Rapport. Février 2011 Révision 2

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1 Rapport Février 2011 Révision 2 S C H E M A D I R E C T E U R E T V A L O R I S A T I O N E N V I R O N N E M E N T A L E D E L A S T A T I O N D E P O R T - D O U V O T RAPPORT PHASE 1

2 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 2/204 2 AG AG/CR CR 23/02/2011 Mise à jour du document 1 AG/CR/OF/ ML/MM/JS AG/CR CR 15/09/ AG/CR/OF/ ML/MM AG/CR CR 23/07/2009 Révision Etabli par Vérifié par Validé par Date Commentaires PÖYRY rev 2 Février 2011

3 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 3/204 SOMMAIRE 1 PREAMBULE Généralités Fonctionnement actuel de la station d épuration de Port-Douvot Evolution des flux Répartition des flux Performances de la station d épuration LES OUVRAGES DE REPARTITION L'admission des effluents en traitement Les ouvrages Principe de répartition DIAGNOSTIC DES PRETRAITEMENTS DE LA TRANCHE N Fonctionnalités et description File eau Traitement des sous produits Réception de matières de vidange Capacités et performances Capacité - dimensionnement Efficacité Etat structurel des ouvrages Fissures Aciers apparents Dégradations des voiles à hauteur du niveau d eau Conclusion Caractéristiques, qualité et fiabilité des équipements en place Vanne de retour du bassin d orage Dégrilleur grossier Tapis de reprise des déchets grossiers Pompes de relèvement Ecrêtement de débit Dégrillage fin Tapis de reprise des déchets grossiers (2 tapis en cascade) Pont racleurs Aérateurs Classificateur Concentrateur a graisse Utilités, électricité contrôle commande Secours magasin Renouvellement Ergonomie sécurité Approche macro-ergonomique de l ouvrage Approche ergonomique à l échelle du poste de travail Hygiène et sécurité - approche globale Sécurité sur les postes de travail PÖYRY rev 2 Février 2011

4 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 4/ Synthèse du diagnostic des prétraitements Autres dysfonctionnements de la tranche BILAN ENERGETIQUE DE LA STATION Objectifs et Méthode Objectifs Méthode Analyse de la Situation Actuelle Données de Base Descriptif de la Station Résumé Collecte des données Consommateurs électriques Besoin et coûts d énergie Bilan de la consommation d eau Bilan de la consommation électrique Tranche Tranche Traitement des boues Répartition globale de la consommation énergétique Évaluation de la situation actuelle VALORISATION DU BIOGAZ PRODUIT PAR LA DIGESTION Production de biogaz Utilisation du biogaz Bilan thermique Consommateurs thermiques Besoin et coûts d énergie Synthèse BILAN CARBONE DE LA STATION D EPURATION DE PORT-DOUVOT RENOVATION DE LA DIGESTION Descriptif de la filière de traitement des boues Descriptif et capacité de la digestion Descriptif Capacité théorique de la digestion Capacité réelle de la digestion Etat structurel des ouvrages Digesteurs ligne n 1 et ligne n Digesteurs ligne n Locaux annexes Etat des équipements Aspects ergonomie et sécurité Etat des matériels, fiabilité de fonctionnement PÖYRY rev 2 Février 2011

5 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 5/ Production de boues (2006 à 2008) Production de boues mixtes Comparaison avec les productions attendues Compatibilité production de boues / capacité de la digestion Performance de la digestion Synthèse du diagnostic de la digestion MISE EN PLACE D UNE FILIERE COMPLEMENTAIRE DE TRAITEMENT DES BOUES Situation actuelle Volumes de boues produits Gestion du stock de boues Composition des boues Filières d élimination actuelles La situation future Rappel concernant la réglementation Rappel des orientations générales définies par le PDEDMA du Doubs en matière d élimination des boues de station d épuration Les différentes filières de traitement et d élimination des boues Recensements des potentialités Synthèse GESTION DES MATIERES DE VIDANGES ET DES SOUS-PRODUITS DE LA STATION D EPURATION ET DU RESEAU D ASSAINISSEMENT Problèmes rencontrés D un point de vue technique En terme d hygiène et de sécurité Matières de vidange La situation actuelle La situation future Les lixiviats La situation actuelle Situation future Les boues de station d'épuration extérieures La situation actuelle La situation future Les sables et produits de curage La situation actuelle La situation future Les dégrillats et les graisses produits par la station de Port-Douvot La situation actuelle La situation future Les solutions de traitement possibles des sous-produits Refus de dégrillage Sables Graisses PÖYRY rev 2 Février 2011

6 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 6/ RENOVATION DU BATIMENT D EXPLOITATION Diagnostic du bâtiment d exploitation Objectifs et limite de la prestation Conclusions synthèse Ouvrages concernés Documents transmis Déroulement de l inspection Constatations relevées relatives à la solidité Constatations relevées relatives à la sécurité en cas d incendie Analyse des constatations relevées Sécurité du site Objectifs et limite de la prestation Conclusions synthèse Déroulement de l inspection Constatations relevées relatives à la sécurité Diagnostic HYS et énergétique du bâtiment d exploitation Fonctionnalités actuellement remplies Synthèse Surface totale du bâtiment Capacité du bâtiment à répondre aux besoins futurs Estimation des surfaces nécessaires Synthèse des besoins et définition d un volume Adéquation du bâtiment existant en terme de surface DIAGNOSTIC DE LA DESODORISATION Campagne de mesure et modélisation Les procédés de désodorisation Objectifs Les différents composés odorants Techniques de traitement de l air Conclusions UTILISATION DES ENERGIES RENOUVELABLES Préambule Les besoins Les sources potentielles d'énergie Production d électricité à partir des énergies renouvelables ou énergies fatales L électricité solaire photovoltaïque L énergie solaire thermodynamique La filière éolienne La filière hydraulique La filière biomasse Bilan sur la production d électricité par énergies renouvelables ou fatales Production de chaleur à partir des énergies renouvelables Panneaux solaires thermiques PÖYRY rev 2 Février 2011

