Cours-Assainissement-Chapitre 1 Et 2- EMG

ECOLE MAROCAINE D’INGENIERIE

emg

Réseaux d’assainissement urbain (18h)

RESEAUX D’ASSAINISSEMENT URBAIN Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées Chapitre 3 : Détermination des débits d’eaux pluviales Chapitre 4 : Dimensionnement des réseaux d’assainissement Chapitre 5 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Natures des eaux d’assainissement Types de système d’assainissement, leurs avantages et inconvénients Schémas des réseaux d’assainissement

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Définition:

L’assainissement des agglomérations a pour objet d’assurer l’évacuation de l’ensemble des eaux pluviales et usées ainsi que leur rejet dans les exutoires naturels sous des modes compatibles avec les exigences de la santé publique et de l’environnement. Natures des eaux d’assainissement : Les eaux d’assainissement sont de trois types : Eaux de ruissellement Eaux usées, d’origine domestique Eaux usées industrielles Ces eaux peuvent être séparées ou mélangées.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Eaux de ruissellement Les eaux de ruissellement comprennent essentiellement les eaux de la pluie. La pollution des eaux de ruissellement est variable dans le temps, plus forte au début d’une précipitation qu’à la fin par suite de nettoyage des aires balayées par l’eau.

Eaux usées d’origine domestiques Les eaux usées d’origine domestiques comprennent : Les eaux ménagères (eaux de cuisine, de lessive, de toilette,….) Les eaux vannes (en provenance des WC, matières fécales et urines).

Eaux industrielles Les eaux industrielles sont celles en provenance des diverses usines de fabrication ou de transformation.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Types de système d’assainissement, leurs avantages et inconvénients Les systèmes d’assainissement les plus rencontrés sont : -

Le Le Le Le

système système système système

séparatif unitaire pseudo-séparatif individuel

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Système séparatif Deux réseaux : un réseau d’eaux usées et un réseau d’eaux pluviales La collecte séparative des eaux usées domestiques nécessite des ouvrages de section réduite en raison du volume limité des effluents. C’est un système économique si l’évacuation des eaux pluviales ne nécessite pas un autre réseau complet c’est à dire qu’elle puisse être réalisée en faisant un large appel au ruissellement dans les caniveaux.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Système unitaire Il s’impose lorsqu’il n’y a pas de possibilité de concevoir économiquement un réseau des eaux pluviales de surface, c’est à dire : Si l’exutoire est éloigné des points de collecte. Lorsque les pentes du terrain sont faibles, ce qui impose de grosses sections aux réseaux d’égouts séparatifs. Il est reconnu que le système unitaire est intéressant par sa simplicité, puisqu’il suffit d’une canalisation unique dans chaque voie publique et d’un seul branchement pour chaque habitation.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Système pseudo-séparatif Les eaux météoriques y sont divisées en deux parties : D’une part, les eaux provenant des surfaces de voiries qui s’écoulent par des ouvrages conçus à cet effet : caniveaux, fossés, etc ... D’autre part, les eaux des toitures, cours, jardins qui déversent dans le réseau d’assainissement à l’aide des mêmes branchements que ceux des eaux usées domestiques. Ce système est intéressant lorsque les surfaces imperméabilisées collectives (voiries, parking, etc ...) représentent une superficie importante avec de fortes pentes. Il constitue alors une alternative au réseau séparatif, en réduisant le nombre de branchements par habitation à un.

Assainissement individuel L’assainissement individuel est le système utilisé dans les zones urbaines à faible densité dans lesquelles les eaux usées d’une habitation sont éliminées au niveau même de cette habitation ou à l’extérieur dans un terrain limitrophe

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Avantages et inconvénients des systèmes d’assainissement Système d’assainissement

Avantages

Séparatif

- Permet d’évacuer rapidement les eaux - Assure à la STEP un fonctionnement régulier

- Risques d’erreurs de branchement - Investissement important pour mise en place de 2 réseaux

Unitaire

- Simple - Un seul réseau - Pas de risques d’erreur de branchement

- Dilution des eaux de la STEP en période pluvieuse (débit très variable) - Ouvrages importants

- Eaux usées et eaux de ruissellement des habitations combinées - Pas de risques d’erreurs de branchement

- Investissement important pour mise en place de 2 réseaux

- Possibilité d’assainissement de zones de faible densité - Investissement réduit

- Risques de pollution des eaux souterraines

Pseudo-séparatif

Individuel

Inconvénients

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Schémas des réseaux d’assainissement Un réseau d’assainissement est conçu comme un réseau ramifié. On peut classer les diverses ossatures entre un nombre de schémas types :

Le schéma perpendiculaire On l’appelle également schéma à écoulement direct. Il convient par exemple aux réseaux des eaux de pluie en système séparatif

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Schéma d’équipement par déplacement latéral Il est également appelé schéma à collecteur latéral. Ses eaux sont recueillies dans un collecteur parallèle au cours d’eau. Il permet de reporter l’effluent à l’aval de l’agglomération. Son désavantage principal est qu’il nécessite souvent des relèvements.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Schéma d’équipement à collecteur transversal ou oblique Le ou les collecteurs orientés par rapport à la pente topographique et à la direction de l’écoulement du cours d’eau comporte des égouts ramifiés ; ces derniers reportent par gravité le débouché du réseau plus loin à l’aval que dans le schéma précédent.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Schéma par zones étagées ou schéma par interception Le schéma est une transposition du schéma par déplacement latéral, mais avec multiplication des collecteurs longitudinaux ; il permet de décharger le collecteur bas des apports en provenance du haut de l’agglomération.

