23 mars 2010 Aperçu des techniques d’épuration des eaux usées domestiques et industrielles
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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
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Quelles eaux à traiter ?
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Eaux naturelles:
• Eaux de surfaces (eaux douces)
• Eaux souterraines (eaux douces)
• Eaux de mer et eaux saumâtres
Eaux Potables Eaux Industrielles :
• Eaux de chaudières
• Eaux de refroidissement
• Eaux de fabrication
Effluents Urbains Effluents industriels
Boues
«industrielles»
Eaux Traitées Boues Eaux traitées
«urbaines» T T
T T
T T
T
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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
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5 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
Matières en
suspension
Matières
colloïdales
Matières
dissoutes
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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.
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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 - …)
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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
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9 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
3- Décantation
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10 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
3- Décantation
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11 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
3- Décantation
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12 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
3- Décantation
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13 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
3- Décantation Lamellaire
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14 Processus élémentaires du génie physico-chimique
en traitement de l’eau
3- Décantation
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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..
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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 …
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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+
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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
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26 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
Procédés intermédiaires avec les procédés dits extensifs = lagnages
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27 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres
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28 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres
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29 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies Cultures libres
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30 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies
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31 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies
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32 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies
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33 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées
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34 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées
– Lits bactériens
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35 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées
– Lits bactériens
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
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37 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées - Biofiltres
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38 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
2- Cultures bactériennes aérobies - Cultures fixées - Mixtes
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39 Processus élémentaires du génie biologique
en traitement de l’eau
3- Cultures bactériennes anaérobies
Digestion
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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
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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
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Traitement des boues
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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
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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
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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)
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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)
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47 Filière Air
2- Désodorisation
2.1- Traitement
physico-chimique
en tour de lavage
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48 Divers
1- Stockage et distribution des réactifs
2- Instrumentations / contrôles / commandes
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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
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FIN
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Processus élémentaires du génie
physico-chimique en traitement de l’eau
8- Electrolyse
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Processus élémentaires du génie
physico-chimique en traitement de l’eau
9- Fluidisation
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Processus élémentaires du génie
physico-chimique en traitement de l’eau
10- Adsorption
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Processus élémentaires du génie
physico-chimique en traitement de l’eau
11- Echanges d’ions
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Processus élémentaires du génie
physico-chimique en traitement de l’eau
12- Oxydation et réduction
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Processus élémentaires du génie
physico-chimique en traitement de l’eau
13- Neutralisation / reminéralisation
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