7 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 7/ Le bois énergie Récupération des calories de l'air vicié Récupération de chaleur sur l'air process en sortie de la production d'air Les pompes à chaleur Synthèse sur la production de chaleur par énergies renouvelables ou fatales PÖYRY rev 2 Février 2011

8 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 8/204 1 PREAMBULE 1.1 Généralités La ville de Besançon dispose d'une station d épuration de équivalents habitants de capacité. Cette station d'épuration a été réhabilitée, entre 2001 et 2005 afin d être conforme vis-à-vis des exigences de la Directive des Eaux Résiduaires Urbaines (D.E.R.U.). Ces travaux ont concerné principalement une des files de traitements des eaux (la tranche n 1). La tranche n 2 (construite en 1969 et réhabilitée en 1992) a, quant à elle, subit que peu de travaux (augmentation de la capacité d aération essentiellement). La filière boues a été peu concernée par les travaux récents. Cette dernière se compose essentiellement d'une étape de digestion, visant à réduire la quantité de boues produites, et d'une étape de déshydratation, visant à produire des boues à 30% de siccité, compatibles avec les filières d'élimination. Les boues produites sur la station sont principalement valorisées en agriculture, soit en épandage direct, soit en compostage dans une unité extérieure. Environ 10% des boues peuvent être incinérées sur l'unité d'incinération des ordures ménagères de Besançon. Cette dépendance conduit la ville de Besançon à se doter d'une solution pérenne pour l élimination de ses boues, avec adaptation des étapes préalables. L'activité de la ville de Besançon, liée au cycle de l'eau, est certifiée ISO 9000 et ISO De plus, la ville s'est engagée depuis les années 80, dans une démarche volontariste sur les aspects environnementaux et de préservation de l'énergie. Ceci s'est traduit par une labellisation européenne Cit'Ergie. Compte tenu de la nécessité d'étudier la mise en place d'une solution pérenne pour l'élimination des boues et de la présence d'une digestion qui constitue une production d'énergie renouvelable non négligeable sur la station d'épuration, la ville souhaite mener une réflexion énergétique et réaliser un bilan des émissions de gaz à effet de serre sur la station d'épuration visant à optimiser ces paramètres. Cette démarche ne doit pas se limiter à la filière boues, notamment à l'utilisation du biogaz, mais doit être élargie à l'ensemble de la station, soit tous les points de consommation et de production potentiels d'énergie, ainsi que les éléments contribuant à l'émission de gaz à effet de serre, tant sur le site que pour leur production en amont. En outre, la station de Port Douvot présente plusieurs dysfonctionnements ou défauts de conception : Mauvaise optimisation de la gestion des surplus de temps de pluie entre les deux files, conduisant à des déversements d'eau brute alors que potentiellement ils pourraient être admis sur la station. La troisième ligne de digestion a un dimensionnement qui semble faible par rapport aux deux autres. De plus, ces ouvrages sont les plus anciens (1969). Le bâtiment d'exploitation est relativement vétuste. On relève plusieurs dégradations dues au vieillissement. En terme de conception, on dénote des problèmes d'ergonomie et d'hygiène. La station d'épuration s'inscrit dans un cadre bucolique avec, à proximité, un habitat dispersé. L'exploitant relève des plaintes de la part de riverains pour des problèmes d'odeur. En outre, la station d'épuration doit continuer à s'inscrire dans ce cadre en préservant son caractère. PÖYRY rev 2 Février 2011

9 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 9/204 La station d'épuration reçoit des produits extérieurs : matières de vidanges, produits de curage et graisses. Elle-même produit des déchets dont l'élimination est externalisée. Dans le cadre d'une réorganisation partielle de la station et afin de répondre aux volontés environnementalistes de la ville, une réflexion se doit d être menée sur le devenir de ces déchets et de leur traitement. Suite aux volontés exprimées par la ville et aux divers constats ci-dessus, la collectivité a engagé une démarche de définition d'un schéma directeur de réaménagement de la station afin de répondre à tous les points. Le présent rapport constitue la première phase du schéma directeur d aménagement de la station d épuration de Port-Douvot. Cette phase consiste essentiellement à réaliser un état des lieux des ouvrages et des équipements mais également à établir un bilan énergétique et un Bilan Carbone. PÖYRY rev 2 Février 2011

10 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 10/ Fonctionnement actuel de la station d épuration de Port-Douvot Evolution des flux A partir des données d autosurveillance disponibles, nous avons analysé l évolution des flux arrivant à la station d épuration de Port Douvot depuis Remarque : notre analyse n a pas pris en compte l année 2005 car les résultats d autosurveillance étaient incomplets. En effet, l année 2005 correspond à la fin des travaux de réhabilitation de la tranche n 1. Le graphique suivant présente l évolution des volumes mensuels et la pluviométrie depuis Evolution des volumes mensuels en entrée de station pluviométrie Total T1 Total T2 T1+T Volume mensuel (m3/mois) y = -7283,3x + 1E y = -1936,5x + 3E y = -5346,8x + 7E janv-06 mars-06 mai-06 juil-06 sept-06 nov-06 janv-07 mars-07 mai-07 juil-07 sept-07 nov-07 janv-08 mars-08 mai-08 juil-08 sept-08 nov-08 Date Evolution des volumes mensuels en entrée de station Ce graphe montre que l évolution des volumes mensuels en entrée de station est à la baisse depuis Cependant, cette évolution n est pas identique selon les tranches. En effet, les volumes en entrée de la tranche n 2 baissent depuis 2006 de manière beaucoup plus significative que les volumes en entrée de la tranche n 1. Ces résultats montrent que les flux sont dirigés préférentiellement vers la tranche n 1 qui a été entièrement réhabilitée en D autre part, ce graphique montre que les flux en entrée de station sont fortement liés aux conditions climatiques. En effet, cela s explique par la part très importante de collecteurs unitaires sur le réseau d assainissement de la ville de Besançon. PÖYRY rev 2 Février 2011

