23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 1 Aperçu des techniques d’épuration 1- des eaux usées domestiques.

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1 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 1 Aperçu des techniques d’épuration 1- des eaux usées domestiques dans le cas de systèmes d’assainissement collectifs et non collectisf 2- ainsi que des eaux usées industrielles

2 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 2 Quelles eaux à traiter ?

3 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 3 Eaux naturelles: Eaux de surfaces (eaux douces) Eaux souterraines (eaux douces) Eaux de mer et eaux saumâtres Eaux PotablesEaux Industrielles : Eaux de chaudières Eaux de refroidissement Eaux de fabrication Effluents UrbainsEffluents industriels Boues «industrielles» Eaux TraitéesEaux traitées Boues «urbaines» T T T T T T T

4 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 4 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 1- Coagulation floculation 2- Précipitations chimiques 3- Décantation 4- Flottation 5- Filtration 6- Séparation par membranes 7- Centrifugation 8- Electrolyse 9- Fluidisation 10- Adsorption 11- Echanges d’ions 12- Oxydation et réduction 13- Neutralisation / reminéralisation 14- Echanges gaz - liquide

5 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 5 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau Matières en suspension Matières colloïdales Matières dissoutes

6 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 6 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau a) Coagulants minéraux : sels d’aluminium, sels de fer 1- Coagulation floculation (coagulants / floculants) b) Adjuvants de floculation « naturels » : Floculants minéraux : silice activée, silicoaluminate … Floculants Organiques : alginates, amidons … c) Coagulants organiques de synthèse & floculants organiques de synthèse (Polymères) Procédés facilitant l’élimination des MES et des colloïdes en les rassemblant sous forme de flocs dont la séparation est ensuite effectuée par des systèmes de décantation, flottation et / ou filtration.

7 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 7 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 2- Précipitations chimiques Elles sont principalement utilisées pour éliminer par insolubilisation un ou plusieurs composés minéraux qui gênent l’usage de l’eau, entres autres : - la dureté (Ca ++ et Mg ++ ) - les métaux (effluents traitements de surface, eaux d emines, lixiviats d’hydrométallurgie …) - certains anions ( SO 4 2-, PO 4 3-, F - …)

8 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 8 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation - Particules grenues (vitesse de décantation fixe, chutes indépendantes les unes des autres) - Particules +/- floculées (tailles des flocs , vitesses de chutes  ) - concentrations faibles  décantation diffuse - concentrations plus élevées  décantation piston - concentrations encore plys élevées  décantation freinée - Décantation à flux horizontal / à flux vertical - Décanteur rectangulaire / circulaire - Décanteurs lamellaires

9 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 9 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation

10 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 10 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation

11 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 11 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation

12 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 12 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation

13 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 13 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation Lamellaire

14 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 14 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 3- Décantation

15 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 15 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 4- Flottation - Flottation naturelle (déshuileur statique) - Flottation assistée : particules naturellement flottables mais vitesse de séparation insuffisante  utilisation d’air (ou d’air + réactifs  industrie) - moyennes bulles (2 à 4 mm  dégraissage sommaire) - fines bulles (quelques centaines de  m à 1mm)  dégraissage plus poussé Procédé de séparation solide-liquide ou liquide-liquide qui s’applique à des agrégats dont la masse volumique est inférieure à celle du liquide qui les contient, ces agrégats étant au final recueillis sous forme d’écume (boues flottées) à la surface supérieure de l’appareil..

16 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 16 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 4- Flottation - suite Flottation provoquée : la masse volumique de la particule supérieure à celle du liquide est artificiellement réduite pour provoquer sa flottation  on tire profit de l’aptitude qu’ont certaines particules solides à s’unir à des bulles de gaz (de l’air en général) pour former un attelage [particule-gaz] - microbulles (40 à 70  m FAD Flottation à Air Dissous) - production des microbulles par pressurisation d’eau et d’air - zone de floculation + zone de mélange flocs / eau dépressurisée + chambre de flottation + zone de récupération de l’eau traitée par sous-verse

17 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 17 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 5- Filtration Procédé de séparation dans lequel on fait percoler un mélange solide-liquide à travers un milieu poreux (filtre) qui idéalement retient les particules solides et laisse passer le liquide (filtrat) - Filtration en profondeur (filtration sur lit granulaire  capture / fixation / détachement) - Filtres sous pression – lavables à l’eau seule / lavables par air et eau simultanés / successivement à l’air et à l’eau - Filtres ouverts - Filtration avec formation de gâteau (filtration sur support) - Tamisage (macro : 0,15 à 2,5 mm micro : 25 à 150  m - Filtres toiles (filtres presses – filtres à bandes) - Filtration sur membranes Biofiltres

18 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 18 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 6- Séparation par membranes « Filtration avec formation de gâteau - filtration sur support » Bioréacteurs à membranes 0,035

19 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 19 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 7- Centrifugation Procédé de séparation qui utilise l’action de la force centriguge pour provoquer la décantation accélérée des particules d’un mélange solide-liquide. - Culot de centrifugation = sédiment - Liquide surnageant = centrat ou centrifugat

20 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 20 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 8- Electrolyse Récupération des métaux 9- Fluidisation Filtres et réacteurs biologiques en lit fluidisé, sécheurs et fours en lit fluidisé 10- Adsorption Propriété de certains matériaux de fixer à leur surface des ions ou des molécules de manière plus ou moins réversible – Charbon actif 11- Echanges d’ions Déminéralisation  Eaux de process

21 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 21 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 12- Oxydation et réduction Réactions chimiques d’échanges d’électrons et de protons (H+) 13- Neutralisation / reminéralisation Eaux de process 14- Echanges gaz - liquide

