Épuration des eaux usées STEP de Fribourg

Transcription

1 Épuration des eaux usées STEP de Fribourg Réalisation Marco Mirata / Folly Mario Laboratoire STEP

2 STEP de Fribourg

3 Sommaire Introduction Epuration des eaux usées Bases légales Evaluation de la pollution Aperçu de diverses installations Conclusion

4 Introduction Pourquoi doit-on épurer les eaux usées? Selon l Ordonnance sur la protection des eaux (OEaux) Art. 1: Le but est de protéger les eaux superficielles et les eaux souterraines contre les atteintes nuisibles et de permettre leur utilisation durable.

5 Introduction Les trois principales catégories d eaux polluées dans le réseau d eaux usées Les eaux des industries Les eaux des ménages Les eaux de ruissellement sur les surfaces imperméables

6 Introduction Notion d équivalent habitant (EH) Un EH correspond à une charge polluante organique biologiquement dégradable déterminée e par une demande biochimique en oxygène de 75g g O 2 /jour pendant 5 jours (DBO 5 ). L équivalent habitant permet le dimensionnement des stations d éd épuration en fonction de la charge polluante.

7 Introduction Cycle et pollution de l eau Source:

8 Epuration des eaux usées Prétraitement (physique) Traitement primaire (physique) Traitement secondaire (chimique & biologique) Traitement tertiaire (physique & biologique) Traitement des boues

9 STEP de Fribourg 11.Stockeur à boues 14.Traitements des odeurs 12.Gazomètre 10.Traitements des boues 6.Déphosphatation 2.Dessableurs Entrée 4.Décanteurs Primaires 5.Bassins D aération I 7.Bassins d aération II 3.Dégrillage fin 1.Dégrillage grossier 13.Traitements des eaux pluviales 9.Nitrification 8.Décanteurs finaux

10 Prétraitement Entrée des eaux usées Traitement eaux pluviales Dégrillage grossier Incinération Dessableurs Décharge inerte Dégrillage fin Incinération

11 Entrée des eaux usées Canal d entrée Bassins d eaux pluviales

12 Dégrillage grossier Rétention mécanique des déchets (papiers, fibres textiles, plastiques, ) de dimension > 15 mm Les déchets sont pressés et évacués en incinération

13 Dessableurs Extraction des eaux usées des sables et des particules minérales Permet d éviter l abrasion des pompes et conduites en aval Amélioration de la décantation du sable au fond du bassin par injection d air Le sable est régulièrement extrait pas des ponts racleurs

14 Dessableurs

15 Dégrillage fin Rétention mécanique de tous les petits corps étrangers (plastique, Q-tips, ) de dimension > 6,0 mm, pouvant perturber le fonctionnement des installations Les déchets sont pressés et évacués en incinération

16 Traitement primaire Entrée des eaux prétraitées Décantation primaire Boues fraîches vers traitement des boues

17 Traitement primaire Décantation primaire et flottation Séparation de toutes les matières insolubles (organiques et minérales) par décantation et flottation Extraction des boues fraîches par des pont racleurs

18 Traitement secondaire (boues activées) Recirculation de la nitrification Recirculation Filtrat et Centrifugat dénitrification Recirculation Bassins d aération Traitement des boues en excès déphosphatation Décantation finale

19 Traitement secondaire (boues activées)

20 Déphosphatation Provenance du phosphore: détergents d industriels, produits de nettoyage sous forme de phosphates principalement. Les phosphates jouent un rôle dans l eutrophisation des eaux. Fe (III) 3+ + PO 4 3- FePO 4 fer ( III ) Phosphates Phosphate de fer (III) ( précipite )

21 Déphosphatation Sulfate de fer (III) Préparation du sulfate de fer (III) Cuves de stockage du sulfate de fer (III) Dosage du sulfate de fer (III)

22 Elimination de la charge carbonée Traitement éliminant l essentiel des agents polluants carbonés biodégradables Dégradation aérobie de la charge carbonée par biomasse épuratrice Biomasse épuratrice: bactéries, protozoaires, Eau usée + biomasse + O 2 Eau épurée + biomasse + CO 2

23 Traitement biologique à boues activées

24 Traitement tertiaire nitrification recirculation vers boues activées Réseau d eau industrielle Sortie eaux épurées

25 Décantation finale Séparation par décantation de la biomasse composée de microorganismes et de phosphates précipités Aspiration des boues par siphonnage L excès de biomasse est traité avec les boues fraîches et le reste est recirculé