11 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 11/204 Le graphe suivant montre l évolution des charges en DBO 5 et en MES au cours de ces trois dernières années : Evolution des charges mensuelles MES en entrée de station pluviométrie Tranche T1 Tranche T2 T1 + T y = -26,077x janv-06 févr-06 mars-06 avr-06 mai-06 juin-06 juil-06 août-06 sept-06 oct-06 y = 631,95x nov-06 déc-06 janv-07 févr-07 mars-07 avr-07 mai-07 juin-07 juil-07 août-07 sept-07 oct-07 nov-07 déc-07 janv-08 févr-08 mars-08 avr-08 mai-08 juin-08 juil-08 Evolution des charges mensuelles en MES en entrée de station Evolution des charges mensuelles DBO5 en entrée de station pluviométrie Tranche T1 Tranche T2 T1 + T2 août-08 sept-08 oct-08 nov-08 déc y = -767,16x + 1E y = -26,077x janv-06 févr-06 mars-06 avr-06 mai-06 juin-06 juil-06 août-06 sept-06 oct-06 y = 43,342x Evolution des charges mensuelles en DBO 5 en entrée de station nov-06 déc-06 janv-07 févr-07 mars-07 avr-07 mai-07 juin-07 juil-07 août-07 sept-07 oct-07 nov-07 déc-07 janv-08 févr-08 mars-08 avr-08 mai-08 juin-08 juil-08 août-08 sept-08 oct-08 nov-08 déc y = -788,01x + 1E+06 PÖYRY rev 2 Février

12 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 12/204 Tout d abord, ces deux graphes montrent que, contrairement au débit, les charges sont moins en corrélation avec la pluviométrie. En outre, seule la tranche T1 voit les charges augmenter au cours des trois dernières années alors que les charges totales diminuent. Pour rappel, le volume en entrée de la tranche T1 a baissé, ce qui tend à montrer que la concentration des effluents tend à augmenter. D après les résultats d autosurveillance du premier trimestre 2009, la baisse de la pollution s est accentuée (environ EH en moins sur ce premier trimestre). La raison principale de cette baisse des charges est liée à la crise économique et donc à la baisse de l activité industrielle sur le bassin versant de la station d épuration de Port-Douvot. A partir des résultats d autosurveillance ( ), nous avons déterminé les charges moyennes, minimales, maximales et non dépassées 85, 90 et 95 % du temps reçues en entrée sur la station d épuration (hors matières de vidange). Les résultats sont présentés dans le tableau suivant : Volume MEST NTK NH4 Pt DCO nd DBO 5nd (m 3 /j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) DCO/DBO DCO/NTK moyenne ,0 10,8 max ,7 30 min ,2 3,9 centile ,2 13,9 centile ,8 12,8 centile ,6 12,2 Nous pouvons remarquer que le rapport entre les valeurs maximales et les valeurs moyennes sont parfois très élevées (4 à 7) notamment pour l azote et le phosphore. Nous avons vérifié la cohérence des valeurs maximales et il apparaît que celles-ci ne sont pas réalistes et correspondent très certainement à des erreurs. Nous avons donc éliminé ces valeurs. Pour les paramètres MES, DCO et DBO 5, les valeurs extrêmes sont mesurées pour des périodes de fortes pluies et sont cohérentes. Par conséquent, après correction nous pouvons dresser le tableau suivant : Volume MEST NTK NH4 Pt DCO nd DBO 5nd (m 3 /j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) (kg/j) DCO/DBO DCO/NTK moyenne ,0 10,8 max ,7 30 min ,2 3,9 centile ,2 13,9 centile ,8 12,8 centile ,6 12,2 Ces résultats montrent en premier lieu que le rapport DCO / DBO 5 est très élevé puisqu en moyenne celui-ci s élève à 3 et qu il dépasse 3,5 pour les valeurs non dépassées 85 % du temps et atteint 4,2 pour les valeurs non dépassées 95 % du temps. PÖYRY rev 2 Février 2011

13 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 13/204 D après le fascicule 81 titre II, la valeur de traitabilité pris comme référence est de 2,7. Audelà de cette valeur, le traitement biologique devient plus difficile. Par conséquent, l analyse des résultats d autosurveillance montre d une part, que les effluents industriels ont une influence notable et d autre part, que les effluents sur la station sont peu biodégradables. On note que les volumes non dépassés 85 et 90 % du temps sont supérieurs au volume nominal du jour moyen semaine maxi ( m 3 /jour). Le volume non dépassé 95 % est quant à lui supérieur au volume du jour maxi ( m 3 /jour). Le volume reçu sur la station est donc élevé par rapport à la capacité de la station. Pour l ensemble des paramètres, les rapports sur les valeurs de charges caractéristiques (moyenne et 95 %) sont relativement proches. Le rapport entre les valeurs moyennes et les valeurs non dépassées 95 % du temps est d environ 1,5 et est tout à fait conforme à ce qui est couramment relevé sur des stations d épuration dont une partie des effluents est d origine industrielle. En effet, une étude réalisée par le groupe de travail AGHTM sur de nombreuses stations d épuration de taille variable a permis d établir les ratios présentés dans le tableau ci-dessus entre les valeurs moyennes et les valeurs non dépassées 95 % du temps : DBO DCO MES NTK Pt Ratio AGHTM 1,65 1,65 1,81 1,53 1,45 Ratio issu de l autosurveillance de la step de Port-Douvot 1,51 1,48 1,87 1,3 1,45 Saisonnalité A partir des données d autosurveillance, nous avons également vérifié s il y a une saisonnalité des volumes en entrée de station (voir graphe ci-dessous). Evolution saisonnière du volume en entrée de station année 2006 année 2007 année 2008 volume mensuel total janvier février mars avril mai juin juillet août septembre octobre novembre décembre mois Evolution saisonnière des débits arrivant en entrée de station PÖYRY rev 2 Février 2011