Chapitre 1: Introduction à l’Assainissement Schémas sectionnels Ils sont divisés en deux groupes : Schéma sectionnel à centre collecteur unique Le réseau converge sur un centre. A partir de ce centre, l’effluent est refoulé dans un émissaire de transport

Schéma d’équipement radial (ou à secteurs multiples) Le système comporte plusieurs schémas en éventail. Les schémas sectionnels conviennent spécialement aux régions uniformément plates. Le système séparatif s’applique bien dans de tels schémas à cause de la multiplicité des rejets.

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Généralités Eaux usées domestiques Eaux usées industrielles

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Généralités: Les calculs des débits d’eaux usées portent essentiellement sur l’estimation des quantités et de la qualité de rejets liquides provenant des habitations et des lieux d’activité. Les eaux spécifiquement industrielles : eaux de refroidissement, de lavages des produits ou résultant de certains processus, doivent théoriquement être traitées, ou détoxiquées avant rejet dans le réseau. D’une manière générale, les eaux usées sont d’origine : Domestique (y compris équipements publics) Industrielle

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Eaux usées domestiques Qualité des Eaux domestiques Les eaux usées contiennent, en général, les matières polluantes que nous pouvons classer comme suit : Des matières solides Des nutriments, Des métaux lourds et Des organismes pathogènes. Matières solides: C’est l’ensemble des matières en suspension et des sels dissous généralement exprimés en masse après évaporation de l’eau. Ces matières sont divisées en deux parties : Les matières en suspension qui flottent à la surface ou qui sont en suspension dans la masse d’un liquide et que l’on peut enlever par filtration. Les matières dissoutes et colloïdales contenues dans l’eau et obtenues par différence entre les matières solides et les matières en suspension.

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Nutriments : Ce sont des éléments essentiels à la croissance des plantes. Leur déversement dans un cours d’eau favorise la croissance des plantes aquatiques indésirables. Les deux nutriments les plus importants sont l’azote (N) et le phosphore (P). Les eaux usées en contiennent de façon significative. Organismes pathogènes : Les organismes pathogènes proviennent d’êtres humains infectés. Ils peuvent causer des maladies telles que la diarrhée, le choléra, etc… Ils sont présents en grand nombre dans les eaux usées. Métaux lourds : Les métaux lourds (Pb, Cd, Cr, etc) sont toxiques lorsqu’ils sont présents en quantités appréciables. Ils peuvent nuire à la vie aquatique dans les cours d’eau ou empêcher le fonctionnement normal des traitements biologiques. Ils proviennent généralement des rejets industriels.

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Calcul des débits des eaux usées La production des eaux usées dépend de la consommation d’eau potable, du taux de retour à l’égout Tres ainsi que du taux de branchement au réseau d’égout Trac. Elle est calculée comme suit : Qm,EU = Tres x Trac x Qm,AEP Avec - Qm,AEP : consommation moyenne d’eau potable. Le calcul des besoins de consommation d’eau potable se fait sur la base de la formule suivante : Qm,AEP = qpb x Ppb + qAdm x Ptot + qInd x Ptot + ... où Ppb : population branchée au réseau d’ eau potable Ptot population totale de la ville. qpb : dotation en eau de la population branchée qAdm dotation des administrations qInd dotation des industries Ppb = TB x Ptot TB : taux de branchement au réseau d’eau potable

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Débit de pointe journalière : Le calcul du débit de pointe lors du jour de production maximale Qmax,j est fait en se basant sur la pointe journalière relative à la consommation en eau potable. Le débit maximal journalier se calcule de la manière suivante : Qmax,j = Cpj x Qm,EU

Le coefficient de la pointe journalière, Cpj, est le rapport du volume moyen d’eau potable des trois journées successives les plus chargées de l’année sur le volume moyen annuel. Débit de pointe horaire : Le débit de pointe horaire tient compte de la variation de la production en eaux usées lors d’une journée. Le débit maximal horaire de temps sec se calcule de la manière suivante : Qmax,h = Cpj x Cph x Qm,EU 24

Le coefficient de pointe horaire Cph se définit comme le rapport du débit maximum dans l’heure la plus chargée QmaxEU sur le débit moyen journalier Qm,EU. Le coefficient de pointe horaire est déterminé par la formule ci-dessous, en cas d’absence de statistiques :