26 Nitrification Provenance des composés azotés: déjections humaines et animales. Elimination de l azote ammoniacal par bactéries nitrifiantes fixées sur matériaux filtrants (Nitrosomonas & Nitrobacter) Injection d air (traitement aérobie) Bassins nitrification Oxydation de l ammonium en nitrates NH O 2 Nitrobacter NO H + + H 2 0 Nitrosomonas Soufflantes nitrification Local nitrification

27 Nitrification

28 Dénitrification Recirculation de l eau épurée après nitrification dans une biologie anaérobie Réduction de la charge de NO 3- par transformation en N 2 au moyen d une source carbonée Réduction réalisée par bactéries hétérotrophes (Pseudomonas denitrificans,..)utilisant l oxygène du NO 3- comme accepteur final d électrons NO H e - Pseudomonas 1/2N 2 + 3H 2 0 denitrificans Biologie anaérobie

29 Sortie eaux épurées

30 Traitement des boues Boues en excès Boues fraîches Boues Flottantes Production de biogaz Pré-épaississement Digestion anaérobie Recirculation filtrat Boues Fraîches Importées Stockage Déshydratation recirculation centrifugat incinération des boues

31 Pré-épaississement Récupération des boues de la décantation primaire et de la décantation finale Les boues fraîches contiennent 0.5% de matière sèche Extraction de l eaul au moyen de tables d éd égouttage avec adjonction d un réactif de floculation Teneur en matières sèches après traitement env. 6 % Station de floculation Tables d égouttage

32 Pré-épaississement

33 Digestion anaérobie Stabilisation des boues par une digestion anaérobie Les boues digérées sont pratiquement inodores car la dégradation des matières organiques est fortement ralentie Production de gaz méthane (CH ) principalement 4 Les boues sont chauffées dans des digesteurs à une température de 35 C et brassées par injection périodique de gaz Temps de séjour minimum de : 22 jours

34 Digestion anaérobie Digesteurs (2x m 3 ) Gazomètre (2 500 m 3 )

35 Stockage des boues Volume m 3 18,00 m Stockeur à boues

36 Déshydratation des boues Déshydratation des boues digérées par centrifugation jusqu à une teneur de matières sèches s d environd 25 %

37 Utilisation du pouvoir calorifique Ecologie Coûts Incinération $$$ Exportation pour incinération $$$$ Technique de récupération $$$$

38 Bases légales Loi fédérale du 24 janvier 1991 sur la protection des eaux (LEaux) Ordonnance du 28 octobre 1998 sur la protection des eaux (OEaux) Les cantons représentés par les offices de protection de l environnement sont chargés de faire appliquer ces lois Les exploitations d épuration se doivent de respecter les exigences relatives à l OEaux Réalisation d analyses interstep périodique (selon EH) par les cantons et les exploitations

39 Evaluation de la pollution Selon l OEaux (an. 3), les exigences relatives au déversement d eaux polluées portent sur les paramètres suivants : Substances non dissoutes totales (MeS) Demande biochimique en oxygène (DBO 5 ) Carbone organique dissout (COD) Transparence (Snellen) Ammonium ( (N-NH 4+, N-NH 3 )) Nitrite (N-NO 2- ) Composés organohalogénés (AOX) Phosphore total (P tot ) Azote total

40 Substances non dissoutes totales (MeS) Principe Filtration sur membrane 0,45 µm de 100 ml d eau de sortie Normes > EH: 15 mg/l < EH: 20 mg/l But Détermination de la fraction de matière non dissoute dans l eau de sortie

41 Demande biochimique en oxygène (DBO 5 ) Principe (par dilution) La mesure de l oxygène de l échantillon s effectue au début et après 5 jours. L échantillon est stocké à l abri de la lumière, à 20 C. Normes Pour eau épurée > EH: 15 mg/l O 2 Taux d épuration 90% < EH: 20 mg/l O 2 Taux d épuration 90% But Détermination de la quantité d oxygène en mg/l consommée par les microorganismes présents dans un volume d échantillon durant 5 jours.