14 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 14/204 Les volumes relevés en entrée de station sont marqués par une légère saisonnalité qui est liée notamment au climat mais aussi en partie à l activité industrielle qui diminue lors de la période estivale Répartition des flux Les travaux de réhabilitation des files de traitement des eaux réalisées entre 2001 et 2005 se sont basés sur une répartition des flux en entrée de station de 58 % sur la tranche T1 et 42 % sur la tranche T2. Les charges et débits de dimensionnement de la station d épuration de Port-Douvot sont les suivants : Jour moyen semaine maxi Jour maxi Volume (m 3 /j) DBO5 (kg/j) DCO (kg/j) MES (kg/j) NTK (kg/j) Pt (kg/j) La répartition 58 / 42 % conduit aux charges suivantes pour les deux files de traitement des eaux : Jour moyen semaine maxi Tranche 1 Tranche 2 Jour maxi Jour moyen semaine maxi Jour maxi Volume (m 3 /j) DBO5 (kg/j) DCO (kg/j) MES (kg/j) NTK (kg/j) Pt (kg/j) La répartition des flux est réalisée au niveau de l ouvrage de répartition situé en amont de la station d épuration. Le fonctionnement de cet ouvrage sera décrit dans le chapitre 2. A partir des données d autosurveillance, nous avons déterminé qu elle est la répartition des flux sur les deux files de traitement des eaux depuis la fin des travaux de réhabilitation en PÖYRY rev 2 Février 2011

15 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 15/204 Les tableaux présentent les flux traités sur la station depuis 2006, en différenciant les flux traités sur le traitement biologique et les flux arrivant en tête des prétraitements. Répartition des flux traités sur les filières biologiques de chaque tranche Répartition des flux reçus en tête des prétraitements sur chaque tranche Le graphique ci-dessous représente la répartition des volumes mensuels reçus en entrée de station : PÖYRY rev 2 Février 2011

16 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 16/204 Répartition des volumes mensuels Total T2 Total T1 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% janv-06 mars-06 mai-06 juil-06 sept-06 nov-06 janv-07 mars-07 mai-07 juil-07 sept-07 nov-07 janv-08 mars-08 mai-08 juil-08 sept-08 nov-08 En premier lieu, les différentes valeurs présentées ci-dessus permettent de vérifier que la répartition hydraulique des volumes est en concordance avec la répartition des charges. D autre part, ces résultats montrent que la répartition initialement prévue (58 / 42) n est pas respectée et cette tendance tend à se renforcer. En 2008, environ 72 % des flux sont dirigés vers la tranche n 1 alors qu en 2006, la répartition était aux alentours de 63 /37. Cette répartition qui n est pas conforme au fonctionnement prévu initialement lors de la réhabilitation de la station, s explique en partie par la volonté de l exploitant de privilégier le traitement des effluents vers la tranche n 1. En effet, cette répartition est l optimum pour permettre d obtenir des résultats en sortie de traitement satisfaisants (ce point sera explicité dans le paragraphe suivant). Les tableaux précédents montrent également que les apports extérieurs (matières de vidange, lixiviats) représentent une part non négligeable des flux traités sur la station d épuration de Port-Douvot. Le tableau page suivante présente le pourcentage des matières extérieures par rapport au flux total : PÖYRY rev 2 Février 2011

17 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 17/204 Tranche 1 % MV Tranche 2 % MV Total % M V 2008 V o lum e 0,3% 1,1% 0,6% M es 35% 38% 36% d bo 19% 6% 16% d co 18% 8% 16% m o 19% 7% 16% N k 11% 8% 10% P 22% 4% 18% 2007 V o lum e 0,1% 1,1% 0,4% M es 27% 52% 37% d bo 16% 15% 16% d co 14% 16% 15% m o 15% 16% 15% N k 6% 18% 10% P 16% 15% 16% 2006 V o lum e 0,1% 0,8% 0,4% M es 21% 47% 33% d bo 7% 23% 14% d co 11% 19% 14% m o 9% 22% 14% N k 3% 19% 10% P 7% 27% 15% Les charges apportées par les matières extérieures injectées sur la tranche T2 ont fortement diminué depuis 2006 alors que les volumes sont restés relativement stables. Cela montre que la concentration des apports extérieurs dépotés sur T2 a diminué. En effet, l exploitant privilégie l envoi des lixiviats sur T2 qui sont moins chargés que les matières de vidange issues des fosses d assainissement autonome. Ainsi, ces apports représentent en 2008 environ 8 % de la charge organique contre plus de 20 % en A l inverse, les quantités d apports extérieurs ont augmenté sur la tranche T1 passant de 9 % à 20 % environ de la charge organique. Des boues d autres stations d épuration de la région sont également reçues sur Port Douvot. Ces boues sont dépotées en tête de la tranche T1. Ces boues peuvent présenter des concentrations diverses (25, 30, 40 et 60 g/l). Aucune bâche tampon n étant prévue en tête de la filière de traitement des boues, le dépotage des boues extérieures peut se faire uniquement en tête de station. Il serait intéressant de mettre en place une aire de dépotage appropriée pour permettre l injection des boues extérieures directement sur la filière de traitement des boues. Au final, par rapport au flux total reçu sur la station de Port-Douvot, les apports extérieurs sont stables depuis 2006 et représentent environ 15 % de la charge organique traitée sur la station. Nous pouvons tout de même noter que les apports extérieurs représentent plus du tiers de la charge en MES traitée ce qui est non négligeable. Nous avons également vérifié les charges reçues par rapport aux capacités nominales de chaque tranche et la capacité nominale totale (jour moyen semaine maxi). PÖYRY rev 2 Février 2011

