L épuration par boues activées Journée technique Clermont Ferrand - 8 juin 2010 -
L étude technico-économique SCOT Réflexion intercommunale SAGE SDAGE DCE PLU - Carte communale Programme de mesures Projet structurant dans les domaine de l eau potable et de l assainissement Développement urbain et économique du territoire Choix des filières Milieu: qualité et quantité Mesures milieux Évolution climatique Proposition de différents scénarios Document guide pour la réalisation des études Analyse technico-économiques des scénarios et l établissement des bases du dossier Projet de consultation retenu des entreprises (DCE) 15
Principe de la filière Synoptique d'une boue activée Bassin d'aération Clarificateur Recirculation Boues en excès Concentrateur Stockeur Mettre en place une microfaune bactérienne en culture libre (boues activées) qui en présence d air va transformer la pollution reçue en boues Domaine d application recommandé : > 500 Eq.habitants
Configuration classique Copyright Xavier Mignant / Ville de Quimper et Quimper Communauté
Aptitudes de la filière et coûts Avantages Inconvénients Coûts Très bonne qualité de traitement sur le carbone et l azote Adaptation aisée au traitement du phosphore Filière adaptée aux charges organiques importantes et aux effluents concentrés Adaptation aux variations de charge Emprise foncière limitée Coûts de fonctionnement élevés (coûts d investissement élevés à relativiser avec les autres filières) Exploitation rigoureuse nécessaire Production de boues relativement importante Dysfonctionnements possibles dus à des pannes Faible rendement bactériologique ( 10 5 à 5.10 5 en E.coli au rejet ) mais traitement complémentaire possible par UV notamment (10 3 voire 10 2 ) Technique plus sujette au problème d intégration environnementale (matériaux, bruits, ) Investissement : 450 à 550 H.T./ Eq.Hab (1000 à 2000 Eq.Hab) (suivant filières boues et contraintes particulières) (hors frais divers et coûts de maîtrise d œuvre) Fonctionnement : 25 à 30 HT/ Eq.Hab/an (renouvellement des équipements compris )
Performances épuratoires Résultats moyens obtenus sur un échantillon d installations de capacités comprises entre 800 Eq.Hab et 2000 Eq.Hab et chargées organiquement entre 30 et 80% de leur capacité nominale DBO5 DCO MES NTK NGL Pt Concentrations au rejet (mg/l) 5 (10) 50 (50) 9 (10) 5 (10) 7 (15) 2* Rendements épuratoires (%) 99 93 98 95 90 87* * Pour les installations équipées d une unité de déphosphatation ( ) Performances épuratoires attendues
Des bases de dimensionnement à respecter Etage biologique Pour des tailles de stations inférieures à 2000 Eq.habitants, le choix économique du type d aération se portera de préférence sur des aérateurs de surface (turbines, ) dont la maintenance apparait par ailleurs plus aisée. Charge volumique : - 0.3 kg DBO 5 /m 3 /jour - 0.35 kg DBO 5 /m 3 /jour si pointe de pollution marquée l été (température plus favorable) Charge massique : 0.1 kg DBO 5 /kg MVS/jour Temps d aération : 12 à 13 h/jour pour garantir de bonnes conditions de dénitrification dans le bassin d aération Zone d anoxie non nécessaire même pour des normes azote sévères ( économie d énergie non négligeable) 40 w/m 3 avec turbines
Des bases de dimensionnement à respecter Etage secondaire 0.6 m/h en vitesse ascensionnelle sur le clarificateur (sur débit de pointe) quel que soit l objectif bactériologique recherché Recirculation de 100 à 150 % du débit de pointe horaire ou 200 % du débit moyen diurne
Une conception d ouvrage à maîtriser Mise en place de brasseur immergé non nécessaire
l Une conception d ouvrage à maîtriser REGARD DE DÉGAZAGE - Type 1a (avec turbine) COUPE A-A P.E. 0,20 0,40 0,30 Bassin d'aération P.E. 0,05 DÉTAIL DU DÉVERSOIR Pente à 30 P.E. Désersoir du bassin d'aération 0,25 Fond du bassin d'aération 0,30 P.E. Canal d'approche Déversoir du bassin d'aération 1ml. pour 40 m 3 /h (Qp) 1,00 Regard de dégazage 1m² pour 60 m 3 /h (Qp) Cloison siphoïde 0,40 Fond en trémie à 45 Correctement conçu, le regard de dégazage atténue notablement la formation d écumes sur les clarificateurs et contribue indéniablement à améliorer la qualité de l eau épurée en limitant sa teneur en MES VUE DE DESSUS Déversoir A A L/l = 1,5 à 2 P.E. : Plan d'eau statique Qp = débit de pointe horaire de la station hors recirculation L
Ouvrage de dégazage Canal d approche vers regard de dégazage Pente à 30 sous le plan d eau statique
Une conception d ouvrage à maîtriser Alimentation en diffusion horizontale proche de la surface (jupe de répartition immergée à 0.7 m et déflecteur de diffusion) Forte profondeur (3 m en périphérie) Radier avec pente à 20% et défaut de planéité de + ou 5 mm Racle de fond en 1 seul élément suspendu Vitesse du pont : 1 tour en moins de 30mn Testé sans dégradation de la qualité du rejet à 1 m/h de vitesse ascensionnelle et validé après modélisation mathématique par ANJOU RECHERCHE Mise en place de bassin tampon non nécessaire (peut être prévue en phasage ultérieur)
Clarificateur - type SEA 29
Un pilotage du fonctionnement à optimiser Asservissement du fonctionnement de la recirculation aux volumes réellement reçus sur l installation : STATION D EPURATION DE Automatisme de recirculation Le débit de recirculation sera asservi au débit entrant. Toutes les heures, l automate fait le point sur le volume entrant totalisé (VE) de la dernière heure. Si «n» est le taux de recirculation (n = coefficient paramétrable de 1,0 à 3,0), le volume de boues à recirculer devra être égal à VR = n x VE. Marche (2) P1 ou P2 (1) Arrêt (2) Si VR < 5 m 3 (2) 3 mn 12 mn Si 5 m 3 < VR < 10 m 3 (2) 4 mn 11 mn Si 10 m 3 < VR < 15 m 3 (2) 6 mn 9 mn Si 15 m 3 < VR < 20 m 3 (2) 8 mn 7 mn Si VR > 20 m 3 (2) 60 mn 0 (1) Une seule pompe de recirculation assure la totalité des besoins (débit unitaire des pompes = 40* m 3 /h) (2) Paramétrable * Valeur à confirmer après contrôle Un automatisme de sécurité sera à prévoir en cas de dysfonctionnement du débitmètre : Renvoi d alarme en cas de non fonctionnement des pompes de recirculation pendant un temps «t» (paramétrable) et en cas d absence de signal en provenance du débitmètre, avec basculement en cadence durée (horloge horaire préprogrammée).