42 Carbone organique dissous (COD) Principe L échantillon en milieu acide est agité pour que le carbone inorganique (CO 2 & carbonate) soit libéré. L échantillon est ensuite oxydé, et le CO 2 formé, proportionnel au carbone organique dissous, est mesuré. Normes Pour eau épurée :> EH: 10 mg/l COD COD eaux épurées Taux d épuration 85% 100 x (1- ) COT eaux polluées But Mesure de la charge organique Analyse du carbone organique total (COT): échantillon non filtré Analyse du carbone organique dissous (COD): échantillon filtré sur membrane 0,45 µm

43 Demande chimique en oxygène (DCO) Principe Pour la mesure de la DCO, l échantillon est chauffé pendant 2 heures à 146 C avec la présence de bichromate de potassium (Cr 2 K 2 O 7 ), un oxydant puissant. Les composés organiques oxydables réduisents l ion chromate Cr 6+ en ion chrome Cr 3+ (vert). La coloration est proportionnelle à la DCO. Normes Analyse ne figurant plus dans l OEaux l car cette méthode m utilise des réactifs r très polluants comme le mercure, le chrome, etc remplacée e par le COT et COD. But Détermination de la matière organique et inorganique oxydable chimiquement. DCO 2.2 sur les eaux usées brutes DBO 5

44 Transparence (Snellen) Principe Détermination optique de la distance de vision des caractères de référence en vidant l échantillon d eau épurée à l aide du tube de Snellen. Norme Eau épurée: 30 cm But Détermination de la qualité optique de l eau épurée

45 Ammonium ( (N-NH 4+, N-NH 3 )) Principe Combinaison de l ammonium avec le chlore du monochloramine. Le monochloramine réagit avec le salicylate pour former le 5-aminosalicylate. Le 5-aminosalicilate est oxydé par le catalyseur nitroprusside d ammonium. La coloration verte finale est proportionnelle à la concentration d ammonium. Norme Eau épurée: 2 mg/l N Taux d efficacité de traitement 90% N-NH + 4 eaux épurées N TK eaux brutes 100 x (1- ) But Détermination de l efficacité du traitement d épuration des composés azotés. N tk : azote Kjeldahl (N tk = N tot (NO 2, NO 3 ))

46 Nitrites (N-NO 2- ) Principe Les nitrites contenus dans l échantillon réagissent avec l acide sulfanilique pour former un sel de diazonium. Ce complexe, en présence d acide chromotripic forme une coloration rose proportionnelle à la concentration en nitrites. Normes Eau épurée: 0.3 mg/l N (valeur indicative) But Détermination de l efficacité du traitement d épuration des composés azotés. Paramètre critique pour la biocénose aquatique

47 Composés organohalogénés (AOX) Principe L échantillon est oxydé en milieu acide, le chlore libéré est transformé en chlorure (Cl - ) et ensuite complexé. La coloration obtenue est proportionnelle à la concentration d AOX Norme Eau épurée: 0,08 mg/l X But Détermination des composés halogénés absorbables, des pesticides et autres composés organiques provenant des eaux usées industrielles.

48 Phosphore total (P tot ) Principe L échantillon est oxydé en milieu acide afin de transformer le P organique en P minéral (orthophosphate: PO 4 3- ). Le PO 4 3- en solution réagit ave le molybdate d ammonium pour former l acide molybdophosphorique. Ce complexe est ensuite réduit par un acide aminé d une coloration bleue (phosphomolybdique) proportionnelle à la concentration en phosphore. Norme Eau épurée: 0,8mg/l P Taux d épuration par rapport aux eaux polluées brutes : 80% But Détermination de l efficacité du traitement d épuration des composés phosphorés. Paramètre critique pour l eutrophisation des eaux.

49 Aperçu de diverses installations Traitement de l air vicié Production d énergie avec moteur à gaz Types de pompes

50 Traitement de l air vicié Désodorisation de l air provenant des différents ouvrages de traitement des eaux usées et des boues sur des tours de lavage et des biofiltres Biofiltres Tours de lavage Tour de lavage

51 Production d énergie avec moteur à gaz Production d énergie électrique et thermique grâce au biogaz formé par la digestion anaérobie des boues Couvre jusqu à 45% des besoins en énergie électrique de la STEP Moteur à gaz

52 Type de pompes Pompe moineau Pompe centrifuge Pompe à membrane

53 Pompe moineau Pompe moineau pour extraction des boues ( 10 m 3 /h) V

54 Pompe centrifuge Pompes centrifuge pour eaux usées ( 360 m 3 /h) V

55 Pompe à membrane Pompe à membrane pour le dosage de réactifs

56 Conclusion Toute cette chaîne de traitement pour obtenir : Protection de l environnement Recyclage, récupération d énergie Taxe du pollueur payeur!

57 Questions?