18 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 18/204 Flux / capacité nominale T1 Flux / capacité nominale T2 Flux / capacité totale 2008 Volume 79% 42% 63% Mes 76% 42% 62% dbo 69% 31% 53% dco 84% 38% 65% Nk 79% 40% 62% P 54% 23% 41% 2007 Volume 85% 48% 70% Mes 63% 54% 59% dbo 68% 40% 56% dco 79% 47% 66% Nk 74% 49% 63% P 54% 31% 44% 2006 Volume 82% 59% 72% Mes 55% 62% 58% dbo 58% 53% 56% dco 66% 57% 62% Nk 64% 58% 61% P 46% 45% 46% Comme nous pouvons le constater, la station d épuration de Port-Douvot ne fonctionne ni en surcharge hydraulique, ni en surcharge de pollution. En effet, celle-ci fonctionne à environ 60 % de sa capacité nominale. Si nous comparons le fonctionnement des différentes tranches, nous nous apercevons que la tranche T2 fonctionne très largement en sous-charge puisqu elle ne reçoit qu environ 40 % de sa capacité nominale. La tranche T1 fonctionne quant à elle, à environ 75 % de sa charge nominale et depuis 2006, ce pourcentage augmente. 1.3 Performances de la station d épuration Les objectifs de traitement de la station d épuration sont les suivants : Concentration ou Rendement Moyenne journalière DBO 5 25 mg/l 80 % DCO 90 mg/l 75 % MES 30 mg/l 90 % Moyenne annuelle NGL 10 mg/l 70 % Pt 1 mg/l 80 % PÖYRY rev 2 Février 2011

19 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 19/204 Ces objectifs doivent être respectés pour les charges du jour moyen semaine maxi énoncées précédemment et en sortie des deux tranches de traitement. Sur l année 2008, nous avons vérifié à partir des données d autosurveillance la qualité des effluents en sortie de chaque file de traitement ainsi que sur la sortie globale de la station. Le tableau suivant présente les concentrations moyennes sur l année pour chaque paramètre : Tranche 1 Tranche 2 T1 + T2 DBO 5 2,3 mg/l 3 mg/l 2,5 mg/l DCO 27,7 mg/l 34,5 mg/l 29,7 mg/l MES 3,6 mg/l 8,8 mg/l 5,2 mg/l NTK 4,4 mg/l 4,9 mg/l 4,6 mg/l NH 4 3,2 mg/l 3,6 mg/l 3,4 mg/l NO 3 2,8 mg/l 7,7 mg/l 4,1 mg/l NGL 7,4 mg/l 12,5 mg/l 8,8 mg/l Pt 0,7 mg/l 0,6 mg/l 0,7 mg/l Remarques : nous avons un écart par rapport aux données du bilan d exploitation 2008 (nombre de dépassements et qualités moyennes des eaux traitées) que nous ne pouvons pas expliquer. Le tableau d ensemble d analyse des rejets en sortie de station sont présentés en annexe n 1. Comme nous pouvons le constater, la station d épuration répond largement aux niveaux de rejet pour les paramètres DBO 5, DCO et MES malgré la part importante d effluents industriels peu biodégradables (rapport DCO / DBO 5 > 3). Il n y a aucun dépassement des niveaux de rejet exigés pour ces paramètres. Pour le paramètre phosphore, le niveau de rejet exigé est aussi largement respecté puisqu il doit être respecté en moyenne annuelle. A l inverse, la station d épuration répond difficilement aux performances de traitement exigées pour le paramètre NGL. Certes, le niveau de rejet est exigé en moyenne annuelle et le rejet moyen est de 8,8 mg/l (10 mg/l exigé) mais sur 138 mesures, 38 fois les eaux épurées présentent une concentration supérieure à 10 mg/l (soit 28 %). La tranche T2 est la principale raison de ces concentrations relativement «élevées» en sortie de station. En effet, en moyenne annuelle, la concentration en NGL est de 12,5 mg/l ce qui n est pas conforme avec les exigences. A partir des résultats d autosurveillance de sortie de la tranche T2, nous constatons que les concentrations en NTK (environ 5 mg/l) et en NH 4 + (environ 3,5 mg/l) sont semblables à celles de la tranche T1 et que ces concentrations peuvent donc permettre d atteindre une concentration en NGL de 10 mg/l. Ainsi, ce sont les nitrates qui présentent une concentration élevée (7,7 mg/l) et conduisent à une concentration en NGL supérieur à 10 mg/l. Cela peut paraître étonnant au premier abord car comme nous l avons indiqué précédemment, la tranche 2 fonctionne largement en dessous de sa capacité nominale (40 %) et devrait donc pouvoir respecter les niveaux de rejet exigés. De plus, le rapport DCO / NTK est supérieur à PÖYRY rev 2 Février 2011

20 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 20/204 10, valeur nécessaire pour permettre d obtenir un niveau NGL en sortie de 10 mg/l. En dessous de cette valeur, il y a une carence en carbone pour permettre une dénitrification totale. A partir des données d entrée des résultats d autosurveillance, nous avons vérifié, dans un premier temps, qu elles peuvent être les raisons du non respect des exigences de rejet pour le paramètre NGL. Il ressort que les fortes concentrations en sortie ne sont pas liées à une forte concentration d azote en entrée. De même, il n y a pas de corrélation entre les concentrations en sortie et les conditions climatiques (temps de pluie ou temps sec). Ainsi, les concentrations de sortie ne sont pas liées à la qualité des effluents en entrée de la tranche T2 (hors matière de vidange). Par conséquent, trois autres arguments peuvent être avancés pour expliquer les mauvaises performances de la tranche T2 pour le paramètre NGL : Surcharges dues aux matières de vidange ; Surcharge en azote apportés par les centrats de déshydratation ; Problème au niveau de l aération du bassin biologique de la tranche 2. Concernant les surcharges dues aux matières de vidange, d après les données d autosurveillance disponibles, il n apparaît pas que les concentrations élevées en sortie soient en corrélation avec une forte charge amenée par les matières de vidange. Le maître d ouvrage nous a confirmé que des dépassements en NGL ont été observés même lorsqu il n y a pas de dépotage de matières de vidange. Cela semble logique étant donné que les matières de vidange sont généralement peu chargées en azote et en phosphore. Lors de notre visite sur le site de la station, nous avons noté que les centrats de la déshydratation des boues sont rejetés directement dans la goulotte de sortie du décanteur primaire de la tranche T2. Arrivée de centrats au niveau du décanteur primaire Il a souvent été vérifié sur des stations où une digestion des boues est en place que les centrats issus de la déshydratation de boues préalablement digérées présentent une forte concentration en azote et plus particulièrement en NH 4 +. PÖYRY rev 2 Février 2011

