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Procédés de traitement des eaux usées

Présentation

Procédés de traitement des eaux usées

 

 

 

PROCEDES ADAPTES AUX PETITES COLLECTIVITES

Les travaux menés ont porté d’une part sur les techniques d’assainissement autonome et d’autre part sur celles adaptées aux petites collectivités, notamment les massifs filtrants.

 

  • ASSAINISSEMENT AUTONOME

 

Cette thématique a fait l’objet d’un partenariat avec un fabricant de matériel d’assainissement, la société Sotralentz. Les études effectuées ont principalement porté sur les aspects hydrauliques dans les dispositifs de prétraitement, avec notamment des caractérisations par traçages suivies d’une étape de modélisation globale (logiciel DTS). Par ailleurs, une approche par simulation numérique des écoulements (logiciel Fluent) a été également initiée, avec pour objectif de pouvoir prévoir l’impact de différents aménagements intérieurs sur les performances du prétraitement. Suite à l’abandon du thèsard (A. Bennachera), ce travail n’a pu être mené à terme sous cette forme mais s’est poursuivi sous forme de stages de durée plus courte (DEA) pour l’approche des aspects performances de décantation et rétention des MES.

 

  • DISPOSITIFS DE TRAITEMENT PAR CULTURES FIXEES SUR MATERIAUX GRANULAIRES FINS ALIMENTES EN DISCONTINU

 

Les techniques de traitement adaptées pour la gamme proche de 500 EH, outre les procédés par les cultures libres (boues activées, lagunes), sont largement représentées par les procédés biologiques à cultures fixées, notamment sur supports fins alimentés en discontinu. L’utilisation des différents procédés par cultures fixées sur supports fins concerne aussi bien l’assainissement collectif que l’assainissement non collectif (traitement biologique en aval de la fosse toutes eaux).

 

   

 

Une étude essentiellement bibliographique (L. Andreicu) a démarré fin 2001, avec pour objectif le développement d’un modèle simplifié de dimensionnement des dispositifs de traitement par cultures fixées sur matériaux granulaires fins.

 

Un des points majeurs du dispositif, à savoir les capacités d’oxygénation du massif filtrant sur matériaux granulaires fins alimenté en discontinu, est notamment encore imparfaitement évalué. En effet, la faible granulométrie des matériaux du massif filtrant ne permet pas une distribution de l’oxygène de l’air par ventilation naturelle dans les interstices du milieu granulaire, comme on peut le rencontrer dans les filières classiques par lit bactérien. Le renouvellement des réserves en oxygène dans le massif filtrant est commandé par des mécanismes complexes associant des phénomènes de diffusion moléculaire à des apports par convection.

 

 

De nombreux travaux se sont préoccupés du renouvellement de la phase gazeuse à l’intérieur du massif filtrant, mais n’ont pas permis d’évaluer précisément les parts respectives de la convection et de la diffusion. C’est dans ce contexte qu’Adrien Wanko, a démarré en septembre 2002 une thèse sur la thématique de l’évaluation des capacités de traitement des procédés adaptés aux petites collectivités. Ce travail se fait en une collaboration avec l’UR Qualité des Eaux, Prévention des Pollutions du CEMAGREF de Lyon (A. Lienard, C. Boutin). L’étude s’inscrit dans le cadre du développement d’une démarche critique d’évaluation des capacités limites de traitement des procédés adaptés aux petites agglomérations (assainissement collectif et non-collectif). Les objectifs assignés sont de trois ordres :

  • Accroître les connaissances en matière d’assainissement et de modélisation sur des dispositifs en pleine expansion
  • D’étudier les mécanismes de transfert d’oxygène et d’évaluer les capacités limites d’oxygénation de ces dispositifs en relation avec un développement équilibré de la biomasse active
  • Développer un outil de dimensionnement à l’usage des ingénieurs (DDAF, Collectivités)

 

Le premier travail a consisté à explorer tous les mécanismes de transferts en jeu de ce dispositif de traitement et à les mettre en œuvre au sein d’un modèle numérique, qui est en voie de développement. Les résultats numériques obtenus par Mosé et collaborateurs sur la mise en œuvre des techniques de séparation d’opérateur pour le couplage de phénomènes de dégradation bio-géochimiques semblent très prometteur pour le développement du modèle numérique.