Cph = a +

b Qm , EU (l / s )

Cph ≤ 3 ; a = 1,5 ; b = 2

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Le débit maximal de temps sec exprimé en l/s se calcule de la manière suivante : Qmax,EU = Cpj x Cph x Qm,EU (m3/j)x1000 24x3600

Expression générale du Débit de pointe horaire : L’expression générale de ce débit de pointe en tenant compte de la répartition spatiale des usagers de l’eau est : Qmax,EU = Cpj x Cph x Σ(Si x di x dNG) x Tres x Trac x 1 (l/s) 24 x 3600 Cpj : coefficient de pointe journalière Cph : coefficient de pointe horaire Si : superficie (ha) du sous-bassin correspondant à la zone homogène i di : densité brute en hab/ha de la zone homogène i Trac : taux de branchement à l’égout Tres : coefficient de retour à l’égout dNG : dotation en eau (l/j/hab.)

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Les eaux industrielles: Les eaux industrielles sont celles en provenance des diverses usines de fabrication ou de transformation.

Qualité des eaux industrielles *Les eaux industrielles sont extrêmement variées selon le genre de l’industrie dont elles proviennent. Elles contiennent les substances les plus diverses, pouvant être acides ou alcalines, corrosives ou entartrantes à température élevée, souvent odorantes et colorées. *Ces eaux peuvent nécessiter un prétraitement en usine car il faut éviter d’accueillir dans le réseau général, des eaux dont le traitement se révélerait difficilement compatible avec celui des effluents urbains.

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Quantités à évacuer Les quantités d’eau évacuées par les industries dépendent de plusieurs facteurs : Nature de l’industrie Procédure de fabrication utilisée Taux de recyclage effectivement réalisé Il ne peut donc être indiqué que des fourchettes de quantités évacuées, une étude étant à entreprendre dans chaque cas particulier. En ce qui concerne le rapport du débit de pointe horaire au débit moyen horaire calculé sur le nombre d’heures de travail, celui-ci, se situe généralement, entre les valeurs 2 et 3.

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Application 2.1: Calcul des débits d’eaux usées de Béni Mellal La population de la ville de Béni Mellal, d’après le recensement de l’année 1994 est de l’ordre de 140212 habitants On demande de calculer pour les horizons 2010, 2015, 2020 et 2025 : Les besoins en eau moyens en m3/j Les débits moyens d’eaux usées de temps sec et les débits maximums de temps sec en m3/j Le taux d’accroissement de la population entre 1994 et 2000 est de 2,75% et entre 2000 et 2005 est de 2,53%. Le taux de restitution à l’égout Tres : 80%.

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Les hypothèses retenues pour ces calculs sont récapitulées sur le tableau suivant : DESIGNATION

2005

2010

2015

2020

2025

TAUX D'ACCROISST (%)

2.53%

2.25%

1.93%

1.60%

1.60%

TAUX DE BRANCHT RESEAU AEP (%); TB

90%

92%

94%

96%

98%

POPULATION

DOTATIONS EN EAU POTABLE (l/j/hab.) POPULATION BRANCHEE

70

75

80

80

80

ADMINISTRATIVE

10

12

15

15

15

INDUSTRIELLE

10

10

10

10

10

Taux de raccordement à l'égout Trac (domestique)

75%

80%

85%

90%

95%

Taux de raccordement à l'égout Trac (Admnistratif + Industriel)

100%

100%

100%

100%

100%

Rapport EU parasites par rapport au Qmj (%)

20%

20%

20%

20%

20%

Coef de pointe Journalière; Cpj

1.3

1.3

1.3

1.3

1.3

Coef de pointe horaire mesuré; Cph

1.8

1.8

1.8

1.8

1.8

RESEAU EAUX USEES

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées

Solution 2.1

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Application 2.2:Calcul des débits d’eaux usées en tenant compte de la répartition spatiale des usagers

Déterminer le débit de dimensionnement d’EU de chaque tronçon du collecteur B (voir tableau) en tenant compte de la répartition spatiale des usagers. Les caractéristiques des bassins sont données dans le tableau ci-dessous : Nom du Collecteur

B

Tronçon du

N°

Type

Surface

Taux

DENSITE

collecteur

BV

Habitat

[Ha]

rempl(%)

(hab/ha)

0-1

B1

IO

3.85

23%

250

RF

1.96

8%

40

1-2

B2

IO

5.9

23%

250

RF

6.75

8%

40

2-3

B3

RF

7.54

8%

40

RN

11.04

3-5

B4

Souk

3.46

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées Dotation en eau domestique (l/j/hab)

65

Dotation en eau du souk (l/j/ha)

7000

Pointe horaire :

2.00

Pointe journalière :

1.30

Taux de branchement Eau potable

80%

Tres dom

0.8

Tres ind.

0.8

Pourcentage des Eaux parasites par rapport au débit moyen

30%

Chapitre 2: Evaluation des débits des eaux usées

Solution 2.2