21 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 21/204 D après le mémoire justificatif et technique du marché de réhabilitation de la tranche T1, il est indiqué que la charge moyenne semaine maxi (1 050 kg NTK/jour) sur T2, tient compte du relargage d azote par la digestion pour 150 kg/j. Cette valeur nous semble assez faible car la surcharge apporté par la digestion correspond alors à 6 % de la charge totale en entrée de station. Or, il est souvent pris comme hypothèse, un relargage de l azote du aux retours de digestion de l ordre de 10 à 20 % (soit 250 à 500 kg d azote apporté par les retours de digestion). Par conséquent, il apparaît qu une des principales raisons de la concentration élevée en NGL peut provenir d une sous-estimation de l azote relargué par la digestion et ainsi une capacité d aération ou/et un volume d anoxie insuffisants pour permettre d atteindre les niveaux de rejet exigés. Nous avons demandé à l exploitant si des mesures sont effectuées régulièrement sur ces centrats. Il apparaît qu il n y a pas de comptabilisation de ces retours et peu d analyses ont été réalisées jusqu à présent. Suite à la réunion du 06 mai 2009, l exploitant a réalisé une campagne de mesure afin de déterminer la qualité de ces centrats. Les résultats des analyses sont les suivants : DBO DCO MES NTK N-NH4 Pt concentration 140 mg/l mg/l 180 mg/l 770 mg/l mg/l 271 mg/l La concentration mesurée en NH 4 + qui est supérieure à la concentration en NTK (or, NTK = NH N org ) est quelque peu surprenante. Le maître d ouvrage nous a confirmé ces valeurs et nous a précisé que ce n est pas la première fois que de tels résultats ont été obtenus lors de l analyse des centrats. Des nouvelles analyses ont donc été réalisées avec des protocoles quelque peu modifiés. Ainsi, il s avère que la concentration en NTK et N-NH4 sont semblables et de l ordre de mg/l. Le volume journalier des centrats étant d environ 160 m 3 /j, nous pouvons estimer la charge supplémentaire apportée par ces derniers sur T2 à : Volume DBO DCO MES NTK N-NH4 Pt charge 160 m 3 /j 25 kg/j 350 kg/j 30 kg/j 200 kg/j 200 kg/j 45 kg/j De ce tableau, il ressort en premier lieu que la charge en DCO n est pas négligeable. D autre part, la charge en NH 4 + et NTK est de l ordre de 200 kg/j, valeur proche des 15 à 20 % de l azote total entrant actuellement sur la station. Ainsi, la charge supplémentaire des centrats prise comme hypothèse de dimensionnement lors de la réhabilitation apparaît quelque peu sous-estimée (pour rappel, charge prise en compte 150 kg NTK/jour). Cependant, l apport supplémentaire des centrats en azote n engendre pas un dépassement du flux admissible sur T2 et n explique donc pas les dépassements récurrents en NGL en sortie de traitement. Enfin, ces mesures mettent également en avant que la quantité de phosphore est loin d être négligeable puisqu elle représente environ la même quantité que celle reçue en entrée sur T2 et environ 20 % de la charge totale en phosphore reçue sur Port-Douvot. Comme nous le montrerons au chapitre 2, cela a un impact sur la quantité de réactifs utilisée (PAX 18) pour la déphosphatation. PÖYRY rev 2 Février 2011

22 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 22/204 2 LES OUVRAGES DE REPARTITION 2.1 L'admission des effluents en traitement Les ouvrages Collecteur amont station La station de Port Douvot est alimentée par un collecteur T180, implanté en rive droite du Doubs. La portion finale de ce collecteur débute au droit du boulevard ouest où se fait la jonction entre le collecteur rive droite amont et le collecteur ouest. Ce dernier est doté d'un déversoir d'orage, au niveau du dessableur de Roche d'or. La ville de Besançon a engagé un projet de doublement de ce collecteur par une canalisation Ø 1 800, ainsi que la portion du collecteur ouest, en aval du déversoir d'orage (doublement par un Ø 600). Parallèlement, elle a engagé des travaux de création de bassin tampon sur la ville (aménagement du bassin "Léo Lagrange" de m³ et installation de vannes motorisées sur collecteur sur-stockage NO pour optimiser son remplissage). Ceci va contribuer à augmenter les volumes d'apport en temps de pluie de 30% pour la pluie de projet de retour 2 mois, à 11% pour la pluie de retour 2 ans. On note que la modélisation ne prévoit pas d'augmenter la capacité de relevage en tête de station, ni la capacité de traitement direct sur la biologie (1,3 m³/s). Ce collecteur débouche dans la station sur l'ouvrage de répartition Chambre de répartition Cet ouvrage répartit les effluents en provenance de l'émissaire ci-dessus vers les deux collecteurs alimentant chacune des deux files de traitement composant la station d'épuration. Les départs des collecteurs alimentant les deux files de traitement sont tous les deux équipés d'une vanne motorisée qui doit assurer la répartition entre les deux files. PÖYRY rev 2 Février 2011