OPTIMISATION DES PERFORMANCES DE TRAITEMENT EN BOUES ACTIVEES – APPORTS DES OUTILS DE SIMULATION NUMERIQUE

 

 

L'évolution au cours du temps (temps sec et temps de pluie) de la nature et des flux de pollution en entrée de station d'épuration est généralement mesurée grâce aux paramètres classiques (DCO totale, DBO5, MES, NTK, ...).

 

Pour essayer de mieux comprendre l'influence de ces variations (quantitative mais aussi qualitative) sur les performances et la demande en oxygène d'une station d'épuration à boues activées traitant la pollution carbonée et azotée, on utilise l'approche plus fine proposée par l'IAWQ dans le modèle boues activées n°1(ASM1). Dans cette approche, une caractérisation plus fine de la pollution carbonée et azotée est abordée, notamment, par une décomposition du substrat en plusieurs fractions selon les différentes réactions avec les microorganismes (fractions rapidement ou lentement biodégradable, fraction réfractaire ou inerte…).

 

 

 

Cette recherche, menée sur la station de traitement du syndicat du Rosenmeer à Rosheim (Bas-Rhin), a fait l’objet de la thèse d’Anne Emmanuelle Stricker soutenue en automne 2000, avec une collaboration forte du Cemagref à Antony, de l'Université Laval à Québec, du Syndicat Des Eaux et de l'Assainissement du Bas-Rhin, de la Société France Assainissement, et du CIRSEE (Lyonnaise des Eaux).

 

Le développement de cette thématique par J.-M. Choubert, concernant l’optimisation de la nitrification en boues activées en conditions contraignantes stabilisées, fait suite à la thèse d’A.-E. Stricker (2000) et s’est intéressé plus particulièrement à l’étude des processus de nitrification et de leur performances à basse température. L’ENGEES intervient par le biais de sa participation au comité de pilotage en apportant notamment un soutien au niveau de l’aspect modélisation. (Thèse de J.-M. Choubert soutenue en septembre 2002)

Le simulateur utilisé au cours de ces études successives a été le logiciel GPS-X, de la société Hydromantis, intégrant les différentes évolutions des modèles ASM. L’utilisation suivie de cet outil a permis de développer une compétence en simulation dynamique des procédés de traitement des eaux usées au sein de SHU.

 

 

L’approche simulation de procédés de traitement par boues activées s’est poursuivie en 2002 et 2003 par des études sur l’optimisation de la conception de filières de traitement soumises à de fortes variations de charge en période de vendanges. Ces études continuent actuellement par l’évaluation de différentes configurations associant un nombre variable de bassins d’aération et de clarificateur. Un approfondissement sur les techniques de fractionnement des eaux usées est également abordé en complément (travail de DEA).

 

       

 

Dans ce cadre, également dans un objectif de dimensionnement et de modélisation, une étude plus fine sur la clarification secondaire, limitée pour l’instant aux clarificateurs cylindriques, a été menée fin 2002.

 

Un première étude (travail de DEA) concernant l’hydrodynamique des réacteurs biologiques à boues activées a été amorcée en 2003, avec une approche numérique en mono et diphasique dans le cas d’un réacteur de type " chenal circulaire ", par l’utilisation d’un Code de calcul commercial (FLUENT), utilisant la méthode des volumes finis pour résoudre les équations de Navier Stockes en régime turbulent. Cette simulation numérique a été validée sur les mesures de vitesse obtenues (mesures réalisées par le CEMAGREF) sur la station de Momenheim (6000 Eq-hab) avec un réacteur de type " chenal circulaire de 1580 m3.

 

 

L’optimisation des procédés de traitement passant aussi par une approche globale, incluant les sous-produits, dont principalement les boues résiduaires produites, nous nous intéressons aussi actuellement à la modélisation des procédés de séchages par rayonnement solaire des boues sous serre (Thèse H. Amadou, démarrée en septembre 2003).