Le cas des boues activées à membranes Principe de la filière : FILIERE DE TRAITEMENT PAR REACTEURS BIOLOGIQUES A MEMBRANES Station d'épuration LE GUILVINEC Modules de membranes plaques Bassin d'aération Bassin à membranes Modules de membranes fibres Milieu récepteur Circuit de l'effluent Boues recirculées NOM DE Dessin3 FICHIER : 28 jui, 2007 Domaine d application recommandé : > 1000 Eq.habitants
Le cas des boues activées à membranes Avantages Très bonne qualité de traitement garantie en toutes situations Mise en œuvre possible dans une enceinte confinée Désinfection poussée valeur 10 2 en E.coli possible au rejet Compacité Modularité Réhabilitation possible de filière classique Inconvénients Coûts d investissement et de fonctionnement élevés Adaptation délicate aux variations importantes de volumes à traiter (Bassin tampon) Dysfonctionnements possibles dus à des pannes Exploitation rigoureuse nécessaire ( maintenance plus importante que pour une filière classique) Production de boues relativement importante Technique plus sujette au problème de l intégration environnementale des matériaux (fabrication, recyclage membranes, ) Coûts Investissement : Surcoût de 0% à + 10% par rapport au coût d une filière boues activées classique (hors frais divers et coûts de maîtrise d œuvre) Fonctionnement : Mise en œuvre récente des unités ( mais charge 10% à 20% plus élevée que sur une filière classique : consommation d énergie supérieure d environ + 20%)
Le cas des boues activées à membranes Performances épuratoires Résultats moyens obtenus sur une installation de 1800 Eq.Hab chargée organiquement entre 20 et 50% de sa capacité nominale ( variation saisonnière ) DBO5 DCO MES NTK NGL Pt Concentrations au rejet (mg/l) 3 (5) 30 (40) 3 (5) 4 (10) 9 (15) 1* Rendements épuratoires (%) 99 93 99 95 80 87* Les résultats de suivi bactériologique indiquent des valeurs inférieures à 100 E. coli/100ml * Pour les installations équipées d une unité de déphosphatation ( ) Performances épuratoires attendues
Le cas des boues activées à membranes Points limitants de la filière membranaire : Aspect hydraulique : Nécessité d une grande rigueur dans le dimensionnement du bassin tampon et de la surface de membranes. La capacité hydraulique des membranes reste limitée à une augmentation temporaire du débit traversier nominal. Attention à ne pas perdre le bénéfice du traitement mis en œuvre par d éventuels débordements du bassin tampon. Avantage à la filière classique qui, sous réserve d une mise en œuvre correcte, est en mesure d accepter sans désordre, 24h sur 24h, les variations de volumes d eaux brutes.
Le cas des boues activées à membranes Points limitants de la filière membranaire : Elimination de l azote : la maitrise d un bon bilan sur l azote global s avère plus délicate sur la filière membranaire que sur la filière classique du fait de l air de balayage nécessaire pour le décolmatage des membranes. Conditions de dénitrification rendues difficiles justifiant souvent une zone d anoxie mais tendance à maintenir la charge volumique du bassin d aération sur des bases de dimensionnement plus proches de celles des filières classiques ( Cv de l ordre de 0.4 à 0.5 kg DBO 5 /m 3 /jour actuellement pour 0.8 à 1 kg DBO 5 /m 3 /jour sur les premiers projets)
Le cas des boues activées à membranes CONCLUSION Si la technique membranaire se justifie dès lors que des normes très sévères sont imposées, notamment sur le plan bactériologique, il convient de préciser que le traitement par boues activées ne doit pas être considéré comme une filière au rabais. En effet, lorsqu elle est bien dimensionnée et correctement conçue, elle offre des performances très voisines sur le plan physicochimique et autorise la mise en place d un traitement tertiaire de désinfection si besoin est.
Pour en savoir plus.. Le guide pour la réalisation des études technico-économiques : http://www.cg29.fr/le-conseil-general-et-vous/environnement ( voir «Les publications» ) Les fiches techniques du SEA : sea@cg29.fr Merci de votre attention