23 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 23/ Admission tranche 1 La tranche T1 est alimentée par une canalisation Ø Les ouvrages d'arrivée sont, dans l'ordre, les suivants : Comptage venturi, Dégrillage grossier, Relevage par deux vis bi-vitesse de capacité maximum 750/1500 l/s, Répartition entre : - Le prétraitement, - Le bassin d'orage, - Le bypass au Doubs sans traitement. La répartition à ce niveau se fait au moyen de deux vannes déversoirs. A noter, la présence en amont du comptage Venturi, d'une vanne déversante réglable assurant le by-pass partiel du débit au Doubs. Elle est associée à une vanne motorisée située en amont du Venturi et limitant le débit sur ce dernier. Une extension du bassin d'orage est en cours de construction Admission tranche 2 La tranche T2 est alimentée par une canalisation Ø Les ouvrages d'arrivée sont, dans l'ordre, les suivants : Comptage débitmétrique de type Doppler, Dégrillage grossier, Relevage par six pompes dont le débit unitaire varie de 400 à m³/h. Seule la pompe de débit unitaire m³/h est dotée d'un variateur de fréquence, Répartition entre : - Le prétraitement, - Le bassin d'orage, - Le by-pass au Doubs sans traitement. La répartition, à ce niveau, se fait au moyen de déversoirs fixes. Un dispositif de batardage est prévu sur l'alimentation du prétraitement pour affiner le débit traité. Ce dispositif, conçu à l'origine sur des positions uniques, a été adapté par l'exploitant pour limiter les surdébits envoyés en prétraitements. A noter, la présence en amont du prédégrillage, d'un déversoir fixe assurant un rôle de trop plein vers le Doubs Principe de répartition Capacité des différentes étapes La répartition est liée aux capacités de chaque file en aval. Cette capacité peut se synthétiser ainsi : PÖYRY rev 2 Février 2011

24 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 24/204 Tranche N 1 Tranche N 2 Répartiteur By-pass By-pass Relevage Relevage 8100 m³/h 6460 m³/h 5400 m³/h Bassin d'orage 5000 m³ Bassin d'orage 2500 m³ 2000 m³/h Prétraitements Primaire Prétraitements Primaire 2600 m³/h 2000 m³/h Biologie DOUBS Biologie Principe de répartition mis en place Le principe de répartition automatique entre les deux tranches est basé sur une régulation des débits au niveau de la chambre de répartition, par action des vannes qui sont asservies à la mesure de débit en aval (canal Venturi sur la tranche T1 et mesure Doppler sur la tranche T2). Le principe de régulation prévu lors de la mise en service de la Tranche T1 est présenté dans le tableau suivant : Plage du débit entrant Q tot Principe de régulation Observations Fonctionnement des pompes Tranche 2 en fonction du débit entrant sur la tranche Q tot < 1600 m³/h Les deux vannes sont sur une position réglage que l'on peut qualifier de repli La régulation de débit se fait de manière hydraulique Q < 400 m³/h. : P6 (400 m³/h) en marche continue Q > 400 m³/h P5 (700 m³/h) assure le débit par marnage 1600 m³/h >Q tot < 2500 m³/h La vanne T2 est ouverte au maxi, La vanne T1 régule un débit maximum de 800 m³/h sur la tranche 1. Le traitement sur la file 2 est privilégié car cette dernière reçoit de 800 à 1700 m³/h. Q < 1200 m³/h : P5 en continu et P4 (1000m³/h) assure le complément en variation de vitesse Q > 1200 m³/h : P4 en continue et P5 assure le complément par marnage PÖYRY rev 2 Février 2011

25 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 25/204 Plage du débit entrant Q tot 2500 m³/h >Q tot < 3400 m³/h 3400 m³/h >Q tot > 6000 m³/h Au-delà du seuil maximum (6000 m³/h) Principe de régulation Observations Fonctionnement des pompes Tranche 2 en fonction du débit entrant sur la tranche La vanne T2 est ouverte au maxi, La vanne T1 régule un débit maximum de 1700 m³/h sur la tranche 2. La vanne T2 est ouverte au maxi, la vanne T1 régule un débit maximum de 1700 m³/h sur la tranche 1. Les deux vannes sont ouvertes au maximum. Le traitement sur la file T2 est privilégié car il est porté à 1700 m³/h, alors que celui sur la tranche 1 va varier de 800 à 1700 m³/h. Le traitement sur la file 2 est privilégié car cette dernière reçoit de 1700 à 4300 m³/h. La capacité de la filière de traitement étant limitée à 2000 m³/h, cela sous entend que l'excédent est by-passé dans le bassin d'orage. Chaque file relève le maximum de débit. Compte tenu que la tranche T2 a un relevage par pompage, il est probable qu'elle soit privilégiée, la tranche T1 prenant l'excédent jusqu'à atteindre sa capacité maximum où le by-pass en amont du canal Venturi déverse. P4 en continue et P5 assure le complément en marnage Q < 2100 m³/h : idem cidessus Q < 2100 m³/h : le débit de relevage est assuré par les trois pompes P1+P2+P3 (3x1 480 m³/h) en fonctionnement classique par marnage Il semble qu'une condition supplémentaire liée au remplissage du bassin d'orage ait été rajoutée. Ce principe de fonctionnement est très proche de celui mis en place lors de la mise en service de la tranche n 2 (Mémoire technique et justificatif du marché de la tranche 2). Il ne semble pas prendre en compte : la présence d'une capacité de traitement plus importante sur la tranche 1 (2 600 m³/h sur le biologique et m³/h sur le primaire), la présence d'un bassin d'orage de volume plus important sur la tranche 1 (5 000 m m3 sur T1 et m3 sur T2), la présence des deux bassins d'orage dont l'optimum vis-à-vis de la protection du milieu, conduirait à assurer leur remplissage simultané. Il était conçu sur le principe de n'agir que sur la vanne de la tranche N 1, celle de la tranche n 2 ayant uniquement deux positions. PÖYRY rev 2 Février 2011