22 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 22 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 1- Cultures bactériennes / substrats / bioréacteurs (+ solutions extensives) 2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres Cultures fixées Lits bactériens Filtres biologiques Autres 3- Cultures bactériennes anaérobies

23 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 23 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 1.1- Cultures bactériennes = biomasse Voie aérobie : C 6 H 6 O 6 + 6O 2  6CO 2 + 6H 2 O + énergie+ Voie anaérobie : C 6 H 6 O 6  3CO 2 + 3CH 4 + énergie- Processus de dégradation de la matière carbonée plus lent mais taux de génération des germes moins rapide donc moins de boues 1.2- Substrats Eléments majeurs : C, H, O et N Eléments mineurs : P, K, S et Mg Vitamines, hormones, éléments traces …

24 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 24 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 1.2- Substrats Caractérisation de la pollution carbonée : DBO : Demande Biochimique en Oxygène (DBO5 DBO21 ultime) DCO : Demande chimique en Oxygène COT : Carbone Organique Total Rapport DCO/DBO5 > 3 significatif d’un effluent non domestique Pollution azotée : azote organique = protéines, urée  en grande partie hydrolisé en NH4+

25 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 25 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 1.3- Bioréacteurs Principe = Optimiser ce qui se passe à l’état naturel (cas type d’une rivière) Procédés intermédiaires avec les procédés dits extensifs = lagunages

26 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 26 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau Procédés intermédiaires avec les procédés dits extensifs = lagnages

27 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 27 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres

28 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 28 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres

29 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 29 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres

30 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 30 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies

31 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 31 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies

32 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 32 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies

33 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 33 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées

34 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 34 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées – Lits bactériens

35 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 35 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées – Lits bactériens

36 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 36 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées - Biofiltres

37 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 37 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées - Biofiltres

38 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 38 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées - Mixtes

39 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 39 Processus élémentaires du génie biologique en traitement de l’eau 3- Cultures bactériennes anaérobies Digestion

40 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 40 Traitements tertiaires - Désinfection - Oxydation et désinfection par le chlore / dioxyde de chlore- - Oxydation et désinfection par l’ozone - Désinfection par les UV - Cas particulier des membranes

41 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 41 Traitement des boues Problématiques Boues primaires / Boues primaires physico-chimiques Boues biologiques (secondaires) Boues mixtes Caractère organique ou minéral (+/- stabilisation) MS (MES + M solubles) / MES / pertes au feu / MV ≈ MO Caractère hydrophile ou hydrophobe (eau +/- liée au MES) Boues liquides / Boues déshydratées (pâteuses, pelletables) Siccité des boues

42 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 42 Traitement des boues

43 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 43 Traitement des boues Deux objectifs majeurs : 1- Réduction du pouvoir fermentescible (stabilisation) - Digestion anaérobie - Stabilisation aérobie (thermophile pour être efficace, compostage) - Stabilisation chimique (post chaulage sur cake pour effet prolongé) - Séchage (siccité de 65-75% parfois suffisante mais 90% préférable) - Incinération, co-incinération

44 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 44 Traitement des boues Deux objectifs majeurs : 2- Réduction des volumes (élimination de l’eau +/- liée aux MES) - Epaississement plus ou moins poussé (conditionnement) Statique Dynamique (flottation, égouttage, centrifugation) - Déshydratation par voie mécanique (conditionnement) Filtration (filtres à bandes presseuses) 15 à 28 % Centrifugation 19 à 36 % Filtration (filtres presses) 31 à 40 % - Déshydratation par voie thermique

45 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 45 Traitement des boues Traitements des boues déshydratées 1- Compostage 2- Séchage 3- Destruction thermique (traitement des gaz / fumées) - incinération dédiée (800 – 850 °C) - pyrolise (pas d’air) et thermolyse (absence de tout oxygène) (+/- 500°C) - coincinération 4- Oxydation par voie humide (OVH) (220 à 320 °C - 40 à 110 bar)

46 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 46 Filière Air 1- Ventilation 2- Désodorisation 2.1- Traitement physico-chimique en tour de lavage - lavage à l’acide élimine les composés azotés (ammoniaque) - lavage à l’hypochlorite de sodium (javel) élimine les composés soufrés réduits (H2S), sulfures organiques, mercaptans - lavage à la soude (NaOH) fixe les acides gras volatiles, les soufrés réduits et le chlore résiduel 2.2 Traitement par charbon actif (adsorption) uniquement pour faibles débits et faibles charges 2.3 Traitement biologique (par bactéries)

47 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 47 Filière Air 2- Désodorisation 2.1- Traitement physico-chimique en tour de lavage

48 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 48 Divers 1- Stockage et distribution des réactifs 2- Instrumentations / contrôles / commandes

49 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 49 Processus industriels et traitements des effluents correspondants 1- Industrie agroalimentaire 2- Industrie des pâtes et papiers 3- Industrie du pétrole 4- Centrales thermiques 5- Industries chimiques 6- Industries textiles 7- Industrie sidérurgique 8- Industrie métallurgique et hydrométallurgique 9- Traitements de surface 10- Industrie automobile et mécanique 11-Industries minières

50 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 50 FIN

51 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 51 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 8- Electrolyse

52 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 52 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 9- Fluidisation

53 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 53 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 10- Adsorption

54 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 54 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 11- Echanges d’ions

55 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 55 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 12- Oxydation et réduction

56 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 56 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 13- Neutralisation / reminéralisation

57 23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles 57 Processus élémentaires du génie physico-chimique en traitement de l’eau 14- Echanges gaz - liquide