthophosphates (PO4-3)
IV.4.13. Paramètre de fonctionnement du process
IV.4.13.1. Charge Massique
IV.4.13.2. Charge volumique (Cv)
IV.4.13.3. Temps de séjours Ts
IV.4.13.1. Indice des boues (IB) ou Indice de Mohlman (IM)
IV.4.13.2. La biodégradabilité (K)
IV.5 Conclusion
conclusion générale
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