26 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 26/ Fonctionnement actuel La mesure de type DOPPLER sur la tranche T2, qui devait fournir la mesure pour la régulation de la vanne dans la tranche de débit 2 500/3 400 m³/h ne fonctionne pas. Elle est perturbée par des dépôts importants et très fréquents de sables dans les conduites. Pour palier à ce dysfonctionnement : En fonctionnement normal, l'exploitant a calé la vanne de T2 avec une ouverture de 250 mm et ouvert en grand la vanne de T1. Ceci lui permet de limiter le débit admis sur T2 aux alentours de m³/h, valeur qui lui permet de se prémunir contre les départs de boue dans les clarificateurs. A noter qu'il a testé une ouverture à 300 mm mais celle-ci ne lui permet pas de garantir un fonctionnement correct de T2. En fonctionnement de temps de pluie, l'exploitant agit manuellement sur la vanne de T2. La reconstruction de la tranche T1 a permis la mise en place du comptage Venturi en remplacement d'une mesure de type Doppler qui présentait les mêmes problèmes que ceux constatés, actuellement, sur la tranche T2. Ce dispositif fournit une mesure fiable pour piloter la vanne de régulation de la tranche concernée. Toutefois une régulation uniquement sur la vanne de la tranche T1 avec une vanne vers T2 calée dans une position fixe intermédiaire ne peut pas permettre de répondre à tous les cas de figure, ni d'optimiser les volumes traités. Une position plutôt fermée de cette dernière va répondre au fonctionnement de temps sec en privilégiant l alimentation de T1 mais va induire des by-pass en temps de pluie alors que la capacité de pompage de T2 ne sera pas complètement mobilisée. A contrario une position plutôt ouverte sollicitera moins T1 en temps sec mais améliorera la mobilisation du bassin d orage de T2. L'examen des données d'autosurveillance de la station, notamment les relevés de répartition des volumes non traités au fil de l'eau, révèle : D'une manière générale, le bassin d'orage de la tranche T1 est privilégié au détriment de celui de la tranche T2. Il stocke entre 85 et 90% des volumes annuels stockés. La priorité, pour les volumes excédentaires à la capacité des files biologiques, entre l'alimentation du bassin de stockage de la tranche T1 et le traitement primaire de la tranche T1 est difficile à identifier. On note parfois un remplissage conséquent du bassin d'orage sans déversement en aval du primaire, mais le plus fréquemment les deux présentent des déversements alors que le bassin d'orage ne semble pas avoir été sollicité à son maximum. Le bassin d'orage de la tranche T2 est fortement sous-utilisé. Ceci conduit fréquemment, en période de temps de pluie, à des déversements en aval du primaire de la tranche T1, voir des by-pass d'eau non traités Synthèse L'absence de comptage fiable sur la tranche n 2 rend inutilisable l'automatisme prévu. Le palliatif mis en place par l'exploitant ne permet pas d'optimiser au mieux le fonctionnement de l'ensemble des files et des bassins d orage. Le principe de régulation qui était en place conduisait à privilégier une tranche au détriment de l'autre. Il ne semble pas prendre en compte l'état de remplissage des bassins de stockage. Il PÖYRY rev 2 Février 2011

27 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 27/204 ne reflète pas une volonté d'optimiser les charges de pollution rejetées au milieu naturel. Par conséquent, la simple remise en place d'un comptage fiable ne permettrait pas de résoudre la globalité du problème. A ce stade, nous pouvons également évoquer les problèmes générés par la conception de la tranche T2 et qui sont évoqués ci-après : Une seule pompe du relevage est dotée d'un variateur de fréquence. Ceci ne permet pas d'avoir une souplesse importante et génère des à-coups hydrauliques importants sur la filière de traitement en aval, notamment au niveau de la clarification provoquant ainsi des départs de boue. On note également que le variateur en place est d'une ancienne génération (17 ans) et est fréquemment en panne. La régulation entre l'alimentation du prétraitement et le bassin d'orage est statique. Aucun réglage n'était disponible à l'origine. Ceci a contraint l'exploitant à adapter le batardage existant en amont du prétraitement, dont la hauteur est réglée manuellement. PÖYRY rev 2 Février 2011

28 LP 9005 Ville de Besançon Schéma directeur et valorisation environnementale à Port Douvot page 28/204 3 DIAGNOSTIC DES PRETRAITEMENTS DE LA TRANCHE N Fonctionnalités et description File eau Dans une station d épuration, les prétraitements ont pour rôle de protéger les ouvrages, équipements et réseaux en aval. Ils doivent donc être adaptés aux process mis en œuvre. Dans le cas de la station d épuration de Port Douvot, compte tenu de la côte d arrivée du collecteur et du caractère unitaire de l effluent, ils intègrent un relevage et un écrêteur de flux vers le bassin d orage. Les prétraitements proprement dit de la tranche T2 présentent les fonctionnalités attendues afin de protéger les ouvrages d un traitement primaire et d une filière biologique classique. Ils sont constitués de : Prédégrillage à 60 mm sur deux files en parallèle isolables ; Relèvement par 6 pompes centrifuges immergées ; Ecrêtage : essentiellement constitué d un déversoir latéral à seuil fin sur le canal de collecte des refoulements de pompes vers le dégrillage ; Dégrillage fin 20 mm sur deux files en parallèle isolables ; Dessablage dégraissage sur deux ouvrages longitudinaux en parallèle isolables équipés de ponts mobiles alternatifs. Un ensemble d équipements annexes (pompes, suppresseurs, vannes, ) assurent les utilités liées au dessablage et dégraissage Traitement des sous produits Associés aux ouvrages de la file eau, les prétraitements comportent aussi les filières de conditionnements des sous produits générés. Ces filières doivent être adaptées au mode d évacuation de ceux-ci et répondre aux réglementations qui peuvent y être associées. Traitement des sables : Il consiste en un lavage grossier et un égouttage. La teneur en matière organique après lavage étant encore de 50% environ, le sable ainsi extrait ne peut être évacué en CET ou être réutilisé. Cela implique qu il soit évacué en benne vers la station d épuration de Dijon pour subir un nouveau lavage plus poussé. Traitement des graisses : Les graisses issues de la STEP sont incinérées (four d incinération des OM de la ville de Besançon). Pour réduire le volume généré et pour faciliter leur élimination par cette filière, un concentrateur à graisse est en place (écrémage du mélange graisse/eau extrait de la file eau). Il réduit la teneur en eau ce qui réduit les volumes et augmente le PCI du produit. PÖYRY rev 2 Février 2011